海洋修井机钩载能力的分析探讨

丁 辉

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

截止目前，中国海油总计拥有近百台海洋修井机，型号涵盖了HXJ60、HXJ90、HXJ112、HXJ135、HXJ158、HXJ180、HXJ225 等。随着海洋修井机的快速增加和技术发展，中国海油已建立、健全了海上石油平台修井机企业标准，为海洋修井机的设计、建造、操作、维保提供了标准化的技术依据和自主创新的技术基础。

但在海洋修井机的设计和操作中，仍存在一些模糊不清的问题。如：最大钩载和公称钩载的关系、钩载储备系数的意义及能否超过公称钩载使用等问题。本文通过对钩载能力概念、标准引用及钩载储备系数等方面的分析，提出一些见解和建议，供从事海洋修井机设计和操作的工程技术人员参考。

1 海洋修井机钩载能力的主要问题

1.1 钩载能力概念混淆

海洋修井机的钩载能力也就是海洋修井机作业提升能力，一般用最大钩载(缩写为Qmax)和公称钩载(缩写为QZ)来衡量。在海洋修井机操作使用过程中，特别是使用海洋修井机进行大修井、调整井等作业时，由于需要处理井下复杂情况而增大了对海洋修井机机动性的要求，时常将最大钩载与额定钩载混淆，给修井机设备和修井作业带来了一定的风险。

1.2 钩载能力标准不统一

由于企业标准Q/HS 2007.1 海上石油平台修井机和行业标准SY/T 6803 海洋修井机所规定的基本参数不统一，造成了海洋修井机最大钩载与公称钩载的一些模糊，导致海洋修井机设计引用的不统一。

中海油渤海某油田按照Q/HS 2007.1 标准新建了3 台交流变频HXJ135DB 海洋修井机，修井机钻台配置了一台600 kW 交流变频电机，当交流变频电机处于1.5 倍过载时，能够满足1 350 kN 最大钩载的要求，但当交流变频电机处于额定功率600 kW 时，绞车连续作业的最大提升钩载仅能达到901 kN，提升钩速0.49 m/s，无法满足SY/T 6803 标准中额定钩载1 000 kN 的要求，给交流变频电机的正常使用和修井作业带来了一定的隐患风险。

2 海洋修井机钩载能力分析

2.1 钩载能力概念分析

海洋修井机最大钩载又称为最大静载荷，是指在规定的设计安全系数和游动系统有效绳数下，允许游车大钩承受的最大静载荷，该载荷包括游动系统的重量，最大钩载作为修井机及相关部件设计时的主要受力依据。海洋修井机公称钩载又称为额定钩载，是指在规定的游动系统有效绳数下，均匀提升名义修井深度的管柱时，游车大钩所承受的载荷[1]。

海洋修井机最大钩载亦可理解为在起下最大套管柱重力和处理卡堵事故时，包括动载在内的在任何情况下都不允许超过的钩载；公称钩载可以理解为修井机的正常工作能力，其数值相当于名义修井深度的管柱重量与游动系统重量之和，再加上附加载荷。因此海洋修井机可以短时间超过额定载荷使用，如长期超过额定载荷将会降低海洋修井机的疲劳使用寿命。

2.2 钩载能力标准差异分析

企标Q/HS 2007.1 海上石油平台修井机[2]中仅规定了修井机的最大钩载，未规定公称钩载和名义修井深度，行标SY/T 6803 海洋修井机[1]中不仅规定了修井机的最大钩载，而且规定了公称钩载和名义修井参数等，基本参数见表1 和表2。

表1 Q/HS 2007.1海上石油平台修井机的基本参数Tab.1 Basic parameters of offshore drilling and workover rigs in Q/HS 2007.1

表2 SY/T 6803海洋修井机基本参数Tab.2 Basic parameters of offshore drilling and workover rigs in SY/T 6803

企标Q/HS 2007.1 中未规定海洋修井机的公称钩载，且未详细描述海洋修井机名义修井深度，主要原因之一是无法确定钻(油)杆规格，公称钩载随所用钻杆的规格而变化；其次是海洋修井机虽可少许超过公称钩载使用，游动系统不会一次性塑性破坏，但会牺牲海洋修井机钩载储备系数。

交流变频HXJ 135DB 海洋修井机之所以会发生无法满足行标SY/T 6803 额定钩载的要求，主要原因之一是引用的企标中未规定公称钩载和详细的名义修井深度；另一原因是机械驱海洋修井机比电驱海洋修井机的系统传动比大，在动力机组功率相同情况下，机械驱海洋修井机的钩载能力要远大于电驱海洋修井机。

2.3 钩载储备系数分析

海洋修井机的钩载储备系数(缩写为KQ)是指最大钩载(缩写为Qmax)和公称钩载(缩写为QZ)二者之比，钩载储备系数越大说明修井机的机动性越大，处理卡堵事故能力越强。

国标GB/T 23505 石油钻机和修井机[3]与行标SY/T 6803 中所规定的海洋修井机基本参数吻合，石油钻机和修井机的钩载储备系数参见表3。

从表3 可以看出，海洋修井机的最大钩载限定较低，导致钩载储备系数KQ值较低，KQ＝1.2～1.6，而钻机的钩载储备系数KQ＝1.8～2.08。海洋修井机钩载储备系数取值较低的主要原因是考虑到海洋修井机结构紧凑、重量轻及便于拆解、运输、吊装等因素，但降低了海洋修井机的机动性、下套管及处理卡堵事故等能力。

表3 最大钩载Qmax 和钩载储备系数KQTab.3 Maximum hook load Qmax and hook load reserve coefficient KQ

3 结 论

①海洋修井机一般无需经常性搬迁，而且随着井下复杂作业工况的增多，也提高了对海洋修井机钩载能力的要求，因此适当提高海洋修井机钩载储备系数，有利于提高海洋修井机的机动性。

②中国海油企标Q/HS 2007.1 海上石油平台修井机中仅规定了最大钩载，且未详细描述修井所用钻具或油杆型号，也未规定公称钩载，无法确定钩载储备系数，因此明确修井所用钻具型号或公称钩载，可有利于海洋修井机的设计引用。

③鉴于美国石油学会(API)规定钻机的钩载储备系数KQ≥2，国外石油修井机的钩载储备系数均比较大，例如：美国Cooper 公司的修井机KQ≈2.2，IRI 公司的修井机KQ≈2.6，因此在国标、行标、企标修订时，可以考虑将海洋修井机的钩载能力保持与钻机系列相一致[4]。