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摘要: 伴随科技的不断进步与发展以及新经济时代经济建设的发展需要，海洋钻井技术在近些年也得到了前所未有的发展，并还在现有基础上不断进行研发与改进。海洋钻井隔水管张紧器技术当前在海洋钻井过程中常用技术，但目前以上技术还均由西方国家所垄断。本文通过对滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型隔水管张紧器的详细分析与探讨，深入了介绍了其结构以及技术特点。以期通过详尽的论述强化国内相关技术的研发，从而最终实现海洋钻井隔水管张紧器技术的中国制造。
关键词: 隔水管张紧器滑轮钢丝绳式液缸直接式技术特点
中图分类号：C35文献标识码： A
前言：伴随我国海洋油气勘探力度的不断加大，海洋钻井技术在一定程度上也得到了完善与发展，对于提升我国的海洋钻井服务水平具有着非常重要的现实意义。海洋钻井隔水管张紧器主要有滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型形式，目前均由国外发达国家垄断生产，为了打破当前的垄断格局，实现隔水管张紧器的自行制造，我们需要进一步加强对于张紧器技术的研发与试验，并通过先进的科学技术以及制造工艺进行自主制造，为我国高技术海洋油气钻井事业的发展与壮大做出努力。
一、技术现状
海洋钻井隔水管张紧器的应用和技术革新是随着半潜式钻井平台或钻井船的技术发展而发展的，是集电、气、液为一体的技术装备，现在其设计和制造技术已经成熟，但其设计和生产制造技术主要被 NOV 、CAMERON、MH、 Control Follow 等西方少数几家大公司掌握。这些公司开发的产品在海洋平台上均获得了广泛应用。按照设计规范，隔水管张紧器的设计和制造应遵循API16F 《海洋钻井隔水管设备规范》。
按照海洋钻井隔水管张紧系统的使用要求，其产品应具备船级社认证资格，隔水管张紧器国内研究还处于起步阶段，现有宝鸡石油机械有限责任公司、中国石油大学以及上海708研究所等单位进行研究分析，但并没有实际产品投入应用。海洋钻井隔水管张紧器主要有滑轮钢丝绳式和液缸直接式2种，滑轮钢丝绳式技术成熟，适用于安装在半潜式钻井平台或钻井船中的钻井模块四周，按张力大小一般分为356、524、712、890和I 112kN5种型号，对于半潜式钻井平台或钻井船具有普遍使用性。直接液缸式张紧器制造难度大，技术先进，全球仅有一两家公司具备制造直接液缸式张紧器的能力，直接液缸式张紧器适用于安装在大型半潜式钻井平台或钻井船中的钻井模块平台下部位置，其张紧能力较大，如我国中国海洋石油集团公司建造的 981半潜式钻井平台所配的直接液缸式张紧器，其单液缸张力就需要2802kN。
根据统计报道，截至2011年底，全球共有250多座半潜式钻井平台和70多艘钻井船都采用了不同张力级别的海洋隔水管张紧器。
二、结构与技术特点
海洋钻井隔水管张紧器按照工作机理可分为主动补偿式和被动补偿式 2种。主动补偿式是由检测装置检测浮式平台相对固定参照物的运动方向及运动量，并传输到控制系统，控制系统根据该数据控制升沉补偿装置控制阀，实现升沉补偿装置对半潜式钻井平台或钻井船升沉运动的动态主动补偿。被动补偿没有主动补偿的检测装置，只能根据半潜式钻井平台或钻井船的升沉运动对补偿装置的直接作用推动活塞，从而减少钻杆柱的相对运动，达到补偿目的。
仅目前实际应用而言，主动补偿式结构很少使用，国际上主要使用被动补偿方式。隔水管张紧系统主要由机械、电控和液压3大系统构成。机械系统的主要功能是提供产品支撑结构；电控系统的功能主要是对装置进行主动控制设计；液压系统的主要功能是在电控系统和气动控制下使机械系统运动。
1、滑轮钢丝绳式张紧器
滑轮钢丝绳式是普遍采用的一种被动补偿结构，其特点是在液压缸两端分别装设有2个滑轮系结构，具体布置方式采用液压缸中的液缸体和一个滑轮系结构连接并固定在浮动平台上，液压缸中的活塞杆和另一个滑轮系结构连接，钢丝绳绕组的2个滑轮系结构固定钢丝绳两端，实现张紧功能。
（1）结构
滑轮钢丝绳式隔水管张紧器主要由液缸系统、储能器、反冲阀总成、低压气瓶或弹簧、气瓶组、钢丝绳、升沉检测装置和操作面板等组成，如图1所示。
液缸系统为隔水管张紧器装置提供液压动力，液缸体的运动带动钢丝绳游动，并满足浮式平台或钻井船的升沉需要；
储能器与液缸相通，下端通过刚性管接入液缸，上端采用气管线与气缸相通，调节气体压力即可改变液体压力；
反冲阀总成为液缸提供必要的安全保证，并可进行远程控制;低压气瓶或弹簧能为液缸提供二次安全保障，可有效防止事故的发生；
气瓶组为系统被动工作提供大容积的高压气体，充当弹簧的作用；
钢丝绳用于传递并承载隔水管系统与平台之间的张力；
计算机控制系统使阀、泵等单元主动控制阀实现自动化；
升沉检测装置用以检测浮式平台的升沉运动，并能夠将检测数据传输到计算机控制系统；
操作面板显示各个系统工作状态，并可实现人工手动操作。
（2）技术特点
滑轮钢丝绳式张紧器采用短液缸、大滑轮和钢丝绳，总的特点是生产制造成本低，维护、安装、拆卸方便。具体特点包括: A--液压缸速度要求低，活塞行程短，系统可靠性好；B--钢丝绳通过多个滑轮绕组，张紧器行程范围广，能够较好地满足升沉补偿的工作要求；C-- 采用安全反冲阀和低压气瓶或环形弹簧相结合方式，有效防止事故的发生，保证系统安全稳定。
滑轮钢丝绳式张紧器的不足之处是最大张紧力受到钢丝绳和滑轮直径限制，其钢丝绳维修强度大，钢丝绳切割和倒绳移放很困难，尤其对大直径钢丝绳，其缺点更加明显。另外受设备自身结构影响，操作维修费用高，占用台面大，重心垂直位置高。
2、直接液缸式张紧器
直接液缸式张紧器是近十几年发展起来的一种新型结构，该结构形式的诞生是随大型液压缸制造技术的发展而被逐渐推广应用的，通常安装在平台下部位置，一般采用 4 个或 6个液压缸组合形式。
（1）结构
直接液缸式张紧器主要由液压缸总成、高压储能器、快速关闭阀、低压气瓶、控制台、计算机控制系统、升沉检测装置、高压管线和卸扣装置等组成，如图2所示。液压缸总成主要由液缸、活塞、进液管线和密封结构组成，液缸一端和浮式平台连接，活塞一端和张力环连接。
高压储能器与液缸底部相通，其下端液体通过刚性管连接通入液缸，上端气体通过管线与气缸相通，用于调节气体压力来改变液体压力，以便调整液缸活塞的进给速度，同时液压缸总成和高压储能器之间装有快速关闭阀，高压储能器上有安全阀，下部有放气阀，低压气瓶上装有安全阀等 ( 比高压储能器压力低1倍多) ，能够为液缸提供必要的安全保证，以防安全事故的发生；控制台上设有压力表、指重表、活塞行程指示灯、压力控制器、空压机起动及停车机构等，用以显示各个系统工作状态，实现人工手动操作；计算机控制系统能够对阀和泵等单元实施主动控制，提高了系统自动化性能；升沉检测装置等功能与钢丝绳式张
紧器功能相似。
（2）技术特点
直接液缸式张紧器直接采用长液压缸，总体技术特点是结构简单，占用平台面积小，重心垂直位置低，质量轻，比传统张紧器质量减小30%，性能先进。具体特点为: A--液压缸两端直接连接到平台和张紧环，无需中间过渡环节，省去了滑轮和钢丝绳；B--平台张力直接由油缸传递，可靠性好，控制精度高；C--液压缸和储能器可通过大直径管线实施分开安装。
直接液缸式张紧器的不足之处: 一是液压缸要求速度高，需要多根大直径管线进液才能保证液压缸速度；二是体积比较大，当前最大的长 15mm以上，加工制造困难； 三是由于安装位置位于平台底部，安装和维护比较困难。
结语：综上所述，海洋隔水管张紧器作为海洋油气钻井作业中的关键设备，强化自主研发是技术发展的关键，只有在一定程度上实现了自主研发，才能从根本上改变国外的垄断局面，并推进我国海洋油气钻井事业的发展。这就需要对于其关键部件进行深入研究，掌握相关性能与特点，在国内进行试制与生产，并由浅入深，循序渐进，以最终实现海洋隔水管张紧器系统的中国制造，以进一步满足海洋油气勘探需要，从而推进我国的海洋油气钻井事业迈向一个全新的台阶。
参考文献：
[J] 张磊，畅元江，刘秀全，刘康，陈黎明.深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离
后的反冲响应分析[J].石油钻探技术，2013，（03）.
[J] 赵建亭，薛颖，潘云，程峰.浮式钻井装置隔水管张紧系统研究[J].上海造
船，2010，（04）.
关键词: 隔水管张紧器滑轮钢丝绳式液缸直接式技术特点
中图分类号：C35文献标识码： A
前言：伴随我国海洋油气勘探力度的不断加大，海洋钻井技术在一定程度上也得到了完善与发展，对于提升我国的海洋钻井服务水平具有着非常重要的现实意义。海洋钻井隔水管张紧器主要有滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型形式，目前均由国外发达国家垄断生产，为了打破当前的垄断格局，实现隔水管张紧器的自行制造，我们需要进一步加强对于张紧器技术的研发与试验，并通过先进的科学技术以及制造工艺进行自主制造，为我国高技术海洋油气钻井事业的发展与壮大做出努力。
一、技术现状
海洋钻井隔水管张紧器的应用和技术革新是随着半潜式钻井平台或钻井船的技术发展而发展的，是集电、气、液为一体的技术装备，现在其设计和制造技术已经成熟，但其设计和生产制造技术主要被 NOV 、CAMERON、MH、 Control Follow 等西方少数几家大公司掌握。这些公司开发的产品在海洋平台上均获得了广泛应用。按照设计规范，隔水管张紧器的设计和制造应遵循API16F 《海洋钻井隔水管设备规范》。
按照海洋钻井隔水管张紧系统的使用要求，其产品应具备船级社认证资格，隔水管张紧器国内研究还处于起步阶段，现有宝鸡石油机械有限责任公司、中国石油大学以及上海708研究所等单位进行研究分析，但并没有实际产品投入应用。海洋钻井隔水管张紧器主要有滑轮钢丝绳式和液缸直接式2种，滑轮钢丝绳式技术成熟，适用于安装在半潜式钻井平台或钻井船中的钻井模块四周，按张力大小一般分为356、524、712、890和I 112kN5种型号，对于半潜式钻井平台或钻井船具有普遍使用性。直接液缸式张紧器制造难度大，技术先进，全球仅有一两家公司具备制造直接液缸式张紧器的能力，直接液缸式张紧器适用于安装在大型半潜式钻井平台或钻井船中的钻井模块平台下部位置，其张紧能力较大，如我国中国海洋石油集团公司建造的 981半潜式钻井平台所配的直接液缸式张紧器，其单液缸张力就需要2802kN。
根据统计报道，截至2011年底，全球共有250多座半潜式钻井平台和70多艘钻井船都采用了不同张力级别的海洋隔水管张紧器。
二、结构与技术特点
海洋钻井隔水管张紧器按照工作机理可分为主动补偿式和被动补偿式 2种。主动补偿式是由检测装置检测浮式平台相对固定参照物的运动方向及运动量，并传输到控制系统，控制系统根据该数据控制升沉补偿装置控制阀，实现升沉补偿装置对半潜式钻井平台或钻井船升沉运动的动态主动补偿。被动补偿没有主动补偿的检测装置，只能根据半潜式钻井平台或钻井船的升沉运动对补偿装置的直接作用推动活塞，从而减少钻杆柱的相对运动，达到补偿目的。
仅目前实际应用而言，主动补偿式结构很少使用，国际上主要使用被动补偿方式。隔水管张紧系统主要由机械、电控和液压3大系统构成。机械系统的主要功能是提供产品支撑结构；电控系统的功能主要是对装置进行主动控制设计；液压系统的主要功能是在电控系统和气动控制下使机械系统运动。
1、滑轮钢丝绳式张紧器
滑轮钢丝绳式是普遍采用的一种被动补偿结构，其特点是在液压缸两端分别装设有2个滑轮系结构，具体布置方式采用液压缸中的液缸体和一个滑轮系结构连接并固定在浮动平台上，液压缸中的活塞杆和另一个滑轮系结构连接，钢丝绳绕组的2个滑轮系结构固定钢丝绳两端，实现张紧功能。
（1）结构
滑轮钢丝绳式隔水管张紧器主要由液缸系统、储能器、反冲阀总成、低压气瓶或弹簧、气瓶组、钢丝绳、升沉检测装置和操作面板等组成，如图1所示。
液缸系统为隔水管张紧器装置提供液压动力，液缸体的运动带动钢丝绳游动，并满足浮式平台或钻井船的升沉需要；
储能器与液缸相通，下端通过刚性管接入液缸，上端采用气管线与气缸相通，调节气体压力即可改变液体压力；
反冲阀总成为液缸提供必要的安全保证，并可进行远程控制;低压气瓶或弹簧能为液缸提供二次安全保障，可有效防止事故的发生；
气瓶组为系统被动工作提供大容积的高压气体，充当弹簧的作用；
钢丝绳用于传递并承载隔水管系统与平台之间的张力；
计算机控制系统使阀、泵等单元主动控制阀实现自动化；
升沉检测装置用以检测浮式平台的升沉运动，并能夠将检测数据传输到计算机控制系统；
操作面板显示各个系统工作状态，并可实现人工手动操作。
（2）技术特点
滑轮钢丝绳式张紧器采用短液缸、大滑轮和钢丝绳，总的特点是生产制造成本低，维护、安装、拆卸方便。具体特点包括: A--液压缸速度要求低，活塞行程短，系统可靠性好；B--钢丝绳通过多个滑轮绕组，张紧器行程范围广，能够较好地满足升沉补偿的工作要求；C-- 采用安全反冲阀和低压气瓶或环形弹簧相结合方式，有效防止事故的发生，保证系统安全稳定。
滑轮钢丝绳式张紧器的不足之处是最大张紧力受到钢丝绳和滑轮直径限制，其钢丝绳维修强度大，钢丝绳切割和倒绳移放很困难，尤其对大直径钢丝绳，其缺点更加明显。另外受设备自身结构影响，操作维修费用高，占用台面大，重心垂直位置高。
2、直接液缸式张紧器
直接液缸式张紧器是近十几年发展起来的一种新型结构，该结构形式的诞生是随大型液压缸制造技术的发展而被逐渐推广应用的，通常安装在平台下部位置，一般采用 4 个或 6个液压缸组合形式。
（1）结构
直接液缸式张紧器主要由液压缸总成、高压储能器、快速关闭阀、低压气瓶、控制台、计算机控制系统、升沉检测装置、高压管线和卸扣装置等组成，如图2所示。液压缸总成主要由液缸、活塞、进液管线和密封结构组成，液缸一端和浮式平台连接，活塞一端和张力环连接。
高压储能器与液缸底部相通，其下端液体通过刚性管连接通入液缸，上端气体通过管线与气缸相通，用于调节气体压力来改变液体压力，以便调整液缸活塞的进给速度，同时液压缸总成和高压储能器之间装有快速关闭阀，高压储能器上有安全阀，下部有放气阀，低压气瓶上装有安全阀等 ( 比高压储能器压力低1倍多) ，能够为液缸提供必要的安全保证，以防安全事故的发生；控制台上设有压力表、指重表、活塞行程指示灯、压力控制器、空压机起动及停车机构等，用以显示各个系统工作状态，实现人工手动操作；计算机控制系统能够对阀和泵等单元实施主动控制，提高了系统自动化性能；升沉检测装置等功能与钢丝绳式张
紧器功能相似。
（2）技术特点
直接液缸式张紧器直接采用长液压缸，总体技术特点是结构简单，占用平台面积小，重心垂直位置低，质量轻，比传统张紧器质量减小30%，性能先进。具体特点为: A--液压缸两端直接连接到平台和张紧环，无需中间过渡环节，省去了滑轮和钢丝绳；B--平台张力直接由油缸传递，可靠性好，控制精度高；C--液压缸和储能器可通过大直径管线实施分开安装。
直接液缸式张紧器的不足之处: 一是液压缸要求速度高，需要多根大直径管线进液才能保证液压缸速度；二是体积比较大，当前最大的长 15mm以上，加工制造困难； 三是由于安装位置位于平台底部，安装和维护比较困难。
结语：综上所述，海洋隔水管张紧器作为海洋油气钻井作业中的关键设备，强化自主研发是技术发展的关键，只有在一定程度上实现了自主研发，才能从根本上改变国外的垄断局面，并推进我国海洋油气钻井事业的发展。这就需要对于其关键部件进行深入研究，掌握相关性能与特点，在国内进行试制与生产，并由浅入深，循序渐进，以最终实现海洋隔水管张紧器系统的中国制造，以进一步满足海洋油气勘探需要，从而推进我国的海洋油气钻井事业迈向一个全新的台阶。
参考文献：
[J] 张磊，畅元江，刘秀全，刘康，陈黎明.深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离
后的反冲响应分析[J].石油钻探技术，2013，（03）.
[J] 赵建亭，薛颖，潘云，程峰.浮式钻井装置隔水管张紧系统研究[J].上海造
船，2010，（04）.