HXJ112修井機的設計改造及現場應用

司念亭 于雷 （中海石油天津分公司生產部 天津 300452)

丁輝 張顓利 （中海油能源發展油田建設工程公司 天津 300452)

中海油天津分公司渤中34-1B平臺設計為無人平臺，一直未配置修井機。近年來，隨著平臺投產時間的推移，采油電潛泵、井下出砂等故障越來越多，另外為了進一步提高采收率，壓裂、側鉆等新工藝不斷應用，因此越來越依靠鉆井船來進行修井和工藝井的作業。鉆井船費用高，而且資源緊張，嚴重影響了平臺的修井時效。

2012年5月，中海油天津分公司岐口18-1油田外掛了一個井口平臺，并新建了一臺HXJ180修井機，使得該平臺原HXJ112修井機提前結束服役。中海油天津分公司為了充分發揮閑置HXJ112修井機的利用率，提出了對HXJ112修井機進行設計改造，來解決渤中34-1B平臺正常修井作業要求。

1 渤中34-1B平臺現狀分析

渤中34-1B平臺位于渤海灣中部，距山東龍口港以東30海里，平臺坐標為北緯38°08′18"；東京119°34′40"，該海域水深大約19～20m，半日潮，海流為旋轉流，主流向NE-SW，平均最大流速約2節。

渤中34-1B平臺頂甲板高度為EL（+）22.8m，總計有8口生產井，平臺頂甲板配有15T@20M全回轉吊機1臺、配電系統間2間、臨時工具房1間及臨時辦公房1間，頂甲板安裝有350mm（寬）×250mm（高）×18000mm（長）修井機下移動底座軌道2根，軌道中心跨距為11000mm，甲板井場面積為19000×17000mm，平臺可提供修井作業時所需的電、海水、柴油等資源。

2 原HXJ112修井機分析

2.1 主要技術參數

大鉤最大載荷：1125kN；

大鉤額定載荷：800kN；

修井深度：名義小修深度27/8”外加厚油管，5000m；

下底座縱導軌中心距：7500mm；

下底座主橫導軌中心距：8000mm；

上、下底座布置形式：垂直布置；

移動方式：液壓步進式，每步400mm。

2.2 結構及工作原理

HXJ112修井機主要由動力系統、提升系統、旋轉系統、傳動系統、操作控制系統、上下底座、泥漿循環系統及輔助設備等八大系統組成。[1]修井機從主體結構上分為下底座、上底座、井架三大部分，其結構如圖1所示。

修井機主要用于海洋生產平臺檢泵、測井、修井等常規作業，可通過自帶的液壓系統實現縱向、橫向滑移。修井機下底座通過滑靴、壓板與平臺滑移軌道相互連接，上底座采用同樣的方式與下底座的主軌道梁相互連接，修井機為雙節套裝自升式K型井架，可通過液壓起升油缸實現井架起、放，通過液壓伸縮油缸實現第二節井架的升、縮。

圖1 HXJ112修井機主體結構圖

2.3 改造問題分析

2.3.1 由于渤中34-1B平臺軌道的中心距為11000mm，而HXJ112修井機下底座的中心跨距為75000mm，無法滿足修井機下底座安裝的要求。因此需要對修井機下底座進行新制或利用其他退役的修井機下底座進行改造，使之滿足與平臺軌道的安裝要求。

2.3.2 由于渤中34-1B平臺井場面積較小，無法滿足HXJ112修井機上、下底座在該平臺的垂直布置要求。因此需要對HXJ112修井機上底座的滑靴進行改造，使之滿足與修井機下底座的平行布置。

2.3.3 由于修井機布置形式的改變，因此需要對修井機甩鉆方向、鉆臺梯子、鉆臺擋風墻及各種物資管線等進行相應的適應性改造。

鑒于以上問題分析，提出了對HXJ112修井機搬遷至BZ34-1B平臺的設計改造研究方案。

3 設計改造

3.1 修井機下底座設計改造

經過多次調研，確定通過改造原綏中36-1B平臺修井機下底座來滿足HXJ112修井機在渤中34-1B平臺甲板安裝的要求。

3.1.1 修井機下底座改造分析 原綏中36-1B平臺修井機下底座跨距為11000mm，主梁中心4100mm，兩個支腿與主梁采用螺栓連接，該下底座總計有4塊滑靴，滑靴尺寸為630mm×810mm，滑靴與平臺軌道采用壓板、螺栓連接。其結構如圖2所示。

根據該修井機下底座的結構形式，只需將該下底座主梁中心寬度從4100mm改造至3600mm，同時將下底座的兩個支腿也進行相應的改造，[3]即可滿足HXJ112修井機在渤中BZ34-1B平臺的安裝要求。

圖2 原綏中36-1B平臺修井機下底座主體結構圖

3.1.2 修井機下底座承載校核計算 根據HXJ112修井機自重、作業載荷及環境影響因數，分別計算、校核修井機下底座在修井機自重加上最大103節風速影響載荷、修井機自重和滿立根加上93節的風速影響載荷、修井機自重和最大鉤載加上42節風速影響載荷、修井機自重和額定鉤載及立根再加上42節風速影響載荷等4種工況下的承載能力。

根據計算結果，該修井機下底座所受最大應力為137MPa，長細比為56.456，穩定性判別數UCR值均小于1.0。該修井機下底座所用材料為Q345，屈服強度345MPa，因此安全系數為2.5。另外，根據相關標準要求，[2]該受壓構件允許長細比不大于200，故改造后的修井機下底座的強度、剛度、穩定性均滿足相關規范要求。

3.2 修井機上底座設計改造

由于原HXJ112修井機上、下底座采用的是垂直布置，為了滿足渤中34-1B平臺井場作業面積的要求，需要對修井機上底座的滑靴進行適應性改造，使之同時滿足改造后的原綏中36-1B平臺修井機下底座接口要求和修井機上、下底座的平行布置要求。

根據修井機上、下底座布置和修井機滑移要求，在修井機上底座主梁上設計、加裝6個500mm高的滑靴，滑靴的具體結構形式和加裝位置如圖3所示。

圖3 HXJ112修井機上底座滑靴改造圖

3.3 修井機穩定性校核計算

通過改造，使得HXJ112修井機的下底座結構尺寸、整機高度、布置形式均發生了改變，導致修井機下底座各點的支反力均發生了變化，修井機在極限井位作業或在風載等環境因數的影響下，存在傾覆的危險，因此需要進行修井機抗滑移能力和抗傾覆能力計算。

3.3.1 修井機抗滑移能力計算 根據修井機抗滑移能力計算經驗，[4]計算HXJ112修井機在無立根107節風載作用下和滿立根93節風載作用下，上、下底座之間的縱向（0°方向）和下底座與甲板導軌之間的橫向（90°方向）抗滑移能力。其組合風載及相關摩擦力計算結果見表1、2。組合風載計算結果表明，無論是無立根107節風載作用，還是滿立根93節風載作用，上、下底座之間、下底座與甲板導軌之間均不會發生相對滑移。

表1 無立根，107節風載及摩擦力計算結果

表2 滿立根，93節風載及摩擦力計算結果

3.3.2 修井機重心落點位置計算 針對修井機在渤中34-1B平臺3個不同井位進行整機重心落點位置計算。根據計算結果，修井機在井架直立狀態下，整機重心均落在下底座4個支點之間，因此在無外部載荷影響的情況下不存在傾覆的可能。其重心落點位置計算結果見表3。

表3 修井機整機重心落點位置計算結果

3.3.3 修井機抗傾覆能力計算 針對修井機在不同作業工況和風載的共同影響下，計算HXJ112修井機的抗傾覆能力。修井機的抗傾覆能力計算主要是計算修井機在不同作業位置和受各種載荷影響時，各支點的支反力。如計算出的支反力為負值，則連接螺栓受拉，修井機存在傾覆的可能。

經計算，修井機在受額定鉤載、鉆柱、自重及21.6m/s風力等組合載荷時，傾覆扭矩最大，其傾覆扭矩計算結果見表4。表中修井機下底座4點傾覆扭矩的計算結果均為正值，因此各支反力的螺栓不受拉，不存在傾覆的可能。

表4 修井機最大組合載荷時，各點傾覆扭矩

4 現場應用

根據設計改造方案，中海油天津分公司對原HXJ112修井機和原綏中36-1B平臺修井機下底座進行了升級改造，并于2013年6月份，將改造后的HXJ112修井機成功搬遷、吊裝于渤中34-1B平臺，在現場對修井機整機進行了聯調和井架應力測試。HXJ112修井機在渤中34-1B平臺安裝如圖4所示。

圖4 HXJ112修井機在渤中34-1B平臺安裝圖

截至目前，改造后的修井機已順利完成2口井的檢泵作業和1口井的測試作業，整機的穩定性良好，各橇塊之間無相對滑動，滿足常規修井作業的要求。■

[1]陳如恒，沈家俊.鉆井機械的設計計算[M].北京：石油工業出版社，1995：1-3.

[2]美國鋼結構設計協會.AISCS335-89SpecificationFor StructuralSteelBuildings[S].5-37.

[3]丁輝，陳金穩.一種海洋鉆修機滑移底座[P].中華人名共和國知識產權局.

[4]丁輝，徐華忠.K80海洋修井機穩定性分析及加固設計[J].石油機械，2012，40（6）:59-61.