DZ450/10.5旋升式底座的研制與應用*

郭黨雄

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司,甘肅蘭州 730087)

DZ450/10.5旋升式底座的研制與應用*

郭黨雄

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司,甘肅蘭州 730087)

DZ450/10.5旋升式底座是蘭州蘭石石油裝備有限公司于2007年開發研制的配套于ZJ70/4500D鉆機的新型底座。該底座的設計使得整臺鉆機的起升方式發生了變化,大大縮短了起升時間。同時井架大腿落在底座的左右基座上,極大地提高了鉆機的整體穩定性。

底座;旋升式底座;穩定性;結構特點

1 底座設計原則

DZ450/10.5旋升式底座設計、制造依據“環保、安全、可靠、先進、方便、經濟適用”的原則,整機性能和質量滿足現代鉆井工藝要求。底座設計符合相關標準,結構設計與計算符合APISpec 4F規范及《鋼結構手冊》的有關規定[1]。DZ450/10.5旋升式底座總圖見圖1。

圖1 DZ450/10.5旋升式底座總圖

2 底座基本參數[2]

鉆臺高度:10.5 m;鉆臺面積:13.9 m×12.65 m;轉盤梁負荷:4 500 kN;立根盒梁最大靜負荷:2 200 kN;配套井架最大鉤載:4 500 kN;配套井架型號: JJ450/45.5-K11;配套鉆機型號:ZJ70/4500D鉆機。

3 底座結構特點

3.1 底座形式及其組成

DZ450/10.5旋升式底座為平行四邊形結構,低位安裝整體起升。與傳統的雙升式井架底座最大的區別在于井架大腿落在底座的左右基座上,極大的提高了鉆機的整體穩定性。絞車置于臺上,由絞車前后梁支撐。轉盤及其獨立驅動裝置由轉盤及其獨立驅動裝置梁整體支撐。井架底座起升采用一次穿繩兩步到位的方式,大大的減少了起升時間。底座由底層、中層、頂層、臺面內圍及臺面外圍組成。底層由左、右前基座,左、右后基座及其底拉梁組成;中層由左、右前支腿,左、右后支腿,三角形支腿組成;頂層由左、右上座、立根盒梁、轉盤及其獨立驅動裝置梁、絞車前梁、絞車后梁及其連接梁組成。

3.2 底座起升

底座與井架的起升采用一次穿繩兩步到位的方式。起升大繩死繩固定在左右上座中后部的橫梁上,經過井架人字架滑輪、井架二段懸臂滑輪、導向滑輪、起升平衡架懸掛到游車上,通過絞車動力完成起升,無需通過液壓絞車或其他動力設備。起升時先將井架起升到位,連接井架一段與人字架的銷子,使井架保持穩定。打開底座左右上座與左右基座的連接銷子,游車繼續上行,底座開始起升,底座中層各支腿接近垂直位置時,底座緩沖液缸伸出,使底座緩慢到位,避免沖擊,從而完成底座起升。參見圖2 DZ450/10. 5旋升式底座與井架起升示意圖。由圖可以看出,底座起升時快繩力也參加底座起升,因而底座起升時鉤載有所減少。底座無需另外一套起升大繩,大大的減少了起升時間。使用一套起升大繩安裝、拆卸都節省了時間,因而減少了搬家準備時間。使用一套起升大繩也減少了維護保養時間。底座起升到位后連接上座與井架人字架的連接銷子,從而使底座保持穩定。

圖2 DZ450/10.5旋升式底座與井架起升示意圖

3.3 左右上座

由于低位時井架朝前倒下,而底座朝后倒下,起升時左右上座必須從井架兩側通過,因而左右上座必須做成大豁口,起升時上座外側單梁要承載鉆工偏房,必須有足夠的強度和剛度因而需要做成方箱梁。經過核算,起升時方箱梁會有一定的扭轉變形,但都在允許范圍內,而在起升完成后左右上座前部豁口處需要用連接梁連成整體。左右上座由前支腿及后支腿支撐于左右基座上。左右上座中部豁口處設置有起升大繩死繩固定耳板,同時在此處還設置有與人字架的連接耳板,目的在于底座起升后借助于人字架使底座平行四邊形結構保持穩定,從而簡化了結構,減少了桿件。

3.4 立根盒梁

立根盒梁與左右上座四點連接,主梁下方有三角形支腿支撐于左右基座內側。立根盒梁墊木做成5大塊,每塊幾根墊木用螺栓連成整體,墊木下方封閉成泥漿盒,主梁朝轉盤側設有泥漿槽。

3.5 轉盤及其獨立驅動裝置梁

轉盤及其獨立驅動裝置梁做成整體結構,包括轉盤、電機、兩擋鏈條箱支撐在整體梁上,同時底部還封閉了油箱,用于鏈條箱潤滑及其冷卻。便于安裝找正,使整體梁與轉盤及其獨立驅動裝置成為一個運輸單元,簡化了搬家拆裝程序,縮短了搬家時間。

3.6 絞車梁

絞車前梁與左右上座四點連接,主梁下方有三角形支腿支撐于左右基座內側。絞車后梁與左右上座四點連接,同時用短連接梁與前梁連接。絞車前半部分置于絞車前梁上,絞車后半部分置于后梁之上。

3.7 中層各支腿

前支腿上部不能連成整體,因而兩條腿做成方箱結構。后支腿可以連成整體片架,兩條腿做成焊接工字鋼結構。三角形支腿為焊接工字鋼結構,由于結構所限形狀為斜三角形。

3.8 鉆工房支撐

頂層左右上座兩側由懸臂梁支撐鉆工偏房,起升時隨頂層整體起升。

3.9 緩沖液缸

頂層左右上座兩側下方設置有緩沖液缸,在底座起升過程中將緩沖液缸伸出,可使底座平穩就位;在底座下放時將緩沖液缸緩慢伸出,可使底座平行四邊形機構通過死點開始下放。

3.10 吊裝及運輸

各部件都做成塊裝結構,其之間的連接采用銷軸連接,以便于安裝與運輸。各大部件結構滿足吊裝、鐵路運輸和公路運輸的要求。

4 底座設計及制造難點

由于低位時井架朝前倒下,而底座朝后倒下,起升時左右上座必須從井架兩側通過,因而左右上座必須做成大豁口,起升時上座外側單梁要承載鉆工偏房,必須有足夠的強度和剛度,因此在結構設計時將其設計成方箱截面梁,經過手工計算,再經過電腦核算強度剛度滿足設計要求。而在起升完成后左右上座前部豁口處需要用連接梁連成整體。廠內總裝時經過載荷試驗及應力測試,各參數均滿足設計要求,各點應力符合要求。

5 配套井架形式及結構

井架為前開口K型井架,井架最大靜鉤載4 500 kN,井架工作高度45.5 m,井架底部跨距10 m。井架大腿支座及人字架后退支座均落在底座左右基座上,極大的提高了鉆機的整體穩定性。人字架之間用大橫梁連接,使井架起升更加穩定,同時可以簡化人字架的結構。大橫梁上設置有快繩滑輪。井架起升滑輪的設置與傳統的也有所不同,懸臂滑輪置于上方,而導向滑輪置于下方。起升大繩死繩端銷接于底座左右上座中后部的橫梁上,而不是像傳統井架銷接于井架三段上,通過人字架滑輪、井架懸臂滑輪、井架導向滑輪銷接于起升平衡架,而起升平衡架掛到游車下方。左右人字架各設置了兩個起升滑輪,起升井架時基本上只用到下部的一個滑輪,只有當井架快到位時才會用到上部的一個滑輪,當然在底座起升初始也是用到上部的一個滑輪,隨著底座的起升,起升繩會逐步落到下部的滑輪槽里。起升時通過絞車動力利用快繩力使游車、起升平衡架及起升大繩繃緊,絞車繼續運轉,井架開始緩緩起升,當井架起升即將到位時,井架緩沖液缸伸出使井架緩慢到位,避免與人字架發生碰撞。井架起升到位后,連接井架一段與人字架的銷子,使井架保持穩定。打開底座左右上座與左右基座的連接銷子,游車繼續上行,完成底座起升。

6 底座現場使用情況

首套 DZ450/10.5旋升式底座配套于 ZJ70/ 4500D鉆機,2007年在大港油田成功投入使用,目前,該底座配套的ZJ70/4500D鉆機累計生產30多臺,出口占到半數,從油田現場反饋的意見,各項性能指標均達到設計要求,完全滿足現代工藝的要求。充分顯現出其安裝、拆卸、搬遷方便,凸顯了起升、下放節省時間的優點。受到了各油田用戶的一致好評。

7 結 語

DZ450/10.5旋升式底座與傳統的平行四邊形底座相比,井架大腿落在底座的左右基座上,極大的提高了鉆機的整體穩定性。井架底座起升采用一次穿繩兩步到位的方式,大大的減少了起升時間。與相疊式底座相比,安裝、拆卸、搬遷方便,大大節約了搬家時間。目前,國內各大油田在用的70級鉆機中傳統的平行四邊形底座及相疊式底座占到了相當大的比例,隨著使用年限的增加,性能不斷下降,DZ450/10. 5旋升式底座作為替換產品,具有良好的市場前景。

[1]石亨自,孫曉明,周漢聲,等.美國鋼結構學會《鋼結構手冊》[M].第八版.蘭州:蘭州石油機械研究所,1985.

[2]SY/T5609-1999[S].石油鉆機型式與基本參數.

Development and App lication of DZ450/10.5 Sw ing-Up Substructure

GUO Dang-xiong
(Lanzhou LSPetroleum Equipment Engineering Co.,Ltd,Lanzhou Gansu 730087,China)

The DZ450/10.5 swing-up substructure is developed by our company in 2007 for the drilling rig ZJ70/4500D.The substructure greatly changes the raising way of the whole drilling rig,so the raising time is greatly shortened.At the same time,the derrick leg stands on the left and right chassis of the substructure,which would greatly improve the overall stability of drill.

substructure;swing up substructure;stability;structural characteristics

TE923

A

1007-4414(2015)06-137-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.051

2015-09-05

郭黨雄(1960-),男,山西忻州人,高級工程師,主要從事機械產品設計及開發工作。