HJJ225/43—T型井架大修后可靠性評定

摘 要：井架的強度是保證正常鉆（修）井作業的安全指標。目前，我國石油開采多以海洋采油為主。海上作業環境惡劣，化學腐蝕、電化學腐蝕、平臺拖航晃動、大風、受力金屬疲勞、施工中工件砸傷等，都嚴重威脅著井架的“健康”。海上作業的井架每隔一段時間或每隔一定的鉆探尺度都要入廠大修，來解決安全及結構性能方面的問題。而經過大修后的井架需經過應力測試的評定合格后才可以投入使用。

關鍵詞：井架；維修；應力測試；評定

井架作為海洋鉆機的關鍵設備，其生產制造維修后需經獲得用戶認可的第三方檢驗，如：DNV、ABS或CCS等權威機構。海洋井架直接承受鉆井作業載荷和海洋環境載荷，設計與建造應符合API Spec4F的規定。

井架是海洋鉆（修）井設備中十分重要的部分，同時也是海洋鉆（修）井設備中最薄弱的環節之一。井架經常在風載及其他載荷作用下變形，產生安全隱患[1]。而且，近幾年，我國石油需求量進一步加大，采油作業工作量也日益增多，設備使用強度加大，井架也極易出現疲勞缺陷。海上作業濕度大、鹽分大使得井架的使用狀況日益嚴峻。海上鉆井平臺上的井架定期就要進行大修來保證井架的安全性。應力測試作為大修竣工驗收環節，極其重要[2]。

1 井架檢測法律法規要求

根據2006年5月1日施行的《海洋石油安全生產規定》中規定海洋石油的專業設備應當由專業設備檢驗機構檢驗合格，方可投入使用。而海洋鉆（修）井設備屬于海洋石油專業設備。SY 6500-2010《灘（淺）海石油設施檢驗規程》中在役井架檢測檢驗進行年度檢驗和定期檢驗，并規定了檢測檢驗項目和內容[3]。SY6326-2012《石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級規范》中要求井架主要承載件在使用過程中出現開裂、彎曲、變形等現象，經修復后的井架，經改裝和大修的井架都要求做應力測試。[4]并且對最后井架的定級要求進行綜合評定并以井架的應力測試結果為主。對海洋鉆機、修井機井架做了A、B、C、D四個等級的劃分，要求A級井架每3年檢測一次，B級井架每2年檢測一次，C級井架每1年檢測一次，D級井架要求報廢。

2 被測井架介紹

該井架為2004年7月出廠投用的某修井平臺上的一座修井井架，井架型號為HJJ225/43-T，凈高43米，最大鉤載2250kN，為T（塔）型井架。其橫截面為正方形，立面為梯形，井架前扇有大門，后扇有絞車大門，主體部分是一個封閉的四棱錐體的金屬空間桁架結構。每扇平面桁架又分成若干桁格，同一高度的四面桁格在空間構成井架的一層。井架的四個大腿與橫、斜拉筋都是通過螺栓連接而成（如圖1）。

目前，此井架已經投產10年。在海上進行修井作業。海上惡劣的環境和嚴酷的工作使用環境使得井架存在多處安全隱患。有1根橫撐和3根斜撐由于發生彎曲被更換。而由于鋼結構桿件的彎曲使得井架受力不均勻，導致井架連接板處的螺孔發生撕裂。而井架整體也發生傾斜，已嚴重威脅到井架的安全生產。

3 改造井架檢測

由于此井架使用年份已達10年之久，又有井架鋼結構的更換、板空撕裂、井架傾斜等等多危險因素的存在，依據SY 6326-2012《石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級規范》10.3（a）（c）所列的情況，必須對此井架進行應力檢測評定，且評定時加載載荷不得少于設計最大鉤載的25%，即562.5kN。

應力測試系統采用無線應力測試系統，整個系統采用軟件、硬件兩部分結合，節點采用電源模塊、采集處理模塊、無線收發模塊組封裝一體的設計。在設備運輸及線路連接上極大地優化了工作量，縮短了測試周期，提高了系統可靠性和測試精度。在此次檢測中引入了SD404型無線應變系統[5]。

井架檢測，需要平臺的鉆臺臺面伸出鉆井平臺。由于要求在維修后進行檢測后才可出廠，因此平臺在船塢內進行檢測。提拉載荷按照500kN、800kN、1200kN、800kN、500kN的順序進行。

由于在船塢中進行載荷試驗，不具備現場作業提拉油管來進行加載的條件。因此，改用駁船作為載荷物。船體中注水來加重船的自重。駁船形體為30m×10m×3m，自重1380kN、吊索自重160kN，載荷合計1540kN。利用水的浮力和駁船自重綜合條件使達到井架所要求載荷，工作示意圖如圖2。

圖2 測試載荷加載示意圖

3.1 測點布置

井架布點為鉆臺面和二層臺共兩層布點，大腿為十字鋼，共布置測點32個，貼應變片的要求依據《石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級規范》。貼片如圖3。

圖3 井架結構及檢測布點圖

3.2 測試程序及數據

加載采用分段加載的形式進行：載荷先加載到500kN并保持1min，再加載到800kN并保持1min，再加載到1200kN并保持1min，之后減載到800kN并保持1min，再減載到500kN并保持1min，最后降為0kN。如此重復三遍[6]。（如表1）

3.3 結論

該井架經過大修后經檢測實際承載能力為2250kN，根據《石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級規范》井架評定級別為A級。

4 結束語

井架在長期的海上作業中受風載，反復提拉油管的受力等情況，會造成金屬的疲勞，同時，海上環境惡劣，濕度大、鹽分大，井中冒出的氣體中還可能夾雜含S氣體，這些都極易加速金屬的腐蝕，定期的檢測對保證井架的安全生產作業是非常必要的。

應力測試作為國家檢測標準中要求的檢測手段，為井架大修后的承載能力評定提供了重要的參考依據，對井架的定級起到了極其重要的作用。且這種無線應力測試系統施工操作方便較傳統的有線應力測試試驗節省了大量的人力物力，抗惡劣環境能力強，數據精確度高，使用推廣前景廣闊[7]。

參考文獻

[1]劉健，齊明俠，趙煥娟.基于應力分析的海洋鉆機井架結構可靠性分析[J].石油機械，2011，6：15-18.

[2]方華燦，周煒.石油鉆采機械可靠性設計[M].北京：石油工業出版社，1995.

[3]李小龍.海上平臺鉆（修）井機井架檢測與承載能力評估探討[J].石油工業技術監督，2013，3：43-45.

[4]SY6326-2012.石油鉆機和修井機井架底座承載能力檢測評定方法及分級規范[S].

[5]劉志剛，遲國安，馬赫.無線應變測試系統在鉆機井架檢測中的應用[J].廣州化工，2012，21：130-132.

[6]吳文秀，陳勇，韓興.在役鉆機井架承載能力極限狀態評定方法及應用[J].石油天然氣學報，2008：155-157.

[7]劉志剛.無線應變測試系統在井架承載能力檢測中的應用[J].科技致富向導，2012，19.