車載無繃繩電動修井機穩定性分析

陸彥博

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

油井在開采過程中，極易發生各種故障，尤其針對頻繁開采的油井，發生故障的概率更大，當發生故障時，修井機發揮著至關重要的作用，根據油井深度的不同，選用修井機的公稱鉤載也各不相同。目前，對我國各地區的油井來說，修井機的生產廠家通常以2600m 的深度為定位指標，生產制造的修井機，公稱鉤載級別一般為40t 級以下。隨著石油資源的日漸減少，我國平原地區的油井儲油量呈現出逐年遞減的態勢，開發時限也所剩不多。面對這種情況，近年來，我國的油井分布區域也逐步向山區以及灘涂地帶拓展，尤其是自然氣候因素較為惡劣的地區，在維修油井時，如果采用有繃繩的修井機，作業難度極大。像東北地區的大慶油田，在冬季的極寒天氣下，最低室外溫度達到零下40℃以下，單一的采取打繃繩的作法無法實現，這就給后續的油田維修作業帶來了諸多困難。而無繃繩電動修井機的出現徹底改變了這一局面，這項技術不僅占用空間小，而且維修效率高，是油井維修時首選的維修技術。

1 無繃繩修井機概述

無繃繩修井機采用一端與后支架鉸接的井架和與井架連接待立起后支撐井架的一對拉桿，每個拉桿滑套在套筒內，每個套筒由車載底座上的支撐座沿橫向并可回轉夾接，每個支撐桿自由端頭處有擋臺，擋臺前的一段支撐桿上設有插銷孔。車載后部橫向伸縮的穩定千斤頂為并排兩個，分別沿著兩個相反的方向伸出，在寬度條件相同的情況下，單獨的一個千斤頂的伸出長度大幅提升，這就使車載牢固性、穩定性得到有效的保障。

2 車載無繃繩電動修井機的必要性

修井作業中通井機與修井機是常用的油井維修設備，而對于通井機而言，由于整機處于固定狀態，無法自帶井架，因此，做平行位移動作較為困難，尤其在維修油井過程中，需要維修的點位往往處于分散態勢，而移動性較差的通井機操作起來極為不便，這也直接影響了維修效率與維修效果。而對修井機而言，它兼顧了通井機的特性，操作靈活，移動方便，在維修作業中，大部分油田均采用修井機進行維修作業，實際應用范圍較廣。隨著技術的改進以及新材料的應用，無繃繩修井機應運而生，它與有繃繩修井機相比，維修作業時間能夠減少20%以上，維修速度的提升為油井的正常開采工作節省了大量時間。下面針對無繃繩電動修井機的穩定性進行系統分析，闡釋設計修井機時，在無繃繩的情況下，如何提升自身的穩定性。

3 40t 無繃繩電動修井機的穩定性分析

（1）修井機穩定性的計算參數

圖1 中是某石油機械公司設計的無繃繩電動修井機，設計噸位是40t，主要的計算參數如下：當修井機處于移動狀態時，該修井機的總質量為35.5t，而前、中、后橋的質量分別 為：12t、11.5t 以 及12t，自帶井架與大鉤為6.5t，大鉤的標準荷載為400kN。

（2）處于維修狀態時的側翻穩定性分析

①受力參數及數據分析。當無繃繩電動修井機處于維修的工作狀態時，大鉤荷載、整車重量、自帶井架重量以及外界的自然風載都屬于作用在修井機上的主要荷載。整機受力情況如圖2 所示。

在圖2 當中，整車的前、中、后橋重量分別用G1、G2、G3 來表示，自帶井架的重量為G4，受到的外界自然風載為F1，而自帶井架的側面承受的外界風載為F2，機體大鉤的荷載用T 來表示，這些參數的重量單位為kN。此時，假設在實際作業時，作用力全部由后千斤頂承擔，除自帶井架外，整機的前、中、后橋重量始終保持一致。

②電動修井機側翻穩定性分析。修井機的底盤支腿屬于重力支撐點，當修井機發生側翻事故時，在貼近車頭位置的車腿A，以及機體尾端靠近外側的支腿B將形成連線側翻效應，而使整機的穩定性驟降，此時如圖3 所示，這時修井機的整機與A、B 支腿的連線之間形成一個夾角，夾角度數12°。

圖1 無繃繩修井機作業示意圖

圖2 修井機側翻總體受力圖

圖3 修井機側翻線示意圖

③側翻的穩定性系數。側翻穩定性系數用n 來表示，計算公式為：n=MF/MR。

其中，主動力矩用MR 來表示，而阻力矩則用MF 來表示。由計算公式可以計算修井機整機的側翻穩定性系數，即n1=MF/MR=MAB(額定)/MAB(F1+F2)=8.93，根據以上計算結果所得出的數據可以看出，40 噸位的無繃繩電動修井機的穩定性系數較高，能夠有效地防止整機側翻，安全性較好。

4 作業時后傾翻穩定性分析

圖4 表示的是在沒有任何外界荷載的情況下，無繃繩電動修井機的后傾翻穩定性分析參數，在圖4 中，作業車正面所受風載F3=qA3=7.56kN(12)井架正面所受風載F4=pqA4=12.18kN(13)式中，A3、A4 分別為作業車正面迎風面積。通過計算能夠判斷出，在實際作業過程中，修井機整機后傾翻的穩定性系數相對較高，修井機發生后傾翻的概率較小。5 結語

圖4 修井機后傾翻總體受力圖

與原有的修井機相比較，無繃繩電動修井機剔除了四根外繃繩，為施工單位節省了作業時間與配套設備投入，提高了作業效率以及修井速度。但是，由于缺少滿足標準數量的外繃繩，修井機的整車穩定性能也隨之下降。因此，本文通過公式計算的方法針對40t 無繃繩電動修井機的穩定性進行闡釋，指出在正常作業時，后傾翻主動力是作業車的車頭正面風載，而阻力則是修井機整機的重量以及自帶井架的重量與大鉤荷載之和。通過公式計算得出：無繃繩電動修井機的側翻穩定性系數為8.93，后傾翻穩定性系數為4.1，這兩項指標均滿足修井機的穩定性要求。