輪拖式快速移運修井機底座的設計

□ 郝保川 □ 郝學文 □ 王 東 □ 蔣廣玉

山東科瑞機械制造有限公司 山東東營 257067

1 設計背景

車載修井機具有搬家移運性能好、拆裝簡單方便、起升井架迅速、占地面積小等優點,廣泛應用于石油鉆探領域[1-4]。在修井機搬家移運過程中,井架、絞車、發動機、傳動箱等大部件集成于底盤車上一起移運。底座需要拆解并吊裝到運輸車輛上進行移運,嚴重影響了搬家效率[5]。

筆者設計了一種輪拖式快速移運修井機底座,該底座在搬家過程中可直接與牽引車連接后進行移運,省去了拆解和吊裝過程,顯著提高了搬家移運效率,降低了生產成本。

輪拖式快速移運修井機底座在原有底座的基礎上,設計增加升降輪胎和起升液壓缸[6-7]。為了滿足道路運輸限寬的要求及搬家過程中過圓井的要求,對底座底層進行了優化設計。同時,在底座頂層不下放的情況下,能夠實現高位運輸,特別適合在中東、非洲空曠的沙漠地帶中使用。

2 設計方案

輪拖式快速移運修井機底座結構如圖1所示,由頂層、伸縮液壓缸、底層、升降輪胎、起升液壓缸、鵝頸、防噴器等部件組成。輪拖式快速移運修井機底座采用上下兩節套裝伸縮結構,頂層套裝在底層上,由伸縮液壓缸控制頂層伸縮,頂層伸出到位后與底層通過銷軸連接。運輸時,防噴器固定在鵝頸后方,隨底座一同運輸[8-9]。

▲圖1 輪拖式快速移運修井機底座結構

在移運初始階段,需要升降輪胎、起升液壓缸同時作用,將輪拖式快速移運修井機底座整體頂升一定高度,再將牽引車與鵝頸連接。伸縮液壓缸伸出時,頂層處于高位。伸縮液壓缸縮回時,頂層處于低位。

升降輪胎結構如圖2所示。輪胎安裝在翻轉支架上,折疊液壓缸控制翻轉支架翻轉。當折疊液壓缸伸出時,輪胎下降,將整個輪拖式快速移運修井機底座頂起。當折疊液壓缸縮回時,輪胎上升,將底座下放。

▲圖2 升降輪胎結構

輪拖式快速移運修井機底座底層如圖3所示。在中東、非洲空曠的沙漠地帶使用時,車輛限寬通常為7.5 m,因此使底座底層前中部變窄,同時將升降輪胎向中部移動,從而減小整體運輸寬度。最終將整體移運寬度控制在6.7 m,從而滿足道路限寬要求。

▲圖3 輪拖式快速移運修井機底座底層

輪拖式快速移運修井機底座按圖3所示箭頭方向移運,升降輪胎位于坡道側,移運過程中不存在輪胎過井口的情況,因此,該底座能夠滿足搬家過程中過圓井的要求。

輪拖式快速移運修井機底座的運輸狀態如圖4所示。

▲圖4 輪拖式快速移運修井機底座運輸狀態

底座移運分為高位移運和低位移運兩種方式,使用時可根據井位情況、移運環境、時間成本等因素綜合考慮選擇合適的移運方式。將升降輪胎移至底座中部后,為保證底座移運平穩,需要根據設備質量加長底層,同時將防噴器置于鵝頸后方,運輸時必須攜帶防噴器,或者增加配重。

3 有限元驗證

在輪拖式快速移運修井機底座移運過程中,牽引車和鵝頸之間使用牽引銷連接,在牽引車的作用下移運底座。在不同的路況下,底座會產生一定方向的傾斜,不同的傾斜方向對底座受力的影響不同。底座基于井眼中心線左右對稱,左右傾斜的影響相同。在水平狀態下,底座質心靠近升降輪胎位置,因此,升降輪胎承受的壓力大于牽引車承受的壓力。上坡時,底座質心后移,升降輪胎承受的壓力增大。下坡時,底座質心前移,升降輪胎承受的壓力減小。綜合分析各個移運工況,當底座在上坡、高位移運、風載方向和左右傾斜方向相同時,受力最惡劣,以此工況建立有限元模型進行計算驗證[10-12]。

輪拖式快速移運修井機底座有限元模型如圖5所示,底座運輸工況應力云圖如圖6所示。SAFI軟件計算過程符合API SPEC 4F《鉆井與修井結構》標準要求。SAFI軟件提供強度極限狀態值來判定構件的綜合強度,該值為實際載荷與許用載荷的比值。若單元的強度極限狀態值小于1.0,則認為該單元滿足強度要求,反之則不滿足。

▲圖5 輪拖式快速移運修井機底座有限元模型

▲圖6 輪拖式快速移運修井機底座運輸工況應力云圖

強度極限狀態值前十位的單元列表見表1。根據SAFI軟件計算結果,最大的強度極限狀態值出現在254號單元司鉆側底層前立柱。最大強度極限狀態值為0.52,小于1.0,從而驗證底座滿足API SPEC 4F標準要求。

表1 強度極限狀態值前十位

4 結束語

筆者設計的輪拖式快速移運修井機底座具有快速移運的特點,在頂層不下放的情況下,能夠實現整體直立運輸,同時能夠滿足道路運輸限寬要求和搬家過程中過圓井要求。運用SAFI軟件對底座進行計算驗證,結果表明設計安全可靠性符合API SPEC 4F要求。在中東、非洲空曠的沙漠地帶中,輪拖式快速移運修井機底座具有推廣應用價值。