郭党雄

(兰州兰石石油装备工程有限公司,甘肃兰州 730087)

DZ450/10.5旋升式底座的研制与应用*

郭党雄

(兰州兰石石油装备工程有限公司,甘肃兰州 730087)

DZ450/10.5旋升式底座是兰州兰石石油装备有限公司于2007年开发研制的配套于ZJ70/4500D钻机的新型底座。该底座的设计使得整台钻机的起升方式发生了变化,大大缩短了起升时间。同时井架大腿落在底座的左右基座上,极大地提高了钻机的整体稳定性。

底座;旋升式底座;稳定性;结构特点

1 底座设计原则

DZ450/10.5旋升式底座设计、制造依据“环保、安全、可靠、先进、方便、经济适用”的原则,整机性能和质量满足现代钻井工艺要求。底座设计符合相关标准,结构设计与计算符合APISpec 4F规范及《钢结构手册》的有关规定[1]。DZ450/10.5旋升式底座总图见图1。

图1 DZ450/10.5旋升式底座总图

2 底座基本参数[2]

钻台高度:10.5 m;钻台面积:13.9 m×12.65 m;转盘梁负荷:4 500 kN;立根盒梁最大静负荷:2 200 kN;配套井架最大钩载:4 500 kN;配套井架型号: JJ450/45.5-K11;配套钻机型号:ZJ70/4500D钻机。

3 底座结构特点

3.1 底座形式及其组成

DZ450/10.5旋升式底座为平行四边形结构,低位安装整体起升。与传统的双升式井架底座最大的区别在于井架大腿落在底座的左右基座上,极大的提高了钻机的整体稳定性。绞车置于台上,由绞车前后梁支撑。转盘及其独立驱动装置由转盘及其独立驱动装置梁整体支撑。井架底座起升采用一次穿绳两步到位的方式,大大的减少了起升时间。底座由底层、中层、顶层、台面内围及台面外围组成。底层由左、右前基座,左、右后基座及其底拉梁组成;中层由左、右前支腿,左、右后支腿,三角形支腿组成;顶层由左、右上座、立根盒梁、转盘及其独立驱动装置梁、绞车前梁、绞车后梁及其连接梁组成。

3.2 底座起升

底座与井架的起升采用一次穿绳两步到位的方式。起升大绳死绳固定在左右上座中后部的横梁上,经过井架人字架滑轮、井架二段悬臂滑轮、导向滑轮、起升平衡架悬挂到游车上,通过绞车动力完成起升,无需通过液压绞车或其他动力设备。起升时先将井架起升到位,连接井架一段与人字架的销子,使井架保持稳定。打开底座左右上座与左右基座的连接销子,游车继续上行,底座开始起升,底座中层各支腿接近垂直位置时,底座缓冲液缸伸出,使底座缓慢到位,避免冲击,从而完成底座起升。参见图2 DZ450/10. 5旋升式底座与井架起升示意图。由图可以看出,底座起升时快绳力也参加底座起升,因而底座起升时钩载有所减少。底座无需另外一套起升大绳,大大的减少了起升时间。使用一套起升大绳安装、拆卸都节省了时间,因而减少了搬家准备时间。使用一套起升大绳也减少了维护保养时间。底座起升到位后连接上座与井架人字架的连接销子,从而使底座保持稳定。

图2 DZ450/10.5旋升式底座与井架起升示意图

3.3 左右上座

由于低位时井架朝前倒下,而底座朝后倒下,起升时左右上座必须从井架两侧通过,因而左右上座必须做成大豁口,起升时上座外侧单梁要承载钻工偏房,必须有足够的强度和刚度因而需要做成方箱梁。经过核算,起升时方箱梁会有一定的扭转变形,但都在允许范围内,而在起升完成后左右上座前部豁口处需要用连接梁连成整体。左右上座由前支腿及后支腿支撑于左右基座上。左右上座中部豁口处设置有起升大绳死绳固定耳板,同时在此处还设置有与人字架的连接耳板,目的在于底座起升后借助于人字架使底座平行四边形结构保持稳定,从而简化了结构,减少了杆件。

3.4 立根盒梁

立根盒梁与左右上座四点连接,主梁下方有三角形支腿支撑于左右基座内侧。立根盒梁垫木做成5大块,每块几根垫木用螺栓连成整体,垫木下方封闭成泥浆盒,主梁朝转盘侧设有泥浆槽。

3.5 转盘及其独立驱动装置梁

转盘及其独立驱动装置梁做成整体结构,包括转盘、电机、两挡链条箱支撑在整体梁上,同时底部还封闭了油箱,用于链条箱润滑及其冷却。便于安装找正,使整体梁与转盘及其独立驱动装置成为一个运输单元,简化了搬家拆装程序,缩短了搬家时间。

3.6 绞车梁

绞车前梁与左右上座四点连接,主梁下方有三角形支腿支撑于左右基座内侧。绞车后梁与左右上座四点连接,同时用短连接梁与前梁连接。绞车前半部分置于绞车前梁上,绞车后半部分置于后梁之上。

3.7 中层各支腿

前支腿上部不能连成整体,因而两条腿做成方箱结构。后支腿可以连成整体片架,两条腿做成焊接工字钢结构。三角形支腿为焊接工字钢结构,由于结构所限形状为斜三角形。

3.8 钻工房支撑

顶层左右上座两侧由悬臂梁支撑钻工偏房,起升时随顶层整体起升。

3.9 缓冲液缸

顶层左右上座两侧下方设置有缓冲液缸,在底座起升过程中将缓冲液缸伸出,可使底座平稳就位;在底座下放时将缓冲液缸缓慢伸出,可使底座平行四边形机构通过死点开始下放。

3.10 吊装及运输

各部件都做成块装结构,其之间的连接采用销轴连接,以便于安装与运输。各大部件结构满足吊装、铁路运输和公路运输的要求。

4 底座设计及制造难点

由于低位时井架朝前倒下,而底座朝后倒下,起升时左右上座必须从井架两侧通过,因而左右上座必须做成大豁口,起升时上座外侧单梁要承载钻工偏房,必须有足够的强度和刚度,因此在结构设计时将其设计成方箱截面梁,经过手工计算,再经过电脑核算强度刚度满足设计要求。而在起升完成后左右上座前部豁口处需要用连接梁连成整体。厂内总装时经过载荷试验及应力测试,各参数均满足设计要求,各点应力符合要求。

5 配套井架形式及结构

井架为前开口K型井架,井架最大静钩载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,极大的提高了钻机的整体稳定性。人字架之间用大横梁连接,使井架起升更加稳定,同时可以简化人字架的结构。大横梁上设置有快绳滑轮。井架起升滑轮的设置与传统的也有所不同,悬臂滑轮置于上方,而导向滑轮置于下方。起升大绳死绳端销接于底座左右上座中后部的横梁上,而不是像传统井架销接于井架三段上,通过人字架滑轮、井架悬臂滑轮、井架导向滑轮销接于起升平衡架,而起升平衡架挂到游车下方。左右人字架各设置了两个起升滑轮,起升井架时基本上只用到下部的一个滑轮,只有当井架快到位时才会用到上部的一个滑轮,当然在底座起升初始也是用到上部的一个滑轮,随着底座的起升,起升绳会逐步落到下部的滑轮槽里。起升时通过绞车动力利用快绳力使游车、起升平衡架及起升大绳绷紧,绞车继续运转,井架开始缓缓起升,当井架起升即将到位时,井架缓冲液缸伸出使井架缓慢到位,避免与人字架发生碰撞。井架起升到位后,连接井架一段与人字架的销子,使井架保持稳定。打开底座左右上座与左右基座的连接销子,游车继续上行,完成底座起升。

6 底座现场使用情况

首套 DZ450/10.5旋升式底座配套于 ZJ70/ 4500D钻机,2007年在大港油田成功投入使用,目前,该底座配套的ZJ70/4500D钻机累计生产30多台,出口占到半数,从油田现场反馈的意见,各项性能指标均达到设计要求,完全满足现代工艺的要求。充分显现出其安装、拆卸、搬迁方便,凸显了起升、下放节省时间的优点。受到了各油田用户的一致好评。

7 结 语

DZ450/10.5旋升式底座与传统的平行四边形底座相比,井架大腿落在底座的左右基座上,极大的提高了钻机的整体稳定性。井架底座起升采用一次穿绳两步到位的方式,大大的减少了起升时间。与相叠式底座相比,安装、拆卸、搬迁方便,大大节约了搬家时间。目前,国内各大油田在用的70级钻机中传统的平行四边形底座及相叠式底座占到了相当大的比例,随着使用年限的增加,性能不断下降,DZ450/10. 5旋升式底座作为替换产品,具有良好的市场前景。

[1]石亨自,孙晓明,周汉声,等.美国钢结构学会《钢结构手册》[M].第八版.兰州:兰州石油机械研究所,1985.

[2]SY/T5609-1999[S].石油钻机型式与基本参数.

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

郭党雄(1960-),男,山西忻州人,高级工程师,主要从事机械产品设计及开发工作。