超深井钻机K型井架底座4种起升原理和特点

为了提高超深井钻机的性能和安装、拆卸效率,钻机生产商设计了以K型井架为主要结构形式的钻机,井架、底座的起升方式是其研究重点之一。介绍了K型井架底座的4种起升方式,及其钻机的结构特点、井架底座的起升原理,分析了各种起升方式适用的钻机井深级别。为超深井钻机的发展提出了建议。     

丛式井钻机底座的研制

介绍了一种新型钻机底座的设计构想和结构特点.该底座可使井架按常规起升方式及与底座起升成90°的特殊起升方式安装；井架使用钻机主绞车起升,底座使用液压绞车起升；底座适应安装液压平移装置实现钻机整体步进式纵向移动,满足钻机进行纵向丛式钻井.     

ZJ70DB型钻机井架起升过程有限元仿真分析

针对ZJ70DB型钻机井架起升过程,在结构分析的基础上,应用ANSYS有限元软件建立了钻机起升过程中12个位置的有限元分析模型.计算得到井架在起升过程中井架起升力及钻机底座、井架、人字架的最大应力和应变.有限元计算结果分析表明,ZJ70DB型钻机在井架起升过程中井架上起升大绳安装处应力较大,需进行重新加固,其他结构是安全可靠的.     

一例K型井架起升局部结构开裂原因分析

针对某海洋平台上修井机的K型两节套装井架主体结构出现局部开裂的问题,校核了井架开裂部位构件的结构强度和焊缝强度。分析了该井架在起升过程中各种非理想载荷的施加对井架局部结构强度的影响。该井架出现局部开裂的原因是结构设计不合理,焊缝强度不足。提出了与井架起升相关的主体结构局部改进方案,以及提高焊接检验等级的措施。     

自升式钻井井架及其应用

自升式井架是目前海洋钻井工程中应用较多的新型井架 ,它利用井架底段的滑轮机构进行井架的起升操作。这种井架由井架底段、中间各段和顶段组成 ,起升操作时先起升顶段 ,然后从上到下依次起升中间各段。自升式井架的优点是分段分片制造 ,便于运输 ,节约运输成本 ,安装简便 ,起升平稳 ,工作可靠 ;缺点是制造精度要求较高 ,生产成本较高     

四单根立柱超深井钻机井架液压辅助起升机理

ZJ90/6750DB-S四单根立柱超深井钻机的井架是国内最高的K型井架,超高重载特性使得其起升难度非常大;同时钻机的自动化升级改造,配套多套自动化装备,进一步增加了井架的重力、起升重力矩和难度。为更好地解决四单根立柱钻机井架起升难题,利用有限元方法开展了井架起升载荷及井架起升强度计算分析,在不改变井架主体结构尺寸的前提下,提出了通过增大初始起升角度来降低井架最大起升载荷的方案,并成功研制了液压高支架以辅助井架起升。现场应用情况表明:液压高支架辅助井架起升安全可靠,解决了升级后四单根立柱钻机重载超高井架的安全起升难题。研究结果为超高重载井架的起升作业提供了重要的理论和实践支撑。     

基于SAFI的液压缸起升式井架起升过程分析

通过对液压缸起升式井架起升过程的分析计算,阐明了起升力变化趋势,便于液压缸参数的选择以及井架的受力分析。利用有限元计算分析软件(SAFI)对井架起升工况进行了模拟计算,校核了起升工况下的井架强度,标明了起升工况下井架的薄弱点。与钢丝绳井架起升方式进行对比,指出了两者起升受力形式的不同之处,为液压缸式起升钻机的设计提供理论参考。     

JJ675/48-K型井架起升过程力学分析

井架在起升过程中的力学分析比较复杂,很难采用理论计算的方法得到。为了保证井架及其起升系统的安全,以JJ675/48-K型井架为例,采用SAFI 7.1软件建立模型并模拟该井架的起升过程。分析了在不同起升角度时井架和钢丝绳的受力,得到了最大起升力、最大钩载及井架各构件的强度、刚度。为井架的结构设计和现场起升提供依据。     

中深井陆地钻机井架底座结构和发展方向

介绍了目前4000～7000m陆地钻机常用的井架底座结构形式，指出中深井钻机井架底座的发展方向是液压缸起升、模块化设计、井架和顶驱一体化设计，与先进的钻机移运技术相结合，减轻质量、提高移运性、减少安装工作量和安装时间。并对发展我国新型液压旋升式井架底座提出了建议。     

折叠人字架式井架研制与应用

传统钻机的井架底座在起升后井架和人字架均在钻台面以上,占用了钻台空间,并且底座起升过程之中存在重心偏斜现象,影响起升平衡。折叠人字架式井架的优点是在井架起升后,将人字架折叠至台面以下,增大了钻台上的实际使用面积,采用分体结构起升,平稳无偏斜。通过井架起升力及钩载计算以及三维建模分析,对井架底座在各个工况下进行强度分析,以满足新型钻井市场对钻机结构型式和功能等方面的特殊使用要求。     

“弹弓式”井架底座整体起升过程的受力分析

本文对美国近期研制的弹弓式井架底座整体起升过程进行了受力分析,从理论上证明了这种新结构的可行性及其重要特性,为采用这一型式提供了必要的前提。作者还对井架起升过程进行了分析,它是电算井架起升工况时必须首先解决的问题。     

滩海勘探螺旋钻机井架的有限元分析

利用ANSYS软件对自行研制的滩海勘探钻机的井架进行了有限元分析，得到了井架在起升和几种工作状况下各杆件的应力分布。分析了最大应力值及其所在的位置，校核了井架的可靠性，最后对井架进行了稳定性分析，求得了井架结构的失稳载荷。计算结果可以评价井架设计方案的合理性，特别是井架起升和工作状况的可靠性。     

钻机垂直起升系统的研制

ZJ40/2250JD/DB系列钻机具有井架底座公用一套垂直起升系统的结构,包括地面安装支架、移动小车、液压绞车、起升支架、斜拉杆、扒杆、横杆等。阐述了起升系统的起升原理、起升过程及应用实效。运用该起升系统,能够减少井场占地面积,节省钻机安装时间,避免高空作业,保障了工人的人身安全。     

JJ450/45-K型井架起升过程动态特性分析

JJ450/45-K型井架是ZJ70/4500DBF型钻机的重要组成部件之一,主要分析了JJ450/45-K型井架起升装置模型的动态特性。在不同绞车转速下,对井架起升过程中角速度和角加速度进行分析,得出了绞车转速对起升过程的影响规律;对起升过程中井架主体的受力进行分析,得出了井架的最大受力位置,为井架结构强度设计提供依据。     

四单根立柱超深井钻机井架起升

ZJ90/6750DB-S型四单根立柱超深井钻机井架高度高、起升重力矩大,起升难度大。采用理论公式法和有限元法分别计算井架起升载荷,相互验证2种方法的计算结果,确保计算的可靠性。对风载耦合下井架的起升强度进行有限元分析,确保井架起升强度满足设计规范要求。现场应用中,实际测得的井架起升过程中最大大钩载荷以及井架最大应力与计算结果相近,井架实现安全起升,验证了计算的准确性。解决了超高、重载井架的安全起升问题。     

井架起升过程的有限元仿真分析

利用ANSYS软件对井架的起升过程进行仿真分析,得到了不同起升角度时的快绳拉力,分析了井架起升过程各杆件的受力分布。所得到的计算结果可以评价井架起升方案的合理性,为满足井架起升工况的可靠性设计提供理论依据。     

新型直立套装自升式井架的研制

针对目前钻机要求具有搬家安装方便、占地面积小、适应能力强等特点,设计了为ZJ40LDB复合驱动钻机配套的新型直立套装自升式井架。与常规井架相比,新型井架在工业试验中表现出3大优点(1)井架为垂直安装,减少了钻机用地及征地费用;(2)井架本体各节为整体结构,连接销数量少,从而减轻了井架安装作业强度,节省了拆卸和安装时间;(3)新型井架不需二次穿大绳,设备配备及维护保养减少,井架结构简化。     

固定海洋钻采平台塔型井架安装方式探讨

由于海洋钻井的复杂环境和作业条件,要求海洋钻井井架结构具有强度高、稳定性高、底部开档宽及良好的司钻视野等特点,大多选用塔型整体结构井架。因资源、环境条件、工期及施工费用等因素,塔型井架在固定钻采平台上的安装是一个复杂的课题。针对可能的塔型井架海上安装方案,通过分析各种影响因素,提出井架海上分段吊装的安装方式,并成功应用于海上平台的安装,为环境条件恶劣的东部或南部海域钻采平台使用塔型井架提供了很好的安装借鉴。     

大庆-130型钻机替代机型的研制

为满足2 000～2 800 m井深范围油气勘探开发的需要,研制了大庆-130型钻机的理想替代机型BE380L钻机。该钻机为机械统一驱动,采用液力传动、链条并车方案。井架为K型机械伸缩,采用低位安装、油缸起升方式;底座为旋升式结构,携井架油缸共升。预留丛式井移运装置和网电驱动接口。该钻机于2010年10—12月完成总装调试与型式试验,性能参数完全满足设计要求。在江汉油田钻了1口1 720 m的定向井,整机总体性能良好。但对试验中暴露出来的问题要进行整改,并对井架、底座进行优化设计。     

9000m自升式海洋井架的研制

针对深海深层油气资源的勘探开发不断深入,海洋勘探对深海工程装备的勘探井深要求提高的现状,研制了9 000 m自升式海洋井架。该井架采用直立无绷绳、多节套装、自升式、K形结构,自带起升绞盘,安装方便且占地面积小。井架采用小模块设计,每个模块总质量小于17t,满足海洋平台现场吊装要求。井架本体及关键受力部件采用热喷铝防腐处理及喷涂海洋防腐油漆工艺,满足海洋环境防腐要求。井架载荷试验结果表明,在最大试验载荷6 750 k N时,井架最大应力部位的应力值为148.2 MPa,该部位井架材料屈服强度为325.0 MPa,由此得井架的安全系数为2.19,大于API Spec4F所要求的安全系数1.67,因此井架强度满足要求。9 000 m自升式海洋井架的成功研制,将进一步推动深海深层钻井装备的国产化。