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井架_图文_百度文库

鏃ユ湡;2019-09-08  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  8.5 井架 8.5.1概述 8.5.1概述 它在钻井或修井过程 中,用于安放天车,悬 挂游车、大钩、吊环、 吊卡等机具,以及起下、 存放钻杆、油管及抽油 杆。 对井架的要求是: 1)应有足够的强度 应有足够的强度、 1)应有足够的强度、 刚度和整体稳定性。 刚度和整体稳定性。 以保证起下一定深度的 钻杆柱、套管或油管柱。 2)足够的工作高度 2)足够的工作高度 和空间, 和空间,足够的钻台面 积。工作高度大,起下 立根长度长,速度快, 可节省时间。井架上下 底应有必要的尺寸,以 安装天车,并保证起下 操作时游动系统设备畅 行无阻;便于在钻台上 布置设备,安放工具, 方便工人操作,使司钻 有良好的视野。 3)应保证拆装方便, 3)应保证拆装方便, 应保证拆装方便 安全,移动迅速。 安全,移动迅速。为此, 结构应简单、轻便,并 尽可能采用分段或整体 运输,水平安装及整体 起放的安装移运方法。 石油矿场上使用的各 种井架,主要由以下几部 分组成(图8-23) (1)主体, (1)主体,多为型材组成 主体 的空间桁架结构; (2)天车台 天车台,供安放天车 (2)天车台 和天车架之用; (3)天车架 天车架,用于安装和 (3)天车架 维修天车; (4)二层台 (4)二层台,为井架工进行起下操作的工作场所, 二层台 它包括井架工的操作台和存靠立根的指梁; (5)立管平台 (5)立管平台,为装拆 立管平台 水龙带的操作台。 (6)工作梯 (6)工作梯; 工作梯 轻便钻机井架,采油井架一般不设立管平台, 天车台和天车架,有的还不设二层台。 8.5.2整体结构类型 8.5.2整体结构类型 钻机井架按整体结构形式的主要特征可分为塔 塔 形井架,前开口井架, 型井架和桅形井架四种基本 形井架,前开口井架,A型井架和桅形井架四种 类型。 1.塔形井架 塔形井架是一种横 截面为正方形或矩形的 四棱截锥体空间桁架 (图5-8)。 井架主体由四扇平 面梯形桁架组成,每扇 又分为若干桁格,同一 高度的四面桁格在空间 构成井架的一层,故整 个井架也可视为由多层 空间桁架组成。 塔形井架主要特点为: (1)井架主体部分为 (1)井架主体部分为 封闭结构,整体稳定性好, 封闭结构,整体稳定性好, 承载能力大。 承载能力大。 (2)整个井架由许多 (2)整个井架由许多 单一构件用螺栓联接而成, 单一构件用螺栓联接而成, 制造简单,运输方便。 制造简单,运输方便。 井架主体由四扇 平面梯形桁架组成,每 扇又分为若干桁格, 同一高度的四面桁格 在空间构成井架的一 层,故整个井架也可 视为由多层空间桁架 组成。 (3)井架内部空 (3)井架内部空 间大,起下操作方 间大, 安全。 便,安全。 (4)拆装工作量 (4)拆装工作量 大,高空作业不安 搬迁不方便。 全,搬迁不方便。 塔形井架 适用于较少搬 迁而要求承载 能力大,稳定 性好的钻机, 如海洋钻机、 超深井钻机。 2.前开口井架 2.前开口井架 前开口井架亦称为 Π形井架(图8-24), 其主要结构特征是: 1)整个井架主体是 1)整个井架主体是 段焊接结构组成。 3~5段焊接结构组成。 段间采用锥销定位和螺 栓联接。 栓联接。 2)通常采取水平拆装,整体起落( 2)通常采取水平拆装,整体起落(图8-25)和分 通常采取水平拆装 25)和分 段运输的办法搬迁井架。搬迁方便、安全、迅速。 段运输的办法搬迁井架。搬迁方便、安全、迅速。 3)因受运输尺寸限制, 3)因受运输尺寸限制,井架主体截面尺寸较 因受运输尺寸限制 使井架内部空间比较狭窄。 小,使井架内部空间比较狭窄。 为了方便游系设备上下运行和立根排放,井 架主体作成前扇敞开,横截面为开口矩形(即Π 形)的不封闭空间结构,其整体稳定性较塔形井 架差而较A形井架优。 有的前开口井架最上段作成四边封闭结构 以增强其稳定性。 4)井架各段两侧桁架结构形式相同 4)井架各段两侧桁架结构形式相同,背扇 井架各段两侧桁架结构形式相同 则采用特殊腹杆布置形式,如菱形,以保证司钻 视野良好。 由于前开口井架具有结构简单,移运、搬迁 前开口井架具有结构简单, 前开口井架具有结构简单 移运、 方便、良好的承载能力和整体稳定性, 方便、良好的承载能力和整体稳定性,而成为应 用最广泛的陆地钻机井架。 用最广泛的陆地钻机井架。 如美国陆地钻机几乎全部采用前开口井架, 我国制造的各种钻机(从15-60)都可以配置此类 井架。 前开口井架一般采用液压千斤顶调整井架位置, 对正井眼中心。 前开口井架都带有起升用的人字架,利用钻机自 身的动力,通过绞车,游动系统,平衡滑轮,人字 架起升钢绳,井架下部导向滑轮等完成井架起升和 下放(图8-25)。 井架起升后,人字架便构成井架整体一部分。 3.A形井架 3.A形井架 它是由两个等截面的空间杆 由两个等截面的空间杆 件结构或管柱式结构的大腿靠 天车台和二层台及附加杆件连 接而成的“ 字形空间结构 字形空间结构( 接而成的“A”字形空间结构(图 8-26), 大腿的前方或后方有撑杆支承,或在后方用人 字架支承。整个井架仍和前开口井架一样,采取地 面水平组装,整体起放,分段运输。 两个大腿都是由3~5段封闭的焊接结构用螺栓 联结的整体结构。大腿断面依所选型材不同,而采 取不同的截面形状,一般为矩形或三角形。撑杆有 杆系柱结构,矩形断面或管柱结构。 A型井架的每根大腿 都是封闭的整体结构, 都是封闭的整体结构,承 载能力强和稳定性好。 载能力强和稳定性好。井 架内部空间大,钻台宽敞, 架内部空间大,钻台宽敞, 司钻视野开阔。 司钻视野开阔。 由于两腿间联系较弱, 由于两腿间联系较弱, 致使井架整体稳定性较差。 致使井架整体稳定性较差。 A形井架起放方式基本有三 1)撑杆法 1)撑杆法 这是利用井架本身的撑杆来起放井架,安装方便, 起放平稳。但撑杆在起放时要在大腿上滑动,且撑 杆受力复杂,故井架大腿和撑杆结构较复杂。 2)利用安装在钻机底座上的人字架起放井架 2)利用安装在钻机底座上的人字架起放井架(与 利用安装在钻机底座上的人字架起放井架 前开口井架起放类似)。 3)扒杆法 3)扒杆法 这种方法是靠另外配备一套起升扒杆来起放 井架。采用这种方法起放的井架,一般都采用后 撑杆,井架主体和撑杆都比较简单,其结构基本 不受起放方式的影响,它们的承载状况较好,可 以设计得更轻便。但安装起吊扒杆比较费时,起 放也不够平稳。 综上所述,A形井架大腿结构简单;拆装方便, A形井架大腿结构简单;拆装方便, 安全,移运迅速;钻台宽敞,司钻视野开阔。 安全,移运迅速;钻台宽敞,司钻视野开阔。但 总体稳定性较前两种井架为差, 总体稳定性较前两种井架为差,适用于中深井和 深井钻机。 深井钻机。 4.桅形井架 桅形井架是一节或几 节杆件结构或管柱结构组 成的单柱式井架,有整体 成的单柱式井架 式和伸缩式两种。这种井 架一般利用液压缸或绞车 整体起放,分段或整体运 输,拆装移运很方便。 由于井架横截面尺寸 小,为了避免游系设备上 下运行不便,并适应井架 伸缩或折叠的需要,井架 井架 前扇一般做成部分或全部 敞开的Π形截面结构(见图 敞开的Π形截面结构 8-28 同时井架工作时也向井 口方向前倾(倾角一般在7° 以内)。因此,绷绳成了井架 不可缺少的基本支承之一, 是桅形井架整体结构的主要 特征。 桅形井架结构简单,轻 便,但承载能力小,只用于 车装轻便钻机和修井机。 8.5.3 井架载荷 1.恒载 1.恒载 井架的恒载是指那些长期作用在井架上的不变 载荷,它包括井架本身的重量以及安放在它上面 载荷, 的各种设备和工具,如天车, 的各种设备和工具,如天车,游系设备和吊钳等 的重量。 的重量。 2.大钩载荷 作用在井架上的大钩实际载荷是变化的, 作用在井架上的大钩实际载荷是变化的,而井架 上计算大钩载荷按其最大值, Qmax确定 确定。塔形井架 上计算大钩载荷按其最大值,即Qmax确定 和A形井架的钩载一般按作用在井架中心考虑。前开 口井架和桅形井架则按井架具体结构而定。 3.工作绳载荷 大钩载荷在快绳和死绳上产生的拉力之合力为工 作绳对井架的作用力。 作绳对井架的作用力。由于死绳固定位置一般与 井架主体的几何轴线偏离了一个角度,井架各大 腿的受力不均。 4.风载 井架在空中成为风在运动过程中的障碍物, 井架在空中成为风在运动过程中的障碍物,而 使空气的运动受阻, 使空气的运动受阻,此时运动着的空气的部分动能 转变为对井架承风面积的压力。 转变为对井架承风面积的压力。压力的强度取决于 风速,空气的质量密度及井架结构的形状和风向。 井架在工作时所承受的风载P风可按下式计算。 N (8-29) 式中:W-作风在井架上的计算风压,Pa,它的确定 可参见我国现行的《工业与民用建筑结构荷载规 范》; F-承风面积,是指垂直于风向的井架外廓面积, m 2。 P风=Wf 5.立根载荷 存放于井架上的立根对井架的水平方向作用力 称为立根载荷及立根所受风载, 称为立根载荷及立根所受风载,它通过二层台指梁 按水平方向作用到井架上。 对O取矩得: 1 P ×L×sinθ-qLn × L×cosθ= 0 根 2 1 qLn × L×cosθ 2 P= 根 L×sinθ 1 P = qLn ×ctgθ 根 2 式中:q-立根单位长度重量kg/m; n-指梁上存放的全部立根数; L-立根长度,m; θ-立根与钻台平面的倾角,一般 取86°~88°。 排列在指梁上的一组立根所受风载,可按前述 计算风载的方法计算,然后按其一半作用于指梁 上,其承风面积为: f1=n1dLsinθ (8-31) 式中: n1-指梁上每排的立根数; d-立根外径,一般取接头外径,m。 6.绷绳载荷 对于桅形井架,需计入绷绳载荷, 对于桅形井架,需计入绷绳载荷,即井架受 到上述载荷(桅形井架不承受立根载荷) 到上述载荷(桅形井架不承受立根载荷)而在绷 绳中产生拉力, 绳中产生拉力,它的大小因井架的 结构尺寸,绷绳数量和固定位置不同而异。 图8-29为一般条件 下修井架桅形井架的 绷绳布置图。A、B,C、 D四组绷绳的初始推荐 拉力每根分别为5、 2.3 、 4.5、4.5KN。 7.动力载荷 安装在海上浮式钻井装置上的井架, 安装在海上浮式钻井装置上的井架,因风浪作 用而产生纵摇,横摇和升沉运动, 用而产生纵摇,横摇和升沉运动,井架因而受到惯 性力的作用而称为动力载荷。 性力的作用而称为动力载荷。 动力载荷的大小取决于井架的质量和上述振动 的周期和振幅。例如当升沉运动振幅为3米时,其因 升沉而产生的动力载荷与井架重量相当。所以海上 钻井井架在设计时必须计入动力载荷,而因之称这 类井架为动力井架。 除上述载荷外, 井架在起放过程中, 井架各构件的内力因 井架的不同位置而异, 同时井架上还作用有 安装绳载荷等。对于 在地震区域工作的各 类井架,还应考虑水 平作用的地震载荷。 8.5.4 井架基本参数 表明井架主要特征的基本参数皆与起下作业 有关。 1.最大钩载 1.最大钩载 井架的安全承载能力一般常用所配钻机或修井 机的最大钩载来表示。它是指在没有风载,死绳 它是指在没有风载, 它是指在没有风载 固定在指定位置,而二层台不存放立根或抽油杆, 固定在指定位置,而二层台不存放立根或抽油杆, 油管的条件下,大钩所能承受的最大载荷( 油管的条件下,大钩所能承受的最大载荷(包括游 系系统重量) 系系统重量)。 2.高度 井架的名义高度: 井架的名义高度: 是指从井架大腿底板 表面到天车梁底面的 垂直高度H 垂直高度H, 井架的有效高度: 井架的有效高度: 则是指从钻台大梁顶 平面到天车梁底面的 垂直高度。 垂直高度 井架的有效高度根据起下钻操作要求和有关设 备高度并考虑井架搬迁要求来确定,如游系系统 高度(游车上顶到吊卡底面的高度)、立根极限长 度和防碰安全距离(即防止游车在工作时由于操作 失灵碰撞天车的防碰距离)等。 井架的二层台高度指的 井架的二层台高度 是从钻台平面到二层台底面 的垂直高度。 它取决于立根长度和二层 台操作台的位置。为了便于 井架工在二层台摘挂吊卡, 应使操作台的底面(通常也是 二层台底面)比立根存放在立 根盒上的高度低1.8~2.0m, 通常二层台具有两三个不同 高度安装位置,以适应不同 长度立根操作的需要。 3.二层台容量 3.二层台容量 二层台容量是指二层台指梁( 二层台容量是指二层台指梁(装在二层台的最 小高度上)所能存放立根的数量,用立根(钻杆,油 小高度上)所能存放立根的数量 管或抽油杆)的总长度来表示。 井架的指梁应能满 足存放全部立根的需要, 所以二层台容量主要取 决于指梁高度及其所围 抱的有效面积(存放立根 数量)。 塔形井架上、 4.塔形井架上、 下底尺寸及大门高度 塔形井架上、下底 尺寸是分别指沿天车梁 底面和钻台大梁顶面井 架大腿轴线间的水平距 离。 它们应满足操作方便和安全的需要,上底尺寸 是根据天车的外形尺寸和游车的工作要求确定的, 而下底尺寸应根据有关设备工具的布置,起下钻操 作及存放钻具所需钻台面积的大小来确定。 塔形井架大门高度 是指井架大腿底板平 面到大门顶面的垂直 高度,一般应高于8m, 以便将单根拉上钻台。


 
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