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        HXJ112修井機(jī)的設(shè)計(jì)改造及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        2013-10-18 02:15:54司念亭于雷中海石油天津分公司生產(chǎn)部天津300452
        天津科技 2013年4期
        關(guān)鍵詞:滑靴渤中修井

        司念亭 于雷 (中海石油天津分公司生產(chǎn)部 天津 300452)

        丁輝 張顓利 (中海油能源發(fā)展油田建設(shè)工程公司 天津 300452)

        中海油天津分公司渤中34-1B平臺(tái)設(shè)計(jì)為無人平臺(tái),一直未配置修井機(jī)。近年來,隨著平臺(tái)投產(chǎn)時(shí)間的推移,采油電潛泵、井下出砂等故障越來越多,另外為了進(jìn)一步提高采收率,壓裂、側(cè)鉆等新工藝不斷應(yīng)用,因此越來越依靠鉆井船來進(jìn)行修井和工藝井的作業(yè)。鉆井船費(fèi)用高,而且資源緊張,嚴(yán)重影響了平臺(tái)的修井時(shí)效。

        2012年5月,中海油天津分公司岐口18-1油田外掛了一個(gè)井口平臺(tái),并新建了一臺(tái)HXJ180修井機(jī),使得該平臺(tái)原HXJ112修井機(jī)提前結(jié)束服役。中海油天津分公司為了充分發(fā)揮閑置HXJ112修井機(jī)的利用率,提出了對(duì)HXJ112修井機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,來解決渤中34-1B平臺(tái)正常修井作業(yè)要求。

        1 渤中34-1B平臺(tái)現(xiàn)狀分析

        渤中34-1B平臺(tái)位于渤海灣中部,距山東龍口港以東30海里,平臺(tái)坐標(biāo)為北緯38°08′18";東京119°34′40",該海域水深大約19~20m,半日潮,海流為旋轉(zhuǎn)流,主流向NE-SW,平均最大流速約2節(jié)。

        渤中34-1B平臺(tái)頂甲板高度為EL(+)22.8m,總計(jì)有8口生產(chǎn)井,平臺(tái)頂甲板配有15T@20M全回轉(zhuǎn)吊機(jī)1臺(tái)、配電系統(tǒng)間2間、臨時(shí)工具房1間及臨時(shí)辦公房1間,頂甲板安裝有350mm(寬)×250mm(高)×18000mm(長(zhǎng))修井機(jī)下移動(dòng)底座軌道2根,軌道中心跨距為11000mm,甲板井場(chǎng)面積為19000×17000mm,平臺(tái)可提供修井作業(yè)時(shí)所需的電、海水、柴油等資源。

        2 原HXJ112修井機(jī)分析

        2.1 主要技術(shù)參數(shù)

        大鉤最大載荷:1125kN;

        大鉤額定載荷:800kN;

        修井深度:名義小修深度27/8”外加厚油管,5000m;

        下底座縱導(dǎo)軌中心距:7500mm;

        下底座主橫導(dǎo)軌中心距:8000mm;

        上、下底座布置形式:垂直布置;

        移動(dòng)方式:液壓步進(jìn)式,每步400mm。

        2.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

        HXJ112修井機(jī)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、上下底座、泥漿循環(huán)系統(tǒng)及輔助設(shè)備等八大系統(tǒng)組成。[1]修井機(jī)從主體結(jié)構(gòu)上分為下底座、上底座、井架三大部分,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        修井機(jī)主要用于海洋生產(chǎn)平臺(tái)檢泵、測(cè)井、修井等常規(guī)作業(yè),可通過自帶的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)縱向、橫向滑移。修井機(jī)下底座通過滑靴、壓板與平臺(tái)滑移軌道相互連接,上底座采用同樣的方式與下底座的主軌道梁相互連接,修井機(jī)為雙節(jié)套裝自升式K型井架,可通過液壓起升油缸實(shí)現(xiàn)井架起、放,通過液壓伸縮油缸實(shí)現(xiàn)第二節(jié)井架的升、縮。

        圖1 HXJ112修井機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖

        2.3 改造問題分析

        2.3.1 由于渤中34-1B平臺(tái)軌道的中心距為11000mm,而HXJ112修井機(jī)下底座的中心跨距為75000mm,無法滿足修井機(jī)下底座安裝的要求。因此需要對(duì)修井機(jī)下底座進(jìn)行新制或利用其他退役的修井機(jī)下底座進(jìn)行改造,使之滿足與平臺(tái)軌道的安裝要求。

        2.3.2 由于渤中34-1B平臺(tái)井場(chǎng)面積較小,無法滿足HXJ112修井機(jī)上、下底座在該平臺(tái)的垂直布置要求。因此需要對(duì)HXJ112修井機(jī)上底座的滑靴進(jìn)行改造,使之滿足與修井機(jī)下底座的平行布置。

        2.3.3 由于修井機(jī)布置形式的改變,因此需要對(duì)修井機(jī)甩鉆方向、鉆臺(tái)梯子、鉆臺(tái)擋風(fēng)墻及各種物資管線等進(jìn)行相應(yīng)的適應(yīng)性改造。

        鑒于以上問題分析,提出了對(duì)HXJ112修井機(jī)搬遷至BZ34-1B平臺(tái)的設(shè)計(jì)改造研究方案。

        3 設(shè)計(jì)改造

        3.1 修井機(jī)下底座設(shè)計(jì)改造

        經(jīng)過多次調(diào)研,確定通過改造原綏中36-1B平臺(tái)修井機(jī)下底座來滿足HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺(tái)甲板安裝的要求。

        3.1.1 修井機(jī)下底座改造分析 原綏中36-1B平臺(tái)修井機(jī)下底座跨距為11000mm,主梁中心4100mm,兩個(gè)支腿與主梁采用螺栓連接,該下底座總計(jì)有4塊滑靴,滑靴尺寸為630mm×810mm,滑靴與平臺(tái)軌道采用壓板、螺栓連接。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        根據(jù)該修井機(jī)下底座的結(jié)構(gòu)形式,只需將該下底座主梁中心寬度從4100mm改造至3600mm,同時(shí)將下底座的兩個(gè)支腿也進(jìn)行相應(yīng)的改造,[3]即可滿足HXJ112修井機(jī)在渤中BZ34-1B平臺(tái)的安裝要求。

        圖2 原綏中36-1B平臺(tái)修井機(jī)下底座主體結(jié)構(gòu)圖

        3.1.2 修井機(jī)下底座承載校核計(jì)算 根據(jù)HXJ112修井機(jī)自重、作業(yè)載荷及環(huán)境影響因數(shù),分別計(jì)算、校核修井機(jī)下底座在修井機(jī)自重加上最大103節(jié)風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和滿立根加上93節(jié)的風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和最大鉤載加上42節(jié)風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和額定鉤載及立根再加上42節(jié)風(fēng)速影響載荷等4種工況下的承載能力。

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果,該修井機(jī)下底座所受最大應(yīng)力為137MPa,長(zhǎng)細(xì)比為56.456,穩(wěn)定性判別數(shù)UCR值均小于1.0。該修井機(jī)下底座所用材料為Q345,屈服強(qiáng)度345MPa,因此安全系數(shù)為2.5。另外,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,[2]該受壓構(gòu)件允許長(zhǎng)細(xì)比不大于200,故改造后的修井機(jī)下底座的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

        3.2 修井機(jī)上底座設(shè)計(jì)改造

        由于原HXJ112修井機(jī)上、下底座采用的是垂直布置,為了滿足渤中34-1B平臺(tái)井場(chǎng)作業(yè)面積的要求,需要對(duì)修井機(jī)上底座的滑靴進(jìn)行適應(yīng)性改造,使之同時(shí)滿足改造后的原綏中36-1B平臺(tái)修井機(jī)下底座接口要求和修井機(jī)上、下底座的平行布置要求。

        根據(jù)修井機(jī)上、下底座布置和修井機(jī)滑移要求,在修井機(jī)上底座主梁上設(shè)計(jì)、加裝6個(gè)500mm高的滑靴,滑靴的具體結(jié)構(gòu)形式和加裝位置如圖3所示。

        圖3 HXJ112修井機(jī)上底座滑靴改造圖

        3.3 修井機(jī)穩(wěn)定性校核計(jì)算

        通過改造,使得HXJ112修井機(jī)的下底座結(jié)構(gòu)尺寸、整機(jī)高度、布置形式均發(fā)生了改變,導(dǎo)致修井機(jī)下底座各點(diǎn)的支反力均發(fā)生了變化,修井機(jī)在極限井位作業(yè)或在風(fēng)載等環(huán)境因數(shù)的影響下,存在傾覆的危險(xiǎn),因此需要進(jìn)行修井機(jī)抗滑移能力和抗傾覆能力計(jì)算。

        3.3.1 修井機(jī)抗滑移能力計(jì)算 根據(jù)修井機(jī)抗滑移能力計(jì)算經(jīng)驗(yàn),[4]計(jì)算HXJ112修井機(jī)在無立根107節(jié)風(fēng)載作用下和滿立根93節(jié)風(fēng)載作用下,上、下底座之間的縱向(0°方向)和下底座與甲板導(dǎo)軌之間的橫向(90°方向)抗滑移能力。其組合風(fēng)載及相關(guān)摩擦力計(jì)算結(jié)果見表1、2。組合風(fēng)載計(jì)算結(jié)果表明,無論是無立根107節(jié)風(fēng)載作用,還是滿立根93節(jié)風(fēng)載作用,上、下底座之間、下底座與甲板導(dǎo)軌之間均不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移。

        表1 無立根,107節(jié)風(fēng)載及摩擦力計(jì)算結(jié)果

        表2 滿立根,93節(jié)風(fēng)載及摩擦力計(jì)算結(jié)果

        3.3.2 修井機(jī)重心落點(diǎn)位置計(jì)算 針對(duì)修井機(jī)在渤中34-1B平臺(tái)3個(gè)不同井位進(jìn)行整機(jī)重心落點(diǎn)位置計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,修井機(jī)在井架直立狀態(tài)下,整機(jī)重心均落在下底座4個(gè)支點(diǎn)之間,因此在無外部載荷影響的情況下不存在傾覆的可能。其重心落點(diǎn)位置計(jì)算結(jié)果見表3。

        表3 修井機(jī)整機(jī)重心落點(diǎn)位置計(jì)算結(jié)果

        3.3.3 修井機(jī)抗傾覆能力計(jì)算 針對(duì)修井機(jī)在不同作業(yè)工況和風(fēng)載的共同影響下,計(jì)算HXJ112修井機(jī)的抗傾覆能力。修井機(jī)的抗傾覆能力計(jì)算主要是計(jì)算修井機(jī)在不同作業(yè)位置和受各種載荷影響時(shí),各支點(diǎn)的支反力。如計(jì)算出的支反力為負(fù)值,則連接螺栓受拉,修井機(jī)存在傾覆的可能。

        經(jīng)計(jì)算,修井機(jī)在受額定鉤載、鉆柱、自重及21.6m/s風(fēng)力等組合載荷時(shí),傾覆扭矩最大,其傾覆扭矩計(jì)算結(jié)果見表4。表中修井機(jī)下底座4點(diǎn)傾覆扭矩的計(jì)算結(jié)果均為正值,因此各支反力的螺栓不受拉,不存在傾覆的可能。

        表4 修井機(jī)最大組合載荷時(shí),各點(diǎn)傾覆扭矩

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        根據(jù)設(shè)計(jì)改造方案,中海油天津分公司對(duì)原HXJ112修井機(jī)和原綏中36-1B平臺(tái)修井機(jī)下底座進(jìn)行了升級(jí)改造,并于2013年6月份,將改造后的HXJ112修井機(jī)成功搬遷、吊裝于渤中34-1B平臺(tái),在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)修井機(jī)整機(jī)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)和井架應(yīng)力測(cè)試。HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺(tái)安裝如圖4所示。

        圖4 HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺(tái)安裝圖

        截至目前,改造后的修井機(jī)已順利完成2口井的檢泵作業(yè)和1口井的測(cè)試作業(yè),整機(jī)的穩(wěn)定性良好,各橇塊之間無相對(duì)滑動(dòng),滿足常規(guī)修井作業(yè)的要求?!?/p>

        [1]陳如恒,沈家俊.鉆井機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995:1-3.

        [2]美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì).AISCS335-89SpecificationFor StructuralSteelBuildings[S].5-37.

        [3]丁輝,陳金穩(wěn).一種海洋鉆修機(jī)滑移底座[P].中華人名共和國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局.

        [4]丁輝,徐華忠.K80海洋修井機(jī)穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械,2012,40(6):59-61.

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