楊 智

(中原油田裝備監(jiān)測(cè)總站，河南 濮陽(yáng) 457001)

一、轉(zhuǎn)盤(pán)偏移問(wèn)題的提出

在四川蒼溪縣元壩225H井，1臺(tái)9 000m鉆機(jī)鉆至4 000m時(shí)，由于鉆桿與轉(zhuǎn)盤(pán)方形卡瓦發(fā)生嚴(yán)重偏磨，導(dǎo)致無(wú)法正常鉆進(jìn)。

初步分析問(wèn)題原因：井架承受交變應(yīng)力，發(fā)生嚴(yán)重變形；底座因腐蝕、過(guò)載發(fā)生嚴(yán)重變形；基礎(chǔ)發(fā)生沉陷。

根據(jù)初步分析結(jié)果，中原油田裝備監(jiān)測(cè)總站擬采取如下監(jiān)測(cè)方法：(1)對(duì)井架進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)。(2)對(duì)井架主弦桿進(jìn)行變形檢測(cè)。(3)對(duì)井架與井口對(duì)中精度進(jìn)行檢測(cè)。(4)對(duì)水泥基礎(chǔ)水平進(jìn)行檢測(cè)。

二、井架的應(yīng)力檢測(cè)

利用電阻應(yīng)變片測(cè)定井架變形。井架各構(gòu)件主要受拉力、壓力和彎矩共同作用，應(yīng)力狀態(tài)呈一維性，故可直接用虎克定律來(lái)計(jì)算井架構(gòu)件的應(yīng)力值，其公式為：σ=E×ε。

井架截面自下而上依次分為：截面01～截面17；每個(gè)井架截面由四個(gè)主弦桿組成，順時(shí)針依次為：1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)。1號(hào)主弦桿測(cè)點(diǎn)為1～4，2號(hào)主弦桿測(cè)點(diǎn)編號(hào)為5～8，3號(hào)主弦桿測(cè)點(diǎn)編號(hào)為9～12，4號(hào)主弦桿測(cè)點(diǎn)編號(hào)為13～16。采用DH3816靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，在井架上選擇主要受力部位截面03、截面07、截面13布置48個(gè)靜態(tài)檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片。該井架的實(shí)測(cè)應(yīng)力曲線如圖1、2、3所示。

從應(yīng)力曲線數(shù)據(jù)可以看出：(1)1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿應(yīng)力值差異明顯，說(shuō)明井架整體承受較大彎曲應(yīng)力。(2)各主弦桿的4個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值有明顯差異，4號(hào)主弦桿的13號(hào)測(cè)點(diǎn)受力最為突出，說(shuō)明主弦桿承受附加彎曲應(yīng)力。

三、井架變形檢測(cè)分析

圖1 13截面16個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線

圖2 07截面16個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線

采用TDJ2E型高精度光學(xué)經(jīng)緯儀，分別從正面和側(cè)面檢測(cè)井架主弦桿的初始彎曲變形。

井架左側(cè)面檢測(cè)1號(hào)主弦桿的彎曲變形，其測(cè)點(diǎn)自下而上依次為100～117。井架右側(cè)面檢測(cè)4號(hào)主弦桿的彎曲變形，其測(cè)點(diǎn)自下而上依次為200～217。

圖3 03截面16個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線

根據(jù)井架變形數(shù)據(jù)分析看出：(1)從正面看，左大腿1號(hào)主弦桿向外彎曲，右大腿4號(hào)主弦桿向外彎曲。3種不同載荷狀態(tài)比較，0kN時(shí)，1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿最大變形量分別為10mm和6mm。500kN時(shí)，1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿最大變形量分別為11mm和8mm。1 000kN時(shí)，1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿最大變形量分別為12mm和11mm。(2)從側(cè)面看，左大腿1號(hào)主弦桿向前彎曲，右大腿4號(hào)主弦桿向前彎曲。3種不同載荷狀態(tài)比較，0kN時(shí)，1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿最大變形量分別為5mm和4mm。500kN時(shí)，1號(hào)主弦桿和4號(hào)主弦桿最大變形量分別為4mm和5mm。而在1 000kN時(shí)，左大腿1號(hào)主弦桿和右大腿4號(hào)主弦桿最大變形量分別為5mm和7mm。(3)0kN時(shí)，左大腿后仰126mm，右大腿后仰52mm；500kN時(shí)，左大腿后仰127mm，右大腿后仰54mm；1 000kN時(shí)，左大腿后仰129mm；右大腿后仰55mm。

四、井架與井口對(duì)中檢測(cè)分析

采用TDJ2E型高精度光學(xué)經(jīng)緯儀，分別進(jìn)行井架頂部中心與轉(zhuǎn)盤(pán)中心、井架頂部中心與井口中心兩項(xiàng)對(duì)中情況檢測(cè)。

1.井架頂部中心與轉(zhuǎn)盤(pán)中心對(duì)中情況

如圖4所示，以轉(zhuǎn)盤(pán)中心為基準(zhǔn)，井架頂部中心右偏離轉(zhuǎn)盤(pán)中心123mm。

圖4 井架頂部中心與轉(zhuǎn)盤(pán)中心對(duì)中情況

2.井架頂部中心與井口中心對(duì)中情況

如圖5所示，井架頂部中心右偏井口中心127mm。

圖5 井架頂部中心與井口中心對(duì)中情況

五、水泥基礎(chǔ)和底座水平度檢測(cè)分析

1.水泥基礎(chǔ)的水平度檢測(cè)

在左右底座外側(cè)的水泥基礎(chǔ)上，選取一基準(zhǔn)點(diǎn)作為零點(diǎn)，沿著左右底座邊沿布點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)依次為1、2、3……41點(diǎn)；0～1和38～39點(diǎn)間隔為1 550mm，其余測(cè)點(diǎn)間隔均為1 000mm。單個(gè)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度差值則為該測(cè)點(diǎn)的水平值，高于基準(zhǔn)點(diǎn)為正值，低于基準(zhǔn)點(diǎn)為負(fù)值。經(jīng)檢測(cè)得知1～19號(hào)測(cè)點(diǎn)以0點(diǎn)為基準(zhǔn)，20～41號(hào)測(cè)點(diǎn)以19點(diǎn)為基準(zhǔn)，9號(hào)測(cè)點(diǎn)比基準(zhǔn)0點(diǎn)水平值低88mm，20號(hào)測(cè)點(diǎn)比19號(hào)測(cè)點(diǎn)水平值高109mm。對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，左基礎(chǔ)各測(cè)點(diǎn)水平值低于右基礎(chǔ)測(cè)點(diǎn)水平值，呈現(xiàn)左低右高。

2.底座水平度的檢測(cè)

在井架底座前、中、后三部分，選取A、B、C、E、F五個(gè)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)展水平度檢測(cè)，具體布點(diǎn)位置見(jiàn)圖6。

圖6 底座水平度檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：(1)左底座后部C點(diǎn)比A、B兩點(diǎn)高25mm。(2)右底座后部E點(diǎn)比F點(diǎn)高62mm。(3)左底座前部比右底座前部高16mm。(4)左底座后部比右底座后部高13mm。

六、檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析

從上述對(duì)井架應(yīng)力水平、主弦桿彎曲變形、井架與井口對(duì)中以及水泥基礎(chǔ)和底座水平度檢測(cè)情況綜合分析，可以得出以下檢測(cè)診斷結(jié)論：水泥基礎(chǔ)的水平度不達(dá)標(biāo)，在對(duì)底座的水平進(jìn)行調(diào)整時(shí)，引起井架?chē)?yán)重扭曲變形。井架隨著負(fù)載和變形量的加大，井口與井架中心的偏移也越大，最終導(dǎo)致鉆桿與轉(zhuǎn)盤(pán)方形卡瓦發(fā)生偏磨的嚴(yán)重后果。

七、現(xiàn)場(chǎng)整改及驗(yàn)證

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和判定結(jié)論，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了如下整改措施：(1)撤掉底座左下方和井架左大腿下部的調(diào)整鋼板，重新調(diào)整左右底座的水平度。(2)在井架右大腿下部墊上30mm鋼板。(3)調(diào)整頂驅(qū)的滑道，使其下部向左斜100mm。(4)調(diào)整轉(zhuǎn)盤(pán)，使其中心與井口中心重合。(5)調(diào)整井架左右大腿前傾、后仰狀態(tài)，讓井架頂部中心與井口中心保持對(duì)中。

經(jīng)過(guò)調(diào)整后，井架的安裝狀態(tài)得到明顯改善，井架、轉(zhuǎn)盤(pán)、井口的中心對(duì)中已調(diào)整到位，再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，井架頂部中心井口中心偏差僅為2mm，井架承受的最大安全載荷也由之前的4 065kN提高到4 079kN。