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        基礎(chǔ)不均勻下沉對(duì)天車(chē)與方盤(pán)軸線(xiàn)的影響及校正

        2016-04-26 12:08:37吳義江
        科技視界 2016年9期

        吳義江

        【摘 要】在鉆井過(guò)程中,基礎(chǔ)作為一種特殊的建筑物,其載荷的不均勻性和基礎(chǔ)的不完善,如果不合理使用,其對(duì)鉆井有很大的影響。易造成井架內(nèi)力發(fā)生變化、設(shè)備振動(dòng)加劇,井口操作發(fā)生困難、影響井身質(zhì)量,甚至?xí)l(fā)生井架傾倒的惡性事故。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)不均勻下沉與天車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)位置關(guān)系的計(jì)算分析和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),找出了基礎(chǔ)不均勻下沉的主要原因,有針對(duì)性的制定切實(shí)可行的措施,并付諸實(shí)施,取得了明顯的效果。

        【關(guān)鍵詞】不均勻下沉;承載能力;井架整體變形;墊鋼板

        0 引言

        本文以TJ2-41塔型井架為例,建立了數(shù)學(xué)模型,利用幾何關(guān)系分析計(jì)算了鉆機(jī)基礎(chǔ)產(chǎn)生的不均勻沉降量對(duì)天車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)空間位置的變化關(guān)系;并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了鉆井過(guò)程中鉆機(jī)基礎(chǔ)的不均勻沉降與天車(chē)位置偏移量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和對(duì)比分析;找到了基礎(chǔ)不均勻下沉后的一些處理方法,并提出了如何減少問(wèn)題發(fā)生的建議,在以后施工時(shí)的注意事項(xiàng)。

        1 基礎(chǔ)不均勻下沉不可避免

        一般認(rèn)為地基在使用之前,在外力和自重壓力的作用下,已經(jīng)堅(jiān)固,不易變形;之后,在載荷的作用下,產(chǎn)生新的變形,基礎(chǔ)隨之也產(chǎn)生下不均勻沉。由于土壤本身的不固定性,整個(gè)鉆井設(shè)備的不穩(wěn)定載荷的不均勻性和基礎(chǔ)的不完善,地基變形也是不均勻,也就是說(shuō)基礎(chǔ)存在點(diǎn)或面的不均勻下沉。不均勻下沉是不可避免的,它對(duì)鉆機(jī)有很大的影響?;A(chǔ)產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)面的不均勻下沉后,使用設(shè)備的位置發(fā)生微量變化,破壞了原有的位置關(guān)系。因而,造成使用設(shè)備內(nèi)力發(fā)生變化、設(shè)備在使用過(guò)程中振動(dòng)加劇,井口操作發(fā)生困難,設(shè)備磨損加劇,后期影響完井質(zhì)量。倘若基礎(chǔ)產(chǎn)生面的不均勻下沉則鉆井工作就會(huì)有被迫停止的可能,甚至?xí)l(fā)生井架倒塌的惡性事故。

        2 基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)r的位置關(guān)系

        我們用與大慶Ⅰ、Ⅱ型鉆機(jī)配套的TJ2-41型井架為例進(jìn)行分析。

        基礎(chǔ)在使用過(guò)程中,按施工標(biāo)準(zhǔn)要求,基礎(chǔ)必須嚴(yán)格找水平,使井架的天車(chē)中心、轉(zhuǎn)盤(pán)中心,井口中心必須在一條鉛垂線(xiàn)上。這時(shí)的井架承載能力、整體剛性都是最大的。為了方便計(jì)算,建立三角形位置關(guān)系圖。找到了

        (1)基礎(chǔ)在設(shè)備擺放前為水平面。那么底座、轉(zhuǎn)盤(pán)底面亦處于水平狀態(tài)。

        (2)基礎(chǔ)在使用前,天車(chē)中心、轉(zhuǎn)盤(pán)中心、井口中心在同一鉛垂線(xiàn)上。

        (3)井架及底座按剛性整體結(jié)構(gòu)處理,即其底面始終作為一平面對(duì)待。則對(duì)角不均勻下沉量之和相等。

        圖1是計(jì)算示意圖,可用于計(jì)算天車(chē)的位置,也可用于計(jì)算轉(zhuǎn)盤(pán)的位置。是在通過(guò)天車(chē)中心或轉(zhuǎn)盤(pán)中心的鉛垂面內(nèi),用天車(chē)(轉(zhuǎn)盤(pán))中心C點(diǎn),鉛垂面與底座(井架)底面處沿交點(diǎn)A和B組成的三角形代替井架和底座;實(shí)線(xiàn)是基礎(chǔ)未產(chǎn)生不均勻下沉?xí)r的位置,虛線(xiàn)是基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻下沉后的位置。圖1中,AB、OC為已知量;h是基礎(chǔ)不均勻下沉量,可用水準(zhǔn)儀測(cè)得。需計(jì)算DC和DC′,即天車(chē)(轉(zhuǎn)盤(pán))中心的垂直位移和水平位移。

        由圖1顯見(jiàn):

        當(dāng)h≤50mm時(shí),DC誤差<3.33%,DC′誤差<0.03%;當(dāng)h≤100mm時(shí),DC誤差<6.44%,DC′誤差<0.55%。在實(shí)際問(wèn)題中,DC的大小對(duì)鉆井過(guò)程無(wú)影響,所以,上述近似計(jì)算公式完全滿(mǎn)足工程計(jì)算的精度要求。

        3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果與分析

        3.1 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

        在鉆機(jī)安裝施工過(guò)程中,按技術(shù)規(guī)程要求要達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)。

        標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ:校正天車(chē)中心和轉(zhuǎn)盤(pán)中心在一鉛垂線(xiàn)上,允許偏差≤10mm[2]。通過(guò)公式(10)計(jì)算相應(yīng)允許基礎(chǔ)的不均勻下沉量≤1.8mm。

        標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ:轉(zhuǎn)盤(pán)找平每米水平誤差≤2.46mm[3](換算值)。則相應(yīng)允許基礎(chǔ)的不均勻下沉量小于或等于下列數(shù)值:

        縱橫方向:8.144×2.46≈20(mm)。

        對(duì)角方向:11.517×2.46≈28.3(mm)。

        式中,8.144m是底座縱橫方向外形尺寸,11.517m是底座對(duì)角方向的外形尺寸。

        3.2 基礎(chǔ)不均勻下沉測(cè)量結(jié)果

        在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樁,以其為基準(zhǔn),分別各點(diǎn)測(cè)量,得到下沉量。使用水準(zhǔn)儀測(cè)量,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2(略)。

        表中下沉量已扣除均勻下沉部分,即最高的角下沉量為0。對(duì)角下沉量和之差為絕對(duì)值。

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,當(dāng)天車(chē)的水平位移越大,鉆機(jī)振動(dòng)越大;當(dāng)位移越小,設(shè)備振動(dòng)越小。

        3.3 分析

        (1)被測(cè)量各井的井架基礎(chǔ)都存在不同程度的不均勻下沉,一般井深越大不均勻下沉量也越大。5口井的最小不均勻下沉平均值3.83mm,最大不均勻下沉平均值15.5mm,最大不均勻下沉26mm;計(jì)算相應(yīng)的天車(chē)水平位移分別為21.5mm、86.9mm、103.1mm。已經(jīng)超過(guò)平均數(shù)值,振動(dòng)加大,所以對(duì)鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有很大負(fù)面影響。部分設(shè)備位移相對(duì)較小,實(shí)際生產(chǎn)中可不予考慮;比如:轉(zhuǎn)盤(pán)水平差為2.26mm/m,滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ的要求。

        但是,值得注意的是轉(zhuǎn)盤(pán)找水平時(shí)就存在一定的水平差,也就是轉(zhuǎn)盤(pán)向某一方向傾斜。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)高端在基礎(chǔ)下沉大的一側(cè)時(shí),基礎(chǔ)的下沉使轉(zhuǎn)盤(pán)水平差減小,對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)是有利的;反之基礎(chǔ)下沉將使轉(zhuǎn)盤(pán)水平差增大,容易超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

        (2)對(duì)角下沉量和之差平均值為1mm,數(shù)值很小,說(shuō)明底座、井架整體變形很小,即模型3與實(shí)際情況很相符。

        4 處理方法

        由上述分析計(jì)算可知,基礎(chǔ)的不均勻下沉對(duì)天車(chē)的位置影響很大?;A(chǔ)的不均勻下沉是很難避免的,嚴(yán)格控制此數(shù)值是很不經(jīng)濟(jì)的。因此,對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)不均勻下沉的井,應(yīng)采取相應(yīng)的方法處理,以期減少危害,保證正常打井。下述幾種處理方法,可單獨(dú)使用,也可組合使用,必要時(shí)重新校正轉(zhuǎn)盤(pán)和絞車(chē);具體處理方法的選擇,應(yīng)根據(jù)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果以及工具、裝備條件來(lái)確定。

        4.1 校正井架天車(chē)

        當(dāng)水平差不超標(biāo)準(zhǔn)可采用校正天車(chē)的方法來(lái)校正。值得注意的是,天車(chē)的調(diào)整范圍不能過(guò)大,以免使受力狀況惡化,造成事故。校正天車(chē)按標(biāo)準(zhǔn)操作(在此不多講述)。

        4.2 墊井架底柱

        就是在有效位置,加入一定厚度的加墊物,以減少天車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)位移的。通常用墊鋼板的方法來(lái)解決。

        (墊鋼板的方法在這里不再描述)所墊物品厚度可根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定:按照標(biāo)準(zhǔn)左右方向應(yīng)小于或等于20mm,對(duì)角方向小于或等于28.3mm,鋼板的厚度可以增大,但不宜超過(guò)40mm,以免使底座受力狀況惡化。

        4.3 墊井架底座

        用千斤頂將井架底座頂起,然后墊入適當(dāng)厚度的鋼板,取掉千斤頂,測(cè)量天車(chē)位置符合要求即可。(墊底座方法不再描述)注意的是,底座下方所墊鋼板要多點(diǎn)墊入。

        5 結(jié)論

        5.1 基礎(chǔ)不均勻下沉量越大,振動(dòng)越大。天車(chē)水平位移越大。

        5.2 基礎(chǔ)不均勻下沉量是可控量。提高前期施工質(zhì)量,地層軟硬分析。

        5.3 正確使用基礎(chǔ),合理分配,多觀(guān)察,及時(shí)整改。

        5.4 建議及注意事項(xiàng)

        (1)定期測(cè)量天車(chē)位置,發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)允許值時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。

        (2)用千斤頂時(shí),要按規(guī)定使用,地層比較軟時(shí)應(yīng)加設(shè)鋪墊物,增大接地面積,防止基礎(chǔ)下沉。

        (3)墊井架時(shí)應(yīng)做好安全防護(hù),以防發(fā)生事故。

        (4)自升式井架的調(diào)節(jié)裝置使用前后進(jìn)行檢查,使用后按標(biāo)準(zhǔn)封好。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]彭高華,等.底腳支座不均勻沉陷下井架的內(nèi)力、強(qiáng)度和局部穩(wěn)定性[J].石油機(jī)械,1988.

        [2]侯廣平.怎樣校正自升式井架[J].石油機(jī)械,1989.

        [3]西南石油學(xué)院,編.石油鉆井工人讀本[M].石油化學(xué)工業(yè)出版社,1975.

        [4]華南工學(xué)院,等.地基及基礎(chǔ)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1985.

        [責(zé)任編輯:湯靜]

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