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)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]