柳碩林，張秋冬，嚴(yán)珊珊，宋秋鋒

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053；3.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊 051134)

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TSJ-2000E水源鉆機鉆探平臺底架研制

柳碩林1，張秋冬2，嚴(yán)珊珊2，宋秋鋒3

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053；3.河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，石家莊 051134)

作者設(shè)計了一種用于配置TSJ-2000水源鉆機的可安裝井口防噴器的鉆探平臺底架，經(jīng)使用?89mm鉆桿鉆進完井深度1 810m的某科鉆井工程實踐檢驗，證明所采取的技術(shù)措施簡單、經(jīng)濟、安全可靠。

水井鉆機；鉆探平臺；底架；研制

1　前言

我院在施工某科鉆項目時，工程設(shè)計使用TSJ-2000E水源鉆機與?89 mm鉆桿鉆至完井井深1 810 m。

根據(jù)井址的區(qū)域地層分布與地質(zhì)設(shè)計，須于井深1 200 m時安裝井口防噴器控制地層壓力，故鉆探平臺至少需凈高出地面1.8 m。一般的地?zé)峋c供水井施工因地層壓力梯度不大，不必安裝防噴器等地面井控裝置，鉆探平臺均不配置基礎(chǔ)構(gòu)架而直接固定在自然地面上。經(jīng)咨詢，如向?qū)I(yè)生產(chǎn)廠家定制一套專用構(gòu)架，不僅投資達數(shù)十萬元、交貨時間不能滿足工期要求，且工程結(jié)束后對專業(yè)水文隊再無利用價值。因此，需要研制一套簡單、經(jīng)濟、安全可靠的四腳型井架鉆探平臺底架。

TSJ-2000鉆機的鉆深能力為：?89 mm鉆桿鉆深1 350 m，?73 mm鉆桿鉆深2 000 m。我單位因日常業(yè)務(wù)范圍所限，全部配用?89 mm或?127 mm鉆桿。TSJ-2000鉆機配?89mm鉆桿鉆進至1 810 m能力明顯不足，而購置或租用?73 mm鉆桿均為工程費用所不能承受，由此產(chǎn)生改造鉆機升降系統(tǒng)適應(yīng)現(xiàn)狀的構(gòu)想。

2　鉆探平臺設(shè)計及加工

四腳井架基礎(chǔ)的受力部位為四個腳、鉆桿盒位置與起下鉆時主機轉(zhuǎn)盤位置。如果分別的對各個受力點進行架高支撐，同時再把他們互相連接起來，形成一個穩(wěn)固的整體，鉆探平臺就形成了。經(jīng)過核算，成本僅為幾萬元，加工周期也只需3天，并且還能夠重復(fù)使用。

2.1設(shè)計依據(jù)

根據(jù)井架基礎(chǔ)的受力特點，計算各受力點的負荷，并根據(jù)負荷大小對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。設(shè)計完井深度1 810 m時鉆具懸重約400 kN，平臺底架自重約45 kN，鉆塔自重125 kN，設(shè)備自重80 kN。若考慮強力提拔等處理復(fù)雜情況的需要再增加400 kN，則各點對地面基礎(chǔ)的總受力為1 050 kN。其中：

四個腳：強力提拔時四個腳總受力約為970 kN，每個腳242.5 kN。

鉆桿盒：鉆桿盒位置受力為鉆具自重400 kN。

轉(zhuǎn)盤位置：該處受力為鉆具自重+設(shè)備自重=480 kN。

2.2加工方法

2.2.1材料

所用材料為：?159 mm×6 mm鋼管96 m；1.5 m×8 m×20 mm鋼板1塊；1.0 m×6 m×30 mm鋼板1塊；2.0 m×2.0 m×20 mm鋼板1塊；50 mm×50 mm×6 mm角鋼20根；200 mm×75 mm×9 mm槽鋼2根；電焊條若干。

2.2.2加工工藝

在鉆探平臺加工的同時，在井架四個腳及轉(zhuǎn)盤的相應(yīng)位置挖1.5 m見方的坑并澆筑混凝土，作為該平臺的地面基礎(chǔ)。鉆探平臺分塊加工，每塊都有上、下兩個平面。上平面用來安裝設(shè)備，下平面與地面基礎(chǔ)連接，分散壓力。加工工藝如下：

(1)井架四個腳位置

上平面用1 m×1 m×30 mm鋼板，下平面用1.5 m×1.5 m×20 mm鋼板，以增加與基礎(chǔ)的接觸面積；兩塊鋼板中間用排列成梅花狀的5根1.8 m長的?159 mm×6 mm鋼管焊接支撐。

(2)轉(zhuǎn)盤位置

上平面用1.5 m×1.5 m×30 mm鋼板，下平面用2.0 m×2.0 m×20 mm鋼板，以增加與基礎(chǔ)的接觸面積；由于轉(zhuǎn)盤通徑為660 mm，所以兩塊鋼板中間也對應(yīng)地割出直徑為660 mm的圓孔，并用8根1.8m長的?159 mm×6 mm鋼管沿鋼板四周均勻分布焊接支撐。

(3)主機位置

主機部位由于受力較小，可用兩根槽鋼作支撐。槽鋼兩端分別焊在轉(zhuǎn)盤的上支撐鋼板面上及井架的后壓邊上，下部用四根鋼管簡易支撐即可。

(4)鉆桿盒位置

上平面用1.5 m×2 m×30 mm鋼板，下平面用1.5 m×2 m×20 mm鋼板；兩塊鋼板中間用排列成梅花狀的8根1.8 m長的?159 mm×6 mm鋼管焊接支撐。鉆桿盒長度加長到2 m主要是考慮到排放鉆桿的需要。

各構(gòu)件放置到預(yù)定位置后，互相之間用角鋼交叉連接到一起。另外在鋼管與鋼板的焊接位置周圍分別用四塊合適大小的等腰直角三角形鋼板加固，增大整體穩(wěn)定性。

2.3強度及穩(wěn)定性校核

該鉆探平臺單鋼管的最大受力位置為轉(zhuǎn)盤位置。所以在強度校核時只考慮該部位。轉(zhuǎn)盤位置設(shè)計鋼管為8根，載荷480 kN，則單根鋼管最大受力為60 kN。

2.3.1柔度λ的計算

可把鋼管看成一端固定、一端自由，長度為1.8 m的壓桿。

式中：μ—長度系數(shù)，取2；

l—壓桿長度，1800 mm；

i—截面慣性半徑，mm；

i2=I/A

A—鋼管截面積，mm2；

I—截面慣性矩，mm4；

D—鋼管外徑，159 mm；

d—鋼管內(nèi)徑，147 mm。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得： λ =10.38。

2.3.2穩(wěn)定性計算

直線公式成立時45號鋼壓桿柔度的最小值λs=60，

所以該桿為粗短桿，不存在穩(wěn)定性問題，只有強度問題，臨界應(yīng)力就是屈服極限σs。45號鋼的屈服強度為353 MPa，計算得到本鉆探平臺中桿件的最大應(yīng)力P/A=20.8 MPa，遠小于鋼材本身的屈服強度，該平臺是穩(wěn)固的。

3　應(yīng)用情況及效益分析

松科1井施工中，由于鉆探平臺底架的使用，不僅儲備了防噴器的安裝位置，保證了施工安全，而且整個機臺也顯得格外整潔，發(fā)揮了文明施工的作用。

該鉆探平臺底架在長達10個多月的使用過程中，經(jīng)受住了8級大風(fēng)、強力提拔等惡劣施工條件的考驗，非常穩(wěn)固。

該平臺的設(shè)計加工，節(jié)省了不少費用，同時安裝、拆卸也很方便，經(jīng)濟耐用。

4　體會

(1)鉆探平臺的使用，不僅可以方便安裝防噴器，還有助于文明施工。

(2)由于平臺較高，在使用時注意四周應(yīng)設(shè)置安全護桿，保證施工人員的安全。

(3)在澆筑四個腳的基礎(chǔ)時，應(yīng)事先在相應(yīng)位置預(yù)埋一條螺栓，使得地面基礎(chǔ)與平臺能夠合為一體。

(4)由于井架較高，側(cè)向動載荷復(fù)雜，按要求要把繃?yán)K埋設(shè)牢固。

[1]趙九江,張少實,王春香.材料力學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1995.

P634.34

A

1009-282X(2016)04-0011-02

2016-04-04

柳碩林(1970-)，男，河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院高級工程師，探礦工程專業(yè)，主要從事鉆探技術(shù)與管理工作，Tel：13937789986，E-mail：13937789986@163.com。