陸彥博

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

油井在開(kāi)采過(guò)程中，極易發(fā)生各種故障，尤其針對(duì)頻繁開(kāi)采的油井，發(fā)生故障的概率更大，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，修井機(jī)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，根據(jù)油井深度的不同，選用修井機(jī)的公稱(chēng)鉤載也各不相同。目前，對(duì)我國(guó)各地區(qū)的油井來(lái)說(shuō)，修井機(jī)的生產(chǎn)廠家通常以2600m 的深度為定位指標(biāo)，生產(chǎn)制造的修井機(jī)，公稱(chēng)鉤載級(jí)別一般為40t 級(jí)以下。隨著石油資源的日漸減少，我國(guó)平原地區(qū)的油井儲(chǔ)油量呈現(xiàn)出逐年遞減的態(tài)勢(shì)，開(kāi)發(fā)時(shí)限也所剩不多。面對(duì)這種情況，近年來(lái)，我國(guó)的油井分布區(qū)域也逐步向山區(qū)以及灘涂地帶拓展，尤其是自然氣候因素較為惡劣的地區(qū)，在維修油井時(shí)，如果采用有繃?yán)K的修井機(jī)，作業(yè)難度極大。像東北地區(qū)的大慶油田，在冬季的極寒天氣下，最低室外溫度達(dá)到零下40℃以下，單一的采取打繃?yán)K的作法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這就給后續(xù)的油田維修作業(yè)帶來(lái)了諸多困難。而無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的出現(xiàn)徹底改變了這一局面，這項(xiàng)技術(shù)不僅占用空間小，而且維修效率高，是油井維修時(shí)首選的維修技術(shù)。

1 無(wú)繃?yán)K修井機(jī)概述

無(wú)繃?yán)K修井機(jī)采用一端與后支架鉸接的井架和與井架連接待立起后支撐井架的一對(duì)拉桿，每個(gè)拉桿滑套在套筒內(nèi)，每個(gè)套筒由車(chē)載底座上的支撐座沿橫向并可回轉(zhuǎn)夾接，每個(gè)支撐桿自由端頭處有擋臺(tái)，擋臺(tái)前的一段支撐桿上設(shè)有插銷(xiāo)孔。車(chē)載后部橫向伸縮的穩(wěn)定千斤頂為并排兩個(gè)，分別沿著兩個(gè)相反的方向伸出，在寬度條件相同的情況下，單獨(dú)的一個(gè)千斤頂?shù)纳斐鲩L(zhǎng)度大幅提升，這就使車(chē)載牢固性、穩(wěn)定性得到有效的保障。

2 車(chē)載無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的必要性

修井作業(yè)中通井機(jī)與修井機(jī)是常用的油井維修設(shè)備，而對(duì)于通井機(jī)而言，由于整機(jī)處于固定狀態(tài)，無(wú)法自帶井架，因此，做平行位移動(dòng)作較為困難，尤其在維修油井過(guò)程中，需要維修的點(diǎn)位往往處于分散態(tài)勢(shì)，而移動(dòng)性較差的通井機(jī)操作起來(lái)極為不便，這也直接影響了維修效率與維修效果。而對(duì)修井機(jī)而言，它兼顧了通井機(jī)的特性，操作靈活，移動(dòng)方便，在維修作業(yè)中，大部分油田均采用修井機(jī)進(jìn)行維修作業(yè)，實(shí)際應(yīng)用范圍較廣。隨著技術(shù)的改進(jìn)以及新材料的應(yīng)用，無(wú)繃?yán)K修井機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，它與有繃?yán)K修井機(jī)相比，維修作業(yè)時(shí)間能夠減少20%以上，維修速度的提升為油井的正常開(kāi)采工作節(jié)省了大量時(shí)間。下面針對(duì)無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析，闡釋設(shè)計(jì)修井機(jī)時(shí)，在無(wú)繃?yán)K的情況下，如何提升自身的穩(wěn)定性。

3 40t 無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的穩(wěn)定性分析

（1）修井機(jī)穩(wěn)定性的計(jì)算參數(shù)

圖1 中是某石油機(jī)械公司設(shè)計(jì)的無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)，設(shè)計(jì)噸位是40t，主要的計(jì)算參數(shù)如下：當(dāng)修井機(jī)處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該修井機(jī)的總質(zhì)量為35.5t，而前、中、后橋的質(zhì)量分別 為：12t、11.5t 以 及12t，自帶井架與大鉤為6.5t，大鉤的標(biāo)準(zhǔn)荷載為400kN。

（2）處于維修狀態(tài)時(shí)的側(cè)翻穩(wěn)定性分析

①受力參數(shù)及數(shù)據(jù)分析。當(dāng)無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)處于維修的工作狀態(tài)時(shí)，大鉤荷載、整車(chē)重量、自帶井架重量以及外界的自然風(fēng)載都屬于作用在修井機(jī)上的主要荷載。整機(jī)受力情況如圖2 所示。

在圖2 當(dāng)中，整車(chē)的前、中、后橋重量分別用G1、G2、G3 來(lái)表示，自帶井架的重量為G4，受到的外界自然風(fēng)載為F1，而自帶井架的側(cè)面承受的外界風(fēng)載為F2，機(jī)體大鉤的荷載用T 來(lái)表示，這些參數(shù)的重量單位為kN。此時(shí)，假設(shè)在實(shí)際作業(yè)時(shí)，作用力全部由后千斤頂承擔(dān)，除自帶井架外，整機(jī)的前、中、后橋重量始終保持一致。

②電動(dòng)修井機(jī)側(cè)翻穩(wěn)定性分析。修井機(jī)的底盤(pán)支腿屬于重力支撐點(diǎn)，當(dāng)修井機(jī)發(fā)生側(cè)翻事故時(shí)，在貼近車(chē)頭位置的車(chē)腿A，以及機(jī)體尾端靠近外側(cè)的支腿B將形成連線(xiàn)側(cè)翻效應(yīng)，而使整機(jī)的穩(wěn)定性驟降，此時(shí)如圖3 所示，這時(shí)修井機(jī)的整機(jī)與A、B 支腿的連線(xiàn)之間形成一個(gè)夾角，夾角度數(shù)12°。

圖1 無(wú)繃?yán)K修井機(jī)作業(yè)示意圖

圖2 修井機(jī)側(cè)翻總體受力圖

圖3 修井機(jī)側(cè)翻線(xiàn)示意圖

③側(cè)翻的穩(wěn)定性系數(shù)。側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)用n 來(lái)表示，計(jì)算公式為：n=MF/MR。

其中，主動(dòng)力矩用MR 來(lái)表示，而阻力矩則用MF 來(lái)表示。由計(jì)算公式可以計(jì)算修井機(jī)整機(jī)的側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)，即n1=MF/MR=MAB(額定)/MAB(F1+F2)=8.93，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果所得出的數(shù)據(jù)可以看出，40 噸位的無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的穩(wěn)定性系數(shù)較高，能夠有效地防止整機(jī)側(cè)翻，安全性較好。

4 作業(yè)時(shí)后傾翻穩(wěn)定性分析

圖4 表示的是在沒(méi)有任何外界荷載的情況下，無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的后傾翻穩(wěn)定性分析參數(shù)，在圖4 中，作業(yè)車(chē)正面所受風(fēng)載F3=qA3=7.56kN(12)井架正面所受風(fēng)載F4=pqA4=12.18kN(13)式中，A3、A4 分別為作業(yè)車(chē)正面迎風(fēng)面積。通過(guò)計(jì)算能夠判斷出，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，修井機(jī)整機(jī)后傾翻的穩(wěn)定性系數(shù)相對(duì)較高，修井機(jī)發(fā)生后傾翻的概率較小。5 結(jié)語(yǔ)

圖4 修井機(jī)后傾翻總體受力圖

與原有的修井機(jī)相比較，無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)剔除了四根外繃?yán)K，為施工單位節(jié)省了作業(yè)時(shí)間與配套設(shè)備投入，提高了作業(yè)效率以及修井速度。但是，由于缺少滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的外繃?yán)K，修井機(jī)的整車(chē)穩(wěn)定性能也隨之下降。因此，本文通過(guò)公式計(jì)算的方法針對(duì)40t 無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行闡釋?zhuān)赋鲈谡Ｗ鳂I(yè)時(shí)，后傾翻主動(dòng)力是作業(yè)車(chē)的車(chē)頭正面風(fēng)載，而阻力則是修井機(jī)整機(jī)的重量以及自帶井架的重量與大鉤荷載之和。通過(guò)公式計(jì)算得出：無(wú)繃?yán)K電動(dòng)修井機(jī)的側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)為8.93，后傾翻穩(wěn)定性系數(shù)為4.1，這兩項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足修井機(jī)的穩(wěn)定性要求。