石油钻井井架培训

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1、8.5 井 架8.5.1概述井架是钻采机械的重要组成部分。它 在钻井或修井过程中 ，用于安放天车，悬 挂游车、大钩、吊环 、吊卡等机具，以及 起下、存放钻杆、油 管及抽油杆。因此，对井架的要求是：1)应有足够的强度、刚度和整体稳定性。以保证起下一定深度的钻杆柱、套管或油管柱。 2)足够的工作高 度和空间，足够的钻台 面积。工作高度大，起 下立根长度长，速度快 ，可节省时间。井架上 下底应有必要的尺寸， 以安装天车，并保证起 下操作时游动系统设备 畅行无阻；便于在钻台 上布置设备，安放工具 ，方便工人操作，使司 钻有良好的视野。3)应保证拆装方便，安全，移动迅速。为此，结构应简单、轻便，并尽可能

2、采用分段或整体运输，水平安装及整体起放的安装移运方法。石油矿场上使用 的各种井架，主要由以下几部分组成(图8-23)：(1)主体，多为型材组成的空间桁架结构； (2)天车台，供安放天车和天车架之用； (3)天车架，用于安装和维修天车；(4)二层台，为井架工进行起下操作的工作场 所，它包括井架工的操作台和存靠立根的指梁； (5)立管平台，为装拆水龙带的操作台。 (6)工作梯；轻便钻机井架，采油井架一般不设立 管平台，天车台和天车架，有的还不设二 层台。8.5.2整体结构类型钻机井架按整体结构形式的主要特征可分为塔形井架，前开口井架，A型井架和桅形井架四种基本类型。1塔形井架塔形井架是一种横截面为

3、正方形或矩形的 四棱截锥体空间桁架(图5-8)。 井架主体由四 扇平面梯形桁架组 成,每扇又分为若干 桁格，同一高度的 四面桁格在空间构 成井架的一层，故 整个井架也可视为 由多层空间桁架组 成。 塔形井架主要特点 为：(1)井架主体部 分为封闭结构，整 体稳定性好，承载 能力大。(2)整个井架由 许多单一构件用螺 栓联接而成，制造 简单，运输方便。井架主体由 四扇平面梯形桁 架组成,每扇又分 为若干桁格，同 一高度的四面桁 格在空间构成井 架的一层，故整 个井架也可视为 由多层空间桁架 组成。 (3)井架内部空间大，起下操作方便，安全。(4)拆装工作量大，高空作业不安全，搬迁不方便。塔形井架

4、适用于较少搬迁而要求承载能力大，稳定性好的钻机，如海洋钻机、超深井钻机。2.前开口井架前开口井架亦称为形井架(图8-24) ，其主要结构特征是 ： 1)整个井架主体是35段焊接结构组 成。段间采用锥销定 位和螺栓联接。 2)通常采取水平拆装，整体起落(图8 -25)和分段运输的办法搬迁井架。搬迁方 便、安全、迅速。 3)因受运输尺寸限制，井架主体截面尺寸较小，使井架内部空间比较狭窄。为了方便游系设备上下运行和立根排放，井架主体作成前扇敞开，横截面为开口矩形(即形)的不封闭空间结构，其整体稳定性较塔形井架差而较A形井架优。 有的前开口井架最上段作成四边封闭结构以增强其稳定性。4)井架各段两侧桁架

5、结构形式相同，背扇则采用特殊腹杆布置形式，如菱形，以保证司钻视野良好。由于前开口井架具有结构简单，移运、搬迁方便、良好的承载能力和整体稳定性，而成为应用最广泛的陆地钻机井架。如美国陆地钻机几乎全部采用前开口井架，我国制造的各种钻机(从1560)都可以配置此类井架。前开口井架一般采用液压千斤顶调整井架位置，对正井眼中心。前开口井架都带有起升用的人字架，利用钻机自身的动力，通过绞车，游动系统，平衡滑轮，人字架起升钢绳，井架下部导向滑轮等完成井架起升和下放(图8-25)。井架起升后，人字架便构成井架整体一部分。3.A形井架它是由两个等截面的空间 杆件结构或管柱式结构的大腿靠天车台和二层台及附加杆件连

6、接而成的“A”字 形空间结构(图8-26)， 大腿的前方或后方有撑杆支承，或在后方用人字架支承。整个井架仍和前开口井架一样，采取地面水平组装，整体起放，分段运输。两个大腿都是由35段封闭的焊接结构用螺栓联结的整体结构。大腿断面依所选型材不同，而采取不同的截面形状，一般为矩形或三角形。撑杆有杆系柱结构，矩形断面或管柱结构。A型井架的每根大腿都是封闭的整体结构，承载能力强和稳定性好。井架内部空间大，钻台宽敞，司钻视野开阔。由于两腿间联系较弱，致使井架整体稳定性较差。A形井架起放方式基本有三种支撑法1)撑杆法这是利用井架本身的撑杆来起放井架，安装方便，起放平稳。但撑杆在起放时要在大腿上滑动， 且撑杆

7、受力复杂，故井架大腿和撑杆结构较复杂。2)利用安装在钻机底座上的人字架起放井架(与前开口井架起放类似)。3)扒杆法这种方法是靠另外配备一套起升扒杆来起放井架。采用这种方法起放的井架，一般都采用后撑杆，井架主体和撑杆都比较简单，其结构基本不受起放方式的影响，它们的承载状况较好，可以设计得更轻便。但安装起吊扒杆比较费时，起放也不够平稳。综上所述，A形井架大腿结构简单；拆装方便，安全，移运迅速；钻台宽敞，司钻视野开阔。但总体稳定性较前两种井架为差，适用于中深井和深井钻机。4桅形井架桅形井架是一节或几 节杆件结构或管柱结构组成的单柱式井架，有整体式和伸缩式两种。这种井架一般利用液压缸或绞车整体起放，分

8、段或整体运输，拆装移运很方便。由于井架横截面尺 寸小，为了避免游系设备上下运行不便，并适应井架伸缩或折 叠的需要，井架前扇一般做成部分或全部敞开的形截面结构(见图8-28)，同时井架工作时也向井口方向前倾(倾角一般在7以内)。因此，绷绳成了井架不可缺少的基本支承之一，是桅形井架整体结构的主要特征。桅形井架结构简单，轻便，但承载能力小，只用于车装轻便钻机和修井机。8.5.3 井架载荷1.恒载井架的恒载是指那些长期作用在井架上的不变载荷，它包括井架本身的重量以及安放在它上面的各种设备和工具，如天车，游系设备和吊钳等的重量。2大钩载荷作用在井架上的大钩实际载荷是变化的，而井架上计算大钩载荷按其最大值

9、，即Qmax确定。塔形井架和A形井架的钩载一般按作用在井架中心考虑。前开口井架和桅形井架则按井架具体结构而定。3工作绳载荷大钩载荷在快绳和死绳上产生的拉力之合力为工作绳对井架的作用力。由于死绳固定位置一般与井架主体的几何轴线偏离了一个角度，井架各大腿的受力不均。4风载井架在空中成为风在运动过程中的障碍物，而使空气的运动受阻，此时运动着的空气的部分动能转变为对井架承风面积的压力。压力的强度取决于风速，空气的质量密度及井架结构的形状和风向。5立根载荷存放于井架 上的立根对井架 的水平方向作用 力称为立根载荷 及立根所受风载 ，它通过二层台 指梁按水平方向 作用到井架上。对O取矩得：P根*L*sin

10、qLn*0.5L*cos0 P根 qLn*0.5L*cos/ L*sinP根0.5 qLn*ctg6绷绳载荷对于桅形井架，需计入绷绳载荷，即井架受到上述载荷(桅形井架不承受立根载荷)而在绷绳中产生拉力，它的大小因井架的结构尺寸，绷绳数量和固定位置不同而异。图8-29为一般条件下修井架桅形井架的绷绳布置图。A、B，C、D四组绷绳的初始推荐拉力每根分 别为5、2.3、4.5、4.5KN。7动力载荷安装在海上浮式钻井装置上的井架，因 风浪作用而产生纵摇，横摇和升沉运动，井 架因而受到惯性力的作用而称为动力载荷。动力载荷的大小取决于井架的质量和上述振动的周期和振幅。例如当升沉运动振幅为3米时，其因升沉

11、而产生的动力载荷与井架重量相当。所以海上钻井井架在设计时必须计入动力载荷，而因之称这类井架为动力井架。除上述载荷外 ，井架在起放过 程中，井架各构 件的内力因井架 的不同位置而异 ，同时井架上还 作用有安装绳载 荷等。对于在地 震区域工作的各 类井架，还应考 虑水平作用的地 震载荷。8.5.4 井架基本参数表明井架主要特征的基本参数皆与起 下作业有关。1.最大钩载井架的安全承载能力一般常用所配钻 机或修井机的最大钩载来表示。它是指在 没有风载，死绳固定在指定位置，而二层 台不存放立根或抽油杆，油管的条件下， 大钩所能承受的最大载荷(包括游系系统 重量)。 2高度 井架的名义 高度是指从井架 大

12、腿底板表面到 天车梁底面的垂 直高度H，而井架 的有效高度则是 指从钻台大梁顶 平面到天车梁底 面的垂直高度。井架的有效高度根据起下钻操作要求和有关设备高度并考虑井架搬迁要求来确定，如游系系统高度(游车上顶到吊卡底面的高度)、立根极限长度和防碰安全距离(即防止游车在工作时由于操作失灵碰撞天车的防碰距离)等。井架的二层台高度指的是从钻台平面到二层台底面的垂直高度。它取 决于立根长度和二层台操作台的位置 。为了便于井架工在二层台摘挂吊卡 ，应使操作台的底面(通常也是二层台 底面)比立根存放在立根盒上的高度低 1.82.0m，通常二层台具有两三个不 同高度安装位置，以适应不同长度立 根操作的需要。3

13、.二层台容量二层台容量是指二层台指梁(装在二层台 的最小高度上)所能存放立根的数量，用立根 (钻杆，油管或抽油杆)的总长度来表示。井架的指梁应能满足存放全部立根的需要，所以二层台容量主要取决于指梁高度及其所围抱的有效面积(存放立根数量)。4塔形井架上、下底尺寸及大门高度塔形井架上、下底尺寸是分别指沿天车梁底面和钻台大梁顶面井架大腿轴线间的水平距离。它们应满足操作方便和安全的需要，上底尺寸是根据天车的外形尺寸和游车的工作要求确定的，而下底尺寸应根据有关设备工具的布置，起下钻操作及存放钻具所需钻台面积的大小来确定。塔形井架大门高度是指井架大腿底板平面到大门顶面的垂直高度，一般应高于8m，以便将单根拉上钻台。