system: [SYSTEM]

user: 2. 技术分析 2.1. 主要技术参数 名义钻探深度：4000 m (f114 mm钻杆)； 绞车功率：1000 kW (1200HP) 大钩最大载荷：2250 kN； 井架高度：38 m； 最大抗风能力：110 km/h； 游动系统：6 × 5； 钢丝绳直径：32 mm (11/4 in) 钻台工作高度：6 m； 移运形式：拖挂式； 最高车速：45 km/h； 适应环境温度：−18℃~45℃。 2.2. 工作原理 1200HP直立井架电动拖挂钻机的绞车及转盘分别由独立的交流变频电机和减速箱组合驱动，可实现绞车和转盘的全程无级调速。传动系统采用齿轮传动，具有效率高，噪音低，使用寿命长等优势。钻机传动原理图如图1。 2.3. 结构组成 1200HP直立井架电动拖挂钻机主机主要由半挂车、电机、绞车、传动箱、井架、钻台、转盘驱动装置、控制系统等部分组成。钻机的主机移运状态如图2所示。 2.4. 钻机主要部件 2.4.1. 半挂车 ES9660Q型半挂车是专门为本拖挂钻机设计的半挂车底盘，具有以下主要特点： ① 前轴为空气悬挂，中间四轴采用四联板簧悬挂，后轴为空气悬挂，行驶稳定平顺、操作简便；车辆各轴载荷均匀；结构稳定简单、维护保养方便。 ② 制动系统采用了双管路气压制动和放气弹簧制动室，不仅制动可靠、迅速，还具备了停车制动。 ③ 支承装置为机械传动式支腿，升降轻便迅速，安全可靠。 2.4.2. 绞车 JC40DB型绞车主要用来为游动系统起下作业提供动力，与驱动机组一起安装于拖车台面上，绞车系统主要由主滚筒、盘式刹车系统、减速箱、自动送钻系统、角传动箱、润滑系统等组成。绞车滚筒轴采用优质合金钢整体锻造而成，两边由调心轴承支承，滚筒体上设置有Lebus绳槽。绞车设计符合API Spec 7 K《钻井和采油提升设备规范》。 图1. 钻机传动原理图 图2. 钻机主机移运状态图 2.4.3. 井架 井架为直立无绷绳、双节套装、伸缩式K形井架。主要由天车、井架上体、井架下体、上下体承载机构、二层工作台、逃生装置、起升液缸、伸缩装置、立管总成、平衡装置及上、下体梯子等部件组成。井架立起和放倒由连接在运载车大梁和井架下体上的两个双作用变辐多级起升液缸来实现，伸出与缩回采用绞车动力实现。井架与运载车后支架之间采用铰支座连接，与钻台之间通过调节丝杠连接，确保井架连接稳固。此种型式的井架结构稳定，对井场的要求不高，无需地锚固定绷绳，满足在钻井地域面积有限的使用要求。井架设计符合API Spec 4F《钻井和修井井架、底座规范》。 (1) 基本参数 井架参数如下： 最大静钩载：2250 kN。 井架高度：38 m (天车底梁下平面至地面)。 二层台高度：16.5 m/17.5 m。 二层台容量：4000 m (4-1/2钻杆、19米立根)。 (2) 环境参数 井架设计风速，如表1。 (3) 设计载荷 根据API Spec 4F第4版规范载荷组成的规定，结构计算以下工况如表2。 (4) 井架模型图示 1) 作业工况 井架作业工况模型如图3所示。 2) 起升工况： 井架起升工况模型如图4所示。 (5) 结论 通过分析表明，该结构在各工况下杆件最大拉应力203 MPa；最大长细比117.36；稳定性判别数UCR值均小于相应工况的名义应力校核系数。最大拉应力处的结构所用材料为屈服强度345 MPa，安全系数：345/203 = 1.70。该结构的强度、刚度、稳定性均满足API规范要求，是安全的。 Table 1 Design wind speed for derric 工况 Case 风速 Wind Speed 操作和安装工况 Operational and erection wind 16.5m/s (32knots) 预期暴风雨工况 Expected wind 38.6m/s (75 knots) 不可预期暴风雨工况 Unexpected wind 30.7m/s (60 knots) 表1. 井架设计风速 Table 2 Design loading for derric 工况 Case 设计载荷条件 Design Loading Condition 静载荷(自重)(%) Dead Load (%) 钩载荷(%) Hook Load (%) 转盘载荷(%) Rotary Load (%) 立根载荷(%) Setback Load (%) 环境载荷 Environment Loads 1a 操作 Operation 100 100 0 100 100% 操作环境 100% operation environment 2 预期 Expected 100 TE 100 0 100%可预期的暴风雨 100% expected storm environment 3a 不可预期 Unexpected 100 TE 100 100 100%不可预期暴风雨 100% unexpected storm environment 4 起升 Erection 100 适用时 As applicable 适用时 As applicable 0 100% erection environment 表2. 井架设计载荷 图3. 井架作业模型图 2.4.4. 钻台 钻台由船形底座、井架基础、转盘座、立根座、转盘驱动装置、飘台、坡道、防喷器安装装置等组成。船形底座用来支承车装钻机主机、井架基础用来支承井架的重量及大钩载荷，转盘座、立根座用来承受钻井作业时转盘载荷及存放立根，转盘驱动装置用于驱动转盘进行钻进工作，位于台体上的飘台用于存放井口工具，及为司钻和井口操作人员提供作业场所等，台体台面下提供井口装置安装空间，防喷器安装装置用于安装防喷器，坡道用于单根上下钻台及甩钻具作业。钻井作业时钻机载荷通过钻台的上 述不同的部件传递到基础与地面 [ 6 ] 。底座设计符合API Spec 4F《钻井和修井井架、底座规范》。 (1) 作业模型 钻台作业工况模型如图5所示。 (2) 载荷模拟 钻台结构的自重载荷在模型中体现，由计算程序自动计算生成。设备的重量按照适当的载荷形式施加。 作业荷载： 转盘最大载荷2250 kN； 额定立根载荷1200 kN。 (3) 吊装模型 钻台吊装工况模型如图6所示。 (4) 结论 分析表明，该钻台结构在各工况下杆件最大拉应力47.433 MPa；最大长细比95.826；稳定性判别数UCR值均小于相应工况的名义应力校核系数。最大拉应力处的杆件的最大拉伸应力小于许用拉应力的 图4. 井架起升模型图 图5. 钻台作业模型图 图6. 钻台吊装模型图 70%，该结构的强度、刚度、稳定性均满足API规范要求，是安全的。 2.4.5. 转盘驱动装置 转盘驱动装置主要用于为钻具的旋转提供动力，以实现钻井工艺的要求。转盘采用独立驱动方式，主要由交流变频电机、联轴器、升距箱、转盘惯刹、万向轴等部件组成。动力由1台400 kW交流变频电机经联轴器、齿轮升距箱、万向轴驱动转盘，转盘驱动装置整体沉于钻台面下，电机、冷却风机、升距箱及其润滑系统均布置在一个底座上，形成一个整体运输单元。 2.5. 主要性能特点 ① 钻机的智能化程度高，能够实现对钻井参数的连续数字化控制； ② 钻机配套直立套装无绷绳井架，井架底部开裆大，稳定性高，不需要打地锚，占用井场空间小，可适应丛林、山地、丘陵、沙漠等特殊地区作业要求。 ③ 钻机主机及外围配套部件均采用拖挂结构，搬家过程中不需要大量的运输车辆，仅配套4~5台拖车头及1~2台平板车即可完成搬家运输，钻机移运性能高。 ④ 交流变频电驱动单滚筒绞车，绞车可实现无极调速及数字化控制，同时配套全数字自动送钻装置一套，自动送钻速度范围大，适宜于衡钻压钻井及欠平衡钻井，满足现代钻井工艺的要求。