HXJ112修井機(jī)的設(shè)計改造及現(xiàn)場應(yīng)用

司念亭 于雷 （中海石油天津分公司生產(chǎn)部 天津 300452)

丁輝 張顓利 （中海油能源發(fā)展油田建設(shè)工程公司 天津 300452)

中海油天津分公司渤中34-1B平臺設(shè)計為無人平臺，一直未配置修井機(jī)。近年來，隨著平臺投產(chǎn)時間的推移，采油電潛泵、井下出砂等故障越來越多，另外為了進(jìn)一步提高采收率，壓裂、側(cè)鉆等新工藝不斷應(yīng)用，因此越來越依靠鉆井船來進(jìn)行修井和工藝井的作業(yè)。鉆井船費(fèi)用高，而且資源緊張，嚴(yán)重影響了平臺的修井時效。

2012年5月，中海油天津分公司岐口18-1油田外掛了一個井口平臺，并新建了一臺HXJ180修井機(jī)，使得該平臺原HXJ112修井機(jī)提前結(jié)束服役。中海油天津分公司為了充分發(fā)揮閑置HXJ112修井機(jī)的利用率，提出了對HXJ112修井機(jī)進(jìn)行設(shè)計改造，來解決渤中34-1B平臺正常修井作業(yè)要求。

1 渤中34-1B平臺現(xiàn)狀分析

渤中34-1B平臺位于渤海灣中部，距山東龍口港以東30海里，平臺坐標(biāo)為北緯38°08′18"；東京119°34′40"，該海域水深大約19～20m，半日潮，海流為旋轉(zhuǎn)流，主流向NE-SW，平均最大流速約2節(jié)。

渤中34-1B平臺頂甲板高度為EL（+）22.8m，總計有8口生產(chǎn)井，平臺頂甲板配有15T@20M全回轉(zhuǎn)吊機(jī)1臺、配電系統(tǒng)間2間、臨時工具房1間及臨時辦公房1間，頂甲板安裝有350mm（寬）×250mm（高）×18000mm（長）修井機(jī)下移動底座軌道2根，軌道中心跨距為11000mm，甲板井場面積為19000×17000mm，平臺可提供修井作業(yè)時所需的電、海水、柴油等資源。

2 原HXJ112修井機(jī)分析

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

大鉤最大載荷：1125kN；

大鉤額定載荷：800kN；

修井深度：名義小修深度27/8”外加厚油管，5000m；

下底座縱導(dǎo)軌中心距：7500mm；

下底座主橫導(dǎo)軌中心距：8000mm；

上、下底座布置形式：垂直布置；

移動方式：液壓步進(jìn)式，每步400mm。

2.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

HXJ112修井機(jī)主要由動力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、上下底座、泥漿循環(huán)系統(tǒng)及輔助設(shè)備等八大系統(tǒng)組成。[1]修井機(jī)從主體結(jié)構(gòu)上分為下底座、上底座、井架三大部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

修井機(jī)主要用于海洋生產(chǎn)平臺檢泵、測井、修井等常規(guī)作業(yè)，可通過自帶的液壓系統(tǒng)實現(xiàn)縱向、橫向滑移。修井機(jī)下底座通過滑靴、壓板與平臺滑移軌道相互連接，上底座采用同樣的方式與下底座的主軌道梁相互連接，修井機(jī)為雙節(jié)套裝自升式K型井架，可通過液壓起升油缸實現(xiàn)井架起、放，通過液壓伸縮油缸實現(xiàn)第二節(jié)井架的升、縮。

圖1 HXJ112修井機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖

2.3 改造問題分析

2.3.1 由于渤中34-1B平臺軌道的中心距為11000mm，而HXJ112修井機(jī)下底座的中心跨距為75000mm，無法滿足修井機(jī)下底座安裝的要求。因此需要對修井機(jī)下底座進(jìn)行新制或利用其他退役的修井機(jī)下底座進(jìn)行改造，使之滿足與平臺軌道的安裝要求。

2.3.2 由于渤中34-1B平臺井場面積較小，無法滿足HXJ112修井機(jī)上、下底座在該平臺的垂直布置要求。因此需要對HXJ112修井機(jī)上底座的滑靴進(jìn)行改造，使之滿足與修井機(jī)下底座的平行布置。

2.3.3 由于修井機(jī)布置形式的改變，因此需要對修井機(jī)甩鉆方向、鉆臺梯子、鉆臺擋風(fēng)墻及各種物資管線等進(jìn)行相應(yīng)的適應(yīng)性改造。

鑒于以上問題分析，提出了對HXJ112修井機(jī)搬遷至BZ34-1B平臺的設(shè)計改造研究方案。

3 設(shè)計改造

3.1 修井機(jī)下底座設(shè)計改造

經(jīng)過多次調(diào)研，確定通過改造原綏中36-1B平臺修井機(jī)下底座來滿足HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺甲板安裝的要求。

3.1.1 修井機(jī)下底座改造分析 原綏中36-1B平臺修井機(jī)下底座跨距為11000mm，主梁中心4100mm，兩個支腿與主梁采用螺栓連接，該下底座總計有4塊滑靴，滑靴尺寸為630mm×810mm，滑靴與平臺軌道采用壓板、螺栓連接。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)該修井機(jī)下底座的結(jié)構(gòu)形式，只需將該下底座主梁中心寬度從4100mm改造至3600mm，同時將下底座的兩個支腿也進(jìn)行相應(yīng)的改造，[3]即可滿足HXJ112修井機(jī)在渤中BZ34-1B平臺的安裝要求。

圖2 原綏中36-1B平臺修井機(jī)下底座主體結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 修井機(jī)下底座承載校核計算 根據(jù)HXJ112修井機(jī)自重、作業(yè)載荷及環(huán)境影響因數(shù)，分別計算、校核修井機(jī)下底座在修井機(jī)自重加上最大103節(jié)風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和滿立根加上93節(jié)的風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和最大鉤載加上42節(jié)風(fēng)速影響載荷、修井機(jī)自重和額定鉤載及立根再加上42節(jié)風(fēng)速影響載荷等4種工況下的承載能力。

根據(jù)計算結(jié)果，該修井機(jī)下底座所受最大應(yīng)力為137MPa，長細(xì)比為56.456，穩(wěn)定性判別數(shù)UCR值均小于1.0。該修井機(jī)下底座所用材料為Q345，屈服強(qiáng)度345MPa，因此安全系數(shù)為2.5。另外，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，[2]該受壓構(gòu)件允許長細(xì)比不大于200，故改造后的修井機(jī)下底座的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 修井機(jī)上底座設(shè)計改造

由于原HXJ112修井機(jī)上、下底座采用的是垂直布置，為了滿足渤中34-1B平臺井場作業(yè)面積的要求，需要對修井機(jī)上底座的滑靴進(jìn)行適應(yīng)性改造，使之同時滿足改造后的原綏中36-1B平臺修井機(jī)下底座接口要求和修井機(jī)上、下底座的平行布置要求。

根據(jù)修井機(jī)上、下底座布置和修井機(jī)滑移要求，在修井機(jī)上底座主梁上設(shè)計、加裝6個500mm高的滑靴，滑靴的具體結(jié)構(gòu)形式和加裝位置如圖3所示。

圖3 HXJ112修井機(jī)上底座滑靴改造圖

3.3 修井機(jī)穩(wěn)定性校核計算

通過改造，使得HXJ112修井機(jī)的下底座結(jié)構(gòu)尺寸、整機(jī)高度、布置形式均發(fā)生了改變，導(dǎo)致修井機(jī)下底座各點的支反力均發(fā)生了變化，修井機(jī)在極限井位作業(yè)或在風(fēng)載等環(huán)境因數(shù)的影響下，存在傾覆的危險，因此需要進(jìn)行修井機(jī)抗滑移能力和抗傾覆能力計算。

3.3.1 修井機(jī)抗滑移能力計算 根據(jù)修井機(jī)抗滑移能力計算經(jīng)驗，[4]計算HXJ112修井機(jī)在無立根107節(jié)風(fēng)載作用下和滿立根93節(jié)風(fēng)載作用下，上、下底座之間的縱向（0°方向）和下底座與甲板導(dǎo)軌之間的橫向（90°方向）抗滑移能力。其組合風(fēng)載及相關(guān)摩擦力計算結(jié)果見表1、2。組合風(fēng)載計算結(jié)果表明，無論是無立根107節(jié)風(fēng)載作用，還是滿立根93節(jié)風(fēng)載作用，上、下底座之間、下底座與甲板導(dǎo)軌之間均不會發(fā)生相對滑移。

表1 無立根，107節(jié)風(fēng)載及摩擦力計算結(jié)果

表2 滿立根，93節(jié)風(fēng)載及摩擦力計算結(jié)果

3.3.2 修井機(jī)重心落點位置計算 針對修井機(jī)在渤中34-1B平臺3個不同井位進(jìn)行整機(jī)重心落點位置計算。根據(jù)計算結(jié)果，修井機(jī)在井架直立狀態(tài)下，整機(jī)重心均落在下底座4個支點之間，因此在無外部載荷影響的情況下不存在傾覆的可能。其重心落點位置計算結(jié)果見表3。

表3 修井機(jī)整機(jī)重心落點位置計算結(jié)果

3.3.3 修井機(jī)抗傾覆能力計算 針對修井機(jī)在不同作業(yè)工況和風(fēng)載的共同影響下，計算HXJ112修井機(jī)的抗傾覆能力。修井機(jī)的抗傾覆能力計算主要是計算修井機(jī)在不同作業(yè)位置和受各種載荷影響時，各支點的支反力。如計算出的支反力為負(fù)值，則連接螺栓受拉，修井機(jī)存在傾覆的可能。

經(jīng)計算，修井機(jī)在受額定鉤載、鉆柱、自重及21.6m/s風(fēng)力等組合載荷時，傾覆扭矩最大，其傾覆扭矩計算結(jié)果見表4。表中修井機(jī)下底座4點傾覆扭矩的計算結(jié)果均為正值，因此各支反力的螺栓不受拉，不存在傾覆的可能。

表4 修井機(jī)最大組合載荷時，各點傾覆扭矩

4 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計改造方案，中海油天津分公司對原HXJ112修井機(jī)和原綏中36-1B平臺修井機(jī)下底座進(jìn)行了升級改造，并于2013年6月份，將改造后的HXJ112修井機(jī)成功搬遷、吊裝于渤中34-1B平臺，在現(xiàn)場對修井機(jī)整機(jī)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)和井架應(yīng)力測試。HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺安裝如圖4所示。

圖4 HXJ112修井機(jī)在渤中34-1B平臺安裝圖

截至目前，改造后的修井機(jī)已順利完成2口井的檢泵作業(yè)和1口井的測試作業(yè)，整機(jī)的穩(wěn)定性良好，各橇塊之間無相對滑動，滿足常規(guī)修井作業(yè)的要求?！?/p>

[1]陳如恒，沈家俊.鉆井機(jī)械的設(shè)計計算[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995：1-3.

[2]美國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)會.AISCS335-89SpecificationFor StructuralSteelBuildings[S].5-37.

[3]丁輝，陳金穩(wěn).一種海洋鉆修機(jī)滑移底座[P].中華人名共和國知識產(chǎn)權(quán)局.

[4]丁輝，徐華忠.K80海洋修井機(jī)穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計[J].石油機(jī)械，2012，40（6）:59-61.