輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座的設(shè)計(jì)

□ 郝保川 □ 郝學(xué)文 □ 王 東 □ 蔣廣玉

山東科瑞機(jī)械制造有限公司 山東東營 257067

1 設(shè)計(jì)背景

車載修井機(jī)具有搬家移運(yùn)性能好、拆裝簡單方便、起升井架迅速、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石油鉆探領(lǐng)域[1-4]。在修井機(jī)搬家移運(yùn)過程中,井架、絞車、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱等大部件集成于底盤車上一起移運(yùn)。底座需要拆解并吊裝到運(yùn)輸車輛上進(jìn)行移運(yùn),嚴(yán)重影響了搬家效率[5]。

筆者設(shè)計(jì)了一種輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座,該底座在搬家過程中可直接與牽引車連接后進(jìn)行移運(yùn),省去了拆解和吊裝過程,顯著提高了搬家移運(yùn)效率,降低了生產(chǎn)成本。

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座在原有底座的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)增加升降輪胎和起升液壓缸[6-7]。為了滿足道路運(yùn)輸限寬的要求及搬家過程中過圓井的要求,對(duì)底座底層進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),在底座頂層不下放的情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)高位運(yùn)輸,特別適合在中東、非洲空曠的沙漠地帶中使用。

2 設(shè)計(jì)方案

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)如圖1所示,由頂層、伸縮液壓缸、底層、升降輪胎、起升液壓缸、鵝頸、防噴器等部件組成。輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座采用上下兩節(jié)套裝伸縮結(jié)構(gòu),頂層套裝在底層上,由伸縮液壓缸控制頂層伸縮,頂層伸出到位后與底層通過銷軸連接。運(yùn)輸時(shí),防噴器固定在鵝頸后方,隨底座一同運(yùn)輸[8-9]。

▲圖1 輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座結(jié)構(gòu)

在移運(yùn)初始階段,需要升降輪胎、起升液壓缸同時(shí)作用,將輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座整體頂升一定高度,再將牽引車與鵝頸連接。伸縮液壓缸伸出時(shí),頂層處于高位。伸縮液壓缸縮回時(shí),頂層處于低位。

升降輪胎結(jié)構(gòu)如圖2所示。輪胎安裝在翻轉(zhuǎn)支架上,折疊液壓缸控制翻轉(zhuǎn)支架翻轉(zhuǎn)。當(dāng)折疊液壓缸伸出時(shí),輪胎下降,將整個(gè)輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座頂起。當(dāng)折疊液壓缸縮回時(shí),輪胎上升,將底座下放。

▲圖2 升降輪胎結(jié)構(gòu)

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座底層如圖3所示。在中東、非洲空曠的沙漠地帶使用時(shí),車輛限寬通常為7.5 m,因此使底座底層前中部變窄,同時(shí)將升降輪胎向中部移動(dòng),從而減小整體運(yùn)輸寬度。最終將整體移運(yùn)寬度控制在6.7 m,從而滿足道路限寬要求。

▲圖3 輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座底層

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座按圖3所示箭頭方向移運(yùn),升降輪胎位于坡道側(cè),移運(yùn)過程中不存在輪胎過井口的情況,因此,該底座能夠滿足搬家過程中過圓井的要求。

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座的運(yùn)輸狀態(tài)如圖4所示。

▲圖4 輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座運(yùn)輸狀態(tài)

底座移運(yùn)分為高位移運(yùn)和低位移運(yùn)兩種方式,使用時(shí)可根據(jù)井位情況、移運(yùn)環(huán)境、時(shí)間成本等因素綜合考慮選擇合適的移運(yùn)方式。將升降輪胎移至底座中部后,為保證底座移運(yùn)平穩(wěn),需要根據(jù)設(shè)備質(zhì)量加長底層,同時(shí)將防噴器置于鵝頸后方,運(yùn)輸時(shí)必須攜帶防噴器,或者增加配重。

3 有限元驗(yàn)證

在輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座移運(yùn)過程中,牽引車和鵝頸之間使用牽引銷連接,在牽引車的作用下移運(yùn)底座。在不同的路況下,底座會(huì)產(chǎn)生一定方向的傾斜,不同的傾斜方向?qū)Φ鬃芰Φ挠绊懖煌?。底座基于井眼中心線左右對(duì)稱,左右傾斜的影響相同。在水平狀態(tài)下,底座質(zhì)心靠近升降輪胎位置,因此,升降輪胎承受的壓力大于牽引車承受的壓力。上坡時(shí),底座質(zhì)心后移,升降輪胎承受的壓力增大。下坡時(shí),底座質(zhì)心前移,升降輪胎承受的壓力減小。綜合分析各個(gè)移運(yùn)工況,當(dāng)?shù)鬃谏掀?、高位移運(yùn)、風(fēng)載方向和左右傾斜方向相同時(shí),受力最惡劣,以此工況建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證[10-12]。

輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座有限元模型如圖5所示,底座運(yùn)輸工況應(yīng)力云圖如圖6所示。SAFI軟件計(jì)算過程符合API SPEC 4F《鉆井與修井結(jié)構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)要求。SAFI軟件提供強(qiáng)度極限狀態(tài)值來判定構(gòu)件的綜合強(qiáng)度,該值為實(shí)際載荷與許用載荷的比值。若單元的強(qiáng)度極限狀態(tài)值小于1.0,則認(rèn)為該單元滿足強(qiáng)度要求,反之則不滿足。

▲圖5 輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座有限元模型

▲圖6 輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座運(yùn)輸工況應(yīng)力云圖

強(qiáng)度極限狀態(tài)值前十位的單元列表見表1。根據(jù)SAFI軟件計(jì)算結(jié)果,最大的強(qiáng)度極限狀態(tài)值出現(xiàn)在254號(hào)單元司鉆側(cè)底層前立柱。最大強(qiáng)度極限狀態(tài)值為0.52,小于1.0,從而驗(yàn)證底座滿足API SPEC 4F標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 強(qiáng)度極限狀態(tài)值前十位

4 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)的輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座具有快速移運(yùn)的特點(diǎn),在頂層不下放的情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)整體直立運(yùn)輸,同時(shí)能夠滿足道路運(yùn)輸限寬要求和搬家過程中過圓井要求。運(yùn)用SAFI軟件對(duì)底座進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證,結(jié)果表明設(shè)計(jì)安全可靠性符合API SPEC 4F要求。在中東、非洲空曠的沙漠地帶中,輪拖式快速移運(yùn)修井機(jī)底座具有推廣應(yīng)用價(jià)值。