K80海洋修井机稳定性分析及加固设计

K80海洋修井机稳定性分析及加固设计
摘要:针对中海油渤海油田SZ36-1B平台在内挂井槽改造后,当K80海洋修井机在新增井位作业时,可能出现各橇座之间相对滑动或整机倾覆等问题,采用StruCAD*3D三维空间梁结构分析计算软件建立结构分析模型,并进行修井机稳定性分析计算,提出修井机下移动底座加固设计和改造方案。

现场应用情况表明,加固后的K80海洋修井机在新增井位作业时,稳定性良好,满足作业工况的要求。

关键词:海洋修井机载荷工况滑动计算抗倾覆计算加固设计
为了进一步加快海洋油田开采开发的步伐,提高油田的产量,2006年中海油渤海油田SZ36-1B平台在不改变原平台主体结构的基础上,通过井槽内挂的方式增加了一排4口井的新增井位,使得原井位设置从4X4形式(16口井)变为5X4形式(20口井),因此当K80海洋修井机上移动底座滑移到新增井位作业时,上移动底座外露出下移动底座主支腿立柱比较多。

在作业工况和风载组合工况作用下,修井机有可能存在整机倾覆,同时还可能存在各橇块之间的相对滑动等问题。

因此中海油能源发展油田建设工程公司根据K80海洋修井机在新增井位的各种载荷工况,运用美国结构软件公司的StruCAD*3D三维空间梁结构分析计算软件,对K80海洋修井机的整机进行稳定性分析计算,并进行了抗倾覆加固改造。

1 K80海洋修井机重量参数和计算参数1.1 重量参数
(1)下移动底座重量20t;
(2)修井机钻台重量11t;
(3)绞车和动力橇重量15.5t;
(4)井架总成重量15.5t;
(5)步行器总成重量5.3t;
(6)防喷器控制装置重量4.5t;
(7)井架起升油缸重量3.6t;
(8)转盘重量3.6t;
(9)附件重量5.4t。

1.2 计算参数
(1)修井机最大提升载荷60t;
(2)钻台满立根承载重量30t;
(3)作业工况最大风速35节;
(4)满立根最大风速93节;
(5)无立根最大风速107节;
(6)地震裂度8级。

2 K80海洋修井机载荷列表
2.1 计算载荷工况
根据K80海洋修井机重量参数和计算参数,对修井机重力载荷、作业载荷,风载及地震引起的加速度载荷进行载荷工况列表。

K80海洋修井机计算载荷工况见表1。

2.2 载荷工况计算结果
利用StruCAD*3D三维空间梁结构分析计算软件对K80海洋修井机在各种载荷工况作用下逐一进行分析,得到相应的载荷大小。

表2为K80海洋修井机载荷分析结果。

注:表2中,修井机结构风载Load3= 185751N,包括作用在井架和上移动底座的风载Load3上=150771N和作用在下移动底座的风载Load3下=34980N;修井机结构风载Load5=381574N,包括作用在井架和上移动底座的风载Load5上=214123N和作用在下移动底座的风载Load5下=167451N。

3 K80海洋修井机稳定性分析计算
3.1 修井机相对滑动计算
K80海洋修井机在无立根107节风载作用下,上移动底座和下移动底座的纵向(0°方向)滑动、下移动底座与甲板导轨的横向(90°方向)滑动,其风力加载如图1所示,K80海洋修井机在满立根93节风载作用下,上移动底座和下移动底座的纵向(0°方向)滑动、下移动底座与甲板导轨的横向(90°方向)滑动计算,其风力加载如图2所示,
组合风载计算结果表明,无论是无立根107节风载作用,还是满立根93节风载作用,上移动底座与下移动底座之间、下移动底座与甲板导轨之间均不会发生相对滑动。

3.2 修井机抗倾覆计算
由于新增井位,使K80海洋修井机作业极限井位发生了变化,导致修井机下移动底座四个主支腿立柱的支反力可能为负值,使得支点的螺栓受拉,存在发生倾翻可能,因此在最大组合载荷工况下,进行抗倾覆计算。

3.2.1 下移动底座四个主支腿立柱支反力计算
修井机下底座有限元模型如图3所示,
3.2.2 修井机抗倾覆校核计算
从中可以看出,K80海洋修井机下移动底座211主支腿立柱,在Load comb136#工况作用下,Z方向的支反力为负值最大,因此只需要对该主支腿立柱进行受力分析。

修井机下移动底座211主支腿立柱与修井机甲板轨道之间螺栓连接压板如图4。

(1)螺栓拉力和剪力计算
计算螺栓拉力:
因为复合载荷应力值大于许用拉伸应力值,所以M36螺栓强度不
够,螺栓可能会屈服断裂,修井机可能存在倾翻倾覆危险。

4 K80海洋修井机加固设计
由于K80海洋修井机存在倾覆的危险,为了使K80海洋修井机满足新增井位作业的要求,拟在修井机下底座四个主支腿,立柱附近各增加一个螺栓连接压板对修井机下底座进行加固,每一个螺栓连接压板上增加4个M42的螺栓,改造后的修井机下移动底座主支腿立柱与修井机甲板轨道之间螺栓连接压板。

经过重新计算,K80海洋修井机下移动底座立柱与修井机甲板轨道之间连接螺栓的拉力为,螺栓的剪切力为。

根据第四强度理论,计算出复合载荷应力值,小于螺栓的许用拉伸应力,因此K80海洋修井机采用此加固设计,螺栓强度足够,整机也无倾覆的危险,稳定性足够,满足极限作业工况的要求。

5 结语
根据K80海洋修井机加固设计方案,中海油能源发展油田建设工程公司对K80海洋修井机下移动底座进行了加固改造和新增井位的井口对中作业,修井机无异常。

截止到目前,K80海洋修井机顺利完成了对新增井位4口井的检泵作业和2口井的大修作业,K80修井机稳定性良好,各橇块之间无相对滑动现象发生。

由此说明了,本次K80海
洋修井机稳定性理论分析和计算结果是正确的,修井机下移动底座加固改造是成功的。

同时也说明了,利用先进的工具和科学的方法对设备进行改造,使老设备满足新要求,是油田降本增效的一个有效途径。

参考文献
[1]K80海洋修井机稳定性计算书[R].2008.
[2]徐灏,邱宣怀,蔡春源,等.机械设计手册[M],北京:机械工业出版社,1998:1.。