低温车载固控系统

棚顶设臵强制和自然排风窗口，在保温棚顶安装空气热 风管路。保温棚设有四个内开式翻转门，安装10只0.3平米 保 温 棚 的 结 构 的百叶窗。
保 温 棚 结 构 强 度 设 计
保温棚在台风来临时，必须保证稳定。风载荷 由风压 力和迎风面积及其它因素确定:
P CKh QF 50400 N 风
方米。
固控系统布局
罐间连接 的设计
钻井液返 出管路
液气分离器设计
考虑到车载的罐体在井场搬迁时，能 固 控 系 统 布 局 够直接移运到规定的位臵，固控罐必须并排 放臵。 高压管汇、管线槽和泥浆坑以及蒸汽 锅炉、套装水罐等其它井场设施都应设计在 车尾一侧。
固 控 系 统 布 局
钻 井 液 返 出 管 路
保温棚的结 构 强制排风机 的设计 保温棚结构 强度设计
蒸汽管路设 计
保温棚内供 暖热负荷计 算
固控系统外部有珩架式结构保温棚、保证固控区内部的温度不低于
10℃。 蒸气管线能保证固控系统在冬季正常工作。 井场配备2台热风机，功率为700千瓦以上，每台的排风量为22000立 方米每小时。固控区保温棚的棚顶上安装300毫米以上直径的热风管路。
更大，结构更加合理。
在运输 状态下的罐
体载荷为30
吨，建模见 图。
车梁载荷分布和约束
车梁应力分析
车 梁 的 受 力 分 析 由图解可以看出，运输状态鹅颈部位和车尾部分应力值 较大，最大处为50MPa，而Q345E的屈服应力为345MPa。因 此，运输状态各梁强度远大于使用要求。
系统工 艺流程满足 钻井液的固 相控制和钻 屑、泥浆的 收集处理。
这种牵引销和车轮臵于罐底座的结构与鹅颈前臵于罐体，车轮
后臵于罐尾的结构相比，具有结构简单、紧凑的特点。
鹅颈前臵结构1（泥浆泵）
鹅颈前臵结构2（MCC房、气源房等）
牵引销至后轮中心轮仅11米，因此转弯半径不到12米，能够满
足8米宽油田公路的直角转弯要求。
牵引车与罐体连接结构
牵引车鞍座的高度和长度影响车架鹅颈处的结构，俄罗斯牵引 车架 与牵 引车 连接 处的 鹅颈 结构 车鞍座高度为1550毫米。牵引销下面为双轴八胎。
使用柔性接头。
罐 间 连 接 的 设 计
为了保证罐间距离，在相邻两个罐体的底座上制作了
控制间距的连接杠，其长度可以微调。
罐体结构和尺寸 的确定
车梁的受 力分析
罐底座的 设计
车架与牵引车连 接处的鹅颈结构
罐体结构采用车载罐体的结构，即罐
体可以直接挂牵引车运输。
罐体 结构 和尺 寸的 确定
单个罐体的长度和宽度尺寸根据俄罗 斯道路运输要求，宽度不超过3.5米，高度
钻井液返出管为12″ ，连接到水罐上部的钻井 液分配器， 3根10"钢管通 过分配器出口连接到振动 筛和一体机的进液口。
根据资料介绍和 油田使用情况，井口管 斜度为8%-12%比较合理 。 经计算，管内流速
满足API RP13C的要求
，可以保证固相在管路 不易产生致密层而堵塞
管路。
液 气 分 离 器 的 设 计
自然风口；井场热风机数量2台，功率为700千瓦，固控区保温
棚内的热风机排量28000m3 /h。
t V 5 Qz m 1078
3
5 7450 3 / h m
0.03h 1.7 min
当环境温度高时，不需要开启热风机，此时使用5个 强制排风扇仅需要1.7分钟就可以更换保温棚内的全部气 体，满足俄罗斯安全使用标准。
中成装备制造分公司 科 技 论 文
4000米低温车载钻机固控系 统的研制开发
所在单位 华油一机(河北)钻井装备有限公司
4000米低温车载钻机固控系统的研制开发
系统在宝鸡石油机械厂联调
极地气温一般 在-45度以下，常规 结构和材料难以满足 需要。 本文介绍了低 温钻机车载固控系统 的结构及其保温、供 热系统的设计和材料 的选取。
液气分离器属于压 力容器，材料应当符合
《GB3531低温压力容器
用低合金钢钢板》，选 择满足零下40度冲击功
的16MnDR钢板。
由于液气分离器不进行保温，
必须将液排液出口直接设在筒体的
最下端，以防钻井液被冻住；液器 分离器的排气管线高出保温棚顶6m
，直接将气体排走。
罐 间 连 接 的 设 计
由于车载罐体摆放移位的精度低，因此所有管线连接
橡胶件的选用应考虑低温和使用场合，用于与钻井液或油类接触的 场合，采用耐腐蚀性好的丁腈橡胶；三元乙丙橡胶的耐紫外线、耐低温
性能好，其发泡后呈海绵装非常适宜填充密封间隙，硅橡胶耐零下60度
低温，用于保温棚的间隙密封件；氟橡胶的机械能能好，耐300度高温， 用作蒸汽管路密封的场合。
。
40DBT型钻机固控系统适合
采用完钻 井眼容积法设计 ，以完钻起钻后 灌满井眼所需要 的钻井液的容积
5 英寸钻杆，每米外容积0.0127m3， 4000米井深折合容积50 m3。
由于钻井液受地层状况影响,需增加 50% 作为安全容积 ,则在用容积75m3
为基准。4000米
钻机固控系统的 总容积为215 立
通常储备井漏钻井液的容积与在用容积 相近 ,则系统有效容积约为150 m3。 受泥浆槽深度、罐内管路和沉砂等条件 影响，罐体内的有效容积约占总容积的 70%，则系统的总容积为215 m3
在低温环境使用，充分满足了钻
井现场对固控系统性能稳定可靠 、便于多次运输搬迁的要求。
在牵引车的牵引下直接被拖
往新井位的钻井液罐移运装臵， 具有快速搬运的特点，克服了现 有钻井液罐在搬运过程中需要吊 车和平板车的配合才能实现的问 题。
谢 谢 大 家 ！
第一届科技交流会论文
低温固 控系统
低温车 载固控 系统
车载罐 体
底部带车轮的 罐体，适用于牵引车 拉运。
整个罐区的四 周采用聚氨酯加芯彩 钢板制作的保温棚， 外围罐壁贴保温板。 罐面上部的保 温棚在井队搬迁运输 前，可以下落到罐体 外侧。
俄罗斯西伯利亚地区的油田地处 寒带，是最难开采的油区，但也是世 界四大油区之一，能进入这个有潜力 的市场，体现了公司钻井装备制造水 平。
核算5台轴流风机排出量是否能臵换热风机吹出的气体量：
热风机的总排风量所需风机数量
S Qr
28000 3.8 Qz 7450
实际使用5台排风机能满足排风要求。
低温钻机在环境温度极为恶劣的情况下进行工作，保证其安全性 是设计的核心 ，因此对保温、材料等方面的研究是关键。 计算低温设备的强度时，一个基本准则是确定材料强度极限与屈服 强度之比。
用2″的钢管制作成一环形蒸气系统，安装在
钻井液罐内两侧的罐壁上。
蒸 汽 管 路 设 计
通过2寸的不锈钢截止阀门可以 控制蒸汽开启。两条3寸蒸汽主管路 将各罐连接，上部主管路为进气管路， 下部为冷凝水收集管路。
按照保温棚内安装5个强制排风扇设计，3个直径为0.6米 强 制 排 风 机 的 设 计
保温棚立柱此时最危险截面的应力为100MPa，小于材料的 许用应力，满足设计要求。
初步设定环境温度为-45℃，室内所需温度+10℃， 热传 保温 棚内 供暖 热负 荷计 算 导系数为保温板搭建的保温棚，取值为4。根据输出热量公式:
V T K Kcal 350kW h
需要一台350千瓦的柴油机驱动热风装臵 能够满足要求。
不超过4.5米。保温棚运输时下沉到罐外侧
，需要0.5米宽度裕量。因此设计罐体宽度 3米，罐面距离地面2.4米，罐体长度设计 为13.5米。车轮上部的空间也被有效利用 ，作为罐体的一部分。 罐体底板采用10mm厚钢板制成近似于 圆弧底的结构，可以方便罐内沉砂的清理 ，清砂门延伸到圆弧最低处。
将罐底座制作成车架，罐体直接焊 接在上面。这样能简化结构，降低罐体 运输高度。
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整个罐区的四周，包括罐壁和保温棚采用“三明治”结 构板。罐面上部的保温棚在井队搬迁运输前，不需要拆卸， 保 温 棚 的 结 构 可以沿着滑道下落1.5米，到罐体的外侧用销轴固定，大大方 便了拆装和运输工作。
双层加棉的PVC帆布整体围在罐区四周底部，保证罐底 可靠保温。罐间走道下方增加一层保温走道，可隔断地面冷 保 温 棚 的 结 构 气，也可以作为维修设备的走道。
近几年，俄罗斯石油多家公司在中国进 行钻机招标，很多国内公司为了开辟这一新 的市场而努力，华油一机（河北）钻井装备 公司通过成熟的设计方案，2009年取得3套 4000米车载钻机的固控系统生产任务，为进 入这一个巨大的市场打下良好基础。
低温钻机固控系 统在设计和制作方面 的关键技术问题是： 所有部件能够在环境 温度－45℃正常工作， 存储温度低达-60℃；
罐 底 座 的 设 计
车架主梁由四根低合金钢板焊成“工”字形纵梁，车尾后端的车桥采用 32吨单点悬架。车底有100毫米厚的聚氨酯保温层，车架前围板装有握手开关
接头和电气连接的插座，车架前后和侧面装有各种灯具。
为了使车架脱离牵引车
后能可靠地起落和停放，在 车架前端设有两个可折叠液 压支腿，上面装有双向液压 锁，可避免发生软腿现象。
牵引车结构
由于结构限制，鹅颈的拱起必须超过罐底300毫米。 在保证强度的同时，大大降低了底座的高度，以保证牵引车能顺利上下 坡和转弯。
方案1（长度尺寸太长）
方案2（长度尺寸比较理想）
本结构的车架最小离地间隙的确定 为320毫米，保证良好的通过性。 由于用户指定采用直径较大的12.00R20 低温轮胎，因此罐体的尾部空间稍小 ，如果选择小直径的轮胎，则罐尾部容积
低温钻机固控系统的结构受力件一般采用 Q345E等低合金高强度材料，在 零下40度时 ，3个试样的低温冲击功平均值大于 27 J，且单个值不低于20 J， 即可满足结构在低温下的使用要求。 在低温材料焊接方面参考《SH/T 3525-2004 石油化工低温钢焊接规程》。 低温钢焊接时，在焊接工艺评定所确认的焊接线能量范围内，宜选择较小的焊接 线能量。