斜直井大修机旋转吊臂的研制与应用

2012-04-29蒋新宇何林唐红斌张涛

沿海企业与科技 2012年6期

蒋新宇何林唐红斌张涛

［摘要］河南油田引进的国内第一台斜直井大修机在大修作业中存在方钻杆靠人力装入转盘，方钻杆长约9M，重达800kG；作业人员在大修机井架上搬动方钻杆存在滑倒和高空坠落风险。文章分析斜直井大修机旋转吊臂的研制背景及主要指标，制订并实施方钻杆旋转吊臂的研制方案，现场应用得到实现和检验。

［关键词］斜直井；大修机；旋转吊臂；研制；应用；河南油田

［作者简介］蒋新宇，中石化河南油田分公司井下作业处机械工程师，研究方向：作业机应用与管理，河南唐河，473400；何林，河南油田分公司井下作业处助理机械师，河南唐河，473400；唐红斌，南阳海达石油工程有限公司，河南南阳，473132；张涛，河南油田分公司井下作业处，河南唐河，473400

［中图分类号］ TE92 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）06-0027-0003

一、斜直井大修机旋转吊臂的研制背景及指标

2010年购置的第一台斜直井大修机（含转盘）主体部分能满足简单斜直井小修，复杂的斜直井大修因无旋转吊臂，方钻杆吊装和就位不可靠，费事费力；用吊车吊装还受场地的限制。

斜直井大修机旋转吊臂研制的主要指标：（1）旋转吊臂的旋转半径1.2m、最大起吊重量800kg；（2）斜直井大修机旋转吊臂改成后不影响原整机安全性能。

二、方钻杆旋转吊臂的研制方案

（一）钻台上旋转折叠式吊臂

在钻台上，增加旋转折叠式吊臂（见图1）。

（二）井架上旋转折叠式吊臂

在井架上增加旋转折叠式吊臂（见图2）。

结构组成：由旋转小吊臂（一上一下两个），旋转臂支座（一上一下两个），回收液压缸（一上一下两个），提升液压缸（一上一下两个）或液压马达（两个）、导向滑轮，销轴、远程控制阀，液压系统等部件组成。使用时，先通过一上一下两个旋转小吊臂将方钻杆提起，然后再用回收液压缸将方钻杆吊到井架的方钻杆支座上方，提升液缸放绳，将方钻杆放到支座内，用盖板锁死，方钻杆就不会移动了。最后再将旋转小吊臂旋转90°，小吊臂与井架在一个轴线方向上，不影响起下钻杆作业。需要再用方钻杆时，反向重复上述动作。由于旋转小吊臂采用销轴式固定，路面情况复杂时，行车可拆掉小吊臂。路面情况较好时，小吊臂转到竖直方向就可以行车，不用拆卸。由于回收方钻杆采用液压缸结构，通过液缸行程能够控制方钻杆位移尺寸，就位很可靠。采用井架上旋转折叠式吊臂方案能够很好解决方钻杆吊装和就位不可靠，费事费力，省去用吊车吊装及受场地的限制的弊病。减少方钻杆拆卸时间，提高作业效率，增强安全性，降低使用成本，增加效益。

三、井架上折叠式吊臂主要部件选型及校核

钢丝绳选用Φ12 mm，钢绳公称抗拉强度1570Mpa，钢丝绳最小破断拉力74.6kN。本案最大提升载荷8kN，故钢丝绳安全。提升及回收液压缸选用活塞直径Φ50 mm，活塞杆直径不小于Φ35mm，液压缸推力及拉力计算如下：

（一）液压缸设计计算

单个起吊装置的最大提升拉力设计值为8kN，系统压力按P=10Mpa设计，液压缸筒内径D=32mm，按1.56倍的安全系数，活塞直径选用Φ50 mm。圆整为标准系列，按油缸内径系列选D=50mm，液缸活塞杆按如下选择：

液压缸工作压力与活塞杆直径：

液压缸工作压力MPa＜55～7＞7推荐活塞杆直径d=(0.6～0.7)D，系统压力为10Mpa，选d=0.7D=0.7×50=35 mm，圆整为标准系列，d=35mm

液压缸工作时，活塞杆只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压负载的强度公式进行计算：

推力F=8000N 缸径D=50mm

计算得σ=4 Mpa, 活塞杆材料用45#，材料抗拉强度【σ】=340 Mpa, 经验算，满足要求。

液压缸用无缝钢管作缸筒，壁厚按δ=10mm设计，δ/D=10/50=0.2 ﹤0.3，按下面公式校核δ0≧2mm。壁厚δ远大于理论壁厚δ0。

【σ】为缸筒材料的许用应力，【σ】=σb/n=σp,σb为材料的屈服强度，n为安全系数,一般取n=5，缸筒用无缝钢管，材料为45#,【σ】=600 N/ mm2，系统压力=10Mpa ，缸径 D=50mm，经验算，满足设计要求。

（二）液压缸最大负荷计算