HXJ112修井机的设计改造及现场应用

2013-10-18司念亭于雷中海石油天津分公司生产部天津300452

天津科技 2013年4期

司念亭于雷（中海石油天津分公司生产部天津 300452)

丁辉张颛利（中海油能源发展油田建设工程公司天津 300452)

中海油天津分公司渤中34-1B平台设计为无人平台，一直未配置修井机。近年来，随着平台投产时间的推移，采油电潜泵、井下出砂等故障越来越多，另外为了进一步提高采收率，压裂、侧钻等新工艺不断应用，因此越来越依靠钻井船来进行修井和工艺井的作业。钻井船费用高，而且资源紧张，严重影响了平台的修井时效。

2012年5月，中海油天津分公司岐口18-1油田外挂了一个井口平台，并新建了一台HXJ180修井机，使得该平台原HXJ112修井机提前结束服役。中海油天津分公司为了充分发挥闲置HXJ112修井机的利用率，提出了对HXJ112修井机进行设计改造，来解决渤中34-1B平台正常修井作业要求。

1 渤中34-1B平台现状分析

渤中34-1B平台位于渤海湾中部，距山东龙口港以东30海里，平台坐标为北纬38°08′18"；东京119°34′40"，该海域水深大约19～20m，半日潮，海流为旋转流，主流向NE-SW，平均最大流速约2节。

渤中34-1B平台顶甲板高度为EL（+）22.8m，总计有8口生产井，平台顶甲板配有15T@20M全回转吊机1台、配电系统间2间、临时工具房1间及临时办公房1间，顶甲板安装有350mm（宽）×250mm（高）×18000mm（长）修井机下移动底座轨道2根，轨道中心跨距为11000mm，甲板井场面积为19000×17000mm，平台可提供修井作业时所需的电、海水、柴油等资源。

2 原HXJ112修井机分析

2.1 主要技术参数

大钩最大载荷：1125kN；

大钩额定载荷：800kN；

修井深度：名义小修深度27/8”外加厚油管，5000m；

下底座纵导轨中心距：7500mm；

下底座主横导轨中心距：8000mm；

上、下底座布置形式：垂直布置；

移动方式：液压步进式，每步400mm。

2.2 结构及工作原理

HXJ112修井机主要由动力系统、提升系统、旋转系统、传动系统、操作控制系统、上下底座、泥浆循环系统及辅助设备等八大系统组成。[1]修井机从主体结构上分为下底座、上底座、井架三大部分，其结构如图1所示。

修井机主要用于海洋生产平台检泵、测井、修井等常规作业，可通过自带的液压系统实现纵向、横向滑移。修井机下底座通过滑靴、压板与平台滑移轨道相互连接，上底座采用同样的方式与下底座的主轨道梁相互连接，修井机为双节套装自升式K型井架，可通过液压起升油缸实现井架起、放，通过液压伸缩油缸实现第二节井架的升、缩。

图1 HXJ112修井机主体结构图

2.3 改造问题分析

2.3.1 由于渤中34-1B平台轨道的中心距为11000mm，而HXJ112修井机下底座的中心跨距为75000mm，无法满足修井机下底座安装的要求。因此需要对修井机下底座进行新制或利用其他退役的修井机下底座进行改造，使之满足与平台轨道的安装要求。

2.3.2 由于渤中34-1B平台井场面积较小，无法满足HXJ112修井机上、下底座在该平台的垂直布置要求。因此需要对HXJ112修井机上底座的滑靴进行改造，使之满足与修井机下底座的平行布置。

2.3.3 由于修井机布置形式的改变，因此需要对修井机甩钻方向、钻台梯子、钻台挡风墙及各种物资管线等进行相应的适应性改造。

鉴于以上问题分析，提出了对HXJ112修井机搬迁至BZ34-1B平台的设计改造研究方案。

3 设计改造

3.1 修井机下底座设计改造

经过多次调研，确定通过改造原绥中36-1B平台修井机下底座来满足HXJ112修井机在渤中34-1B平台甲板安装的要求。

3.1.1 修井机下底座改造分析原绥中36-1B平台修井机下底座跨距为11000mm，主梁中心4100mm，两个支腿与主梁采用螺栓连接，该下底座总计有4块滑靴，滑靴尺寸为630mm×810mm，滑靴与平台轨道采用压板、螺栓连接。其结构如图2所示。

根据该修井机下底座的结构形式，只需将该下底座主梁中心宽度从4100mm改造至3600mm，同时将下底座的两个支腿也进行相应的改造，[3]即可满足HXJ112修井机在渤中BZ34-1B平台的安装要求。

图2 原绥中36-1B平台修井机下底座主体结构图

3.1.2 修井机下底座承载校核计算根据HXJ112修井机自重、作业载荷及环境影响因数，分别计算、校核修井机下底座在修井机自重加上最大103节风速影响载荷、修井机自重和满立根加上93节的风速影响载荷、修井机自重和最大钩载加上42节风速影响载荷、修井机自重和额定钩载及立根再加上42节风速影响载荷等4种工况下的承载能力。

根据计算结果，该修井机下底座所受最大应力为137MPa，长细比为56.456，稳定性判别数UCR值均小于1.0。该修井机下底座所用材料为Q345，屈服强度345MPa，因此安全系数为2.5。另外，根据相关标准要求，[2]该受压构件允许长细比不大于200，故改造后的修井机下底座的强度、刚度、稳定性均满足相关规范要求。

3.2 修井机上底座设计改造

由于原HXJ112修井机上、下底座采用的是垂直布置，为了满足渤中34-1B平台井场作业面积的要求，需要对修井机上底座的滑靴进行适应性改造，使之同时满足改造后的原绥中36-1B平台修井机下底座接口要求和修井机上、下底座的平行布置要求。

根据修井机上、下底座布置和修井机滑移要求，在修井机上底座主梁上设计、加装6个500mm高的滑靴，滑靴的具体结构形式和加装位置如图3所示。

图3 HXJ112修井机上底座滑靴改造图

3.3 修井机稳定性校核计算

通过改造，使得HXJ112修井机的下底座结构尺寸、整机高度、布置形式均发生了改变，导致修井机下底座各点的支反力均发生了变化，修井机在极限井位作业或在风载等环境因数的影响下，存在倾覆的危险，因此需要进行修井机抗滑移能力和抗倾覆能力计算。

3.3.1 修井机抗滑移能力计算根据修井机抗滑移能力计算经验，[4]计算HXJ112修井机在无立根107节风载作用下和满立根93节风载作用下，上、下底座之间的纵向（0°方向）和下底座与甲板导轨之间的横向（90°方向）抗滑移能力。其组合风载及相关摩擦力计算结果见表1、2。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、下底座之间、下底座与甲板导轨之间均不会发生相对滑移。