自升式钻机井架焊接变形的控制与削除

自升式钻机井架焊接变形的控制与削除

分段起升井架自升井是我国大部分井安装井的新井安装井。该装置利用井架底部的滑动框架装置宣传井架的提升。这种井架由井架底段、中间各段和顶段组成,起升操作时先升起顶段,然后从上至下依次起升各段。这种井架优点是分段分片制造,便于运输,节约运输成本。ZJ40LDB复合驱动模块钻机已正式落户江汉油田,该钻机井架是由第四石油机械厂开发生产的一种新型自升式井架。技术分析1.游车大钩井架的装配图1为ZJ40LDB复合驱动模块钻机用新型自升式井架结构示意图,整个井架分为井架底座和井架本体两大部分。其中,井架底座安装在地面基座上,而井架体则分为5段。装配过程有别于依靠装于井架底段的滑轮机构进行起升操作井架,该井架不需要额外的滑轮机构,而是利用主滚筒提升游车大钩自顶段下的一段开始依次安装,最后就位于井架底座的固定插板处。另外,本体在井架底座中穿行时无导向滑轮,而是依靠高精度的间隙尺寸来保证穿行顺利。整个安装过程方便、快捷,可以大大降低安装工的劳动强度并节省时间。该井架无须像塔形架,需要重型起重设备才能完成安装。故在海洋钻机以及模块钻机工程招标中,具有明显的竞争优势。2.井架和开支护井架主要技术参数中,游动系统为12绳时,最大钩载为2250kN;游动系统为5×6;井架有效高度为43m;大绳规格为￠32mm;二层台容量(￠114.3mm钻杆,28m立根)4000m。顶部开裆尺寸:1500mm×2012mm;底部尺寸:6500mm。段与段之间的连接销轴新型自升式井架具有上述许多优点,但缺点是制造精度要求极高,生产成本较大。其制造工艺的难点主要有:①要确保井架体在全长范围内沿井架下段上各导向板间滑行自如,无任何卡阻;②在起升就位后井架段与段之间连接顺利,段与段之间的连接销轴装配顺利;③井架下段和井架体的截面尺寸和形位公差要求都非常严格;④井架体大腿与大腿重合度要求达到80%。鉴于此,制定出以下现场制造工艺:(1)为保证每节井架本体4条大腿长度一致,并消除焊接大腿座板带来的形位误差,采用先焊接座板并将4条大腿电焊整体铣端面来保证。(2)为保证各段组装后的截面尺寸,井架体中所有横撑工字钢及方管端面均采用机加工方法来保证尺寸精度。(3)各耳板孔均采用焊成相关耳座后整体镗孔的办法,以解决因耳板焊缝的焊接而造成的孔位变形。(4)对井架体左右一段及左右二段主梁组件,均采用先焊接再对变形修理后加工,以防止片架组装时,由于焊缝过于集中而造成的变形难于修复。1.下段封装安装(1)先行组装并焊接左右下段中上单片与下单片,在平板放出上下单片样,依样电焊固定工装,依图进行组对电焊牢固,加装工艺支撑后再进行焊接,如图2所示。(2)待上单片及下单片施焊后检查变形并修理校正后,侧立总装工装中组装上下单片,如图3所示。待底座两单片均就位后重点找正支脚至锁销插板处吊角尺寸,误差不得大于3mm。按图找正开裆尺寸,直段位置放大3～4mm,斜段支脚部位开裆放大30mm左右,并用撑杆固定。(3)低位侧立组装左右下段下横梁及相关杆件,检查记录相关尺寸数据,以作为后期高位组装时的找正依据。(4)进行下段总装时,高位侧立后再连接下部横梁及相关杆件,使其与低位安装时吻合,最后安装中部横梁、顶梁及其相关杆件,并依样线安装插板位置处各垫板,如图4所示。(5)组焊大腿支座,为保证总装装配的顺利就得保证两支座孔同心,因开裆接近7mm,故而采用加工心轴的办法来保证两支座孔同心没有多大的意义。因而采用加工控制支座孔至底板侧面尺寸的办法,组焊并加工工装进行组对。2.井架体接头落后(1)组焊左右一、二段主梁组件及顶段相关主梁组件。组装井架体各段主梁连接处所有大腿座板并焊接,然后组装焊接井架各段单片。组焊单片时,单片两头必须要有工艺支撑,否则容易出现大腿两接头错位,严重影响井架的受力和结合面不能密貼。(2)放出井架体整体组装底样,侧立单片并找正,通过测量井架底座横向开裆尺寸,进而控制各段宽度方向开裆小于上尺寸9mm,因底部横梁长度尺寸均加工而成,故焊后横向收缩只有1～2mm,从而可保证井架侧向间隙为6～7mm。(3)组装2大单片间各横、斜撑杆,组装与下段插板相关垫板。配焊各连接处耳板,采用工艺销保证双耳板的同心及焊接变形导致的单、双耳板的偏心,从而保证段与段的贴合度要求。井架体主体结构如图5所示。井架体与井架下段组装完毕后,可对井架各段进行滑行试验,以验证组装的正确性。井架的尺寸尺寸井架整体组装过程中,由于结构原因,焊接时易于造成框架内收和垂直度超差,若不采取有效的防变形措施,其上下尺寸的误差可多达15mm左右。为此,当井架体侧立总装时,一般应将下部尺寸放大3～4mm,上部尺寸放大7～8mm,并同时加装横向及角向拉筋,可有效地减小变形,如图6所示。另外,当井架出现较大变形时(此时垂直度误差达6～7mm),应采用火焰矫正法修理,控制垂直度在宽度方向不得大于3mm。综上所述,可得出结论:虽然ZJ40模块钻机直立套装自升式井架结构复杂,制作精度要求高,但只要采取合理的工艺过程和必要的工艺手段,涉及到的一些不确定的焊接变形问题还是可