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[摘 要]根据我国油田井架应满足深井钻井的需要，对钻机井架进行优化设计。鉴于井架应该满足井架能低位安装，整体起升，总体刚性好，移运时需要车辆少，便于维修的条件，本文对油田生产中所使用的井架的工作原理进行了初步的探究，以期更好地对运用工程机械的理论知识与实践方法对井架进行改造，更有利于油田生产。
[关键词]油田生产；井架；K型井架；承载
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0389-01
一、井架的分类及使用情况
据统计，我国在用的国产井架共1271套，其中塔形井架1034套，占81.3%；A形井架112套，占8.8%；K形井架121套，占9.5%；桅形井架4套，占0.3%。
1、A形井架
国内自60年代开始制造A形井架，如AD-45型井架等。早期研制的JJ315/43-A井架大部分使用时间已超过十年，由于其维修及杆件的更换远不如塔形井架容易，故我国各油田应对在用的这种井架全面进行检测评估，以检测评估结论作为这种井架降级使用或报废的依据[1]。
2、桅形井架
国内于60年代初开始生产，只生产桅形修井井架，如18m和29m修井井架等。在80年代中期开始研制桅形钻井井架，分别与65B车装钻机和我国第一台斜并钻机配套使用。
3、塔形井架
国内50年代开始制造，直到现在绝大部分3200m钻机还使用这种井架。其中一套为海洋动态井架，安装在“ 勘探三号” 半潜式钻井船上，1993年为安装美国Varco BJ公司的顶驱装置，由宝鸡石油机械厂对其改造，加高了5.2m。
4、K形井架
自1981年仿制了与БУ-40钻机配套的第一套K形井架后，十多年来我国K形井架发展很快，先后研制并配套田1500m、2000m、3200m、4500m及6000m五个级别钻机的K形井架共18种。
二、我国井架基本结构形式的选择
目前，国外井架正向高钻台、低位安装、整体起升、重量轻、移运性好和车装化方向发展，同时提高可靠性，降低成本，确保快速钻井也是井架的设计原则。结合我国井架的现状，可从以下几方面考虑我国井架基本结构型式的选择：
就陆地钻机而言，塔形井架应该淘汰。桅形井架由于底部开档尺寸小，只适用于车装钻机和修井机，因此只将A形和K形井架的优缺点加以分析对比，以便选择其一。
A形井架的优点是低位安装，整体起升，司钻视野宽，组焊大腿为桥式静定结构，稳定性好，重量较轻其缺点是井架的总体刚性较差，制造成本高，移运时需要车辆多，井架维修难度大。
K形井架的优点是低位安装，整体起升，总体刚性好，制造成本低，移运时需要车辆少，便于维修，安装顶驱装置较方便缺点是司钻视野较窄，重量较大[2]。
我国钻机标准将钻机分为六个等级，即ZJ15、ZJ20、ZJ32、ZJ45、ZJ60、及ZJ80。其中ZJ15和ZJ20加钻机用来钻浅井，建井周期短，搬迁多，移运性是一个重要的经济指标，宜采用伸缩式桅形井架。由于当前我国道路等的限制，不少车辆无法到达，还应生产移运性较好的K形井架和拖橇式底座。
三、井架的基本机构
井架是石油钻机的重要组成部分，井架用于安放天车，悬挂游车、大钩等起升设备与工具，承受起下钻、下套管及其它作业产生的荷载，提供起下钻及存放管柱操作的高度与空间，是一种塔桅式钢结构物。
井架结构组成主要有：
（1）井架主体多为型材组成的空间桁架结构；
（2）人字架：位于井架的最底部。
（3）天车台：在井架顶部，用来安放天车。天车台上有检修天车的过道，周围围有围栏。
（4）二层台：位于井架中间，塔形井架的二层台在井架内部，其余井架二层台在外前侧，为井架工进行起下钻操作的工作场所，它包括井架工进行起下操作的工作台和存靠立根的指梁。
（5）立管平台：装拆水龙带操作台；
（6）工作梯：有盘旋式和直立式两种，是井架工上下井架的通道。
四、K型井架大腿形式及其性能分析
目前，在用的中型钻机前开口型井架一般有角钢、工字钢和矩形管三种形式[9]。
工字钢为标准型钢，矩形管采用钢板轧制并焊接而成，矩形管的加筋部分可提高大腿本身的刚度和稳定性。
工字钢在一个主惯性方向上的抗弯刚度大，而在另一个主惯性方向上的抗弯刚度很小，其综合抗弯刚度较差。矩形管在两个主惯性方向上的抗弯刚度相当，有良好的综合抗弯刚度性能，矩形管的抗扭转性能也远远好于工字钢。
矩形管井架的刚度比工字钢井架好，可以更好地满足钻井工艺要求。两种大腿形式井架的强度相当。
矩形管井架的总体稳定性稍好于工字钢井架，局部稳定性显著优于工字钢井架。
矩形管井架比工字钢井架有更好的承载能力，在保证实现同等载荷能力的前提下，矩形管井架比工字钢井架的质量要轻，因此，前开口井架的合理大腿形式应该是矩形管。
五、K型井架的优点和起升方法
1.K型井架的优点
K型井架通常采用水平拆装、整体起落和分段运输的方法进行搬迁，搬迁方便、安全、迅速。井架本体横截面尺寸较小，成开口矩形。井架内部空间虽然比较狭窄，但前面敞开，便于游车及大钩上下运行及立根排放。在井架内部空间比较狭窄的情况下，为了保持司钻仍有良好的视野，井架后扇往往采用特殊的腹杆布置，如菱形等。为了便于井架拆装，往往将井架立在较低的底座上[10]。
目前，国内外常用的井架从结构上分为四种类型，即塔型井架、A型井架、K型井架和桅型井架。
塔型井架安装和搬迁时工作量大，高空作业危险，在陆地钻井中趋于被淘汰。
桅型井架正面和侧面呈矩形桅架架构，它常用于车装钻机。
A型井架优点是低位安装，整体起升，缺点是井架整体刚度差，整体稳定性差，制造成本高，移运时需要车辆多，井架维修难度大。
K型井架低位安装，整体起升，总体刚性好，移运时需要车辆少，便于维修。
对几种井架进行比较，一般最先考虑选择K型井架。
2.井架的起升方法
整个井架在地面或接近地面处水平组装，借助于钻机自身的动力，用一挡，
通过绞车、游动系统、平衡滑轮、人字架、起升钢绳和井架下部的导向滑轮来完成，各部件安装就绪、动力机组运转正常的情况下，方可起升井架。井架和人字架每一侧主梁上有2个导向滑轮，起升钢丝绳一端固定在井架一侧主梁上的起升钢丝绳死绳固定位置上，另一端通过这一侧的2个导向滑轮后，再通过与大钩连接在一起的导向滑轮，然后绕向井架和人字架另一侧主梁上的2个导向滑轮，最后固定在井架另一侧主梁上的起升钢丝绳死绳固定装置上。当绞车把游动系统钢丝绳拉紧时，起升钢丝绳同时被拉紧。
[关键词]油田生产；井架；K型井架；承载
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0389-01
一、井架的分类及使用情况
据统计，我国在用的国产井架共1271套，其中塔形井架1034套，占81.3%；A形井架112套，占8.8%；K形井架121套，占9.5%；桅形井架4套，占0.3%。
1、A形井架
国内自60年代开始制造A形井架，如AD-45型井架等。早期研制的JJ315/43-A井架大部分使用时间已超过十年，由于其维修及杆件的更换远不如塔形井架容易，故我国各油田应对在用的这种井架全面进行检测评估，以检测评估结论作为这种井架降级使用或报废的依据[1]。
2、桅形井架
国内于60年代初开始生产，只生产桅形修井井架，如18m和29m修井井架等。在80年代中期开始研制桅形钻井井架，分别与65B车装钻机和我国第一台斜并钻机配套使用。
3、塔形井架
国内50年代开始制造，直到现在绝大部分3200m钻机还使用这种井架。其中一套为海洋动态井架，安装在“ 勘探三号” 半潜式钻井船上，1993年为安装美国Varco BJ公司的顶驱装置，由宝鸡石油机械厂对其改造，加高了5.2m。
4、K形井架
自1981年仿制了与БУ-40钻机配套的第一套K形井架后，十多年来我国K形井架发展很快，先后研制并配套田1500m、2000m、3200m、4500m及6000m五个级别钻机的K形井架共18种。
二、我国井架基本结构形式的选择
目前，国外井架正向高钻台、低位安装、整体起升、重量轻、移运性好和车装化方向发展，同时提高可靠性，降低成本，确保快速钻井也是井架的设计原则。结合我国井架的现状，可从以下几方面考虑我国井架基本结构型式的选择：
就陆地钻机而言，塔形井架应该淘汰。桅形井架由于底部开档尺寸小，只适用于车装钻机和修井机，因此只将A形和K形井架的优缺点加以分析对比，以便选择其一。
A形井架的优点是低位安装，整体起升，司钻视野宽，组焊大腿为桥式静定结构，稳定性好，重量较轻其缺点是井架的总体刚性较差，制造成本高，移运时需要车辆多，井架维修难度大。
K形井架的优点是低位安装，整体起升，总体刚性好，制造成本低，移运时需要车辆少，便于维修，安装顶驱装置较方便缺点是司钻视野较窄，重量较大[2]。
我国钻机标准将钻机分为六个等级，即ZJ15、ZJ20、ZJ32、ZJ45、ZJ60、及ZJ80。其中ZJ15和ZJ20加钻机用来钻浅井，建井周期短，搬迁多，移运性是一个重要的经济指标，宜采用伸缩式桅形井架。由于当前我国道路等的限制，不少车辆无法到达，还应生产移运性较好的K形井架和拖橇式底座。
三、井架的基本机构
井架是石油钻机的重要组成部分，井架用于安放天车，悬挂游车、大钩等起升设备与工具，承受起下钻、下套管及其它作业产生的荷载，提供起下钻及存放管柱操作的高度与空间，是一种塔桅式钢结构物。
井架结构组成主要有：
（1）井架主体多为型材组成的空间桁架结构；
（2）人字架：位于井架的最底部。
（3）天车台：在井架顶部，用来安放天车。天车台上有检修天车的过道，周围围有围栏。
（4）二层台：位于井架中间，塔形井架的二层台在井架内部，其余井架二层台在外前侧，为井架工进行起下钻操作的工作场所，它包括井架工进行起下操作的工作台和存靠立根的指梁。
（5）立管平台：装拆水龙带操作台；
（6）工作梯：有盘旋式和直立式两种，是井架工上下井架的通道。
四、K型井架大腿形式及其性能分析
目前，在用的中型钻机前开口型井架一般有角钢、工字钢和矩形管三种形式[9]。
工字钢为标准型钢，矩形管采用钢板轧制并焊接而成，矩形管的加筋部分可提高大腿本身的刚度和稳定性。
工字钢在一个主惯性方向上的抗弯刚度大，而在另一个主惯性方向上的抗弯刚度很小，其综合抗弯刚度较差。矩形管在两个主惯性方向上的抗弯刚度相当，有良好的综合抗弯刚度性能，矩形管的抗扭转性能也远远好于工字钢。
矩形管井架的刚度比工字钢井架好，可以更好地满足钻井工艺要求。两种大腿形式井架的强度相当。
矩形管井架的总体稳定性稍好于工字钢井架，局部稳定性显著优于工字钢井架。
矩形管井架比工字钢井架有更好的承载能力，在保证实现同等载荷能力的前提下，矩形管井架比工字钢井架的质量要轻，因此，前开口井架的合理大腿形式应该是矩形管。
五、K型井架的优点和起升方法
1.K型井架的优点
K型井架通常采用水平拆装、整体起落和分段运输的方法进行搬迁，搬迁方便、安全、迅速。井架本体横截面尺寸较小，成开口矩形。井架内部空间虽然比较狭窄，但前面敞开，便于游车及大钩上下运行及立根排放。在井架内部空间比较狭窄的情况下，为了保持司钻仍有良好的视野，井架后扇往往采用特殊的腹杆布置，如菱形等。为了便于井架拆装，往往将井架立在较低的底座上[10]。
目前，国内外常用的井架从结构上分为四种类型，即塔型井架、A型井架、K型井架和桅型井架。
塔型井架安装和搬迁时工作量大，高空作业危险，在陆地钻井中趋于被淘汰。
桅型井架正面和侧面呈矩形桅架架构，它常用于车装钻机。
A型井架优点是低位安装，整体起升，缺点是井架整体刚度差，整体稳定性差，制造成本高，移运时需要车辆多，井架维修难度大。
K型井架低位安装，整体起升，总体刚性好，移运时需要车辆少，便于维修。
对几种井架进行比较，一般最先考虑选择K型井架。
2.井架的起升方法
整个井架在地面或接近地面处水平组装，借助于钻机自身的动力，用一挡，
通过绞车、游动系统、平衡滑轮、人字架、起升钢绳和井架下部的导向滑轮来完成，各部件安装就绪、动力机组运转正常的情况下，方可起升井架。井架和人字架每一侧主梁上有2个导向滑轮，起升钢丝绳一端固定在井架一侧主梁上的起升钢丝绳死绳固定位置上，另一端通过这一侧的2个导向滑轮后，再通过与大钩连接在一起的导向滑轮，然后绕向井架和人字架另一侧主梁上的2个导向滑轮，最后固定在井架另一侧主梁上的起升钢丝绳死绳固定装置上。当绞车把游动系统钢丝绳拉紧时，起升钢丝绳同时被拉紧。