CN110029946B - 一种垂直起升井架的安装方法 - Google Patents

Abstract

提供一种垂直起升井架的安装方法，将整节井架的垂直起升安装改为井架单片的垂直起升安装，在第一节井架单片起升过程中，操作人员站在钻台总成上安装井架背横梁、斜撑杆及附属设备，使井架单片成为第一节整节井架，然后再推入第二节井架单片到井架底座的立柱内，并将第一节整节井架适当下降，与置于立柱内的第二节井架单片用销轴连接，然后起升第二节井架单片，重复前述步骤，使第二节井架单片成为第二节整节井架，然后再推入第三节井架单片到井架底柱的立柱内，直至全部井架安装成功。本发明具有很高的实用价值，不仅解决了旋转起升井架存在的问题，也解决了现有垂直起升井架存在的技术缺陷，使钻机井架底座能够很好的满足现代钻井工艺的要求。

Description

一种垂直起升井架的安装方法

技术领域

本发明属钻井设备制造及安装技术领域，具体涉及一种垂直起升井架的安装方法，主要应用在油气田、地热水井、煤田、地质勘探、海洋工程等领域钻孔设备上

背景技术

现有的钻机井架大部分采用水平安装整体旋转起升的方法。该起升方法的本质是在钻机底座上设置固定支点，采用杠杆原理起升，起升力远大于井架的自身重量，底座承受更大的倾翻力矩，这些起升力的方向、大小和作用点在钻机正常工作中并不存在，这就造成为了起升井架，井架底座的设计工况复杂、结构变大、重量加重。用这种方法起升的钻机，在设计时起升工况是最复杂的。为满足起升强度所要增加的材料达50％以上。随着钻井深度的不断加深，钻机的承载能力和底座净空高(石油钻机专业术语，指钻机底座内部用于安装防喷器及井口装置的空间高度)越来越大，导致井架底座制造模块越来越大，，使井架底座的制造、运输和安装都出现困难。如3000马力的钻机，井架底座的重量超过了420t,而其最大工作力却只有680t。另外，这种井架起升方法要求井场面积较大，有些场地已经无法满足安装需要，限制了这种井架的使用。垂直起升井架解决了这两个方面的问题，现有钻机已经有部分采用了此方案。在垂直起升方案中，井架起升力与井架的自身重量相当，没有增力效果，且起升力的方向与井架正常工作力一致，底座也没有额外受力，所以结构极其简单，耗用材料大幅度减少。现有的垂直起升井架是以井架的一节(井架一节包含左、右单片及连接梁)为安装单元，具有代表性的是专利名称为：“单节可拆式垂直起升井架及起升装置”，专利号：“ZL022248927”为代表的井架，该技术方案在实际正常使用中能够满足钻井需要，但没有得到广泛使用，究其原因存在以下问题：1、安装井架时，底座左右座前侧因要放入整节井架而无法连接，刚性较差，遇到风载和起升不平衡时会产生位移，使前侧开口扩大，严重时会使导轨脱离导向装置；2、此种安装方法以井架外侧为导向，导向比(导向装置长度与导向物宽度的比值)较小，使导向力增加，倾斜角加大；3、不适合更大开裆(井架支脚间的距离)的井架需要；4、对操作人员的经验水平要求较高；5、井架底座制造精度要求较高；6、对安装场地的基础平面度要求较高。上述缺陷，限制了该技术方案的推广使用，因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种垂直起升井架的安装方法，将整节井架的垂直起升安装改为井架单片的垂直起升安装，在第一节井架单片起升过程中，操作人员站在钻台总成上安装井架背横梁、斜撑杆及附属设备，使井架单片成为第一节整节井架，然后再推入第二节井架单片到井架底座的立柱内，并将第一节整节井架适当下降，与置于立柱内的第二节井架单片用销轴连接，然后起升第二节井架单片，并在起升过程中，操作人员站在钻台总成上安装井架横梁、斜撑杆及附属设备，使第二节井架单片成为第二节整节井架，然后再推入第三节井架单片到井架底柱的立柱内，重复前述步骤，直至全部井架安装成功。

本发明采用的技术方案：

1、一种垂直起升井架的安装方法，包括下述步骤：

1)首先将左基座和右基座安装到位，然后将左立柱和右立柱下端分别固定在左基座和右基座上，并将钻台总成与左立柱和右立柱上部固定连接使其成为一个整体；

2)用小车将第一节左右井架单片分别推进底座立柱内并与左右起升系统分别连接；

3)启动左右起升系统，第一节左右井架单片通过导向装置缓慢起升，在第一节左右井架单片起升过程中，操作人员站在钻台总成上安装井架顶段、天车、游车、钻井钢丝绳，然后再安装井架背横梁、斜撑杆及附属设备，使第一节左右井架单片成为第一节整节井架且在合适位置停止起升。

4)推入第二节左右井架单片到井架底座的立柱内，并将第一节整节井架适当下降，与置于立柱内的第二节左右井架单片上部用销轴分别连接，然后起升第二节左右井架单片，并在起升过程中，操作人员站在钻台总成安装井架横梁、斜撑杆及附属设备，使第二节井架单片成为第二节整节井架；

5)推入第三节左右井架单片到井架底柱的立柱内，重复前述步骤4)，直至全部井架安装成功。

上述步骤2)中，所述左右起升系统分别设置在左立柱和右立柱内，上述起升系统包括动滑轮组、定滑轮组、钢丝绳和起升绞车，所述定滑轮组安装在底座立柱上部，钢丝绳一端分别绕过定滑轮组和动滑轮组后固定在底座立柱上，钢丝绳另一端与起升绞车连接，所述动滑轮组上设有挂钩，且挂钩与设于左右井架单片上的吊耳适配。

上述步骤2)中，所述起升系统以液缸做动力，所述液缸的活塞杆端部设有动滑轮组，钢丝绳一端绕过动滑轮组后固定在底座立柱上，所述钢丝绳另一端绕过定滑轮组后通过挂钩与设于左右井架单片上的吊耳适配。

上述步骤3)中，所述导向装置包括滑槽或滚轮组、导轨及限位装置所述限位装置为滑块或滚轮，所述滑槽或滚轮组和滑块或滚轮均设置在左立柱和右立柱上，所述导轨设置在左右井架单片外侧部的两侧，所述滑槽或滚轮组与左右井架单片上的导轨相适配；所述滑块或滚轮一端面贴合左右井架单片内侧部且保证左右井架单片在起升系统作用下沿滑槽或滚轮组顺利起升。

上述步骤3)中，第一节整节井架起升的合适位置，是指第一节左右井架单片最下端与滑槽最下端平齐的位置。

所述左立柱和右立柱上均设有起升绞车，且两个起升绞车(20)同步起升。

本发明与现有技术相比的优点：

1、在井架单片安装前，底座、立柱和钻台总成全部安装到位，使底座成为一个刚性结构体；

2、在井架单片上设有导轨，在底座的立柱上与导轨相对处设有滑槽或滚轮组，此滑槽或滚轮组可限制井架单片三个方向的自由度，另外在底座立柱内设有限位装置，该限位装置可限制井架单片一个方向的自由度，由此井架单片四个方向的自由度全部被限制，使井架单片只能沿滑槽向上运动，且滑槽和限位装置均设置在井架底座立柱内部，行程短，刚性好，不易产生形变；

3、左右井架单片的起升均依靠滑槽或滚轮组与导轨配合及限位装置的限位，在结构上能确保整体井架在任何意外受力状态都不会失效或发生倾斜现象，杜绝潜在的安全隐患；

4、采用本发明技术方案后，不仅减少了独立起升装置、单节组合支架，还杜绝了导向失效现象的发生，使井架安装安全可靠；

5、采用本发明技术方案后，相比旋转起升的钻机，使井架整体重量降低20-30％；底座重量降低50％以上，并且井场占地面积减少30％以上，同时还降低运输费用和安装费用，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明中小车将井架左右单片推入底座立柱内的示意图；

图2为本发明中第一节井架左右单片置于底座立柱内时示意图；

图3为本发明中第一节井架左右单片起升过程中安装背横梁、斜撑杆及附属设备等的示意图；

图4为本发明中第一节整节井架与第二节左右单片在底座立柱内连接时示意图；

图5为本发明中滑动装置的位置结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-4描述本发明的实施例。

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中所用的部件或材料，如无特殊说明，均为市售。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，需要理解的是：术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种垂直起升井架的安装方法，包括下述步骤：

1)首先将左基座10和右基座16安装到位，然后将左立柱11和右立柱15下端分别固定在左基座10和右基座16上，并将钻台总成7与左立柱11和右立柱15上部固定连接使其成为一个整体。

2)用小车17将第一节左右井架单片6分别推进底座立柱内并与左右起升系统9分别连接；所述左右起升系统9分别设置在左立柱11和右立柱15内，上述起升系统9包括动滑轮组18、定滑轮组19、钢丝绳21和起升绞车20，所述定滑轮组20安装在底座立柱上部，钢丝绳21一端分别绕过定滑轮组19和动滑轮组18后固定在底座立柱上，钢丝绳21另一端与起升绞车20连接，所述动滑轮组18上设有挂钩，且挂钩与设于左右井架单片6上的吊耳适配；做为另一种优选方式，所述起升系统9以液缸做动力，所述液缸的活塞杆端部设有动滑轮组，钢丝绳一端绕过动滑轮组后固定在底座立柱上，所述钢丝绳另一端绕过定滑轮组后通过挂钩与设于左右井架单片6上的吊耳适配。上述左立柱11和右立柱15上均设有起升绞车20，且两个起升绞车20同步起升，至于如何保证两个起升绞车20同步提升，现有技术已经非常成熟，此处不再赘述。

3)启动左右起升系统9，第一节左右井架单片6通过导向装置缓慢起升，在第一节左右井架单片6起升过程中，操作人员站在钻台总成7上安装井架顶段4、天车1、游车3、钻井钢丝绳2，然后再安装井架背横梁、斜撑杆及附属设备，使第一节左右井架单片6成为第一节整节井架且在合适位置停止起升。所述导向装置包括滑槽或滚轮组13、导轨12及限位装置14，所述限位装置14为滑块或滚轮，所述滑槽或滚轮组13和滑块或滚轮均设置在左立柱11和右立柱15上，所述导轨12设置在左右井架单片6外侧部的两侧，所述滑槽或滚轮组13与左右井架单片6上的导轨12相适配；所述滑块或滚轮一端面贴合左右井架单片6内侧部且保证左右井架单片6在起升系统9作用下沿滑槽或滚轮组13顺利起升。同时需要说明的是，第一节整节井架起升的合适位置，是指第一节左右井架单片6最下端与滑槽13最下端平齐的位置，目的是让开下节要安装的井架单片的放入空间。

4)推入第二节左右井架单片6到井架底座的立柱内，并将第一节整节井架适当下降，与置于立柱内的第二节左右井架单片6上部用销轴分别连接，然后起升第二节左右井架单片6，并在起升过程中，操作人员站在钻台总成7安装井架横梁、斜撑杆及附属设备，使第二节井架单片6成为第二节整节井架；

5)推入第三节左右井架单片6到井架底柱的立柱内，重复前述步骤4)，直至全部井架安装成功

本发明技术方案针对原前开口垂直起升井架(ZL022248927)存在的缺点而设计，主要措施是：1、井架单节垂直起升安装改为井架单片导向垂直起升，井架单片上端起升至适当高度后，操作人员站在钻台总成上安装井架背横梁及附属设备；2、在井架安装前，钻台总成和底座立柱全部安装到位，使底座成为一个整体刚性结构；3、井架导向装置设在底座立柱内部，刚性好，不会产生变形；4、给左右井架单片分别设有导向装置，可设最大导向比，确保导向机构在任何意外受力状态都不可能失效。通过以上措施，不仅解决了旋转起升井架存在的问题，也解决了现有垂直起升井架存在的技术缺陷，使钻机井架底座能够很好的满足现代钻井工艺的要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种垂直起升井架的安装方法，其特征在于包括下述步骤：

1)首先将左基座(10)和右基座(16)安装到位，然后将左立柱(11)和右立柱(15)下端分别固定在左基座(10)和右基座(16)上，并将钻台总成(7)与左立柱(11)和右立柱(15)上部固定连接使其成为一个整体；

2)用小车(17)将第一节左右井架单片(6)分别推进底座立柱内并与左右起升系统(9)分别连接；

3)启动左右起升系统(9)，第一节左右井架单片(6)通过导向装置缓慢起升，在第一节左右井架单片(6)起升过程中，操作人员站在钻台总成(7)上安装井架顶段(4)、天车(1)、游车(3)、钻井钢丝绳(2)，然后再安装井架背横梁、斜撑杆及附属设备，使第一节左右井架单片(6)成为第一节整节井架且在合适位置停止起升；

其中，所述导向装置包括滑槽或滚轮组(13)、导轨(12)及限位装置(14)，所述限位装置(14)为滑块或滚轮，所述滑槽或滚轮组(13)和滑块或滚轮均设置在左立柱(11)和右立柱(15)上，所述导轨(12)设置在左右井架单片(6)外侧部的两侧，所述滑槽或滚轮组(13)与左右井架单片(6)上的导轨(12)相适配；所述滑块或滚轮一端面贴合左右井架单片(6)内侧部且保证左右井架单片(6)在起升系统(9)作用下沿滑槽或滚轮组(13)顺利起升；

4)推入第二节左右井架单片(6)到井架底座的立柱内，并将第一节整节井架适当下降，与置于立柱内的第二节左右井架单片(6)上部用销轴分别连接，然后起升第二节左右井架单片(6)，并在起升过程中，操作人员站在钻台总成(7)安装井架横梁、斜撑杆及附属设备，使第二节井架单片(6)成为第二节整节井架；

5)推入第三节左右井架单片(6)到井架底柱的立柱内，重复前述步骤4)，直至全部井架安装成功。

2.根据权利要求1所述的一种垂直起升井架的安装方法，其特征在于：

上述步骤2)中，所述左右起升系统(9)分别设置在左立柱(11)和右立柱(15)内，上述起升系统(9)包括动滑轮组(18)、定滑轮组(19)、钢丝绳(21)和起升绞车(20)，所述定滑轮组(19)安装在底座立柱上部，钢丝绳(21)一端分别绕过定滑轮组(19)和动滑轮组(18)后固定在底座立柱上，钢丝绳(21)另一端与起升绞车(20)连接，所述动滑轮组(18)上设有挂钩，且挂钩与设于左右井架单片(6)上的吊耳适配。

3.根据权利要求1所述的一种垂直起升井架的安装方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述起升系统(9)以液缸做动力，所述液缸的活塞杆端部设有动滑轮组，钢丝绳一端绕过动滑轮组后固定在底座立柱上，所述钢丝绳另一端绕过定滑轮组后通过挂钩与设于左右井架单片(6)上的吊耳适配。

4.根据权利要求1所述的一种垂直起升井架的安装方法，其特征在于：上述步骤3)中，第一节整节井架起升的合适位置，是指第一节左右井架单片(6)最下端与滑槽(13)最下端平齐的位置。

5.根据权利要求2所述的一种垂直起升井架的安装方法，其特征在于：所述左立柱(11)和右立柱(15)上均设有起升绞车(20)，且两个起升绞车(20)同步起升。

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