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第三篇 钻塔

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第三篇 钻 塔 第一章 一、钻塔的使用要求 钻塔的类型和结构 第一节 钻塔的类型及其参数 钻塔是钻探设备的重要组成部分。它用于安放天车和悬挂游 动滑车、大钩、提引器等,以便提放钻进设备和工具、起下和存 放钻杆、起下套管柱等。对钻塔的使用要求是: (1

  第三篇 钻 塔 第一章 一、钻塔的使用要求 钻塔的类型和结构 第一节 钻塔的类型及其参数 钻塔是钻探设备的重要组成部分。它用于安放天车和悬挂游 动滑车、大钩、提引器等,以便提放钻进设备和工具、起下和存 放钻杆、起下套管柱等。对钻塔的使用要求是: (1) 应有足够的承载能力,以保证能够起下或者悬持一定长 度的管柱(钻杆柱 套管柱); (2) 应有足够的有效高度和空间,以安放有关设备和工具。 钻塔的有效高度直接影响立根长度,因而直接影响起下钻速度。 钻塔的上顶尺寸应能安装天车并考虑检修的方便;底框大小应考 虑钻机及其他设备的安装、钻场的合理布置及工人的操作安全。 钻塔内部空间尺寸不宜过窄,否则使游动滑车运行不便,影响钻 工的视野及操作安全; (3)应有合理的结构,尽可能减轻自重使钻塔轻便化;钻塔 的结构应便于拆装、运移和维修。尽可能采用水平安装及整体 起放等快速而安全的安装方法; (4)尽可能降低成本 目前钻塔有向轻便化及整体起放的发 展趋势。金刚石绳索取芯钻进技术的推广和应用,使钻进过程 中起下钻作业比重不断下降,从而用轻便钻塔或桅杆代替笨重 的四脚钻塔,可以获得较好的经济效益。在钻塔设计和制造中, 提高钻塔的运移性、整体起放和减轻自重,受到特别的关照。 二、钻塔的类型 钻探中使用的钻塔类型很多。通常将桅杆(独杆式、小断 面桁架结构式、封闭板箱结构式)、三脚架、四脚钻塔等统称 为钻塔。制造钻塔的材料,除了轻便的三脚架尚有采用木材的 以外,一般均用钢材(型钢、管材)。 钻塔按其结构特点分为: (1) 四脚钻塔 它是一种横截面为正方形或矩 形的空间桁架结构。所谓桁架结构, 是利用单件重量不大的杆件,组成 大尺寸的刚性结构体系。这类钻塔, 其内部具有较大的空间,承载能力 和稳定性均较好。图示为石油钻井 用的四脚金属钻塔。 空间桁架结构形式的钻塔, 一般能够靠自重稳定,绷绳在这里 仅作为保险机构而不作为基本支承。 (2)三脚钻塔 包括木质脚架、钢管或铝合金管材制的轻便三脚架。 (3)A型钻塔 用小断面桁架结构或管子组成的两 脚式钻塔。这种钻塔要用绷绳及自身的 支架使之获得整体稳定。A型钻塔可减 轻钻塔自重,整体立放。 (4)桅杆 有独杆式、管式、 封闭断面式和小断面 桁架结构式等多种形 式。不能靠自重稳定, 绷绳在这里作为基本 支承构件使桅杆整体 稳定。桅杆自重轻, 便于整体立放。 2 3 1 三、钻塔的基本参数 钻塔的基本参数有:钻塔高度和二层台高度、 额定负荷和最大负荷、顶部尺寸和底部尺寸、自重等。 (一)钻塔高度H和立根长度L 钻塔高度是指塔腿支承面到天车轴轴线之间的距 离。合理的塔高受以下两个因素制约:一是尽量缩短 起下钻作业的时间消耗,二是尽可能降低制造、安装 及运移的成本。 H 回转钻进用钻塔高度H由下列公式计算: H=L+h1+h2+h3+h4+h5=L+Σh (3—1) 式中 H——钻塔高度,m ; h1——孔口装置的高度及垫叉厚度,根据所用 的拧管装置 确定,m; h2——立根卸开时所必须的最小距离,决定于 钻杆接头螺纹的长度,m; h3——提引器高度,一般为0.5~0.6m; h4—— 大钩和动滑车高度,一般为0.8m; h5 h4 h3 L h1 h2 H5——过提安全高度,一般取2~4m,塔高为12m时,取 3m;塔高为22~25时,取4m; L——立根长度,一般规定如下: 表3—1 孔深,m 立根长度,m 100 6~9 100~300 9~12 300~500 12~15 500 15~18 在初步确定塔高时,可按下式计算: H=pL 式中 p——系数,与起下钻具的尺寸和过提高度有关,一般为 1.25~1.4;立根短、提升速度快时,取大值。 由此可见,钻塔高度直接与立根长度有关。增加立根长度可 以缩短起下钻作业时间,但加大立根长度使钻塔高度增大,从 而使钻塔的制造成本增加,同时也增加了钻塔运移安装费用。 因此,存在着合理的经济立根长度,这 就是使消耗于起下钻作 业的费用和钻塔折旧费及其安装运输费用最小的最优经济立根 长度。 令S为钻进一个钻孔与立根长度有关的成本费用,它包括起 下钻的费用和钻塔折旧费及其拆迁安装费用,可用下式表达: C??H L h H0 S ? ( A ? B) pL ? K i ?T (3—3) 式中 A——每米钻塔的制造成本; K——钻塔折旧率,即每副钻塔能钻进的钻孔数目; B——安装拆卸每米钻塔的成本; C——起下钻作业每小时成本; H0 ? H ——钻一个钻孔过程中起下钻杆立根的总长度; h i H0 H ? h ? 2 h ? 3 h ? ? ? ? ? ?h? ? h h h ? H 0 ? H ? H 02 (?h ? H ) 0 0 2h 2h i H0 (3—4) 式中 h——平均回次进尺; T——起下一根立根所需的平均时间消耗; p=H/L=1.25~1.4; H0——孔深, m。 由式(3—3)知,总成本是立根长度的函数。令 ds/dL=0,得最优经济立根长度为: L? C ? ? Hi h H0 A ( ? B) p K ?T (3—5) 由式(4—5)计算得到的最优经济立根长度,还 应进行立根稳定性校核。 搁靠于二层台折立根,可以近似地视为两端铰支 的压杆,在其上作用有集中载荷,大小等于立根自重 的一半。 两端铰支受集中载荷的压杆稳定计算公式为: qL ? EJ ? 2 2 ( ? L) 2 qL 2 (3—6) 式中 μ——由两端支点性质所决定的系数。 两端铰支时, μ =1,则临界长度应是: EJ Llj ? 2.73 q 式中 (3—7) q——立根每米重力,N/m; Llj——立根的临界长度,m; E——管材的弹性模量,Pa; J——管材断面的轴惯性矩,m4; 实际选用的立根长度L应小于临界长度Llj。即: L=

  
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