井架承載能力測試加載裝置研究及應用

田志新，李宇鍵，楊健琪，路通

（中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452）

1 前言

井架的承載能力直接關(guān)系到現(xiàn)場鉆修井作業(yè)的安全。井架應力測試作為評價井架承載能力的客觀、有效的手段得到廣泛的應用。目前，現(xiàn)場一直采用“提拉工裝”的方式進行測試，這種方式需要專業(yè)人員操作鉆井絞車實現(xiàn)加載，在載荷的加載過程中極易出現(xiàn)載荷不足或過度加載等現(xiàn)象，對操作人員的操作能力和判斷力有極強的要求，同時存在因過度提拉所造成的鋼絲繩斷裂、井架及結(jié)構(gòu)受損等風險和隱患。

井架承載能力測試加載裝置采用液壓油缸，利用液壓油缸收縮來提供應力測試所需要的載荷，加載穩(wěn)定、精確度高，降低作業(yè)風險。井架承載能力測試加載過程中，不需要另外安排專人操作鉆井絞車，有利于提高作業(yè)效率。

2 井架承載能力測試加載裝置構(gòu)成

2.1 總體功能框架

井架承載能力測試加載裝置的總體功能框架（如圖1 所示）主要由打壓、加載、承載三個主要部分的裝置組成，由液壓油箱、打壓泵、電機、連接管線、接頭等部件組成打壓裝置；四個液壓缸、連接座部件組成加載裝置；承載梁主梁、邊梁、連接螺栓、襯墊部件組成承載裝置。在該裝置中承載梁和連接座是整個裝置內(nèi)的受力部分，在開展井架承載力測試工作時工作人員所施加的負荷就是依靠受力部分施加力。

圖1 井架承載能力測試加載裝置整體功能架構(gòu)

2.2 承載梁裝置

承載梁裝置是井架承載力測試加載裝置中重要的組成部分，與連接座一起承載受力，箱形梁結(jié)構(gòu)形成承載梁裝置（如圖2 所示），同時，還可以與短箱型梁進行組合使用，實現(xiàn)對大跨度井架進行加載。在承載梁中間設加載點，作為連接卸扣或繩索或吊環(huán)的連接受力部位，與其他連接零部件配合使用。在實際進行井架承載力測試時，相關(guān)的人員可以結(jié)合現(xiàn)場的鉆修井機底座梁的距離情況選用承載梁，以此滿足不同環(huán)境下的鉆修井機承載能力測試需求，提高井架承載力測試工作效率和質(zhì)量。

圖2 承載梁總成結(jié)構(gòu)受力分析

3 井架承載能力測試加載裝置測試

3.1 測試前的準備

3.1.1 加載裝置準備

（1）根據(jù)現(xiàn)場空間及承載梁跨距、凈空區(qū)域距離等工況確定工裝長度并進行相應的調(diào)整。（2）檢查液壓站內(nèi)液壓油液位及油質(zhì)。（3）液壓站電源線接線，并確定好電機旋向，進行試運行。

3.1.2 其他附件準備

（1）檢查作業(yè)中使用的吊帶、卸扣等系物和系物器具。（2）檢查各手持檢測設備是否達到使用要求。（3）檢查手持工具配備是否齊全、是否滿足作業(yè)要求。

3.2 井架各應力貼片前表面處理及貼片安裝

（1）按照標準要求的布點原則選擇需要打磨的貼片位置。（2）對需要貼片的位置使用砂輪機進行打磨，然后使用細紗布沿與測量方向成45°角方向擦拭，直至待貼片位置形成光滑的鏡面。（3）在完成表面處理的待貼片位置使用直尺和畫針按照與測試主應力方向平行的方向畫標志線。（4）使用丙酮或酒精棉球在上述待貼片位置進行擦拭，直到棉球無污物為止。（5）將專用粘合劑涂抹在應變片后部，將應變片上標志線與測試部位所畫的標志線重合。然后使用拇指進行按壓，使應變片粘貼牢固，與井架桿件結(jié)合為一體。（6）測試已粘貼電阻應變計與井架間絕緣，確保阻值大于50MΩ。

3.3 液壓站就位

（1）對鉆臺上的無關(guān)設備、工具及其他影響應力測試工作的物品進行清理。（2）拆除轉(zhuǎn)盤補芯，準備連接工裝。（3）將液壓站安置在鉆臺上，靠近轉(zhuǎn)盤口但不影響工裝及液壓缸使用的位置。

3.4 加載裝置就位

（1）將工裝吊運至轉(zhuǎn)盤梁下方，使用游車大鉤（或頂驅(qū)）或液壓絞車吊起工裝，并將工裝擺放于轉(zhuǎn)盤梁下方轉(zhuǎn)盤口正中處準備連接液壓缸。（2）將吊環(huán)安裝在游車大鉤（或頂驅(qū)）吊臂上，使用卸扣將吊帶連接到液壓缸一端掛點，液壓缸另一端連接吊帶后將吊帶從拆除補芯后的轉(zhuǎn)盤口位置下放至工裝承載軸部位。（3）將吊帶連接至工裝的承載軸或承載耳板處，緩慢提升至工裝完全接觸承載梁。

3.5 應力測試

（1）連接液壓站與液壓缸之間的液壓管線。（2）液壓站開機試運行，充分循環(huán)管線及液壓缸內(nèi)液壓油。（3）檢查液壓缸平衡閥，伸出液壓缸并檢查所有液壓缸伸出的長度是否一致，液壓缸伸出后及時上提游車大鉤（或頂驅(qū)）保持工裝與承載梁的接觸。（4）液壓缸伸出完成后稍微上提游車大鉤（或頂驅(qū)）進行試提，使整個系統(tǒng)處于受力狀態(tài)。（5）進行液壓缸試動作，并密切觀察指重表，液壓缸收回時懸重增加，液壓缸伸出時懸重下降，試動作完成后伸出液壓缸直至工裝與承載梁保持接觸但懸重不再下降。（6）操作應力采集系統(tǒng)進行零點標定，完成零點標定后操作液壓站收回液壓缸，按照測試載荷設定的負荷點，逐級加載，到達規(guī)定試驗載荷后立即停止液壓缸收回，達到規(guī)定的試驗工況完成數(shù)據(jù)采集后立即伸出液壓缸，使整個系統(tǒng)各組件卸載。

3.6 測試結(jié)束

（1）確認卸載后，將工裝下放至甲板并斷開與吊帶的連接。（2）完全收回液壓缸并操作液壓站回收所有液壓油。（3）確認回收所有液壓油后拆除接頭防脫裝置及液壓管線，放入工具箱。（4）將液壓缸擺放至鉆臺面平穩(wěn)位置。（5）斷開液壓缸與吊環(huán)的連接后回收現(xiàn)場吊帶及卸扣。（6）將液壓站、液壓缸吊離鉆臺放入專用吊籠。（7）將工裝從轉(zhuǎn)盤下放吊運至專用吊籠。（8）回收應力測試設備，拆除應變片、數(shù)據(jù)線等。（9）清理應變片貼片位置，并進行涂層恢復。（10）回裝轉(zhuǎn)盤補芯，恢復鉆臺設施。

4 井架承載能力測試加載裝置特點

4.1 測試工況主動性較高

本文提供了一種井架承載力測試加載裝置，在承載力測試時，無須相關(guān)的人員操控鉆井絞車提供測試荷載，可以讓測試工況主動性更高。便攜式多功能井架承載能力測試加裝裝置的研究，結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)需要，采用承載梁總成、邊梁、連接螺栓、襯墊組成的裝置，在實際開展井架承載力測試工作時，采用設備的吊環(huán)將加載裝置放置到井架底座梁轉(zhuǎn)盤中心下方；并配合使用氣動絞機等其他裝置將加載裝置送至井架底座轉(zhuǎn)盤梁下端，所研究的加載裝置會與井架底座相接觸；加載裝置會配合其他設備來施加測試荷載給井架，由施加測試荷載的重量判斷井架承載力。與傳統(tǒng)的承載力相比，相關(guān)的操作人員可以直接通過液壓控制站精準控制雙向液壓油缸收縮來提供承載力測試所需的荷載，其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性可以得到保障，并且通過加載裝置無須操作絞車提供測試荷載，這可以有效地避免在實際工作時需被動等待測試工況的問題，僅需要根據(jù)井架的作業(yè)時間來確定井架的承載力測試。在以往的井架承載力測試中有很多的井架由于鉆具荷載太小，在一定程度上無法達到實際測試的要求，這種情況下所測試獲得的承載力情況并非真實數(shù)據(jù)，無法真實地反映出井架設備本身的問題，該裝置的研用這在很大程度上可以提高承載力測試的工作效率和質(zhì)量，同時所測試得到的精準數(shù)據(jù)可以被有效應用，可很好地滿足承載力測試工作的需求。另外，便攜式多功能加載裝置可以實現(xiàn)對4.7 ～8.7m 跨度的井架進行加載，其應用可以大大減少井架承載力測試工作人員所攜帶的工器具，同時，以往的檢測方式需要專業(yè)人員操作鉆井絞車實現(xiàn)加載，在載荷的加載過程中極易出現(xiàn)載荷不足或過度加載等現(xiàn)象，而這種裝置的研用可以減輕現(xiàn)場工作人員的工作強度，縮短井架核載力測試時間，為其他工作開展提供有力幫助的同時保障整體工作效率。

4.2 裝置連接可靠性較高

井架承載能力測試是保障鉆修井作業(yè)安全、穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是檢驗承載能力客觀數(shù)據(jù)的重要途徑，在實際工作開展期間，需對井架的承載能力進行有效測試以后才能夠開展后續(xù)的相關(guān)工作，其測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性高可以為相關(guān)人員的作業(yè)提供安全環(huán)境。便攜式多功能井架承載能力測試加載裝置的研究，承載梁采用多段組合三腹板箱形梁結(jié)構(gòu)，并配有連接銷軸，上加載點可連接卸扣或繩索，下加載點可連接吊環(huán)加載裝置在實際開展承載力測試工作時與以往的承載力測試裝置相比測試裝置與井架底座梁連接更可靠，無特殊情況也不會出現(xiàn)荷載不足或過度加載的問題，現(xiàn)場工作人員會根據(jù)實際情況采用相應的裝置，提供所需要的荷載，加載裝置的配合應用可以使整個承載力測試裝置連接更穩(wěn)定和可靠，可以很好地保障井架及井架承載力測試的安全性。

4.3 測試準確度更高

承載梁和連接座是工裝的主要承力部件，在實際工作時，深入井架底座中加強鋼筋板的形狀為直角形的角鋼，并且設置有相應的加強筋板在對稱的直板型鋼上，這在施加荷載時加載裝置上所承載的作用力更加平衡。在井架存在能力測試時加載裝置提供分布均勻的荷載，可以全面地反映井架的應力分布情況，若井架內(nèi)部有損傷或缺陷的部位可以通過分布均勻的應力狀況，去反映井架承載力的薄弱部位，直觀地將井架潛在的危險源呈現(xiàn)出來，以此讓現(xiàn)場實際測試的工作人員直觀地發(fā)現(xiàn)井架應力的綜合情況，且與傳統(tǒng)的承載力測試相比，在確定危險點上精準度更高。由于鉆修井架底座安裝不到位的問題也會對實際工作帶來一些安全隱患，在開展承載力測試工作時，采用更加平衡的作用力去測試，可以全面地將井架的安裝情況反映出來，由此相關(guān)裝置的應用可以讓井架承載力測試過程更穩(wěn)定、井架承載力危險點檢測更精準。

4.4 測試效率更高

井架承載能力測試加載裝置利用雙向液壓缸進行加載測試，再通過應變片形變獲取到各節(jié)點的綜合數(shù)據(jù)，判斷各節(jié)點下是否存在變形情況，建立井架變形與荷載變化的關(guān)系。液壓缸所施加的作用力伸出完成后稍微上提游車大鉤（或頂驅(qū)）進行試提，使整個系統(tǒng)處于受力狀態(tài)，相關(guān)的工作人員通過觀察指重表獲得相應的數(shù)據(jù)和綜合情況信息，并結(jié)合相應的數(shù)據(jù)及信息去分析井架綜合情況，尤其是判斷井架變形情況。液壓缸在施加荷載時，確保工作不會對鉆修井作業(yè)造成影響，同時能夠有效地檢測到井架的變形情況，實現(xiàn)對井架底座的變形趨勢進行有效分析。同時，該加載裝置具有應用主動性高的優(yōu)勢，也能讓相關(guān)的檢測人員更加高效地開展承載力檢測工作，最終對井架變形進行分析、評價。

5 結(jié)語

綜上所述，利用此井架承載能力測試加載裝置能夠有效地提高井架應力測試作業(yè)的主動性，測試作業(yè)的安全性，加載的穩(wěn)定性、精確度，以及作業(yè)效率。井架承載力測試中所獲取的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準確性是為相關(guān)工作人員提供安全工作環(huán)境的重要保障，同時又會進一步提升鉆修井的作業(yè)安全性和穩(wěn)定性。井架承載能力測試加載裝置的研制，可以有效地保障承載力測試工作開展過程穩(wěn)定，荷載控制精準度高，所獲取的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準確性高，在很大程度上可以提高其工作效率和質(zhì)量。因此，該裝置的研發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義，為井架的評估評定提供有力的保障，為鉆修井生產(chǎn)作業(yè)保駕護航。