一种钻修井机的井架对接机构研究与应用

摘要：针对目前车装与拖挂钻修井机井架对中井口困难的问题，开发了一种钻修井机的井架对接机构。其通过双作用液压缸在两个限位导轨之间并连接在井架基础上，双作用油缸两端伸出的油缸杆通过拉杆分别连接两个支座，双作用油缸带动支座在支撑滑轨上等行程、等速向同一方向移动。在拖挂车或车装底盘前后各布置一个该机构，则可使坐落在拖挂车或车装底盘上的井架左右摆动以对中井口。

关键词：车装拖挂；对接机构；双作用液压缸；等行程等速；对中井口

中图分类号：TE935 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0045-03

1 概述

在现有技术中，石油钻机的井架运载方式主要有三种：车载式、拖挂式和模块式。目前，模块式石油钻机的井架一般用于大型钻机，采用吊车进行安装。车载式、拖挂式钻机的井架对中井口通常采用如下方式：在钻台侧连接井架基础，在井架基础上部设置两个支座，当钻台安装到位后，倒车运载着井架的钻机车或拖挂车，使井架的支腿对中井架基础上部的两个支座，则实现了井架的对接井口。此种对接方法存在诸多弊端，首先，井架的支腿对中井架基础上部的支座，误差要求在十几个毫米以内，难以对中；其次，要求驾驶员有高超的驾驶技术；再次，在对中井口时，一般需要通过钻机车和拖挂车的反复后倒，直至井架的支腿对中井架基础上部的支座。这样不但要求驾驶员有高超的驾驶技术，而且浪费了大量的时间，降低了安装转场效率，有时甚至要使用吊车才能实现井架对接，增加了生产成本。

为解决井架对中井口困难的问题，部分车装与拖挂钻修井机采用增加船型底座，在船型底座上设置轮胎的限位钢管，使拖挂钻修井机倒车到船型底座上，以此来减少倒车次数。此种方法虽然有一定效果，但也存在一定弊端，一是倒车上坡较困难，也需多次倒车才能到位；二是对轮胎进行限位，由于带井架的底盘车较重，对轮胎有损害，甚至挤爆轮胎。本机构采用另一种思路，即将底盘车或拖挂车通过一二次倒车，移动支座对正底盘车或拖挂车的支腿，然后通过移动支座来左右摆动底盘车或拖挂车以使其对中井口中心。

2 技术分析

2.1 结构原理

本井架对接机构在油井口钻台的井架基础左、右端自下而上依次连接一个限位导轨、一个支撑滑轨、一个支座，双作用液压缸在两个限位导轨之间并连接在井架基础上，双作用油缸两端伸出的油缸杆通过拉杆分别连接两个支座，双作用油缸带动支座在支撑滑轨上等行程、等速向同一方向移动。下面举一应用实例来说明其结构。

如图1所示，井架基础10上的左、右两端自下而上依次连接一个限位导轨1、支撑滑轨4和支座3，限位导轨1是钢板焊成对口的两槽钢状结构，焊接在井架基础10上，支撑滑轨4是带槽的滑板，焊接在井架基础10上，双作用油缸7在两个限位导轨1之间由固定座8通过螺栓9固定在井架基础10上，其双作用液压缸7两端伸出的油缸杆通过拉杆5和销轴6分别连接两个支座3，操作双作用液压缸7的油缸杆左、右移动时，带动左、右两个支座3等行程、等速度向同一方向移动，同时保证了左、右两个支座3的距离不变。

对接操作时，控制井架对接机构的双作用油缸7，使其两端连接的支座3向左或向右对中井架支腿，并落下井架支腿，其支腿一般为液压缸支腿或机械旋转扣支腿，使其坐落在支座3上，再次控制井架对接机构的双作用液压油缸7，向左或向右移动支座3，即左右提动井架，使支座3对准设计好的箭头标志2，则井架对中井口，井架的对接安装完成。

1.限位导轨；2.指示箭头；3.支座；4.支撑滑轨；5.拉杆；6.销轴；7.双作用液压缸；8.固定座；9.螺栓；10.井架基础

图1 井架对接机构安装总成图

2.2 使用方法

（1）配套设备。本机构含有双作用液压油缸，需要有液压站来驱动双作用液压缸，换向阀来控制双作用液压缸的移动方向，以及必要的液压连接管线。对于一般的石油钻修井机均配套有液压站或液压源，因此只要将进油口连接到液压源，回油口连接到油箱即可（如图2井架对接机构液压控制原理图所示）。

图2 井架对接机构的液压控制原理图

（2）操作步骤。将井架基础及其本机构连接到钻台上；倒车底盘车或拖挂车，使其大概对正井口，一般误差不超过150mm，通过一次倒车即可完成；如图2，同时操作1#换向阀、2#换向阀，移动双作用液压缸，使本机构的支座正对底盘车的支腿。落下底盘车的支腿，支起底盘车；再次同时操作1#换向阀、2#换向阀，移动双作用液压缸，从而移动底盘车及井架对中井口。则井架与井口的对中完成。

3 对接机构的应用

3.1 在拖挂钻修井机上的应用

1.牵引车；2.车头对接机构；3.井架；4.拖挂车；5.车尾对接机构；6.支腿；7.钻台

图3 拖挂车的井架对中状态图

如图3，拖挂钻修井机的井架坐落在拖挂车上，拖挂车尾部有2个液压支腿，拖挂车头部使用牵引销与拖挂车头连接，在牵引销处安装车头对接机构。车头对接机构移动牵引销，选用普通的单向油缸已经足够。当拖挂移运时，将牵引销锁死在拖挂车的中部，对中井架时，使用车头对接机构、车尾对接机构同时动作对正

井口。

3.2 在车装钻修井机上的应用

如图4，车装钻修井机的井架坐落在自走式底盘车上，底盘车头部与尾部各安装有2个液压支腿，下面分别放置车头对接机构、车尾对接机构。对中井架时，当自走式底盘车倒车到位后，将车头对接机构放置到头部液压支腿下面，同时操作车头、车尾对接机构，使对接机构的支座对正液压支腿，旋下液压支腿，支起底盘车，此时，同时动作车头对接机构、车尾对接机构以井架对正井口。

1.井架；2.车装底盘车；3.前支腿；4.车头对接机构；5.后支腿；6.车尾对接机构；7.井架基础；8.钻台

图4 车装底盘车的井架对中状态图

4 现场使用效果

本机构在出口美国的ZJ30DBT钻机、快移快装bigeasy钻机，国内新疆ZJ30DBT钻机、XYJ100不压井修井机上均已应用，2009年该机构被授予国家专利（专利名称：《一种井架对接机构》，专利号：200920227619.0）。由现场应用效果对比如表1：

表1 常规井架对中与本对接机构对中的效果对比表

常规井架对中 带船型底座的井架对中 使用本对接机构对中

经过反复倒车 经过多次倒车 经过一二次倒车

需要熟练的驾驶技术 需要熟练的驾驶技术 一般的驾驶技术

耗费时间长，几个小时 一般需要1个小时 只需要几十分钟

不需要起重设备 需要起重设备 不需要起重设备

对底盘车的轮胎无损耗 对底盘车的轮胎有损耗 对底盘车的轮胎无损耗

5 结语

从以上现场应用的效果可以看出，其具有以下益处：

双作用油缸能带动两支座在限位导轨上左、右移动，因而使车载式、拖挂式钻机的井架易于对接，对接安装过程中不需要起重设备，简化了安装步骤，降低了生产成本。

能使钻机车和拖挂车易于倒车就位，不需要驾驶技术娴熟的驾驶员就能对中油井井口，从而节约了大量时间，使安装工作效率大大提高了。

本井架对接机构具有常规井架对中、带船型底座的井架对中不可比拟的优势，在车装拖挂钻修井机、不压井修井机、快移快装钻修机等成功应用，使该技术不断成熟，对要求搬迁效率高的钻修机尤其适合。

参考文献

[1] 李继志，陈荣振.石油钻采机械概论[M].北京：中国石油大学出版社，2006.

[2] 侯依浦.钻井和修井井架、底座设计指南[M].北京：石油工业出版社，2005.