本站原创【摘 要】井架是石油钻机主要承载部件,对其焊后的变形量控制要求十分严格.然而由于井架总长度超过45m,且焊接位置多、焊接量较大,因此容易出现焊后变形的情况.本文将从井架焊接工艺入手,提出控制钻机井架变形的措施.
【关 键 词】钻机井架焊接工艺措施
1前言
随着石油能源的开采力度不断加大,钻机的建设逐渐朝着自动化和大型化的方向发展,当前石油开采方式大部分为深井开采.钻机投入产出较高,经济以及社会效益都比较明显,因此进一步开发新一代钻机十分必要.而井架是钻机的重要组成部分,其主要作用是在钻井过程中悬挂各种必备的钻具,同时承载钻井过程中产生的各种载荷,具有并配合、帮助钻机钻到目的层的作用.
2钻机井架类型分析
（1）K型井架.K型井架是当前钻机普遍采用的井架形式,其采用低位安装,通过人字架,靠钻机自身较车动力整体起放.自1981年我国仿制与BY―40钻机配套的首套K型井架机后至今,K型井架研制得到迅速发展,先后设计出1500m、3000m、5000m、7000m以及9000m五个级别钻机配套的共有18种K型井架.钻机K型井架整体可分为五段,由锥销连接,其主体结构是前开口式轻便井架.K性井架具有整体稳定性好、拆装方便的优势,其主体结构内部开档较大,确保了有吊系统升降所需的较大空间.
（2）塔型井架.塔形井架因其外形结构与宝塔相似而得名,其整体井架除了前大门以外主体部分为封闭式的桁架结构,立面形状为梯形,横截面为正方形.塔形井架主体为采用螺栓连接的塔形钢结构,整体稳定性较好,易于拆装,运输灵活,适应各种路况的运输,且具备优秀的生产工艺以及专用的工装和生产设备,质量可靠,因此被广泛应用于国内外的钻井作业中,尤其普遍应用于海洋钻井作业.我国对于塔形井架的研制从20世界50年始,直到如今仍较普遍被配与3200m钻机使用.然而,塔形井架在安装过程中存在高空作业较多、危险性较大等缺陷,因此亟待改进.预计,这种存在致命缺陷的塔形井架将被低位水平安装整体起升的紫胜师井架所代替.
（3）桅型井架.桅形井架分有伸缩式和整体式两种,其特征是由一节或者几节杆件结构或者管柱结构构成的单柱式井架.伸缩式桅行井架相对与其他类型的井架而言,具有拆装性能和移动运输性较好、模块化水平较高的优势.但桅行井架整体结构的稳定性需要绷绳固定来提供,且承载利较小,只适用于车装机和修井机.20世纪60年代初期,我国开始研制生产3000m拖挂,由于技术的局限只生产桅形修井井架,如18m、29m修井井架等.直至20世界80年代中期,才开始对桅形钻机井井架进行研制生产,主要与我国首台斜井钻机以及65B车装钻机配套使用.
（4）A型井架.钻机A型井架的截面为矩形,主体为焊接桁架结构,分角钢桁架和管子桁架两种,通过销子来连接,其安装或拆卸较简便.A型井架空间较大,视野广阔.A型井架通过低位安装,采用人字架或者起升扒杆,依靠钻机自身绞动车力或外部其他力量整体起放.A型井架安装和运输比较方便,通常适用于中小型钻机使用.自20实际60年代起我国开始对A型井架进行研制,比如AD―45型A型井架等,直至1979年,自315/43―A井架的使用后A型井架才得到较大规模的使用.另外,直至20世纪80年代末,还有5种新型的A型井架被宝鸡石油机械厂所开发研制,都是低位安装管式井架,整体性能较稳定.
3钻机井架焊接方法的确定
井架在焊接过程中,焊件弯曲与扭曲变形的程度与焊件受热的程度有关,焊件受热程度越高,那么金属受热的体积就会随之变大,焊件变形弯曲的程度就会越严重.理由电弧焊的方法对焊条进行焊接时,由于焊接的速度较慢,受热面积较大,且不均匀,金属焊接变形则会比较大,而二氧化碳气体保护焊电流密度较高,电弧热量聚集,焊件受热面积小,其二氧化碳气流具备较强的冷却作用,使得焊接受热面积变小,受热影响区也随之减小,使得焊件变形小,生产效率明显提高,因此,在井架焊接实际过程中使用二氧化碳气体保护焊进行焊接.
4钻井井架焊接工艺确定4.1装配顺序的合理选择
焊接顺序对于焊接结构的变形具有很大的影响作用.在对钻井井架进行组装时,要严格依照施工工艺要求以及图纸设计来进行,先组装定位立柱与横撑以及箱形梁,再组装定立柱与斜撑,其具体顺序为横撑→箱形梁→横撑→横撑→箱形梁→横撑.在对焊缝进行定位时应对称点固,且要具有一定的强度,长度通常为5～10mm.为了确保装配的尺寸的准确度,井架组装时还应考虑到组成所出现的误差,所以应在平台上对进行组装,并且利用工装夹具对其进行刚性固定.4.2焊接顺序的合理选择
（1）横梁和立柱的焊接.此焊缝是对称焊缝,因为各条焊缝焊接的时间不同,并且工件的刚性也不一样,其对工件的影响不同,通常先焊的焊缝容易让工件产生变形,后焊焊缝的影响则小些,因此通常焊缝对称的焊件,焊接完毕后也还是会产生变形.为使得焊后变形程度降到最低,焊接时应由中间往两边对称跳焊,同时应采用分组相向焊接的方法,安排两名焊工同时进行施焊.为使施焊时焊缝上出现的变形相互抵消,两名焊工应采用同样型号、规格的设备以及一样的焊接参数进行施焊,尽量使两条焊缝上的变形与焊接时产生热量的分布一致.采用先焊中间后旁边的顺序,先对中间位置的焊缝进行焊接,当一名焊工正在焊接一处时,与此同时,另外一名焊工应对其斜对角处进行施焊,依次类推.由于立柱和箱形焊接时焊脚尺寸比较大,多层焊相比于单层焊的变形小,所以在焊接时应使用多层焊的方法：第一层焊接完毕后,先让焊缝冷却至室温,再对下一层进行施焊,从而达到使焊接变形最大程度降到的目的.
（2）横梁的焊接.应尽量利用平焊缝的方法来焊接横梁上的筋板,因为平焊相对于立焊焊接速度较快,变形量也相对较小.应注意,第一层焊道最容易出现弧坑裂纹,其原因是第一层焊道纵向截面较小引起了横向收缩力,可采用电动或者风动轮磨削消除,最保险的消除工艺措施是,在背面清根时,使用碳弧气刨全部清除正面第一层焊道,井架经过渗透探析保证裂纹等缺陷消除后,再焊上背面封底焊缝.
（3）斜撑的焊接.斜撑由于焊缝不对称,对其进行焊接时应先焊接焊缝少的那一侧,而后焊焊缝多的一侧,从而达到降低焊接变形程度的目的.
5结束语
总而言之,选择合理的焊接方法以及工艺参数,可有效地将井架的焊接变形量控制在技术要求的范围内,从根本上解决了钻井井架焊接变形的问题,从而将产品质量提高.