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通用型石油井架设计
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摘要 根据目前石油钻井施工对钻井井架作业效率，适应性和安全性的要求，结合当今钻井井架技术领域的发展趋势，提出了一种递进式增加井架系统的设计方案，该系统由主架体，液压缸，内支撑柱，二层台，天车台， 副架体，辅助左右双支撑柱，底座，及辅助设备等组成。系统采用驱动精度高、驱动力大的液压驱动方式，具有整体轻便，结构紧凑，作业效率及设备利用率高，现场施工安装与拆卸方便快捷，整体搬运迅速，使用维护成本低，以及与现有钻机绞车系统，游动系统相互配合适应性好的特点。可满足当今及以后陆地钻机系统的发展需要。
关键词 桅型主架体 液压缸 内支撑柱 副架体 辅助左右双支撑柱 底座 液压驱动 大尺寸螺纹丝扣连接 过盈配合 预紧力
0 引言
石油和天然气埋藏在地下几百米，上千米甚至超过上万米的岩层中。为了寻找油气藏，开采石油和天然气，需要钻井，需要一套俗称钻机的钻井机械设备。而石油井架又是钻井机械的主要组成部分，用于安放绞车，天车，游车，大钩，转盘等起升设备和工具，承受起
下钻，下套管及其他作业所产生的载荷，提供起下钻及摆放钻柱的操作高度和空间。是一种大型复杂的金属钢架结构，其杆件多，受力复杂。近年来随着更复杂的地貌和地质条件下的油气藏的开发，以及钻井深度的不断增加，国内外正不断地设计功能更强，自动化程度更高的新型钻机，这对于与之相配套井架的强度，刚度及稳定性的要求越来越高，同时提高井架的可靠性，降低成本，对井架进行优化设计变的越来越重要，因此本文针对这种现状进行设计研究，设计了本通用型井架，达到承载能力由轻到重，钻探深度由浅到深，满足了一架多用的目的。
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技术分析
1.1 系统技术要求
（1）整体尺寸；各单件架体尺寸采用最大标准集装箱的尺寸（13.58m 2.34m 2.71m），满足频繁搬迁的要求。结构尽量简化，降低体积和质量。
（2）提升载荷；单桅状态2000米通用钻机( 1800 KN )单桅状态加辅助左右双支柱塔式状态4000米通用钻机（4500ＫＮ ），加副井架系统满足9000米通用钻机的提升能力（ 6750 kＮ ） （3）适应性；井架本体满足2000—9000米绞车，天车，游车系统的提升要求，井架底座满足2000—9000米转盘尺寸，副架体内部尺寸符合最大9000米游动系统外形尺寸。底座高度12米适应各型防喷器的安
装要求。封闭的单桅主架体适合内部加热系统，可在低温环境下工作。
（4）系统动态特性；其塔式架体的特性在强风，地震等极端环境中，具有较好的稳定性和动态响应特性。
（5）安全性；塔式架体和丝扣连接底座有效合成一体，具有完善的安全性能。并左右双支柱内部可设计为快速下滑逃生通道，以利于二层平台操作人员紧急情况下快速逃生。
1.2 主要技术参数
系统质量； 100000kg ，主架体 40000kg, 副井架底座 30000kg 最大静载荷；6750KN 最大钻柱重量；3250KN
井架顶部跨距（正面 侧面）；3m 3m 井架底部跨距 ； 10m
主架体（长度 宽度 高度）；13m 5m 5m 主架体伸展高度；60m 主架体节数；6节
主架体内液压缸（长度 根数）；12米 4根 副架体高度；48m 副架体节数；4节
天车台（长度 宽度 高度）；6m 3m 2.5m
30000kg
二层台容量(5’钻杆)；9000m 二层台高度；26.5m
底座(长度 高度)；13m 12m
作业环境下，满钩载，无转盘载荷，满立根载荷组合工况。符合API Spec 4F标准（2008 第3版），结构设计计算符合美国钢结构协会AISC 规范，焊接符合美国焊接学会 ANSI/AWS规范。
2 系统方案设计
2.1 主要结构与功能
本型井架系统由主架体，液压缸，内支撑柱，二层台，天车台， 副架体，辅助左右双支撑柱，底座等组成，结构如图1所示。