浅析大型钻机铆焊制造工艺研究

张 阅（渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 124000）

浅析大型钻机铆焊制造工艺研究

张 阅
（渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 124000）

摘 要：目前，油气勘探开发不断深入，浅层油气资源越来越少，开发深部地层油气资源正逐渐成为海陆勘探开发的重要工作，因此钻机的配套研发与制造也在不断升级。为了应对更深度的油气勘探开发需求，在9km大型钻机研发制造过程中，我们从钻机的铆焊预制角度出发，针对其井架、人字架、底座等结构件尺寸加大、结构复杂的特点，通过合理的制定铆焊制造、衍装及检测工艺，使其达到标准精度要求，从而提高大型钻机制造的技术水平和质量水平，使国产钻机具有更强的竞争力。

关键词：大型钻机；井架；人字架；底座；铆焊预制；衍装

随着石油开采深度不断加深，钻井装备技术水平和质量水平不断提高，钻机的研发制造也不断升级，从40DB、50DB、70DB等4km～7km各种不同型号的钻机一直到9km钻机的研发制造，钻机在铆焊制造方面面临着井架、底座等铆焊构件结构尺寸加大，应用材料特殊，制造、检测、衍装等更复杂，尺寸精度要求更高的特点，这就需要我们不断研究新工艺以保证其质量和精度要求。下面以我们生产制造的9km大型钻机90DB钻机为例，围绕其井架、人字架、底座制造、衍装、检测项目对其进行工艺研究。

90DB钻机底座整体外形最大结构尺寸19705×13580×12000（长×宽×高），顶层台面尺寸 13500×12900 （不包括偏房），重量 271t。井架外形尺寸11000×7030×49215（长×宽×高），重量 124t （不包括天车），井架负荷670t。我们从保证产品质量、提高工效、最大限度减轻工人劳动强度的角度出发，在井架、底座生产、衍装工艺上进行了大胆尝试，通过生产实践，总结了一套完整行之有效的制造工艺，并在生产中得到了补充和完善。

一、井架制造、衍装、检测工艺

钻机井架部分主要由井架主体、人字架、二层台、油管台、井架附件、笼梯等诸多部分组成，预制难度主要集中在井架主体精度控制及井架主体一段与人字架配装上。下面围绕两个主要部分进行工艺分析；

1 井架主体预制工艺

钻机井架主体长度由五段组成，主要技术要求为：井架大腿在全长上长度不得大于5mm，井架拼装后各段连接处的错位不得超过2mm。为了保证井架制造精度，可采用分片整体放样工艺控制单片尺寸误差，放样要求必须在同一水平面进行（可采取铆焊平台调平方式），确保井架整体制造尺寸误差。

井架各段之间连接是井架大片衍装的关键环节。为了更好的保证各段之间的接口间隙要对各段接口处进行认真研磨来确保接触间隙并采用连接销配装点焊耳板方式进行固定。合理的焊接方式和焊接顺序往往能极大的减少焊接及焊后打磨处理时间，因此在组对结束后需采用多位间断焊接，控制焊接输入热以保证井架的直线度和垂直度，防止由于焊接顺序不当而造成的热变形。

井架大片预制结束后就可以进行下一步的大片连笼工作，井架连笼分两次进行，一次连笼完成井架横撑、斜撑的配装，二次连笼配装天车、二层台、笼梯、走台、井架附件。井架一次连笼同样要重复进行平台调平、整体放样这两个过程。井架两大片中间横撑及斜撑的配装中，仅仅依靠焊接来以无法控制衍装尺寸，这就需要定位地锚的配合。通过在井架两大片两侧合适位置配置地锚，以拉码来施以外力进行反变形控制以达到衍装精度的控制。

为了确保卧式衍装的井架立装时相配套的天车、二层台、笼梯、走台及一些井架附件能顺利安装并避免一些小部件与井架主体上的一些干涉问题，就需要在井架卧衍时进行预配装，主要集中在连接位置的配装上，这就是二次连笼的主要工作。

通过两次连笼，解决走台、笼梯等部件与井架连接时存在的一些干涉问题，保证井架全长范围内总对角误差、单片对角误差，各部件组对间隙、局部间隙误差均达到控制要求。采用芯轴和工装为衍装、检测提供技术支持。

2 人字架的预制及井架主体与人字架配装

井架主体与人字架的配装是钻机衍装的一个关键点，其中人字架组成：主要有左右前后撑杆、大横梁、横梁操作台和两组拉杆组成。关键部件具体制造要求：

（1）左右前撑杆下部耳座采用分体加工孔至安装尺寸，整体放样点焊其上后进行加工上部分，与井架配装时进行施焊完成。

（2）左右后撑杆上下部耳座采用分体加工，铆焊组对时，先将上部耳座与H钢焊好后，以上部耳座孔进行反下部耳座尺寸。下部耳座点焊后，等人字架衍装时进行焊接。

人字架衍装主要围绕井架一段展开，难点在于人字架与井架一段耳板的配装。在衍装前需按照人字架与底座四个连接耳座的实际尺寸进行放样并设计预埋工装以保证衍装精度。具体工作分为两步，第一步在井架二次连龙验收合格后，采用卧式衍装进行前撑杆与井架间的定位调节丝杠组件的配焊；大横梁配配装。第二步在底座顶层起升结束后，顶层低位组装时利用左右上座的前后支座进行人字架整体组装，进行配焊后支架下耳座。

二、钻机底座的预制

90钻机底座外形尺寸19705×13580 ×12000（长×宽×高），该底座是一种起升式底座，其主体分为底层、中层、顶层三大部分。钻机完成低位安装后先行起升井架后依靠绞车将台面及其设备起升至工作高度，所定位置后即可进行正常的作业。平行四边形底座的结构特点，决定了其制造过程的主要控制要素，即凡是影响底座整体起升的部位均应作为制造过程的重点控制对象，为达到此目的，必须进行严格的程序控制。

底层和顶层的组装程序：焊接工字钢组焊-部件组装-底层和顶层总装。

中层部件的组装程序：部件组装-校型-机械加工-中层总装。

底层和顶层组装时，其前后横梁孔在全长范围内必须同轴，且与底座井眼中心线平行，与底座横截面垂直。为此，在组装左右上座和左右下座时要进行严格的控制，以保证其技术要求。

结语

随着我国钻井装备技术水平和质量水平的不断提高，国产钻机在国际市场上有了一定的声誉。大型钻机的研发和改进让我们有了更大的市场竞争力，让我们共同努力，创造和提供更多的交流渠道，促进石油装备制造业的发展，为石油工业发展提供更多优质精良的钻机装备。

参考文献

[1] AWSD1.1-D1.1M-2006，钢结构焊接规范[S].

[2]APISpec 4F-2008,钻井和修井井架、底座规范（第3版） [S].

中图分类号：TD422

文献标识码：A