石油钻机钻台基础的设计方案
摘要:近年来，随着世界整体科学技术以及机械技术的发展，人们对于石油的需求量正在不断增多，在石油开采过程中会存在许多影响正常工作的问题。

本文将从石油钻机在实际工作过程当中基础受到的受力种类以及各种不同的载荷情况方面入手，对基础底面的设计载荷以及钻台的基础设计进行简要分析，并总结了相应的计算方式。

关键词：石油钻机钻台设计钻台设计方案
石油工作在实际工作过程中，因为石油钻机会受到各种形式的载荷，而钻台本身也会被垂直载荷、周期性的变动载荷以及往复性的运动载荷等诸多方面的载荷关系。

本文主要针对石油钻机的具体工作，将目前经常会使用到的钻机工作情况以及载荷情况进行详细的分类，通过该方式来确定设计过程中需要掌握的最大载荷量。

想要得出精确的地基承载力数值，就必须根据施工现场的地层载荷材料以及当地地层土当中的抗剪强度进行综合性的确定，在计算出相关数值之后，便可以进行最大设计载荷以及地基承载力的计算，而且可以得出相对稳定性。

一、载荷组合
进行载荷的组合设计主要就是想要在钻井工作进行过程当中，让钻机具有最大的钻井作用力，以此计算出基础底面位置极限设计载荷，并且该载荷数值会受到垂直载荷以及垂直载荷在发生的过程中产生出的最大弯矩的影响，所以想要明确该载荷，就必须掌握最大的垂直载荷、水平载荷等诸多方面因素，才可以确定详细数值[1]。

最大的垂直载荷本质就是钻机自身的最大起重力、施工井架自身重量并且要计算出井架上方搭建设备的总体重量，在实际工作中，许多工作人员会忽视掉钻台上方设备自身的重量以及立根的重量，导致计算结果不够精确[2]。

具体的计算方式为：在该公式中，F1代表现场最大垂直载荷量，而M、N以及Fmax都是大钩上方可以施加的极限重量，而MN、wjj以及Wts分别代表了施工现场的井架自身重量、钻台自身重量以及井架上方施工设备的具体重量。

其中最大的水平载荷就是井架立根部分实际受到的载荷。

想要明确载荷组合，就必须先明确最大弯矩。

所谓最大弯矩就在是施工过程中垂直偏心的载荷在工作中产生出的弯矩以及常规水平载荷产生出的弯矩二者的和，通常情况下我们可以将其记为该公式中，Mmax即为最大弯矩，而MN·m代表井架上方设备的载荷量，h1代表钻台上方设备的载荷量，h2代表井架上方的风载作用点而h3与h4则分别代表立根位置的风载作用以及井架上方的风载作用[3]。

二、载荷确定
石油钻机属于构造及作用原理都比较复杂的一整套机组，因为石油机组所在的位置环境不确定，所以实际施工过程中受到的载荷种类比较多。

根据以往工作经验来分析，常规情况下可以通过判断钻机实际工作情况来估算出钻台基础所要
承受的载荷量。

在起钻操作系统刚刚启动时，会加速钩载的动载水平，并且在进行下钻操作刹车的时候，也会根据不同情况产生比较明显的动载，静载与动载相结合，便组成了最大的钩载量[4]。

在发生卡钻事故的时候，需要考虑到拔钻杆拉力的问题，该拉力以钻杆将载荷拉断的力量为极限，是根据钻杆使用刚才的最小屈服强度进行判断的。

在下套管的时候，尺寸比较大的技术套管柱重力或者是比较深的油层下方柱重力都需要注意。

在下套管的过程中，有时会遇到阻力，这种情况下需要将套管上提，方便通过阻力区，这时大钩上体的载荷量以及套管柱断裂的载荷量仅能承受最佳状态时的80%。

如果施工现场井深>2500m的时候，套管柱自身断裂载荷量比较大，而且该载荷方向属于垂直向下的载荷方向，自身作用点是基础几何中心位置。

井架的自身重量以及井架上方设备自身重量、钻台上方设备重量等都需要在明确钻台、轿车以及各种操作装置之后才可以确定。

该载荷方向整体呈垂直向下的角度，并且自身作用点因为所处位置不同，所以存在一定的差异。

项目中偏心载荷可以直接转换成垂直的轴心载荷以及弯矩。

立根载荷在井深最大的时候，起钻过后所有立根都会放置在钻台上，这时便会产生一定的垂直偏心载荷，该载荷必须转换成轴心载荷以及弯矩。

钻机在工作过程中会产生振动载荷，并且振动载荷自身比较复杂且大小要小于静载荷，常规计算过程中会忽略掉这一载荷量，但是为了保证计算结果的精准度以及施工安全，可以将其视为一定的安全系数予以计算分析。

风载荷在井架和基础等方面都会存在一定程度上的倾覆力矩，这一情况会直接影响井架基础，造成井架的基础压力一面不断增高，一面不断降低。

风载的大小需要通过物体承受锋利的面积以及风压来确定，整体作用方向属于水平方向，并且可以将其转换成水平载荷以及弯矩[5]。

三、确定地基高度
通常情况下地基的高度均由地面以及地下两部分决定，将地面的高度与地下的高度加在一起，便可以得出相应的准确值。

地下高度一般会受到设备性质、工程所在地土壤冻结程度以及地基压力等诸多方面的影响，而地面上的高度一般会受到施工工艺、施工条件以及各种施工器械的影响。

四、基础顶面积
基础面积可以取轴心载荷的近似值来进行计算。

因为施工过程中混凝土自身抗压程度要明显优于普通土壤的抗压程度，所以基础顶面不会参与到实际计算中，所以将直接受到钻机底座尺寸的影响。

因为底座有这一特性，所以在施工的时候只需要将其加高10-18CM便可以进行正常施工。

五、稳定性验算
在进行稳定性验算之前，需要对地基承载能力以及基础的尺寸进行计算，之后便可以进行稳定性计算。

通过稳定性计算来杜绝井架、钻台以及各项基础的倾覆情况，保证稳定力矩以及倾倒力矩整体比值要明显大于施工要求的安全系数，而倾倒力矩自身会受到风载以及振动载荷的影响，而稳定力矩会受到垂直载荷的影响，所以在进行计算的过程中，需要考虑到最小的垂直载荷以及最大的水平载荷自身的数值[6]。

结束语：现代石油行业发展迅速，为了保证工作的安全，完善石油钻机钻台基础设计是当前迫切需要解决的问题。

钻台基础设计都是围绕着轴心载荷设计进行的，所以通过该方法进行设计的钻台基础通常情况下均可以满足实际工作的需要，但是在施工过程中如果存在特殊的土壤层，就需要进行针对性处理。

本文主要通过压弯荷载以及地基承载力数值等方面进行基础面积确定，希望可以给该行业的发展带来实际帮助。

参考文献：
[1]华东石油学院.石油钻采机械[M].北京:石油工业出版社, 2012(07):77-79.
[2]王建军,王连泽,刘成文.旋风分离器排气管内流动分析及减阻机理[J].过程工程学报, 2005, 15(3): 251-254.
[3]岳吉祥,綦耀光,任旭虎.基于人机工程学的海洋平台总体布局设计研究[J].中国海洋平台, 2008, 23(2): 7-12.
[4]李建政,刘绍舫,傅祖成.石油钻机钻台基础设计方法探讨[J].石油矿场机械,2012,(04):112-114.
[5]王锡光、王振伟、孟芳.石油矿场机械安装与修理[M].北京:石油工业出版社, 2011,(11):145-147.
[6] JAWORSKIArtur J, DYAKOWSKI Tomasz. Measurementsof oi-lwater separation dynamics in prmi ary separation sys-tems using distributed capacitance sensors[J].FlowMeas-urement and Instrumentation, 2011,16:113-127.。