石油钻机前开口井架整体运移装置的设计.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 5年 第 4 3卷 第 5期 ●钻 井技术 与装 备 石油钻 机前 开 口井架整体运移装置的设计 张秀翰 洪云霞 国家采油装备工程技术研究中心；胜利油田高原石油装备有限责任公司 摘要中深井电驱动橇装钻机 中短途搬家时，传 统方式时间长、效率低、成本 高。随着对钻 井成本控制要求的提高，为满足钻机在沙漠和平原地 区系统整体平移要求，设计开发 了前开 口式 井架整体运移装置。该钻机井架运移装置主要 由整体运移 吊耳、后端轮式拖车、前部连接架及牵 引托架组成。现场试验结果表明，该井架整体运移装置将轮式拖车与井架部件有机结合 ，利用大 马力牵引车作为动力源，可实现前开 口井架整体运移，应用效果较好 ，钻机搬家过程工人劳动强 度低 ，不但提高了钻机搬迁效率，而且有效降低 了钻 井成本，满足 了现代钻 井承包 商对钻井成本 控制的高标准要求。 关键词 石油钻机 ；前开 口井架；整体运移装置；井架搬运 中图分 类号 T E 9 2 3 文 献标 识码 A d o i 1 0 ． 1 6 0 8 2 ／ j ． c n k i ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 1 0 De s i g n o f Ov e r a l l Tr a n s po r t De v i c e f o r Op e n- Fr o nt M a s t Z ha n g Xi u h a n Ho n g Yu n x i a N a t i o n a l O i l P r o d u c t i o n E q u i p me n t E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r ；S h e n g l i O i e l d H i g h l a n d P e t r o l e u m E q u i p m e n t C o ． ，L t d ． Abs t r a c t F o r t h e e l e c t ric d riv e n s k i d mo u n t e d me d i u m de e p d ril l i n g rig， t r a di t i o na l me d i um t o s h o rt d i s t a n c e t r a ns po r t a t i o n h a s t h e i s s u e s o f l o n g t i me， l o w e ffi c i e n c y a n d h i g h c o s t ． To me e t t h e r e q ui r e me n t o f t h e t r a ns - p o rti n g t h e r i g a s a wh o l e i n t he d e s e r t a nd p l a i n s， a d e v i c e f o r fro n t o p e n ma s t o v e r a l l t r a ns p o r t i s d e s i g n e d a n d d e v e l o p e d ． The d e v i c e ma i nl y c o n s i s t s o f o v e r a l l t r a n s p o r t l i f t i n g l u g， b a c k e n d wh e e l t y pe t r a i l e r ， t h e fro n t fla me a n d t r a c t i o n b r a c k e t ．F i e l d t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e ma s t o v e r a l l t r a n s p o r t d e v i c e c o u l d c o mb i n e t h e ma s t whe e l e d t r a i l e r wi t h ma s t c o mp o n e nt s ， a c h i e v e o v e r a l l t r a n s p o r t a t i o n d r i v e n b y h i g h h o r s e po we r t r a c t o r wi t h g r e a t a p p l i c a t i o n p e r f o r ma n c e， i mp r o v e d t h e r i g mo v e e ffi c i e n c y， t hu s r e d uc i n g t h e d ril l i n g c o s t s ． Ke y wo r d s d ril l i n g rig； o p e n fro n t ma s t ； o v e r a l l t r a ns po rt d e v i c e； ma s t t r a n s p o r t 0 引 言 目前 ，世界钻机设计制造模 块化程度 逐渐提 高 ，其显著特点就是搬 家运移时能快速拆 分及安 装。根据调研 ，国外 已经成功开发 了石油 钻机井 架 、底座和机房等模块化整体搬迁技术 ，实现了石 油钻机井架和钻机底座免拆卸 ，整体搬运 。近年来 国际市场原油价格不断上涨 ，国际各大油 田公司更 是纷纷加大开采力度 ，对钻 井设备需求量逐 年增 加 ，同时对钻机搬家时间要求也越来越短。如何提 高钻机的整体移运性已经成为我 国钻机能否在国际 市场走得更远的重要问题 J 。虽然国内已经出现 了部分钻机整体运移装置 ，但是往往针对小型钻机 设计 ，移运距离较短 ，整体运移性能较差 ，不能满 足现有大多数 中深井 钻机的 中短途移 动要 求。为 此 ，胜 利油 田高原 石 油装 备 有 限责 任 公 司结 合 Z J 7 0 D B前开 口式钻机井架 ，设计 开发 了前开 口井 架整体运移装置。现场试验结果表明，设计 的钻机 井架整体运移装置应用效果较好 。 1 国内外现状 近年来随着石油钻机技术的发展 ，美国、俄罗 2 0 1 5年 第4 3卷第5期 张秀翰等石油钻机前开口井架整体运移装置的设计 一 4 l一 斯 、挪威 、加拿大和意大利等国家在快速移动钻机 技术方面已经比较成熟。早在 2 0世纪 9 0年代 ，俄 罗斯乌拉尔机 械股份公 司制造过钩载 为 5 0 0 0 k N 的 7 0 0 0 m钻机 ，井架采用 A型结构 ，可实现整体 的托运 ；美 国 N a t i o n a l 公 司于 2 0 0 2年为 中东 地 区 生产一种 深井挂托钻机 ，井架采用 K型 ，底 座为 旋升式结构 ，短距离运输时可在底座四角安装运输 托座 ，实现井架和底座整体运输 ，远距离可采用牵 引车将井架与底座分别运输的方式 ；美 国 D r e c o公 司生产的 5 0 0 0 m极地钻机轮胎多达 4 5个 ，该公 司生产的另一种 M S H一 2 0 0 0型钻机针对丛林 高 山 等特殊环境设计 ，钻深可达 6 0 0 0 m，全部设备可 拆卸成质量不大于 2 t 的部件 ，可利用直升机 、雪 橇和船舶等运输 。 与西方国家相 比，我国在开发移运钻机方面起 步较晚。2 0世纪 8 0年代 国内主要引进或开发 的快 速移运式钻机为修井机和车载钻机等 ，规格数量有 限，机型较小 。近几年由于市场变化与技术水平 的 提高 ，国内在快速移动钻机发展方面有 了长足的发 展。宝鸡石油机械有限责任公司生产的 Z J 4 0 D T ， 针对中东沙漠地区，可根据环境使用情况分井架底 座整体运输模块与井架底座拆分运输模块 2种方式 运输 ；兰石集团研制 的 5 0 0 0 m理想钻机将井架分 为上段 、天车与下段 2运输模块 ，采用牵引车及运 输架运输 ；中石化石油工程机械有限公 司第四机械 厂与 L o a d ma s t e 公司于 2 0 0 5年合作 完成 “ b i g e a s y ” 5 0 0 0 m钻机 ，采用伸缩式折叠二层台等新型结构 ， 将井 架 伸缩 为 一 模 块 ，利 用 六 桥平 板 车 整 体运 输 J 。 近几年 ，海外石 由 市场竞争激烈 ，我国常规钻 机已经基本 系列化 ，但钻机运移系统发展缓慢 ，尤 其是大型超深井钻机轮式运移装置。考虑前开 口井 架结构特点 ，钻机井架选择用水平整体移运 ，重心 位置低 ，整体运移稳定性 良好。 2 技术分析 2 ． 1 结构 前开 口式井架整体运移装置结构如 图 1 所示 ， 主要 由牵引车、前托架和轮式承载托架 3个部分组 成。各个部件相辅相成 ，共同实现钻机前开 口式井 架平移搬运任务。 1 一牵引车 ；2 一前托架 ；3 一轮式承载托架 。 图 1 井架整体运移装 置结构示意 图 Fi g ．1 St r u c t u r a l s c h e ma t i c d i a g r a m o f ma s t o v e r a l l t r a ns p o r t a t i o n d e v i ce 2 ． 2 牵引车的选用 牵引车上装有牵引托架 ，通过连接销轴与安装 于井架顶段的前部连接装置相连接，牵引销可实现 牵引车在转向时牵引钻机井架 ，从而实现牵引整套 井架系统运移 包括天车 。牵引车 的牵引功率需 要满足井架整体运移牵引力的要求 。井架整体运移 牵引车所需 的牵 引力 功率 P牵 引可以根据 以下公式 计算求取 _ 8 j 。 P 牵 IF F 1 1 F f 静 m g l x 2 F 1F f ／ n 3 式中，F f 为牵引车牵引力 ，F 为牵 引车 自重 引起 牵引力 ， 为牵引速度 ，n为附着系数 ，取 0 ． 4 ，G 井架重力 ，m为井架质量 ，g为重力系数 ， 静为 静摩擦因数。 以胜利油田高原石油装备有限责任公司制造的 7 0 D B前开 口式钻机井架 为例 ，井架运移装置运移 质量约 为 1 2 8 ． 7 5 3 k g ；设 定运 移速 度 为 8 k m ／ h ； 平沙地时 ，静摩擦 因数为 0 ． 1 0 ． 5 ；根据 上述公 式计 算 可 得 牵 引 车 牵 引 功 率 为 3 5 0 ． 4 9 3 k W 4 7 6 ． 5 4 h p ，因此当牵引速度为 8 k m ／ h时，所需 牵引车功率须在 4 8 0 h p以上 。 2 ． 3 整体运移吊耳设计 整体运移吊耳焊接于井架片架顶部与底部型钢 主体上 ，其主要作用在安装整体运移装置时与吊车 配合 ，通过 吊耳起吊下放整个井架 ，因此整体运移 吊耳设计必须拥有足够强度 ，以满足起吊整个井架 质 量 。