石油钻机移运装置应用研究.pdf

２０１６年第４５卷第４期第６３页石油矿场机械犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１６，４５（４）６３  ６６文章编号１００１  ３４８２（２０１６）０４  ００６３  ０４石油钻机移运装置应用研究董辉１，常宝华１，冯彦伟１，姬智２（１．兰州兰石石油装备工程有限公司，兰州７３０３１４；２．川庆钻探工程有限公司川西钻探公司，成都６１００５１）摘要钻机整体的快速移运提高了钻机的使用效率，节省了大量钻井成本。随着钻机装备的发展，越来越多的海洋钻井平台和陆地石油钻机配备了不同型式的钻机移运装置。对较为常用的几种钻机整体移运装置做了整理，对比了这些装置的功能和优缺点，列举了对应装置的实际使用情况，为设计者在钻机移运装置设计过程中选择合理结构提供参考。关键词钻机；移运装置；功能；优缺点中图分类号ＴＥ９２３文献标识码Ｂ犱狅犻１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１  ３４８２．２０１６．０４．０１６犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀犚犲狊犲犪狉犮犺狅犳犇狉犻犾犾犻狀犵犚犻犵犕狅狏犻狀犵犛狔狊狋犲犿ＤＯＮＧＨｕｉ１，ＣＨＡＮＧＢａｏｈｕａ１，ＦＥＮＧＹａｎｗｅｉ１，ＪＩＺｈｉ２（１．犔犪狀狕犺狅狌犔犛犘犲狋狉狅犾犲狌犿犈狇狌犻狆犿犲狀狋犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅．，犔狋犱．，犔犪狀狕犺狅狌７３０３１４，犆犺犻狀犪；２．犆犺狌犪狀狓犻犇狉犻犾犾犻狀犵犆狅．，犆犆犇犆，犆犺犲狀犵犱狌６１００５１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｔｈｅｒａｐｉｄｍｏｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｗｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｂｕｔａｌｓｏｓａｖｅｄａｌｏｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｓｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｏｆｆｓｈｏｒｅｄｒｉｌｌｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍｓａｎｄｌａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇｓｃｈｏｏｓｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｍｏｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｉｒｄｅ  ｍａｎｄｓ．Ｓｅｖｅｒａｌｃｏｍｍｏｎｍｏｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｕｓｅｄａｒｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｉｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ａｄｖａｎ  ｔａｇｅｓ，ａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒａｃｔｕａｌｓｅｒｖｉｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｎｔｅｎｄｉｎｇｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｒｓｔｏｓｅｌｅｃｔｐｒｏｐｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇｍｏｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇ；ｍｏｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ早在２０世纪７０年代，美国的大型石油设备公司就开始研究５０００～６０００ｍ钻机的整体搬迁，另据研究表明，采用免拆卸快速移动钻机技术后，钻井周期明显缩短，开发成本大幅降低［１  ２］。目前，世界范围内各个钻机厂商采用各种方法提高钻机的移运性能，从而改善钻机搬迁过程中安装时间长、运输车次多等问题，以降低钻井过程中的辅助成本［３］。我国石油装备已经占领部分国际市场，但平均建井周期与国外先进水平存在一定差距，因此，提高我国石油钻机在世界石油设备市场的地位，提升钻机的搬迁效率是一种行之有效的方法［４］。１拖车式移运装置原兰州兰石国民油井公司研制的ＩｄｅａｌＲｉｇ、四川宏华石油设备有限公司研制的ＢｅｙｏｎｄＲｉｇ及宝鸡石油机械有限公司和第四石油机械厂等企业研制的拖车型式的钻机整体移运系统满足了现代钻井承包商对作业周期短、设备使用效率高和钻井成本低等要求［５］。拖车移运装置将底座和井架分别用拖车牵引至目的井场。此类型装置要求在钻机底座安装  收稿日期２０１５  １０  ０７作者简介董辉（１９７０ ），男，甘肃临洮人，高级工程师，现从事石油钻采设备的设计研究及管理工作，Ｅ  ｍａｉｌｄｏｎｇｈｕｉ＠ｌａｎｓｌａｎｄ．ｃｏｍ。承载鹅颈、起升系统和承载轮轴，移运时起升系统托起底座，装上承载轮轴，大吨位牵引车通过牵引拖台连接底座上的牵引鹅颈移运钻机底座，如图１所示。１牵引车；２承载鹅颈；３牵引拖台；４钻机底座；５底座固定杆；６起升系统；７承载轮轴。图１钻机底座整体移运系统井架移运时，井架下放至水平，在井架上安装游动系统托架并固定游车大钩，在天车后部安装前托架并与牵引车连接，井架拖车安装在井架下端。安装完成后，牵引车拖至目的井场。如图２所示。１牵引车；２井架前托架；３井架；４起升系统；５井架拖架；６游动系统托架。图２钻机井架及其游动系统水平整体移运系统２００６年，胜利油田在ＳＩＮＯＰＥＣ１０３钻井队的ＺＪ７０／４５００Ｄ钻机配备了拖车式移运装置。在地面为硬路面的条件下，该装置底座采用５．７ｍ的轮距，井架采用７．０ｍ的轮距，每个车次具有２８０ｔ的运输能力；运输过程中，钻机底座具有横向６的摆动角度；最高移动速度为１５ｋｍ／ｈ，最大续行里程１５ｋｍ。在使用过程中存在以下不足拖座与井架和底座的对接麻烦；运输过程中制动能力不足；遇较急的转弯时无法顺利通过。鉴于上述急需改进的问题，宝石公司在原基础上进行了如下改进重新设计新型结构统一的拖座，并采用液压缸分别连接井架和底座，利用已有液压源在每个轮轴加装液压盘式刹车，增加旋转功能应对急转弯；合理的车桥设计提高了系统的可靠性，改进后的拖车式移运装置的实际使用效果良好［６］。２步进式移运装置钻机的步进式移运装置即在钻机底座底层４个角安装液压系统的行走装置。移运时，与井架竖直方向相同的顶升液缸伸长将钻机整体抬升一定距离；其次，平移液缸沿水平面方向伸长推动４个移运滑车在轨道上移动，即推着钻机移动相同距离；到位后，顶升液缸泄压使钻机落地，继而平移液缸缩回，并带动导轨恢复初始状态。上述过程为一个步进动作，如此循环数步将钻机在井架和底座不下放、满立根状态下沿钻台面的横向或纵向平移。目前，在移运装置上安装有旋转操作杆，从而实现钻机沿预定角度移动的功能。该移运装置共由３部分组成底座的连接装置和起升液缸组成的起升模块，滑车总成和平移液缸组成的平移模块，液压源和各种配套的液压件及电控设备组成的控制模块。结构型式如图３所示［７  ８］。１底座中层；２底座底层；３顶升液缸；４支撑座；５滑车总成；６平移液缸；７导轨总成。图３钻机步进式移运装置结构后来在此基础上，出现了多辊式钻机整体移动装置，将操作旋转杆改为液压杆推动转向机构，换向时控制操作更方便，在不卸载立根状态下整体３６０任意方向平移，非常适用于油田的丛式钻井作业［９］。例如第四石油机械厂的ＳＺＪ４５０Ｄ步进式钻机在焦石坝应用，仅３ｈ完成钻机满立根整体移运，移动路线为Ｌ形，移动总长为１５ｍ，大幅缩短了建井周期。３滑移式整体移运装置滑移式整体移运装置在海洋钻井平台和陆地钻机中都有采用，例如番禹４  ２／５  １固定式作业平台的钻机移动系统；原兰石厂生产的ＺＪ４５Ｄ型钻机的步进式液缸推拉系统。钻机整体移运装置采用导轨步进式结构，主要由组合式滑轨和液压平移装置组成。底座底层下两侧的滑移导轨上预设了距离相等的矩形槽，２个移动液缸加压活塞杆伸出（或缩回），同时推（拉）端部的棘爪插入导轨上的矩形槽中并卡好，然后油缸缩回（或伸出）带动钻机整体沿滑轨移动。钻机移动方向改变时，只需将棘爪由前方搬到后方。导轨采用搭扣联接，随钻台的重复移动至井位，如图４所示［１０］。４６石油矿场机械２０１６年４月  １底座；２滑轨；３滑轨连接耳板；４移动液缸；５棘爪装置。图４棘爪步进式钻机移动装置该移运装置不需要举升钻台设备，滑轨与地面接触面积大，因此对地面基础要求低。由于导轨接触面开棘轮槽，降低了导轨承载能力并增加了加工难度，移运时滑动摩擦阻力较大，故该方式多见于在役钻机改造。为解决棘轮槽降低轨道承载能力的问题，国外开发出液压轨道加持器来代替棘轮锁定导轨［１１］。由于只能在１个方向移动，宝石公司于２００７年针对该问题，发明了钻机模块直、弯道移动方法及移动装置，可用于海洋钻机模块以及陆地大型钻机模块在直道、直道进入弯道、弯道及弯道进入直道的钻机整体移动［１２］。４轮轨式移运装置轮轨式移运装置是在滑移式移运装置的基础上，将滑动摩擦改为滚动摩擦，同样采用液缸推动轮毂沿轨道实现钻机在满立根工作状态下整体平移。钻机准备移动时，底座４个角上的８个起升油缸将钻机整体起升２００ｍｍ，拆除底座与轨道两侧台肩的锁紧装置和垫片，起升油缸泄压，车轮与轨道接触；移动油缸伸长，推动钻机沿导轨方向平移１个油缸行程；将油缸与轨道的联接销轴取下，油缸缩回至轨道的下一个步进孔，并装上联接销轴，至此完成１个步进动作。上述过程循环反复直到将钻机移动至新井位。起升油缸将钻机整体起升２００ｍｍ使车轮悬空，再将锁紧装置和垫片安装在底座与轨道两侧的台肩上，其目的是在非移运状态下保护车轮，且增加钻机整体稳定性［１３］。２０１４年，在焦页３０号平台的实际使用中，轮轨式移运装置整体移运１０ｍ，耗时５７ｍｉｎ。该装置具有以下优点移运效率高，大幅缩短了移运时间；所需工作人员少且工作时间短，降低了工作人员劳动强度；轮轨式不需要在滑动接触面涂抹润滑材料，保护环境；钻机重力及钻井转矩由导轨承担，整体稳定性强；８个车轮能有效地提升整体承载能力，滚动式所需牵引力小，并且单步行程大。１底座；２移动液缸；３顶升液缸；４支撑架；５轨道连接耳板；６车轮；７轨道。图５轮轨式移运装置５结论１）对于井场间钻机的搬迁，在路况条件允许情况下，井架和底座采用拖车式移运无疑是好的选择。搬迁距离在５０ｋｍ范围内，该类型移运装置可减少繁琐的拆装，提高设备使用效率，降低钻井成本。若搬迁距离近且空中无障碍，可不下放井架，拖车整体拖至新井场。２）在钻丛式井过程中，无论是采用步进式行走移运装置、滑移式移运装置还是轮轨式移运装置，都可在井架底座不下放，且满立根移动，适用于在较小区域内钻丛式井。３）这几种移运装置中结构最为紧凑、安装简便且能实现水平面２个方向移动的只有步进式移运装置，但由于移运过程中接触面积较小，所以要求对地面提前硬化。滑移式移运装置常见于现役钻机改造，但实现横纵方向移动结构过于复杂，滑动摩擦所需牵引力大，对设备要求高，且摩擦接触面需涂抹润滑脂或石墨等润滑材料，对环境有污染。４）轮轨式移运装置由于采用滚动摩擦代替滑动摩擦，所需牵引力小；多个车轮承载能力高，轨道与地面接触面积大，所以对路面要求低。由于只能单方向前后移动，导致轮轨式装置在另一方向移运钻机仍耗时耗力。５）综上所述，目前的钻机整体移运装置只能实现井架和底座不拆卸、满立根的整体移运，但这些装置平均减少钻机搬迁２～３ｄ的时间和１／３的运输车辆，节省了大量人力物力。随着钻机的自动化和智能化发展不断发展，未来移运装置的趋势是将钻机井架和底座周围配套设备一同整体移动，并在此基础上实现任意方向的远距离移动。５６第４５卷第４期董辉，等石油钻机移运装置应用研究  ２０１６年第４５卷第４期第６６页石油矿场机械犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１６，４５（４）６６  ６８文章编号１００１  ３４８２（２０１６）０４  ００６６  ０３注水井小型化调配设备研制李孟超，黄佳（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津３００４５２）摘要为满足海上平台注水井调配要求，开发了占地空间小、在平台有其他作业情况下能满足调配需求的小型化调配设备。该设备设计紧凑，大幅降低了空间使用要求，可以整体搬移，作业方便，解决了渤海油田注水井分层调配作业率低的现状。选取典型海上注水井进行了现场试验，试验过程中样机运行平稳，工作状态良好，各项性能指标均达到设计要求，能满足平台有其他作业情况下可正常进行调配作业，机动灵活，组合方便。关键词分层注水；小型化；设备中图分类号ＴＥ９５２文献标识码Ｂ犱狅犻１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１  ３４８２．２０１６．０４．０１７犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋狅犳狋犺犲犛犿犪犾犾犇犲狆犾狅狔犿犲狀狋犈狇狌犻狆犿犲狀狋犳狅狉犠犪狋犲狉犐狀犼犲犮狋犻狅狀犠犲犾犾ＬＩＭｅｎｇｃｈａｏ，ＨＵＡＮＧＪｉａ（犆犖犗犗犆犈狀犲狉犜犲犮犺  犇狉犻犾犾犻狀犵牔犘狉狅犱狌犮狋犻狅狀犆狅．，犜犻犪狀犼犻狀３００４５２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗｅｌｌｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｍａｌｌｓｐａｃｅｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｓｉｚｅｏｆｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｃａｎｂｅｍｅｔｉｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｏｔｈｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．ＴｈｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｗｌａｙｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗｅｌｌｉｎＢｏｈａｉｏｉｌｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｃｏｍｐａｃｔ，ｓｍａｌｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔ，ｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｓｐａｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｍｏｖｅ，ｅａｓｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｏｆｆｓｈｏｒｅｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗｅｌｌｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｆｉｅｌｄｔｅｓｔ．Ｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｉｓｒｕｎｎｉｎｇｓｍｏｏｔｈｌｙａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｇｏｏｄ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｐｌａｔ  ｆｏｒｍｈａｓｏｔｈｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｎｏｒｍａｌｆｏｒｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ｅａｓｙｔｏｃｏｍｂｉｎｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｌｌｏｃａｔｉｏｎ；ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｅｑｕｉｐ檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪ｍｅｎｔ参考文献［１］陈如恒．破除旧观念创造新钻机（四）［Ｊ］．石油矿场机械，２００８，３７（６）１  ５．［２］夏家祥，韩烈祥，朱丽华，等．北美移动钻机技术现状［Ｊ］．钻采工艺，２０１３，３６（４）１  ５．［３］张茗奎，王维忠，郑满圈，等．钻机整体移运系统［Ｊ］．石油机械，２００７，３５（９）１１０  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