石油鉆機(jī)移運(yùn)裝置應(yīng)用研究

董　輝，常寶華，馮彥偉，姬　智

(1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，蘭州 730314；2.川慶鉆探工程有限公司 川西鉆探公司，成都 610051)*

?

石油鉆機(jī)移運(yùn)裝置應(yīng)用研究

董輝1，常寶華1，馮彥偉1，姬智2

(1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，蘭州 730314；2.川慶鉆探工程有限公司 川西鉆探公司，成都 610051)*

摘要：鉆機(jī)整體的快速移運(yùn)提高了鉆機(jī)的使用效率，節(jié)省了大量鉆井成本。隨著鉆機(jī)裝備的發(fā)展，越來(lái)越多的海洋鉆井平臺(tái)和陸地石油鉆機(jī)配備了不同型式的鉆機(jī)移運(yùn)裝置。對(duì)較為常用的幾種鉆機(jī)整體移運(yùn)裝置做了整理，對(duì)比了這些裝置的功能和優(yōu)缺點(diǎn)，列舉了對(duì)應(yīng)裝置的實(shí)際使用情況，為設(shè)計(jì)者在鉆機(jī)移運(yùn)裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合理結(jié)構(gòu)提供參考。

關(guān)鍵詞：鉆機(jī)；移運(yùn)裝置；功能；優(yōu)缺點(diǎn)

早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)的大型石油設(shè)備公司就開(kāi)始研究5 000～6 000 m鉆機(jī)的整體搬遷，另?yè)?jù)研究表明，采用免拆卸快速移動(dòng)鉆機(jī)技術(shù)后，鉆井周期明顯縮短，開(kāi)發(fā)成本大幅降低[1-2]。目前，世界范圍內(nèi)各個(gè)鉆機(jī)廠(chǎng)商采用各種方法提高鉆機(jī)的移運(yùn)性能，從而改善鉆機(jī)搬遷過(guò)程中安裝時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)輸車(chē)次多等問(wèn)題，以降低鉆井過(guò)程中的輔助成本[3]。我國(guó)石油裝備已經(jīng)占領(lǐng)部分國(guó)際市場(chǎng)，但平均建井周期與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距，因此，提高我國(guó)石油鉆機(jī)在世界石油設(shè)備市場(chǎng)的地位，提升鉆機(jī)的搬遷效率是一種行之有效的方法[4]。

1拖車(chē)式移運(yùn)裝置

原蘭州蘭石國(guó)民油井公司研制的Ideal Rig、四川宏華石油設(shè)備有限公司研制的Beyond Rig及寶雞石油機(jī)械有限公司和第四石油機(jī)械廠(chǎng)等企業(yè)研制的拖車(chē)型式的鉆機(jī)整體移運(yùn)系統(tǒng)滿(mǎn)足了現(xiàn)代鉆井承包商對(duì)作業(yè)周期短、設(shè)備使用效率高和鉆井成本低等要求[5]。拖車(chē)移運(yùn)裝置將底座和井架分別用拖車(chē)牽引至目的井場(chǎng)。此類(lèi)型裝置要求在鉆機(jī)底座安裝承載鵝頸、起升系統(tǒng)和承載輪軸，移運(yùn)時(shí)起升系統(tǒng)托起底座，裝上承載輪軸，大噸位牽引車(chē)通過(guò)牽引拖臺(tái)連接底座上的牽引鵝頸移運(yùn)鉆機(jī)底座，如圖1所示。

1—牽引車(chē)；2—承載鵝頸；3—牽引拖臺(tái)；

井架移運(yùn)時(shí)，井架下放至水平，在井架上安裝游動(dòng)系統(tǒng)托架并固定游車(chē)大鉤，在天車(chē)后部安裝前托架并與牽引車(chē)連接，井架拖車(chē)安裝在井架下端。安裝完成后，牽引車(chē)拖至目的井場(chǎng)。如圖2所示。

1—牽引車(chē)；2—井架前托架；3—井架；

2006年，勝利油田在SINOPEC103鉆井隊(duì)的ZJ70/4500D鉆機(jī)配備了拖車(chē)式移運(yùn)裝置。在地面為硬路面的條件下，該裝置底座采用5.7 m的輪距，井架采用7.0 m的輪距，每個(gè)車(chē)次具有280 t的運(yùn)輸能力；運(yùn)輸過(guò)程中，鉆機(jī)底座具有橫向±6°的擺動(dòng)角度；最高移動(dòng)速度為15 km/h，最大續(xù)行里程15 km。在使用過(guò)程中存在以下不足：拖座與井架和底座的對(duì)接麻煩；運(yùn)輸過(guò)程中制動(dòng)能力不足；遇較急的轉(zhuǎn)彎時(shí)無(wú)法順利通過(guò)。

鑒于上述急需改進(jìn)的問(wèn)題，寶石公司在原基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下改進(jìn)：重新設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的拖座，并采用液壓缸分別連接井架和底座，利用已有液壓源在每個(gè)輪軸加裝液壓盤(pán)式剎車(chē)，增加旋轉(zhuǎn)功能應(yīng)對(duì)急轉(zhuǎn)彎；合理的車(chē)橋設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的可靠性，改進(jìn)后的拖車(chē)式移運(yùn)裝置的實(shí)際使用效果良好[6]。

2步進(jìn)式移運(yùn)裝置

鉆機(jī)的步進(jìn)式移運(yùn)裝置即在鉆機(jī)底座底層4個(gè)角安裝液壓系統(tǒng)的行走裝置。移運(yùn)時(shí)，與井架豎直方向相同的頂升液缸伸長(zhǎng)將鉆機(jī)整體抬升一定距離；其次，平移液缸沿水平面方向伸長(zhǎng)推動(dòng)4個(gè)移運(yùn)滑車(chē)在軌道上移動(dòng)，即推著鉆機(jī)移動(dòng)相同距離；到位后，頂升液缸泄壓使鉆機(jī)落地，繼而平移液缸縮回，并帶動(dòng)導(dǎo)軌恢復(fù)初始狀態(tài)。上述過(guò)程為一個(gè)步進(jìn)動(dòng)作，如此循環(huán)數(shù)步將鉆機(jī)在井架和底座不下放、滿(mǎn)立根狀態(tài)下沿鉆臺(tái)面的橫向或縱向平移。目前，在移運(yùn)裝置上安裝有旋轉(zhuǎn)操作桿，從而實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)沿預(yù)定角度移動(dòng)的功能。

該移運(yùn)裝置共由3部分組成：底座的連接裝置和起升液缸組成的起升模塊，滑車(chē)總成和平移液缸組成的平移模塊，液壓源和各種配套的液壓件及電控設(shè)備組成的控制模塊。結(jié)構(gòu)型式如圖3所示[7-8]。

1—底座中層；2—底座底層；3—頂升液缸；

后來(lái)在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了多輥式鉆機(jī)整體移動(dòng)裝置，將操作旋轉(zhuǎn)桿改為液壓桿推動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，換向時(shí)控制操作更方便，在不卸載立根狀態(tài)下整體360°任意方向平移，非常適用于油田的叢式鉆井作業(yè)[9]。例如：第四石油機(jī)械廠(chǎng)的SZJ450D步進(jìn)式鉆機(jī)在焦石壩應(yīng)用，僅3 h完成鉆機(jī)滿(mǎn)立根整體移運(yùn)，移動(dòng)路線(xiàn)為L(zhǎng)形，移動(dòng)總長(zhǎng)為15 m，大幅縮短了建井周期。

3滑移式整體移運(yùn)裝置

滑移式整體移運(yùn)裝置在海洋鉆井平臺(tái)和陸地鉆機(jī)中都有采用，例如：番禹4-2/5-1固定式作業(yè)平臺(tái)的鉆機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)；原蘭石廠(chǎng)生產(chǎn)的ZJ45D型鉆機(jī)的步進(jìn)式液缸推拉系統(tǒng)。鉆機(jī)整體移運(yùn)裝置采用導(dǎo)軌步進(jìn)式結(jié)構(gòu)，主要由組合式滑軌和液壓平移裝置組成。底座底層下兩側(cè)的滑移導(dǎo)軌上預(yù)設(shè)了距離相等的矩形槽，2個(gè)移動(dòng)液缸加壓活塞桿伸出(或縮回)，同時(shí)推(拉)端部的棘爪插入導(dǎo)軌上的矩形槽中并卡好，然后油缸縮回(或伸出)帶動(dòng)鉆機(jī)整體沿滑軌移動(dòng)。鉆機(jī)移動(dòng)方向改變時(shí)，只需將棘爪由前方搬到后方。導(dǎo)軌采用搭扣聯(lián)接，隨鉆臺(tái)的重復(fù)移動(dòng)至井位，如圖4所示[10]。

1—底座；2—滑軌；3—滑軌連接耳板；

該移運(yùn)裝置不需要舉升鉆臺(tái)設(shè)備，滑軌與地面接觸面積大，因此對(duì)地面基礎(chǔ)要求低。由于導(dǎo)軌接觸面開(kāi)棘輪槽，降低了導(dǎo)軌承載能力并增加了加工難度，移運(yùn)時(shí)滑動(dòng)摩擦阻力較大，故該方式多見(jiàn)于在役鉆機(jī)改造。為解決棘輪槽降低軌道承載能力的問(wèn)題，國(guó)外開(kāi)發(fā)出液壓軌道加持器來(lái)代替棘輪鎖定導(dǎo)軌[11]。由于只能在1個(gè)方向移動(dòng)，寶石公司于2007年針對(duì)該問(wèn)題，發(fā)明了鉆機(jī)模塊直、彎道移動(dòng)方法及移動(dòng)裝置，可用于海洋鉆機(jī)模塊以及陸地大型鉆機(jī)模塊在直道、直道進(jìn)入彎道、彎道及彎道進(jìn)入直道的鉆機(jī)整體移動(dòng)[12]。

4輪軌式移運(yùn)裝置

輪軌式移運(yùn)裝置是在滑移式移運(yùn)裝置的基礎(chǔ)上，將滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，同樣采用液缸推動(dòng)輪轂沿軌道實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在滿(mǎn)立根工作狀態(tài)下整體平移。鉆機(jī)準(zhǔn)備移動(dòng)時(shí)，底座4個(gè)角上的8個(gè)起升油缸將鉆機(jī)整體起升200 mm，拆除底座與軌道兩側(cè)臺(tái)肩的鎖緊裝置和墊片，起升油缸泄壓，車(chē)輪與軌道接觸；移動(dòng)油缸伸長(zhǎng)，推動(dòng)鉆機(jī)沿導(dǎo)軌方向平移1個(gè)油缸行程；將油缸與軌道的聯(lián)接銷(xiāo)軸取下，油缸縮回至軌道的下一個(gè)步進(jìn)孔，并裝上聯(lián)接銷(xiāo)軸，至此完成1個(gè)步進(jìn)動(dòng)作。上述過(guò)程循環(huán)反復(fù)直到將鉆機(jī)移動(dòng)至新井位。起升油缸將鉆機(jī)整體起升200 mm使車(chē)輪懸空，再將鎖緊裝置和墊片安裝在底座與軌道兩側(cè)的臺(tái)肩上，其目的是在非移運(yùn)狀態(tài)下保護(hù)車(chē)輪，且增加鉆機(jī)整體穩(wěn)定性[13]。

2014年，在焦頁(yè)30號(hào)平臺(tái)的實(shí)際使用中，輪軌式移運(yùn)裝置整體移運(yùn)10 m，耗時(shí)57 min。該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：移運(yùn)效率高，大幅縮短了移運(yùn)時(shí)間；所需工作人員少且工作時(shí)間短，降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度；輪軌式不需要在滑動(dòng)接觸面涂抹潤(rùn)滑材料，保護(hù)環(huán)境；鉆機(jī)重力及鉆井轉(zhuǎn)矩由導(dǎo)軌承擔(dān)，整體穩(wěn)定性強(qiáng)；8個(gè)車(chē)輪能有效地提升整體承載能力，滾動(dòng)式所需牽引力小，并且單步行程大。

1—底座；2—移動(dòng)液缸；3—頂升液缸；4—支撐架；

5結(jié)論

1)對(duì)于井場(chǎng)間鉆機(jī)的搬遷，在路況條件允許情況下，井架和底座采用拖車(chē)式移運(yùn)無(wú)疑是好的選擇。搬遷距離在50 km范圍內(nèi)，該類(lèi)型移運(yùn)裝置可減少繁瑣的拆裝，提高設(shè)備使用效率，降低鉆井成本。若搬遷距離近且空中無(wú)障礙，可不下放井架，拖車(chē)整體拖至新井場(chǎng)。

2)在鉆叢式井過(guò)程中，無(wú)論是采用步進(jìn)式行走移運(yùn)裝置、滑移式移運(yùn)裝置還是輪軌式移運(yùn)裝置，都可在井架底座不下放，且滿(mǎn)立根移動(dòng)，適用于在較小區(qū)域內(nèi)鉆叢式井。

3)這幾種移運(yùn)裝置中結(jié)構(gòu)最為緊湊、安裝簡(jiǎn)便且能實(shí)現(xiàn)水平面2個(gè)方向移動(dòng)的只有步進(jìn)式移運(yùn)裝置，但由于移運(yùn)過(guò)程中接觸面積較小，所以要求對(duì)地面提前硬化。滑移式移運(yùn)裝置常見(jiàn)于現(xiàn)役鉆機(jī)改造，但實(shí)現(xiàn)橫縱方向移動(dòng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，滑動(dòng)摩擦所需牽引力大，對(duì)設(shè)備要求高，且摩擦接觸面需涂抹潤(rùn)滑脂或石墨等潤(rùn)滑材料，對(duì)環(huán)境有污染。

4)輪軌式移運(yùn)裝置由于采用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，所需牽引力小；多個(gè)車(chē)輪承載能力高，軌道與地面接觸面積大，所以對(duì)路面要求低。由于只能單方向前后移動(dòng)，導(dǎo)致輪軌式裝置在另一方向移運(yùn)鉆機(jī)仍耗時(shí)耗力。

5)綜上所述，目前的鉆機(jī)整體移運(yùn)裝置只能實(shí)現(xiàn)井架和底座不拆卸、滿(mǎn)立根的整體移運(yùn)，但這些裝置平均減少鉆機(jī)搬遷2～3 d的時(shí)間和1/3的運(yùn)輸車(chē)輛，節(jié)省了大量人力物力。隨著鉆機(jī)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展不斷發(fā)展，未來(lái)移運(yùn)裝置的趨勢(shì)是將鉆機(jī)井架和底座周?chē)涮自O(shè)備一同整體移動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)任意方向的遠(yuǎn)距離移動(dòng)。

Application Research of Drilling Rig Moving System

DONG Hui1，CHANG Baohua1，F(xiàn)ENG Yanwei1，JI Zhi2

(1.LanzhouLSPetroleumEquipmentEngineeringCo.，Ltd.，Lanzhou730314，China;2.ChuanxiDrillingCo.,CCDC,Chengdu610051,China)

Abstract：The rapid moving system of a whole drilling rig not only improved the work efficiency but also saved a lot of drilling cost.With the developing of drilling rig equipment，more and more offshore drilling platforms and land drilling rigs choose applicable moving system for their demands.Several common moving systems used are focused on by comparing their functions，advantages，and disadvantages，and their actual service condition are presented in this paper，intending to provide reference for the designers to select proper drilling rig moving system.

Keywords：drilling rig；moving system；function；advantages and disadvantages

中圖分類(lèi)號(hào)：TE923

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.04.016

作者簡(jiǎn)介：董輝(1970-)，男，甘肅臨洮人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事石油鉆采設(shè)備的設(shè)計(jì)研究及管理工作，E-mail：donghui@lansland.com。

收稿日期：2015-10-07

文章編號(hào)：1001-3482(2016)04-0063-04