4000 m陸地雙井口鉆機關鍵技術研究

楊鵬，賴晨晨，郭曉虎，張贏斌

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721002；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西 寶雞721002）

0 引 言

隨著國際油價持續走低、國內油氣裝備市場日趨飽和等不利因素影響，提高鉆機作業效率和降低開采成本成為油氣裝備制造行業發展的新趨勢[1]。為此，寶石機械設計了適用于雙排叢式井作業的4000 m陸地雙井口鉆機（不同于海洋平臺的雙井架一個井位鉆井，另一個井位只用于建立立根或下隔水管等輔助作業[2]）：該鉆機不僅可以同時實現一個井位鉆井，另一個井位下套管(或建立立根)的交叉作業，而且也可以同時實現2個井位都可以獨立進行鉆井作業。限于篇幅，本文僅對4000 m陸地雙井口鉆機的基本方案和主機部分關鍵技術進行介紹、總結。

1 技術方案

1.1 方案簡介

4000 m陸地雙井口鉆機設計滿足井間距為3.5 m雙排叢式井作業；滿足主井口鉆進，輔助井口離線接立根、下套管、固井等作業；滿足2套BOP在3個相鄰井口間的安裝、試壓等。對主機部分而言，井架頂部配套有滿足雙井口作業的雙天車；井架為雙井口自升式套裝結構，其支腳位于鉆臺面上，井架依靠液壓絞車動力分段升舉的方式起升。底座為雙升式結構，雙絞車高位安裝于底座鉆臺面后側，由上座、基座及它們之間的立柱構成四邊形結構。底座的起升依靠液壓缸動力來實現。底座處于低位時鉆臺向井口左方傾倒，起升時由左向右從低位整體起升到工作位置。4000 m陸地雙井口鉆機方案示意圖如圖1所示。

鉆臺平臺布局圖如圖2所示。從圖中可以看出，A井口布置有液壓轉盤，B井口只配有安裝卡瓦的假轉盤；A、B井口均配套有1套鐵鉆工和2套液壓貓頭；司鉆控制分別布置于A、B井口兩側，司鉆控制房外側分別布置有左右司偏房；A、B絞車分別布置于A、B井口的后側。

圖1 鉆及立面圖

1.2 技術參數

最大額定靜鉤載為2×2250 kN；井架有效高度為44 m；井架底部開襠為10.668 m；二層臺高度為26.5 m；立根容量(4-1/2"鉆桿、28 m立根)為2×4000 m；鉆臺面高度為9.5 m；最大額定靜轉盤載荷為2×2250 kN；最大額定立根載荷為2×1200 kN；井間距為3.5 m。

2 關鍵技術

2.1 雙井口天車

雙井口天車是陸地雙井口鉆機的關鍵組成部分，雙井口天車安裝在鉆機井架的頂部，分為A、B系統，A系統用于鉆井；B系統用于離線配BHA、鉆桿、套管，并用于下套管等作業，B 系統主滑輪為橫向可調結構。天車主要由天車架、主滑輪總成、導向輪總成、輔助滑輪、擋繩架等組成。

對于常規的單井架而言，其左右方向、前后方向與井口的對中，均通過調整井架調節支座處的墊板數量來實現。對雙井口作業井架而言，前后方向的對中可通過調整墊片來完成，左右方向采用調節墊片則無法滿足雙井口天車對中要求。因此，在B系統中設置有滑輪對中裝置[3]，先調整A系統天車中心與井口中心對正，然后通過對中裝置，使B系統與其井口對正，從而完成雙井口天車的對正。

圖2 鉆臺布局圖

圖3 雙天車

2.2 雙井口井架

陸地雙井口井架[4]傳遞的載荷為同級別井架的2倍左右，具有承載能力大且側向跨距大的特點，因此，陸地雙井口井架的選型就顯得尤為重要。

塔形井架質量大，安裝繁瑣，應用于陸地鉆機性價比偏低；由于配備了雙絞車后雙絞車出繩同步性無法保證，因此陸地雙井口井架在設計時不能選擇依靠絞車動力來起升的結構形式；而對于側向跨距較大的陸地雙井口井架，若采用油缸起升，油缸不同步對井架起升時的安全性影響較大。鑒于此，我們選擇了采用液壓絞車分段垂直舉升的套裝結構作為陸地雙井口井架的結構形式（井架結構詳見圖1）。

設計時考慮主輻井口的互換性，輔井口承載按等同主井口承載設計。此時井架的承載約為同級別單井架的2倍。設計時井架主立柱及基段大腿采用承載能力強的大截面H鋼，并選擇高強度Q420材料，在保證井架強度和穩定性的同時，大幅度地降低井架的質量。

2.3 雙井口底座

陸地雙井口鉆機的底座采用橫向布置的平行四邊形結構（底座結構詳見圖1），鉆臺面高度9.5 m，雙絞車安裝于底座鉆臺面后側，司鉆偏房分別布置于鉆臺的左右兩側。底座依靠液壓缸動力起升，底座凈空高滿足大噸位防噴器的安裝要求。底座處于低位時鉆臺向井口左方傾倒，起升時由左向右從低位整體起升到工作位置[5]。

2.4 BOP吊移系統

鑒于陸地雙井口鉆機適用于多排叢式井作業的特點，設計時需滿足2套BOP在3個井口間離線轉移、試壓的要求[6]。BOP吊移軌道整體呈反E形結構，可以將防噴器從存放區移至目標井口，也可將防噴器從一處井口移至另一井口，實現了雙井口鉆機作業時防噴器在任意井口及存放區之間的轉運，滿足雙井口鉆機多井口作業的需要。BOP吊移系統圖如圖4所示。

圖4 BOP吊移系統圖

2.5 步進移運系統

為滿足陸地雙井口鉆機在各井口間的快速移動，配套了無軌道步進式移運系統[7-9]。步進移運系統由步進移動裝置、液壓系統（液壓源可為鉆機組合液壓站）等組成。步進移動裝置共4套，分別安裝在底座基座端頭，通過操縱控制箱的操縱手柄來完成液壓缸的頂升和平移。配套步進移運系統后的陸地雙井口鉆機可滿足井架底座在直立狀態下同時帶滿立根進行移運。

步進移運系統還可滿足橫向、縱向、斜向、旋轉等模式的移運。

圖5 步進移運及轉向圖

3 結語

1）傳統鉆機在進行叢式井作業時，通過建立根、起下鉆、下套管3種操作的反復交替進行來實現鉆進，3種操作交替的過程會耗費大量的人力、物力和時間；而陸地雙井口鉆機能將建立立根、起下鉆、下套管操作作業與鉆井作業同時獨立地進行，有效地縮短了鉆井周期，提高了生產效率，節省了人力物力，有效地降低了鉆探成本。

2）陸地雙井口鉆機對固定井間距的叢式井在油氣開發過程中提速降本作用明顯。

3）陸用雙井口鉆機滿足工廠化鉆機的作業需求，是探索工廠化鉆井作業模式發展方向的需要[10]。目前，雖然海洋平臺雙井口鉆機模式非常成熟，但真正用于陸地叢式井作業的雙井口鉆機并未有報道。在后續的發展中，陸地雙井口鉆機具有一定的推廣價值。