多井位叢式鉆機雙向直線移動系統

安 鵬，孫宏飛，趙曉磊，劉傲放

（1.大港油田第四采油廠（灘海開發公司），天津 300280；2.渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450；4.北京學亦成科技有限公司，北京 102627）

0 引言

隨著石油開采技術的不斷發展，使人工島、陸地上進行叢式井作業增多，特別是在人工島上叢式井開采數量大幅增加，目前在一個人工島上設計布置的井位已由原來的十幾口、數十口發展到上百口乃至數百口。1990年代以來，我國鉆機生產企業根據油田的要求和境外石油勘探開發的需要，在4000 m級別發展電驅動和機械驅動兩種型式的鉆機，在5000 m及以上級別發展電驅動鉆機為主，先后研制出各種型式的石油鉆機約25個品種，使我國電驅動鉆機有了飛速的發展，鉆機設計趨于模塊化，一批新型鉆機進入生產第一現場，鉆機配套的移動系統有了新的設計理念和設計方案。

冀東油田開發初期，各油田鉆井公司同國內主要的鉆機制造商討論調研，針對這種特殊的鉆井工況，在不改變現有鉆機主體結構的基礎上，為鉆機加裝軌道，可適應如海洋鉆井模塊一樣的密集井位鉆井。項目初期承擔了月東人工島ZJ50DB鉆機的制造及成套任務，鉆機井架、底座部分縱向整體平移以及橫向整體平移，滿足在人工島內打至少16口井的需要。

1 多井位叢式鉆機移動方式

鉆機移動采用兩個方向移動，兩個方向移動分兩層來完成（圖1～圖3）。下層軌道由2條主軌和4條輔軌組成，2條主軌起支撐作用并放置液缸和制動裝置，4條輔軌主要起支撐作用。下層每條主軌、輔軌均為36 m分4段連接，主軌和輔軌之間用撐桿焊接，使其成為一體；主軌、輔軌用地腳螺栓固定于地基上。下層主軌、輔軌高度為400 mm。上層軌道由2條主軌和4條輔軌組成，2條主軌起支撐作用并放置液缸和制動裝置，4條輔軌主要起支撐作用，另設4片架將其連接為一體。鉆機整體起升后，移動時要求去掉鉆機底座輔臺（后臺）和2條輔軌，移動到井位以后再將其安裝。上層主軌、輔軌軌道高度500 mm。

圖1 鉆機模塊移動系統布置

圖2 叢式井位及移動系統下層導軌

圖3 移動系統液壓控制原理

1.1 推拉液缸

液缸、液壓操作臺、液壓源間用高壓軟管、硬管連接，硬管視鉆機底座情況合理布線并固定。液壓源、操作臺與軟管間裝有快速接頭，便于拆卸。

1.2 步進機構及夾緊機構

步進機構由步進構架、導向塊、步進塊等組成，步進塊與步進構架間用銷軸聯接，導向塊與步進機構機架間采用螺栓聯接，裝拆方便。鉆機底座的4條橫梁和上滑軌的輔軌上均裝有夾緊機構，移動時松開螺栓作為導向塊，移到井位時擰緊螺栓起夾緊作用，以抗風載。

1.3 鉆機移動

縱向移動時將底座4條橫梁上的夾緊機構擰緊，并將上滑移軌道上夾緊機構松開；橫向移動時將底座4條橫梁上的夾緊機構松開，并將上滑移軌道上夾緊機構擰緊。

（1）鉆機的縱向拉動。縱向移動時，鉆機橫跨中心應和下滑移軌道兩條軌道中心重合，這時開始縱向移動，否則先橫向移動將鉆機拉至中心。然后將步進機構上的步進塊旋轉為拉的工況，再將控制1#和2#液缸的手動換向閥手柄扳至推的位置，使液缸活塞桿伸出；步進機構跟隨滑移，使步進塊自動落入滑軌上的長方孔內。將手動換向閥手柄扳至拉的位置，這時步進機構制動，液缸筒回縮，鉆臺受拉跟隨滑移，反復如此操作就可將鉆臺移到任意預定位置。

（2）鉆機、上滑軌的橫向拉動。首先在液壓操作臺上選擇“橫向1”或“橫向2”，并關閉相應的截止閥；將步進機構上的步進塊旋轉為拉的工況，再將控制1#和2#液缸的手動換向閥手柄扳至推的位置，這時步進機構制動，鉆機、上滑軌實現拉動。將手動換向閥手柄扳至拉的位置，液缸活塞桿回縮，步進機構跟隨滑移，使步進塊自動落入滑軌上的長方孔內，反復如此操作就可將鉆機移到任意預定位置。

2 液壓控制原理

2.1 技術參數

（1）總體參數：額定壓力18 MPa；額定輸出流量50 L/min，可以根據需要調整；鉆機整體重量800 t，含鉆柱；下層軌道高400 mm；上層軌道高500 mm。

（2）推拉移動液缸（上部4只，下部2只）：缸徑300 mm；活塞桿直徑140 mm；行程580 mm；理論最大推力2×127 tf（2×1244 kN）；理論最大拉力2×99 tf（2×971 kN）；理論最大拉動速度5 mm/s。

2.2 系統技術特點

（1）人工島鉆機雙向直線移動系統使用普通的陸地電驅動鉆機來鉆人工島上布置密集的叢式井。適用于小型的人工島，井位相對不是太多，移動距離相對較短，在這樣的情況下只需移動鉆井模塊來完成整個區域的鉆井工作；鉆井成本和內陸鉆井成本相當，而無需使用專門的人工島模塊鉆機，如我國自行設計、制造的適合海洋環境的陸地模塊化鉆機。

（2）下層滑軌用地腳螺栓固定在人工島地基上。安裝簡單、方便、安全牢固，上層滑軌直接疊放在下層滑軌上，定位時只需將夾緊塊夾緊。鉆機的安裝同平常地面的安裝方法相同，只是在鉆機的基座上安裝有同上層滑軌連接的24套夾緊裝置，安全可靠。在鉆井時，所有的夾緊塊處于夾緊狀態，鉆機同上層滑軌、下層滑軌通過地腳螺栓牢牢固定在人工島地基上。

（3）導向定位準確。夾緊裝置不但在鉆井時起到夾緊固定作用，而且在鉆機移動時起到鉆機同滑軌之間的導向作用。步進機構上只安裝有導向塊，防止鉆機移動時走偏。

（4）鉆機移動時的糾偏功能。首先在鉆機移動時，每組液缸拉液壓控制回路中安裝了分流集流閥，能保證每組兩只液缸基本同步動作（即使液缸的負載拉力不同），流量偏差可控制在3%以內，即液缸拉動鉆機的距離差可控制在3%以內。但由于鉆機偏載和滑軌加工制造的偏差，以及現場工作環境等因素的影響，都可能造成鉆機移動時的偏斜，這時需要通過液壓操作來解決，即在液壓流程中每套液缸可以由手動換向閥單獨控制。

（5）在很短的時間內可以完成鉆井模塊的整體移動，非常方便，大大節省時間，減少搬遷工作量及搬遷費用，且安全、快捷。

（6）本系統原理可使用于所有模塊化電驅動鉆機用于人工島鉆井平臺鉆井。

3 現場使用及結論

本套系統自首臺套現場使用共進行了10多次井位的調整，系統運行平穩，動作準確，操作簡單，符合HSE（Health Safety Environment，健康、安全和環境）管理體系的要求，完全能夠滿足月東人工島對鉆機移動的要求。后續配套的雙向直線移動系統對細節結構進行了多次調整優化，使得現場穩定性跟高，運行更加平穩，系統平移同步性更加精準，配套鉆機型號更加齊全，后期成功配套于ZJ40D、ZJ70D等系列鉆機，部分獨特設計將鉆機輔助的固井系統及泵系統也加裝了雙向直線平移系統。現有10多套相同原理、方案的鉆機移動系統配套于陸地鉆機及人工島鉆機上，為油田打叢式井開辟了一條方便可靠的技術方案。