鉆機(jī)平移優(yōu)化研究及應(yīng)用

冉 建，何建春，陳和平

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川成都 610051）

0 引言

鉆機(jī)平移是指在同井場鉆機(jī)搬遷過程中，使用專門的平移裝置，在不拆卸的情況下將鉆機(jī)主體設(shè)備整體由上一個(gè)井位移到下一個(gè)井位的操作。該操作取消了鉆機(jī)拆裝過程，只需進(jìn)行短時(shí)間的接口連接后，便可快速恢復(fù)鉆井條件，真正實(shí)現(xiàn)短時(shí)間、低成本、低勞動(dòng)強(qiáng)度、安全高效的完成鉆機(jī)搬遷。該操作廣泛應(yīng)用于川渝頁巖氣開發(fā)的叢式井場。川西鉆探公司（下文簡稱為“公司”）在全面使用和推廣同井場鉆機(jī)整體平移過程中，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)底座軸線偏移、水柜移位影響平移液缸安裝等一系列問題。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出了優(yōu)化方案并在實(shí)施過程中逐步完善細(xì)節(jié)，很好地解決了上述問題。

1 鉆機(jī)平移工作原理及工藝流程

國內(nèi)采用較多的鉆機(jī)平移方式有3 種，分別是地錨滑輪組自拖平移、頂升步進(jìn)式平移和軌道式平移。目前公司使用的鉆機(jī)型號(hào)有4000 型、5000 型、7000 型、8000 型、9000 型等多個(gè)種類，傳動(dòng)方式有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、電動(dòng)等，不同生產(chǎn)廠家的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)也有所不同。所以公司目前主要采用的是通用性較強(qiáng)的軌道式平移，其使用的液壓平移裝置載荷能力強(qiáng)，可在不倒鉆具、不拆頂驅(qū)的情況下，利用兩個(gè)液缸在滑軌上推動(dòng)鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)同井場不同井位的快速搬遷。

1.1 液壓平移裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

液壓平移裝置包括液缸、液缸連接銷和棘爪裝置。

棘爪裝置主要由底板、導(dǎo)向塊、棘爪支撐架、棘爪、棘爪銷、連接板等部分組成（圖1）。通過棘爪裝置與液缸伸、縮運(yùn)動(dòng)配合來完成對鉆機(jī)整體的推動(dòng)和拉動(dòng)。當(dāng)需要向后推動(dòng)時(shí)，棘爪向前卡在平移軌道的卡槽內(nèi)，活塞桿固定不動(dòng)，液缸缸體伸出推動(dòng)鉆機(jī)在軌道上向后平移一個(gè)卡槽間距，通常設(shè)計(jì)為0.5 m，然后液缸收縮，活塞桿拉動(dòng)棘爪裝置向后移動(dòng)，棘爪順著斜面退出平移軌道的卡槽，向后移動(dòng)0.5 m 后落入下一個(gè)卡槽內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)，液缸每伸、縮一次鉆機(jī)向后推移0.5 m。當(dāng)需要向前拉動(dòng)時(shí)，先將液缸伸出，將棘爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°向后卡在平移軌道卡槽內(nèi)，活塞桿固定不動(dòng)液缸缸體收縮拉動(dòng)鉆機(jī)在軌道上向前平移0.5 m，然后活塞桿伸出，推動(dòng)棘爪座向前移動(dòng)，棘爪順著斜面退出平移軌道的卡槽，向前移動(dòng)0.5 m 后落入下一個(gè)卡槽內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)，液缸每伸、縮一次鉆機(jī)向前拉移0.5 m。在運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)向塊非常關(guān)鍵，可起到扶正和限位的作用。

圖1 液壓平移裝置結(jié)構(gòu)

1.2 軌道式平移工藝流程

軌道式平移流程主要包含以下步驟：

（1）同井場第一口井鉆機(jī)安裝前，根據(jù)井眼位置在井場地基上鋪設(shè)平移軌道，并使兩根主導(dǎo)軌方向與新老井口連線方向一致。然后在軌道上安裝鉆機(jī)及其他地面設(shè)備（圖2）。

圖2 軌道式平移設(shè)備布局

（2）將液壓平移裝置后端的兩個(gè)液壓缸分別與鉆臺(tái)基座內(nèi)側(cè)前端相連，平移裝置前端的棘爪裝置置于主導(dǎo)軌上，液缸軸線與導(dǎo)軌方向平行。調(diào)整棘爪裝置位置，將兩個(gè)棘爪分別卡進(jìn)主導(dǎo)軌上相應(yīng)的卡槽中。

（3）操作液控系統(tǒng)，液缸無桿腔進(jìn)油（向后推，前拖則有桿腔進(jìn)油），鉆機(jī)整體在推力作用下沿預(yù)定方向向后移動(dòng)。

（4）完成一次行程之后，液缸反向進(jìn)油，活塞桿帶動(dòng)棘爪裝置向移動(dòng)方向收縮，此時(shí)棘爪從卡槽中被拖出，直至進(jìn)入下一個(gè)卡槽。

（5）重復(fù)步驟（3）、（4）即能實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)整體平移。如果總移運(yùn)距離大于軌道長度，可將前端的軌道拆接至后端繼續(xù)使用，直至移到指定井位。

2 平移過程中的問題及優(yōu)化措施

在現(xiàn)場平移施工過程中，可能遇到由于左、右摩擦力不平衡造成鉆機(jī)底座軸線偏移；復(fù)合鉆機(jī)安裝完成后在起井架過程中引起水柜晃動(dòng)，回位時(shí)鉆機(jī)底座與平移底座之間的相對位置發(fā)生偏移，影響平移液缸的后續(xù)就位；泥漿泵底座縱梁與平移底座縱梁不在同一軸線上，無法平穩(wěn)放置和平移等一系列問題。

2.1 鉆機(jī)底座軸線偏移問題

公司采用的液壓平移裝置通過兩組液缸與平移底座配合，對鉆機(jī)左、右底座進(jìn)行推或拉，使其在平移底座上平行滑動(dòng)。由于左、右兩邊摩擦阻力不一致，或者安裝時(shí)鉆機(jī)底座和平移底座存在平行度誤差等因素，在平移過程中鉆機(jī)底座可能逐漸發(fā)生偏移，如果不及時(shí)修正會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)底座偏出軌道，甚至造成平移失敗等嚴(yán)重后果。

針對這個(gè)問題在鉆機(jī)底座兩側(cè)面增設(shè)了導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向座和導(dǎo)向銷兩部分組成，鉆機(jī)底座整體擺放完成后，在鉆機(jī)底座兩側(cè)適當(dāng)位置焊接8 處導(dǎo)向座，保證導(dǎo)向銷插入后與平移底座邊緣保持5 mm 左右的間隙。在平移過程中如果鉆機(jī)底座偏移超過5 mm，導(dǎo)向裝置就會(huì)限制其偏移，并引導(dǎo)其沿著平移軌道方向平行移動(dòng)。平移導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 平移導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)

2.2 水柜限位問題

公司在用的部分鉆機(jī)為復(fù)合鉆機(jī)，該型鉆機(jī)在安裝過程中，由于井架底座和機(jī)房底座相對獨(dú)立，井架底座整體質(zhì)量較輕，與平移底座之間的摩擦力較小，安裝完成后在起升井架過程中會(huì)將水柜輕微撬起，回位時(shí)鉆機(jī)底座與平移底座之間的相對位置會(huì)發(fā)生偏移，影響平移液缸的安裝和后續(xù)平移工作。

針對這個(gè)問題，在改進(jìn)中增加了定位裝置。定位裝置由定位座、鎖緊卡槽及連接螺栓組成。定位座為組焊件，由定位板、導(dǎo)向塊、鎖緊板、鎖緊楔塊、筋板等部分組焊而成。鎖緊卡槽分為左、右兩件，分別用一塊δ55 mm 鋼板（Q345B）整體銑削而成，具有很高的抗拉強(qiáng)度（圖4）。安裝時(shí)，先在左、右軌道上定位水柜后端的安裝位置并劃線，將兩個(gè)定位座按劃線位置分別擺放在左、右軌道上，再裝入鎖緊卡槽并敲緊，利用鎖緊契塊和鎖緊卡槽的1∶20 斜度面配合壓緊并自鎖，將定位座固定在左、右軌道上（圖5）。

圖4 定位裝置結(jié)構(gòu)示意

圖5 定位裝置安裝示意

定位裝置的使用可以防止復(fù)合鉆機(jī)在起升井架過程中發(fā)生偏移，也可以作為水柜安裝基準(zhǔn)，避免后續(xù)吊裝過程中由于碰撞或擠壓造成基準(zhǔn)偏移。

2.3 泥漿泵底座的支撐問題

泥漿泵底座的底面是由3 組縱梁作為支撐面，由于各型鉆機(jī)整體布局都略有不同，當(dāng)其與鉆機(jī)主體一起放置在平移底座上時(shí)，不能保證泥漿泵底座的支撐縱梁正好放在平移軌道的軌道面上（圖6），這會(huì)對泥漿泵的正常使用和后期的平移工作造成影響。

圖6 鉆機(jī)底座在平移軌道上的布置

針對上述問題，提出了兩種解決方案：①對無法平穩(wěn)放置在平移軌道上的泥漿泵底座進(jìn)行整改，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在3 組縱梁之間的橫拉筋下面增加四組橫梁作為支撐面，保證泥漿泵的正常擺放和后續(xù)平移工作不受影響，改進(jìn)前、后對比示意如圖7 所示；②將右軌道的中軌去掉，使連接左、右軌的連接筋左、右齊平，無論泥漿泵如何布置，均能很好的支撐，改進(jìn)前后對比示意如圖8 所示。

圖7 泥漿泵底座改進(jìn)前后對比示意

圖8 平移底座右軌道改進(jìn)前后對比示意

3 結(jié)論

隨著叢式井開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，鉆機(jī)平移將進(jìn)一步得到推廣應(yīng)用。為此，本文進(jìn)行鉆機(jī)平移裝置優(yōu)化，在不影響鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和使用的前提下，通過裝置改進(jìn)等方法，安全、高效、低成本地解決了施工過程中遇到的實(shí)際問題，值得在以后的生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。