SZJ225D集裝箱式鉆機(jī)方案探討

趙偉　吳文秀

摘要：我國常規(guī)模塊鉆機(jī)，由于拆分模塊較多，造成了運輸模塊多，浪費了大量成本。而且模塊尺寸偏大，使其在天然氣和頁巖氣開發(fā)的山區(qū)環(huán)境中造成了運輸困難，帶來了諸多的問題。為了解決常規(guī)模塊鉆機(jī)運輸模塊多、運輸模塊尺寸大的問題，文章對集裝箱式鉆機(jī)方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：集裝箱式鉆機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)組；井架結(jié)構(gòu)；常規(guī)模塊鉆機(jī)；油氣開采

中圖分類號：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0027-03

我國常規(guī)模塊鉆機(jī)通常的結(jié)構(gòu)方案為井架采用前開口K型井架，底座采用旋升式或箱塊式底座。此種結(jié)構(gòu)井架和底座在搬家運輸過程中需要拆分的模塊數(shù)量較多，造成運輸車次增加，安裝和拆卸費時費力，無形中造成了鉆井成本的增加和鉆井效率的降低。同時，由于結(jié)構(gòu)的需要，底座的部分模塊外形尺寸超標(biāo)，運輸困難。

目前，根據(jù)國家頁巖氣“十二五”規(guī)劃要求，前期勘探開發(fā)，主要區(qū)塊位于鄂渝川地區(qū)。而我國的地理環(huán)境，鄂渝川地區(qū)主要以山區(qū)和盆地為主，道路條件較差，我國現(xiàn)有常規(guī)模塊鉆機(jī)的適應(yīng)性較差，鉆機(jī)很難順利進(jìn)入井場作業(yè)。針對以上問題，為減小鉆機(jī)的運輸模塊尺寸以及減少運輸模塊數(shù)量，節(jié)約運輸成本，本文對解決該問題提出了集裝箱式鉆機(jī)方案。

集裝箱式鉆機(jī)是一種根據(jù)集裝箱標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行設(shè)計，具有高度的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和集成化特點的鉆機(jī)。國外Huisman-Itrec公司、Drillmar公司、Loadmaster公司等多家公司在集裝箱式鉆機(jī)設(shè)計和加工方面的工藝已比較成熟，并已成功應(yīng)用于山地和極地地區(qū)。國內(nèi)部分鉆機(jī)廠家生產(chǎn)的鉆機(jī)采用箱疊式底座等部分引進(jìn)了集裝箱式設(shè)計，但集成度和標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，且還無法達(dá)到整臺鉆機(jī)的集裝箱式設(shè)計要求?，F(xiàn)根據(jù)我國地理情況以及應(yīng)用現(xiàn)狀，提出適應(yīng)我國鉆井開發(fā)的集裝箱式鉆機(jī)方案進(jìn)行

探討。

1 基本參數(shù)

目前，根據(jù)頁巖氣開發(fā)需求，前期對鄂渝川地區(qū)條件進(jìn)行了前期調(diào)研，并根據(jù)鄂渝川地區(qū)井場情況和作業(yè)需求，提出在鄂渝川地區(qū)應(yīng)用SZJ225D集裝箱式鉆機(jī)進(jìn)行的基本參數(shù)：

名義鉆井深度 4000m（4-1/2〞鉆桿）

最大鉤載 2250kN

絞車額定功率 735kW（1000hp）

提升鋼絲繩直徑 Ф32mm

游系 5×6

轉(zhuǎn)盤開口直徑 698.5mm（27 1/2″）

泥漿泵型號及臺數(shù) F-1300×2

單臺泥漿泵額定功率 960kW（1300hp）

泥漿泵最大工作壓力 35MPa

井架高度 43m

鉆臺高度 9m

轉(zhuǎn)盤梁凈空高度 7.6m

動力傳動方式 電驅(qū)

2 總體方案

結(jié)合國內(nèi)鉆井作業(yè)要求及國內(nèi)鉆井作業(yè)現(xiàn)狀，由于電驅(qū)鉆機(jī)相比較機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)和復(fù)合驅(qū)動鉆機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、連接簡便、模塊數(shù)量少等特點。因此，鉆機(jī)總體傳動采用直流電驅(qū)。

鉆機(jī)采用3臺CAT3508B柴油發(fā)電機(jī)組作為主動力，發(fā)出的600V/50Hz交流電經(jīng)SCR柜整流后變?yōu)?～750V直流電，分別驅(qū)動為1000HP絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵提供動力的串勵直流電動機(jī)；絞車由2臺電機(jī)驅(qū)動；轉(zhuǎn)盤由1臺電機(jī)采用獨立驅(qū)動；2臺泥漿泵各由2臺電機(jī)驅(qū)動。電傳系統(tǒng)采用一對二控制方式，AC-SCR-DC傳動（圖1為傳動示意圖）。

總體結(jié)構(gòu)井架采用直立套裝井架，高位安裝，底座采用箱疊式結(jié)構(gòu)，絞車高位安裝（圖2為總體結(jié)構(gòu)圖）。

圖1 傳動示意圖

1.天車 2.直立套裝井架

3.二層工作臺 4.絞車 5.箱疊式底座

圖2 總體結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)構(gòu)特點

絞車位于底座上，對于進(jìn)行叢式井作業(yè)的鉆機(jī)，可提供鉆機(jī)對于叢式井井口的通過性，并可進(jìn)行試氣和大修作業(yè)。

井架結(jié)構(gòu)，對于中深井鉆機(jī)井架多采用前開口K型井架，但是常規(guī)前開口K型井架由于采用整體起升方式，占用井場面積較大，且多為單片結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)場拆卸和安裝帶來較大的工作量，另外運輸散件較多，不便于運輸。直立套裝井架常規(guī)前開口K型井架具有模塊化、安裝方便、占地面積較小等特點。因此，在該鉆機(jī)上采用直立套裝井架結(jié)構(gòu)。

該直立套裝井架采用獨特的可折疊結(jié)構(gòu)，不僅可以增大井架截面積，增加井架整體穩(wěn)定性，也同時解決了運輸模塊較大的問題。

1.井架頂節(jié) 2.井架上節(jié) 3.井架中節(jié)

4.井架下節(jié) 5.井架底座 6.井架支撐

圖3 井架整體結(jié)構(gòu)圖

如圖3井架整體結(jié)構(gòu)圖所示，井架主要由井架頂節(jié)、井架上節(jié)、井架中節(jié)、井架下節(jié)以及井架底座和井架支撐組成。

井架頂節(jié)和井架底座采用可拆卸結(jié)構(gòu)，中節(jié)通過螺栓連接，運輸時可將井架頂節(jié)和井架底座從中節(jié)拆卸，減小頂節(jié)和底座的運輸尺寸。井架上節(jié)、井架中節(jié)、井架下節(jié)等井架單節(jié)如圖4井架單節(jié)結(jié)構(gòu)圖所示采用可折疊結(jié)構(gòu)。其井架單節(jié)由井架左右單片組成，中間增加可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。在井架進(jìn)行運輸時，可通過中間旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，將井架左右單片折疊，組成具有標(biāo)準(zhǔn)集裝箱式外形，能夠減小運輸外形尺寸，同時減少了井架運輸模塊數(shù)量。

在井架的安裝設(shè)計，由于位于底座上部安裝，吊裝高度較高，為減小安裝時的吊裝高度，采用了雙油缸起升井架底座結(jié)構(gòu)，減小了井架安裝的吊裝高度。

1.井架左單片 2.井架右單片 3.井架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

圖4 井架單節(jié)結(jié)構(gòu)圖

底座結(jié)構(gòu)采用箱疊式結(jié)構(gòu)。如圖5底座結(jié)構(gòu)圖所示，底座主要由頂部總成、底座上層、底座中層和底座下層組成。

1.司鉆偏房 2.頂部總成 3.底座上層 4.底座中層 5.底座下層 6.樓梯 7.1＃泥漿罐模塊 8.移運裝置

圖5 井架單節(jié)結(jié)構(gòu)圖

每個箱塊均按40英尺標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計，體積和接口統(tǒng)一。整個底座分為3層，最上層箱塊內(nèi)集成了空壓機(jī)和液壓動力源等，中層箱塊內(nèi)集成補(bǔ)給罐、進(jìn)料泵和儲氣裝置等，最下層箱塊可集成用于叢式井開發(fā)的鉆機(jī)自行走系統(tǒng)。

底座箱塊采用集成設(shè)計，不僅可以滿足鉆井作業(yè)需要，而且可將原來需獨立運輸?shù)哪K進(jìn)行集成，減少模塊數(shù)量，節(jié)約運輸成本，提供運輸效率。

根據(jù)該鉆機(jī)特點，其主要優(yōu)勢在于：井架在受井場條件限制的情況下，安裝占地空間較小；井架底部空間較大，滿足常規(guī)游吊系統(tǒng)作業(yè)需求；絞車處于高位，鉆機(jī)通過性較好，滿足試氣和大修作業(yè)的叢式井作業(yè)；運輸模塊數(shù)量較少，減少運輸成本；井架采用折疊式井架，減小井架運輸模塊尺寸，并使模塊尺寸標(biāo)注化。

4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）底座集成技術(shù)，底座在滿足鉆井作業(yè)需求的同時，進(jìn)行集成化設(shè)計。根據(jù)井場要求，將部分部件如補(bǔ)給罐、進(jìn)料泵、儲氣裝置等與底座進(jìn)行集成，減少運輸模塊數(shù)量，提高了鉆機(jī)的模塊化和集成化程度。

（2）直立套裝井架采用了可折疊技術(shù)，在增大井架橫截面和增加穩(wěn)定性的同時，減小了井架的運輸模塊尺寸。

（3）運用strucad有限元分析，對井架和底座結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。

（4）直立套裝井架增大底部尺寸，解決了直立套裝井架用于常規(guī)游吊系統(tǒng)的問題。

（5）采用油缸起升技術(shù)，解決了直立套裝井架安裝高度問題。

5 結(jié)語

經(jīng)綜合分析，集裝箱式鉆機(jī)特點顯著，其結(jié)構(gòu)方案不僅能解決鉆井需要，在解決運輸模塊數(shù)量和尺寸問題上，采用此方案更具有鮮明的特色。該方案將是我國各種地域油氣開采的首選方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 常玉連，劉玉泉．鉆井井架、底座的設(shè)計計算[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1994．

[2] 趙懷文，陳智喜．鉆井機(jī)械[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1995．

作者簡介：趙偉（1978-），工程師，長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院工程碩士在讀，研究方向：石油鉆井機(jī)械。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）