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(xù)走低、國內(nèi)油氣裝備市場日趨飽和等不利因素影響，提高鉆機作業(yè)效率和降低開采成本成為油氣裝備制造行業(yè)發(fā)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(yè)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(yè)[2]）：該鉆機不僅可以同時實現(xiàn)一個井位鉆井，另一個井位下套管(或建立立根)的交叉作業(yè)，而且也可以同時實現(xiàn)2個井位都可以獨立進行鉆井作業(yè)。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(jié)。

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(yè)；滿足主井口鉆進，輔助井口離線接立根、下套管、固井等作業(yè)；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(yè)的雙天車；井架為雙井口自升式套裝結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，雙絞車高位安裝于底座鉆臺面后側(cè)，由上座、基座及它們之間的立柱構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。底座的起升依靠液壓缸動力來實現(xiàn)。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(zhuǎn)盤，B井口只配有安裝卡瓦的假轉(zhuǎn)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(cè)，司鉆控制房外側(cè)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(cè)。

圖1 鉆及立面圖

1.2 技術參數(shù)

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(zhuǎn)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(tǒng)，A系統(tǒng)用于鉆井；B系統(tǒng)用于離線配BHA、鉆桿、套管，并用于下套管等作業(yè)，B 系統(tǒng)主滑輪為橫向可調(diào)結(jié)構(gòu)。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(guī)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(diào)整井架調(diào)節(jié)支座處的墊板數(shù)量來實現(xiàn)。對雙井口作業(yè)井架而言，前后方向的對中可通過調(diào)整墊片來完成，左右方向采用調(diào)節(jié)墊片則無法滿足雙井口天車對中要求。因此，在B系統(tǒng)中設置有滑輪對中裝置[3]，先調(diào)整A系統(tǒng)天車中心與井口中心對正，然后通過對中裝置，使B系統(tǒng)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(cè)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(zhì)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(jié)構(gòu)形式；而對于側(cè)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(jié)構(gòu)作為陸地雙井口井架的結(jié)構(gòu)形式（井架結(jié)構(gòu)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(wěn)定性的同時，大幅度地降低井架的質(zhì)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(jié)構(gòu)（底座結(jié)構(gòu)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(cè)，司鉆偏房分別布置于鉆臺的左右兩側(cè)。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(tǒng)

鑒于陸地雙井口鉆機適用于多排叢式井作業(yè)的特點，設計時需滿足2套BOP在3個井口間離線轉(zhuǎn)移、試壓的要求[6]。BOP吊移軌道整體呈反E形結(jié)構(gòu)，可以將防噴器從存放區(qū)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(xiàn)了雙井口鉆機作業(yè)時防噴器在任意井口及存放區(qū)之間的轉(zhuǎn)運，滿足雙井口鉆機多井口作業(yè)的需要。BOP吊移系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 BOP吊移系統(tǒng)圖

2.5 步進移運系統(tǒng)

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(tǒng)[7-9]。步進移運系統(tǒng)由步進移動裝置、液壓系統(tǒng)（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(tǒng)后的陸地雙井口鉆機可滿足井架底座在直立狀態(tài)下同時帶滿立根進行移運。

步進移運系統(tǒng)還可滿足橫向、縱向、斜向、旋轉(zhuǎn)等模式的移運。

圖5 步進移運及轉(zhuǎn)向圖

3 結(jié)語

1）傳統(tǒng)鉆機在進行叢式井作業(yè)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(xiàn)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(yè)與鉆井作業(yè)同時獨立地進行，有效地縮短了鉆井周期，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)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(fā)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(yè)需求，是探索工廠化鉆井作業(yè)模式發(fā)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(yè)的雙井口鉆機并未有報道。在后續(xù)的發(fā)展中，陸地雙井口鉆機具有一定的推廣價值。