趙偉　吳文秀

摘要：我國常規(guī)模塊鉆機，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)模塊鉆機運輸模塊多、運輸模塊尺寸大的問題，文章對集裝箱式鉆機方案進行了探討。

關鍵詞：集裝箱式鉆機；柴油發(fā)電機組；井架結構；常規(guī)模塊鉆機；油氣開采

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

我國常規(guī)模塊鉆機通常的結構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。此種結構井架和底座在搬家運輸過程中需要拆分的模塊數量較多，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，由于結構的需要，底座的部分模塊外形尺寸超標，運輸困難。

目前，根據國家頁巖氣“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，我國現有常規(guī)模塊鉆機的適應性較差，鉆機很難順利進入井場作業(yè)。針對以上問題，為減小鉆機的運輸模塊尺寸以及減少運輸模塊數量，節(jié)約運輸成本，本文對解決該問題提出了集裝箱式鉆機方案。

集裝箱式鉆機是一種根據集裝箱標準尺寸進行設計，具有高度的模塊化、標準化和集成化特點的鉆機。國外Huisman-Itrec公司、Drillmar公司、Loadmaster公司等多家公司在集裝箱式鉆機設計和加工方面的工藝已比較成熟，并已成功應用于山地和極地地區(qū)。國內部分鉆機廠家生產的鉆機采用箱疊式底座等部分引進了集裝箱式設計，但集成度和標準化程度較低，且還無法達到整臺鉆機的集裝箱式設計要求?，F根據我國地理情況以及應用現狀，提出適應我國鉆井開發(fā)的集裝箱式鉆機方案進行

探討。

1 基本參數

目前，根據頁巖氣開發(fā)需求，前期對鄂渝川地區(qū)條件進行了前期調研，并根據鄂渝川地區(qū)井場情況和作業(yè)需求，提出在鄂渝川地區(qū)應用SZJ225D集裝箱式鉆機進行的基本參數：

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

轉盤開口直徑 698.5mm（27 1/2″）

泥漿泵型號及臺數 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

轉盤梁凈空高度 7.6m

動力傳動方式 電驅

2 總體方案

結合國內鉆井作業(yè)要求及國內鉆井作業(yè)現狀，由于電驅鉆機相比較機械驅動鉆機和復合驅動鉆機，具有結構簡單、連接簡便、模塊數量少等特點。因此，鉆機總體傳動采用直流電驅。

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

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

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 總體結構圖

3 結構特點

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

井架結構，對于中深井鉆機井架多采用前開口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，且多為單片結構，給現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，在該鉆機上采用直立套裝井架結構。

該直立套裝井架采用獨特的可折疊結構，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 井架整體結構圖

如圖3井架整體結構圖所示，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構，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)結構圖所示采用可折疊結構。其井架單節(jié)由井架左右單片組成，中間增加可旋轉結構。在井架進行運輸時，可通過中間旋轉結構，將井架左右單片折疊，組成具有標準集裝箱式外形，能夠減小運輸外形尺寸，同時減少了井架運輸模塊數量。

在井架的安裝設計，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構，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.井架旋轉機構

圖4 井架單節(jié)結構圖

底座結構采用箱疊式結構。如圖5底座結構圖所示，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)結構圖

每個箱塊均按40英尺標準模塊設計，體積和接口統一。整個底座分為3層，最上層箱塊內集成了空壓機和液壓動力源等，中層箱塊內集成補給罐、進料泵和儲氣裝置等，最下層箱塊可集成用于叢式井開發(fā)的鉆機自行走系統。

底座箱塊采用集成設計，不僅可以滿足鉆井作業(yè)需要，而且可將原來需獨立運輸的模塊進行集成，減少模塊數量，節(jié)約運輸成本，提供運輸效率。

根據該鉆機特點，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)游吊系統作業(yè)需求；絞車處于高位，鉆機通過性較好，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，并使模塊尺寸標注化。

4 關鍵技術

（1）底座集成技術，底座在滿足鉆井作業(yè)需求的同時，進行集成化設計。根據井場要求，將部分部件如補給罐、進料泵、儲氣裝置等與底座進行集成，減少運輸模塊數量，提高了鉆機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，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，對井架和底座結構進行有限元分析。

（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)游吊系統的問題。

（5）采用油缸起升技術，解決了直立套裝井架安裝高度問題。

5 結語

經綜合分析，集裝箱式鉆機特點顯著，其結構方案不僅能解決鉆井需要，在解決運輸模塊數量和尺寸問題上，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

[1] 常玉連，劉玉泉．鉆井井架、底座的設計計算[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，長江大學機械工程學院工程碩士在讀，研究方向：石油鉆井機械。

（責任編輯：周加轉）