何 艷

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司,甘肅蘭州 730314)

淺談陸地鉆機(jī)井架底座的起升方式*

何 艷

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司,甘肅蘭州 730314)

分析了目前我國陸地鉆機(jī)井架底座的幾種起升方式,分別對(duì)各起升方式做了介紹,同時(shí)對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了探討,給油田用戶選擇鉆機(jī)提供了參考,同時(shí)為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和油田設(shè)備改造提供可參考的依據(jù)。

陸地鉆機(jī);起升方式

0 引 言

隨著我國石油裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展,我國石油鉆機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展,制造能力得到極大提高,先后開發(fā)了適應(yīng)于陸地、沙漠及海洋作業(yè)的石油鉆機(jī),鉆機(jī)鉆深級(jí)別由1 000 m發(fā)展至12 000 m;鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)型式由早期的機(jī)械驅(qū)動(dòng),發(fā)展到機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)、SCR直流驅(qū)動(dòng)、交流變頻驅(qū)動(dòng)、交直流復(fù)合驅(qū)動(dòng)等[1];尤其是隨著鉆井技術(shù)的顯著發(fā)展、油田用戶對(duì)鉆機(jī)的拆裝方便性、起升安全快速性的要求不斷提高,鉆機(jī)的起升方式設(shè)計(jì)也呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。

1 我國陸地鉆機(jī)井架底座常用起升方式

目前,我國陸地石油鉆機(jī)的井架按照結(jié)構(gòu)分可分為A型井架、塔形井架、K形井架、桅形井架等,而K形井架以其整體剛性好、制作成本低、拆裝迅速等優(yōu)點(diǎn)成為中深井陸地鉆機(jī)主要采用形式[2]。石油鉆機(jī)底座按照其結(jié)構(gòu)主要可分為塊裝式、隨升式、雙升式、旋升式等等。這幾種結(jié)構(gòu)的底座,近幾年中在陸地中深井鉆機(jī)上都被廣泛使用。由此,依據(jù)底座的起升方式,我國陸地鉆機(jī)可大致劃分為:塊裝式、隨升式、雙升式、旋升式。

2 常用鉆機(jī)起升方式介紹

2.1 塊裝式

塊裝式鉆機(jī)的井架通常采用K型,底座為大塊搭接結(jié)構(gòu)。底座及所有臺(tái)面設(shè)備依靠吊車都在高位安裝到位,絞車放置在臺(tái)下,井架及其起升人字架支撐在底座基座上,依靠絞車動(dòng)力起升到位。起升方式如圖1所示。

圖1 塊裝式鉆機(jī)起升示意圖

塊裝式起升方式通常被用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上。這類鉆機(jī)一般采用柴油機(jī)為動(dòng)力,通過皮帶或鏈條并車驅(qū)動(dòng)絞車,動(dòng)力、絞車都安裝在后臺(tái)底座上,轉(zhuǎn)盤通過萬向軸或鏈條爬臺(tái)經(jīng)轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)。塊裝式鉆機(jī)的特點(diǎn)是:設(shè)計(jì)和制造工藝簡單,鉆機(jī)成本低,頗受小型鉆機(jī)用戶的歡迎。但由于底座結(jié)構(gòu)總重量大,鉆機(jī)拆遷安裝工作量大,高位安裝難度大,高空作業(yè)需要大型起重設(shè)備[2],且鉆臺(tái)面積狹小,使得司鉆控制房在設(shè)計(jì)時(shí)外形尺寸受到限制,司鉆操作空間狹小。這諸多缺點(diǎn)使得塊裝式鉆機(jī)的市場(chǎng)逐漸萎縮。

2.2 隨升式

隨升式鉆機(jī)的井架為K型,底座采用隨升式。所謂隨升式,即底座隨著井架一同起升。鉆機(jī)的井架、底座都采用低位安裝,底座的立根盒梁與轉(zhuǎn)盤梁(或轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)梁)通過銷子耳板固定在井架1段上,絞車放置在后臺(tái)底座上。通過絞車動(dòng)力起升井架,立根盒梁與轉(zhuǎn)盤梁(或轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)梁)也隨同井架一起起升到位。起升方式如圖2所示。

圖2 隨升式鉆機(jī)起升示意圖

隨升式起升方式是近年來40、50、70級(jí)別的機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)經(jīng)常采用的一種起升方式。這類鉆機(jī)以柴油機(jī)為動(dòng)力,絞車通過皮帶或鏈條并車驅(qū)動(dòng),絞車安裝在后臺(tái)底座上,轉(zhuǎn)盤通常采用直流電機(jī)或交流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。近幾年,一些廠家也在機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上使用了隨升式結(jié)構(gòu),但是在安裝時(shí)需要較高的安裝精度,才能保證傳轉(zhuǎn)盤萬向軸偏角在允許范圍之內(nèi)。

隨升式鉆機(jī)起升方式簡單,且底座采用低位安裝,轉(zhuǎn)盤及轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置都可在低位一次安裝到位,增加了安裝的安全性,深受廣大油田用戶喜愛。但缺點(diǎn)就是鉆臺(tái)的左、右偏房不能隨井架、底座一次起升到位,需要在起升完畢后進(jìn)行高位安裝。

2.3 雙升式

雙升式鉆機(jī)的井架采用K型,底座結(jié)構(gòu)為雙升式。這類鉆機(jī)的特點(diǎn)是井架和底座各有一個(gè)人字架,底座起升所需的人字架生根在底座基座上,而井架起升所用的人字架生根在鉆臺(tái)面上。雙升式鉆機(jī)按照井架底座起升動(dòng)力的不同又可劃分為三種。

2.3.1 井架和底座均采用絞車動(dòng)力起升

這類鉆機(jī)起升系統(tǒng)采用兩套繩系,井架、底座的起升均依靠絞車動(dòng)力。在井架起升完畢后,更換起升大繩再起升底座。這種方式需要2根起升大繩,更換起來很麻煩,而且浪費(fèi)時(shí)間,經(jīng)濟(jì)性較差。優(yōu)點(diǎn)是雙人字架結(jié)構(gòu),穩(wěn)定可靠,鉆臺(tái)面開闊,司鉆控制房設(shè)計(jì)空間大,增加了司鉆操作的舒適性。所有鉆臺(tái)設(shè)備包括左右偏房均可低位安裝,隨底座一次起升到位,避免了高位吊裝的危險(xiǎn)。起升方式如圖3所示。

圖3 雙升式鉆機(jī)(采用絞車動(dòng)力)起升示意圖

2.3.2 井架采用絞車動(dòng)力、底座采用液壓絞車起升

這類鉆機(jī)起升系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立繩系,井架的起升依靠絞車動(dòng)力,而底座則是采用安裝在基座內(nèi)的2臺(tái)液壓絞車起升。當(dāng)井架起升到位后,無需更換起升大繩,使用早已安裝好的另一套起升繩系,這就大大節(jié)省了起升時(shí)間,達(dá)到了快速高效的目的。當(dāng)然,這種結(jié)構(gòu)多了2個(gè)液壓絞車,使得鉆機(jī)的成本也有所增加。起升方式如圖4所示。

圖4 雙升式鉆機(jī)(底座采用液壓絞車起升)起升示意圖

2.3.3 雙升式底座和自舉式井架

蘭州蘭石國民油井公司(現(xiàn)蘭石石油裝備公司) 在2007年為用戶設(shè)計(jì)了一套適用于巴布亞新幾內(nèi)亞特殊地形的1500HP直升機(jī)吊裝鉆機(jī)。該鉆機(jī)為交直流混合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī),鉆機(jī)底座設(shè)計(jì)為雙升式,采用基座內(nèi)安裝的2臺(tái)液壓絞車起升,井架設(shè)計(jì)為自舉式,依靠絞車動(dòng)力起升[3]。這種起升方式適用于地形條件復(fù)雜、鉆井區(qū)域有限的地區(qū),可節(jié)省占地面積,而且鉆機(jī)各部件設(shè)計(jì)體積小,適合于采用直升機(jī)吊裝。起升方式如圖5所示。雙升式鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)形式在電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上使用較為廣泛。

圖5 雙升式鉆機(jī)(雙升式底座、自舉式井架)起升示意圖

2.4 旋升式

旋升式鉆機(jī)的井架為K型,底座是平行四邊形結(jié)構(gòu)。底座采用低位安裝,井架1段、人字架都生根在底座的基座上,井架與底座起升共用一個(gè)人字架、共用一套起升系統(tǒng),均采用絞車動(dòng)力起升。當(dāng)井架起升到位后,無需更換起升大繩,可直接起升底座。起升方式如圖6所示。

圖6 旋升式鉆機(jī)起升示意圖

這種起升方式在交、直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)中比較常用,蘭石石油裝備公司在2012年為用戶設(shè)計(jì)的ZJ80D鉆機(jī)就是采用的旋升式結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是:只需一次穿繩,就能夠連續(xù)完成井架、底座的起升,節(jié)省了起升時(shí)間,而且井架底座分開起升,增加了起升的安全性。但是,由于人字架結(jié)構(gòu)較大,伸出鉆臺(tái)面,占用了鉆臺(tái)面空間,使得鉆臺(tái)面相對(duì)于雙升式鉆機(jī)來說有效空間減小,而且由于井架的1段生根在底座基座上,井架的整體重量就比雙升式鉆機(jī)的井架要重很多,使得鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降。

3 其它起升方式

除以上所述各起升方式外,在9 000 m、12 000 m超深井鉆機(jī)中,采用了新型旋升式結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的旋升式鉆機(jī)相比,底座低位安裝方向相反,它與井架一同倒向鉆機(jī)前方。起升時(shí),采用絞車動(dòng)力先將井架起升到位,然后更換起升大繩起升底座,即兩次穿繩兩次起升。優(yōu)點(diǎn)是:超深井鉆機(jī)本身井架、底座的質(zhì)量較重,將絞車放于臺(tái)下,減輕了起升負(fù)荷,旋升式結(jié)構(gòu)對(duì)于超深井鉆機(jī)來說起升更加安全可靠。

山東科瑞機(jī)械制造有限公司近年研發(fā)的帶自動(dòng)折疊人字架旋升式鉆機(jī),在井架起升到位后卸掉人字架橫撐桿,能夠?qū)⑷俗旨苌喜孔詣?dòng)折疊,然后再起升底座。這種結(jié)構(gòu)不但不影響底座的起升,而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)旋升式鉆機(jī)人字架突出臺(tái)面造成臺(tái)面擁擠、狹窄的缺陷,具有有效保持鉆臺(tái)面面積,保護(hù)頂層整體性的優(yōu)點(diǎn)。

另外,國內(nèi)許多淺井鉆機(jī)如2 000～4 000 m米車裝鉆機(jī)、1 000～5 000 m拖掛鉆機(jī),其井架底座多設(shè)計(jì)為用液缸起升。

4 結(jié) 語

總體上講,我國的石油鉆機(jī)制造業(yè)技術(shù)已經(jīng)得到了最為快速的發(fā)展,從如此多的鉆機(jī)起升方式就可以看出,我們的設(shè)計(jì)能力、制造技術(shù)在不斷的提升,產(chǎn)品的種類也在迅速地增加。當(dāng)然,我們與國外先進(jìn)技術(shù)相比,還是存在較大的差距,這就要求我們的設(shè)計(jì)人員只有在全面了解我們已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,深入結(jié)合鉆機(jī)井場(chǎng)的實(shí)際情況,并與用戶需求結(jié)合,并借鑒國外先進(jìn)技術(shù),才能設(shè)計(jì)出合格的、更加先進(jìn)的鉆機(jī)產(chǎn)品。而我們的用戶,面對(duì)如此眾多的選擇,也需要對(duì)鉆機(jī)產(chǎn)品有所了解,才能選擇一款適合自己的鉆機(jī)。希望本文能夠?yàn)閺V大設(shè)計(jì)人員與油田用戶在設(shè)計(jì)或選擇鉆機(jī)起升方式上提供一些參考。

[1]羅 超.淺論我國石油鉆機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展策略[J].石油機(jī)械,2003,31(1):46-49.

[2]李翠艷.雙升式鉆機(jī)井架及其底座動(dòng)態(tài)特性研究[D].大慶:大慶石油學(xué)院,2007.

[3]李文玉.深井重載直升機(jī)吊裝鉆機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2012,29(8):17-20.

Introduction of the Raising M ethods to Land Rig Substructure

HE Yan
(Lanzhou LSPetroleum Equipment Engineering Co.,Ltd,Lanzhou Gansu 730314,China)

In this paper,severalmethods of raising the land rig substructure currently used in domestic are analyzed,and detail introduction for eachmethod is separately given by discussing the advantage and disadvantage.Therefore,reference for the users to select drilling rig is given,at the same time,basis for the new product design and oilfield equipmentmodification is provided.

land rig;raisingmethod

TE923

A

1007-4414(2015)06-0134-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.050

2015-09-04

何 艷(1976-),女,四川鹽亭人,高級(jí)工程師,主要從事石油鉆機(jī)的設(shè)計(jì)工作。