張從邦

中國石化國際石油工程公司，北京

中東地區(qū)修井機發(fā)展方向探討與思考

張從邦

中國石化國際石油工程公司，北京

在調(diào)研中東地區(qū)修井作業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了中東地區(qū)修井作業(yè)市場對石油修井設(shè)備的要求和發(fā)展方向，列舉了中東地區(qū)氣候環(huán)境對修井設(shè)備的影響及修井作業(yè)對修井設(shè)備可靠性、快速移運等性能的要求，并針對目前中東地區(qū)國產(chǎn)修井機存在的問題進(jìn)行了探討，對今后出口中東地區(qū)修井設(shè)備發(fā)展提出了建議。

中東地區(qū)，修井設(shè)備，發(fā)展方向

1.引言

國際原油價格斷崖式下跌、油公司大幅壓減投資、全球勘探開發(fā)工作量銳減的“市場寒冬”下，以沙特、科威特為代表的中東地區(qū)修井業(yè)務(wù)卻呈現(xiàn)出了逆勢發(fā)展，以石化油服為例，2015年止，累計完成合同額7億美元。

工欲善其事必先利其器，設(shè)備生產(chǎn)廠商若要更好地占領(lǐng)市場，甚至引領(lǐng)市場，必須掌握地區(qū)市場對作業(yè)設(shè)備的要求和特殊性，開發(fā)出適應(yīng)市場的產(chǎn)品。筆者調(diào)研了中東地區(qū)修井作業(yè)設(shè)備使用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)修井設(shè)備在當(dāng)?shù)貞?yīng)用存在諸多問題。

2.中東地區(qū)對修井設(shè)備的要求及作業(yè)特點

2.1.環(huán)境對設(shè)備的要求

中東地區(qū)修井項目多位于沙漠地區(qū)，自然環(huán)境為典型的熱帶沙漠性氣候，氣候干燥，除春季、冬季降雨外，其余季節(jié)均無降水。日夜溫差大，夏季地表溫度最高達(dá)70℃，且風(fēng)沙大，冬季氣溫最低達(dá)到1℃左右。當(dāng)?shù)厮|(zhì)為富含礦物的咸水。由于中東特殊的自然環(huán)境，所以修井設(shè)備必須重點注意3個方面的問題：“防砂”、“防高溫”、“防水垢”。

2.2.修井機運行的可靠性

中東地區(qū)修井作業(yè)普遍為乙方承包，實行日費制，作業(yè)期間費用與故障期間費用單獨計算，如果修井機出現(xiàn)故障，影響了作業(yè)進(jìn)度，將直接造成經(jīng)濟損失。因此提高修井機的運行可靠性，減少設(shè)備的故障率，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本是中東地區(qū)修井作業(yè)對設(shè)備的基本要求。

2.3.高效移運性能

國際修井作業(yè)工程服務(wù)市場發(fā)展趨勢，高效轉(zhuǎn)場移運已經(jīng)成為修井設(shè)備基本要求之一。中東地區(qū)小型車裝修井機必須在24 h內(nèi)完成井場搬遷任務(wù)，以中石化某作業(yè)隊在科威特作業(yè)區(qū)塊為例，其井場間搬遷規(guī)定：① 井間搬遷甲方要求時間區(qū)域內(nèi)為42 h，跨區(qū)域為60 h；② 修井機井間距離在1000 m以內(nèi)時，若早7點放井架，則下午1點搬家公司撤離時，井架、鉆臺已安裝到位。整機只需8～10 h可安裝到位；③ 放井架只允許白天進(jìn)行，下午2～3點不允許搬遷。④ 搬家費用按1.8 d計算，為8100 KD (1 KD約22元人民幣)，其中付給搬家公司3000 KD。因此修井機應(yīng)該不斷研究提高方便快捷、省時省力、減少搬家時間，以提高修井設(shè)備的競爭力。

3.中東地區(qū)國產(chǎn)修井機存在的問題

3.1.設(shè)備資料不齊全

國內(nèi)修井機制造商往往不重視設(shè)備附屬技術(shù)資料，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備資料與設(shè)備不符、技術(shù)資料描述錯誤、關(guān)鍵技術(shù)資料缺失等等問題，造成設(shè)備監(jiān)督檢查不合格、更換備件無法查詢型號等諸多惡劣后果。因此，國內(nèi)設(shè)備制造商必須高度重視和提高設(shè)備技術(shù)資料的準(zhǔn)確度、完整度，否則將永遠(yuǎn)無法達(dá)到世界先進(jìn)制造的水準(zhǔn)。

3.2.缺乏統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及整體概念

目前修井機及其配套設(shè)備是由各廠家集成，廠家之間設(shè)計思路、施工水平參差不齊，導(dǎo)致設(shè)備雜亂無章，以各類管線為例，油路、水路、氣路、電路縱橫交錯，隨意鋪設(shè)，缺乏統(tǒng)一的規(guī)定。因此提高修井機及配套設(shè)備的整體設(shè)計概念和規(guī)范，是提高設(shè)備集成化、提升產(chǎn)品生產(chǎn)檔次不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

3.3.產(chǎn)品適應(yīng)性不強、設(shè)計完善措施不力

中東市場不同于國內(nèi)市場以及其他國際石油市場，由于其特殊性，對修井設(shè)備有著不同于其他的特殊要求。中東地區(qū)的修井機井架額定負(fù)載比國內(nèi)同規(guī)格的井架額定負(fù)載高出一個等級。由于晝夜溫差大，工作環(huán)境溫度也要求具有高溫、低溫的雙重技術(shù)指標(biāo)。除此之外，修井機配套設(shè)備也必須滿足中東鉆井工藝的特點和中東用戶的要求，因此國內(nèi)的修井機制造商必須在其現(xiàn)有基礎(chǔ)上，充分調(diào)研中東區(qū)域?qū)π蘧畽C各方面的實際要求，開發(fā)出滿足中東地域特點的修井機。

3.4.產(chǎn)品適應(yīng)性不強、設(shè)計完善措施不力

國產(chǎn)修井機關(guān)鍵部件質(zhì)量可靠，但非關(guān)鍵部件，尤其是易損件的質(zhì)量問題尤為突出。設(shè)備運行期間需使用人員不斷維修、更換優(yōu)質(zhì)配件，使設(shè)備性能穩(wěn)定，并達(dá)到現(xiàn)場使用要求。

根據(jù)中東地區(qū)設(shè)備跟蹤情況統(tǒng)計，鉆修井機的平均故障時間在4%～6%范圍內(nèi)浮動，而甲方規(guī)定的正常修井機月故障時間不能超過8 h (1%)，已經(jīng)大大超過了規(guī)定值。而修井機維護(hù)保養(yǎng)的費用平均占日費的3%～4%，甚至高達(dá)7%～9%，這充分說明國產(chǎn)修井機仍存在制造質(zhì)量不高、使用性能不可靠的問題。

3.5.修井機整體移運性能低

國產(chǎn)修井機已基本實現(xiàn)了自走模式，能夠滿足快速移運和轉(zhuǎn)場的要求，但修井機的配套部件，如鉆臺、泥漿泵、固控系統(tǒng)等設(shè)備依然沿用模塊形式，降低了修井機整機的移運性能，因此調(diào)研中東地區(qū)的運輸情況，整體考慮修井機配套設(shè)備快速移運方式也成為提升修井機性能的重要指標(biāo)。

4.中東地區(qū)國產(chǎn)修井設(shè)備的發(fā)展建議

4.1.提高設(shè)備特殊環(huán)境適應(yīng)能力

由于環(huán)境多風(fēng)沙，修井設(shè)備的關(guān)鍵部件，如發(fā)動機空氣濾、空調(diào)、絞車風(fēng)機、油箱呼吸閥等與空氣發(fā)生氣體交換的設(shè)備，尤其需要注意更換為防砂型號，若無專門的防砂配置，應(yīng)該考慮加裝風(fēng)機防砂槽、防砂濾網(wǎng)等防護(hù)措施。

夏季高溫也給修井設(shè)備的順利運轉(zhuǎn)帶來了相當(dāng)多的考驗，例如：各種液壓油、潤滑油變質(zhì)周期、動力設(shè)備及冷卻設(shè)備散熱，油缸、盤剎等關(guān)乎安全的設(shè)備橡膠密封件也會因為高溫的炙烤而失效。為了應(yīng)對高溫，在油品存儲區(qū)以及關(guān)鍵密封件區(qū)域應(yīng)加設(shè)遮陽棚等設(shè)施，防止陽光直射，如有必要可增加噴淋設(shè)施給修井設(shè)備區(qū)域降溫。

中東水質(zhì)富含礦物質(zhì)，加上高溫，水中的礦物質(zhì)極易結(jié)垢。因此修井設(shè)備冷卻系統(tǒng)中的散熱風(fēng)扇、水道管線、管道泵等設(shè)備的防垢、除垢也需要格外注意。在設(shè)備上應(yīng)醒目標(biāo)注對加注液體的要求和維護(hù)措施，提醒維護(hù)人員。除此之外，所有管線應(yīng)考慮便于拆卸，以便在管路結(jié)垢嚴(yán)重時便于更換。

4.2.提升修井設(shè)備可靠性

修井機的可靠性涉及到設(shè)備質(zhì)量、規(guī)范操作、維護(hù)保養(yǎng)等多個方面以及生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，此處僅探討國際設(shè)備制造商對產(chǎn)品的質(zhì)量把控措施。

修井機制造質(zhì)量遵循的標(biāo)準(zhǔn)較多，但設(shè)備總體主要需要遵循以下幾個標(biāo)準(zhǔn)：《API Spec Q1石油、石化和天然氣工業(yè)質(zhì)量大綱規(guī)范》、ISO 9001《質(zhì)量管理體系要求》、《TSGZ0004 特種設(shè)備制造、安裝、改造、維修質(zhì)量保證體系基本要求》。從實際操作方面主要分為3個流程。設(shè)計質(zhì)量方面應(yīng)該遵循圖1所示流程。

配套采購方面應(yīng)該遵循圖2所示流程。

生產(chǎn)制造方面應(yīng)該遵循濾網(wǎng)式檢驗體系流程，如圖3所示。

4.3.提升設(shè)備移運性，縮短作業(yè)準(zhǔn)備時間

因中東地區(qū)多為沙漠地區(qū)，地質(zhì)松軟，為減少挖地錨坑等作業(yè)前準(zhǔn)備工作，修井設(shè)備應(yīng)盡量采用無繃?yán)K或自緊繃?yán)K技術(shù)。無繃?yán)K修井機去掉了風(fēng)載繃?yán)K，自緊繃?yán)K修井機是將風(fēng)載繃?yán)K固定在修井機機體上，不需要挖地錨坑和安裝繃?yán)K樁，因此修井機的安裝和拆卸工作時間都大大縮短。

無繃?yán)K井架或自緊繃?yán)K井架必須進(jìn)行井架建模計算機有限元分析，如圖4、圖5所示。計算結(jié)果必須滿足API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的風(fēng)速要求，如表1所示。

由于中東多沙漠，地勢開闊，除常規(guī)主機更換沙漠輪胎的措施以外，鉆臺、泥漿泵、固控系統(tǒng)等設(shè)備可采用拖掛形式，提高整體移運性能。設(shè)計時需著重考慮拖車行走性能，并相應(yīng)地在總體重量分布、動力配置上做出調(diào)整[1]。拖掛車在沙漠地區(qū)正常行駛，必須滿足：

式中：Ft為驅(qū)動力，N；Ff為滾動阻力，N；Fw為空氣阻力，N；Fi為坡度阻力，N；Fj為行駛阻力，N。

根據(jù)發(fā)動機動力計算驅(qū)動力，即：

式中：Te為變扭器最大輸出扭矩，N·m；Ig為變速器某一檔的傳速比，1；Io為主減速器速比，1；η為傳動系統(tǒng)某一檔的機械效率，1；μ為發(fā)動機外特性修訂參數(shù)；rd為驅(qū)動輪的動力半徑，m。

Figure 1.The process of design quality圖1.設(shè)計質(zhì)量流程

Figure 2.The process of supporting procurement圖2.配套采購流程

Figure 3.The process of filter screen type inspection system圖3.濾網(wǎng)式檢驗體系流程

Figure 4.Finite-element calculation model圖4.有限元計算模型

Figure 5.The result of finite element calculation圖5.有限元計算結(jié)果

Table 1.The results of standard test system表1.標(biāo)準(zhǔn)試驗系統(tǒng)結(jié)果數(shù)據(jù)

拖車滾動阻力計算：

式中：ma為汽車的總質(zhì)量，kg；α為道路坡度角，(°)；f為滾動阻力系數(shù)(見表2)，1；g為重力加速度，取值9.81 m/s2。

Table 2.The value of rolling resistance coefficient表2.滾動阻力系數(shù)取值

拖車坡道阻力：

拖車加速阻力：

拖車空氣阻力：

式中：CD為空氣阻力系數(shù)，取值為0.5～0.9；AD為汽車迎風(fēng)阻力面積，m2；V為汽車的行駛速度，km/h。

5.結(jié)論

通過調(diào)研中東地區(qū)修井作業(yè)要求及設(shè)備使用情況，發(fā)現(xiàn)受中東地區(qū)熱帶沙漠性氣候環(huán)境影響，尤其以風(fēng)沙、高溫環(huán)境及高礦質(zhì)水影響，國產(chǎn)修井機在當(dāng)?shù)氐氖褂么嬖谥T多問題，今后需在提升設(shè)備環(huán)境適應(yīng)能力、設(shè)備可靠性、移運性能及縮短作業(yè)前準(zhǔn)備時間等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

References)

[1] 徐達(dá), 蔣崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京: 北京理工大學(xué)出版社, 1998.

Research and Thinking o f Developm ent Trend of Workover Rigs in the Midd le East

Congbang Zhang
Sinopec International Petroleum Engineering Corporation, Beijing

Based on the investigation of the status for w orkover rigs operated in the Midd le East Area, the requirem ents and developm en t directions of w orkover rig equipm ent from the m arket of w orkover operation in the M idd le East Area w ere system atically in troduced.W eather’s im pact and the requirem en ts o f w orkover operations for its reliability and fast m obilization w ere described.The current p rob lem s of dom estically m ade w orkover rigs used in the Midd le East Area are discussed, and suggestions are pu t forw ard for the developm en t o f w orkover equipm en t in the M idd le East Area.

The Midd le East Area, Workover Equipm ent, Developm en t Direction

Received: Aug.1st, 2016; Accepted: Oct.7th, 2016; Published: Dec.15th, 2016

Copyright ? 2016 by author, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

張從邦(1970-)，男，高級工程師，主要從事中東地區(qū)的石油工程服務(wù)業(yè)務(wù)及設(shè)備管理。

2016年8月1日；錄用日期：2016年10月7日；發(fā)布日期：2016年12月15日

文章引用： 張從邦.中東地區(qū)修井機發(fā)展方向探討與思考[J].石油天然氣學(xué)報, 2016, 38(4): 97-103.http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.384042