快移ZJ30DBT钻机的开发与研制_佘理鸿

新产品开发快移Z J30D B T钻机的开发与研制佘理鸿　陈新龙　罗天保(江汉石油管理局第四机械厂) 摘要　为提高钻机的移运性能,适应石油装备市场竞争,研制开发了Z J30D B T交流变频电驱动丛式井全拖挂快移钻机。

钻机的设计和制造依据“性能先进、工作可靠、运输方便、运行经济”的原则,具有安装和拆卸方便快捷、移运迅速、稳定性好、钻井效率高等优点。

钻机同时适应丛式井作业,在丛式井井口移运时,使用电缆移运车拖运管线,电缆管线等连接均采用快速插头,方便快捷。

现场试验及应用表明,该钻机移运最快速度60k m/h,整套钻机在10k m距离内搬迁时,用时少于17h,在丛式井作业中,9m内搬迁用时少于5h。

关键词　快移钻机　全拖挂　变频驱动　丛式井装置　电缆移运车　滑移装置0　引　言我国现有的钻井设备庞大、笨重,搬家困难,钻井效率低,已经不能满足市场的要求,特别是钻深为3000、4000m的中深井钻机,由于钻井周期相对较短,要求短时间内完成搬迁。

而目前在市场上没有移运拆装方便,搬迁时间短,操作简单安全,性能先进,移运好的中深井钻机。

因此,开发出一款既适合油田中深井的开发需要,又能够节约钻井成本、缩短钻井周期的新型钻机成为迫切需要。

为此,江汉石油管理局第四机械厂研制开发了快移Z J30D B T丛式井全拖挂钻机,该钻机能充分满足丛式井钻井作业需要,所有配套设备采用拖挂式结构,在移运时能够实现快移快装。

快移Z J30D B T钻机总装时不需要起重机或特殊的设备,并且装配方便,耗时少。

钻机除常规配置外,还配备包括交流电、顶驱装置、司钻控制室和其它钻井时需要的现代化设备。

该钻机适用于沙漠油田或地势较为平坦开阔、交通比较便利的油田。

钻机的设计和制造依据“性能先进、工作可靠、运输方便、运行经济”的原则,具有安装和拆卸方便快捷、移运迅速、稳定性好、钻井效率高等优点。

整套钻机在10k m距离内搬迁时,用时少于17h;在丛式井作业中,9m内进行搬迁用时少于5h。

该钻机自动化程度高、性能先进、移运快捷方便,具有较好的市场前景。

1　技术分析1.1　整机方案概述快移Z J30D B T钻机设计的主机系统主要搭载在2台拖车上面,主机拖车主要搭载井架、绞车、主液压站、钢丝绳卷筒;钻台拖车主要搭载钻台、猫道及B O P一体及丛式井钻井系统。

此外,钻机固控系统、钻井泵、电控系统等均采用拖挂形式,充分体现了移运方便快捷的特点。

该钻机同时设计开发了主要由滑移装置、电缆移运车、泥浆管路、滑移控制系统组成的钻机丛式井移运装置。

该装置实现了钻机纵向大跨度多口井的钻井能力。

该装置设计为独立模块,可根据用户需求灵活配置,快移Z J30D B T钻机除能完成单口井作业,增加此套系统,可使钻机实现丛式井作业。

这样,既可以为用户大大节省钻机的购置成本,又提高了钻机的设备使用率。

钻机在井场移运过程中,所有拖车均可用标准牵引头牵引,适应标准的牵引车,其中移运小车接口采用S J标准接口,有很强的互换性,提高了钻机移运效率。

整套钻机在10k m距离内搬迁时,用时少于17h,钻机进行丛式井作业时,分为随井口移动部分和固定部分。

随井口移动部分主要包括井控拖车、补浆罐拖车、处理罐拖车和主机(包括井架、钻台、绞车、井架拖车);固定部分主要包括水罐、油罐、发电机组、钻井泵组、V F D房、—41—2009年　第37卷　第10期石　油　机　械C H I N AP E T R O L E U M M A C H I N E R YDOI:10.16082/ ki.issn.1001-4578.2009.10.007吸入罐和储备罐(根据用户需要配置)。

丛式井的布置方式为:在一个平面内,直线布置3口井,各井口之间的距离为25m,每口井的钻井深度在1600～3000m之间。

钻井时,沿直线方向依次钻井,当第1口井钻探完成后,将钻机的井控拖车、补浆罐拖车、处理罐拖车和主机等设备沿直线向第2口井平移25m,连接好各种管线,进行第2口井的钻探,依次类推,直至完成整个钻井过程。

1.2　钻机主要性能参数名义钻深(114m m钻杆):3000m;最大钩载:1580k N;最大钻柱重力:900k N;绞车最大输入功率:551.25k W;提升最大绳数:10;钢丝绳直径:29m m;钻井泵型号:F-1000×2;转盘型号:Z P275;井架有效高度:33m;钻台高度:6m;传动方式:变频电动机传动;发电机组功率:2×1100k W;丛式井口数:3(直线布置);井口间距:25m;主机移动方式:液压滑移(步进式);滑移油缸最大压力:14M P a;滑移油缸最大推力/拉力:1048/818k N;滑移油缸安装距+行程:1360m m+540m m。

1.3　技术特点(1)快移Z J30D B T丛式井拖挂钻机动力驱动采用国际先进的交流变频驱动;主车及配套设备均采用拖挂式结构,大大缩短了搬迁移运时间,并简化了钻机的拆装工作;钻机能够实现在不拆卸的情况下整机短距离移动,满足丛式井作业的要求。

并且钻机配备一体化智能控制系统,对气路系统、液压系统、电路系统集中显示和控制。

(2)采用模块化设计,各模块接口采用标准制式,移运简单方便,节省了时间,节约了作业成本,降低了操作人员劳动强度。

(3)钻机结构紧凑,减少了井场占地面积。

(4)钻机满运输时有较好的通过性和稳定性;拆装快捷方便,满足快移快装的要求。

(5)钻机满足钻丛式井钻井要求,开发了先进的电缆移运车,整个移运过程只需展开电缆移运小车,无需拆装电缆。

2　关键部件的研制2.1　钻台拖车为实现钻机的快移快装和纵向大跨度井口作业,同时提高钻机的移运效率,钻机采用了全拖挂形式,研究开发了主机拖车和钻台拖车。

钻台拖车采用一线双桥移运小车结构,可以不拆钻台及滑板,将猫道收回采用销连接,直接通过拖车运输;所有配套拖车均采用R O C K O V E R结构拖车,拖车后端移运小车采用销连接可以互换,整个移运系统连接方便快捷。

钻台拖车移运示意图如图1所示。

移运时,安装上一线双桥便能够长途运输,一线双桥通过油缸起升,可使钻台从工作状态转换到运输状态,不需要吊车。

同时可以将B O P放在钻台底座上同时运输,这既降低了钻台重心高度,又保证了移运的稳定性和安全性。

图1　钻台拖车移运示意图1—一线双桥移运拖车;2—油缸;3—钻台;4—B O P;5—猫道;6—连接过渡装置;7—滑板。

2.2　丛式井装置设计开发的步进式钻机丛式井装置实现了钻机的快移快装,满足了钻机丛式井作业要求。

丛式井装置的开发,使钻机能够在不拆井架、钻台等部件的情况下,实现近距离移运。

丛式井装置包括滑移装置、电缆移运车、钻井液管线、滑移控制系统等,利用滑移装置,不用拆卸便可移运到位。

装置由上层滑移座与下层滑移导轨组成。

上层滑移座利用油缸拉动的方式实现滑移。

钻台拖挂模块可以通过倒车的方式坐落在上层滑移座上,不需要使用吊车,去掉拖车头就可安装到位,如图2所示。

井架、绞车、液压倒绳机、盘刹液压站等均安装在井架拖车模块上,井场转移时,下落并固定井架后便可由井架拖车移运。

为实现井架拖车的快速安装,将滑移装置装上斜坡道,可以使井架拖车直接倒车与钻台实现对接安装。

在完井拆卸设备时,斜坡道可以帮助井架拖车开出滑移装置。

—42— 石　油　机　械2009年　第37卷　第10期图2　滑移装置滑移过程图1—主机拖车;2—上部滑移座;3—下部滑移导轨;4—B O P;5—钻台;6—滑移油缸;7—井架。

快移Z J30D B T钻机为交流变频调速电驱动拖挂钻机,当要求快移30D B T钻机进行丛式井作业时,滑移主机与V F D-M C C之间的电缆连接就成为一个问题。

要实现电缆的快速连接,就需要一个电缆的拖运载体,经过反复讨论与研究,最终采用电缆移运车的方式拖运电缆。

电缆移运车主要由底部导轨、移动小车、电缆拖链、快速接线板组成。

当需要钻下一口井时,移动小车在底部导轨上随井口的移动而移动,到位后,固定住移动小车,通过快速接线板插好电缆即可。

丛式井的布置方式为直线3口井,井口距离为25m,井口跨距大,如果整个井口线上均铺上下层滑移导轨,则结构庞大,运输不便。

为此,设计开发了多段可以互换的滑移导轨相连接,组成下层滑移导轨,各段滑移导轨之间由销轴连接。

当上层滑移座滑移,完全露出一段滑移导轨时,则使用叉车将此段滑移导轨对接到滑移方向侧,从而实现滑移导轨的重复利用,降低了制造成本。

通过以上的创新设计,大大增强了丛式井装置的可操作性,使钻机的安装方便快捷,既节约了制造成本,又减轻了操作工人的劳动强度。

2.2.1　滑移装置滑移装置主要为主机配备,在向下一口井移动时,将主机坐落在滑移装置上即可向下一口井滑移。

采用液压油缸推拉滑移,油缸动作1次,滑移0.5m,直至到下一井口。

滑移时,井架不用下放,立根(19m)放于钻台上,这样,大大节约了拆卸、安装时间及送钻杆到钻台的时间(可以不用送),也大大减轻了钻井工人的劳动强度,提高了钻井效率。

滑移装置分成上部滑移座和下部滑移导轨,装置高1219m m,滑移导轨高700m m,滑移座高519m m。

上部滑移座为滑移部分,采用液压油缸推拉滑移;下部滑移导轨包括2个销连接的9m长带有爪槽的滑移导轨和4个销连接的8m长带有爪槽的滑移导轨。

当滑移座滑移时,6个滑移导轨可以实现接力,使滑移座能够滑移更长的距离,滑移导轨则用更少的材料。

滑移装置设有上车坡道,方便安装。

2.2.2　电缆移运车由于井口之间的距离长达25m,钻机移动部分与固定部分之间的电缆需要很长且很重,不便连接。

电缆移运车即是运载电缆之用。

电缆移运车下部装有滚轮,在一个导轨上运行,需要移动时,用拖车头或绞车推拉移动,则电缆自动展开,到位后固定于导轨上;回拉或推就可以将电缆收回。

电缆移运车装载50m长的电缆线、电缆线的拖链及其电缆接线盒。

拖链能够卷起,卷起直径在1m左右。

电缆接线盒用于连接电缆拖车到井架拖车的电缆。

电缆移运车的结构见图3。

图3　电缆移运车的结构图1—移动小车;2—滚轮;3—下部导轨;4—电缆拖链;5—固定电缆盒;6—接线盒。

3　试验和应用情况江汉石油管理局第四机械厂已经成功生产试制1台快移Z J30D B T钻机,由美国N e i b o r s公司购买,并在阿曼作业。

钻机移运最快速度达60k m/h,运输、组装过程顺利,整个10k m井场移运用时16 h。

采用该钻机在沙漠中已成功完钻1口生产井,钻井深度3000m,整个钻井过程中钻机各系统工作正常。

经过酷暑等自然环境的考验和长距离运输,快移Z J30D B T钻机运转正常,满足钻井工艺的要求,具有较强的环境适应性和野外自持能力。

钻机在性能配备上具有较高的技术含量,在作业适应性及降低成本方面有极强的市场竞争优势。