在役钻机自动化改造技术方案与经济性分析评价

第４０卷　Ｖｏ１．４０　第４期　Ｎｏ．４　钻　采　工　艺　

Ｄ砒ＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ　・１０３・　

在役钻机自动化改造技术方案与经济性分析评价　李青松　（中石化胜利石油工程有限公司）　

李青松．在役钻机自动化改造技术方案与经济性分析评价．钻采工艺，２０１７，４０（４）：１０３—１０５　摘要：目前国内传统的钻井作业存在自动化水平低、工人劳动强度大、作业环境恶劣、作业安全性差等缺　点。胜利石油工程公司经过多年的攻关研究和推广应用，已形成成熟的在役钻机自动化改造技术方案，研制出相　应的自动化设备，并开展了现场应用与配套，应用结论证明经自动化技术改造后的钻机能充分满足现代钻井工艺　需要。在该技术与装备的基础上，对经济性进行了探索性分析与评价。　关键词：在役钻机；自动化改造；技术方案；经济性分析　ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００６—７６８Ｘ．２０１７．０４．３３　

近年来，随着全球石油工业的快速发展，钻井市场竞争　日益激烈，世界级钻井承包商抓住战略机遇，通过技术装备　的升级提升钻机的自动化和智能化水平，以提高作业安全性　及钻井速度…。相比国外，我国的钻井装备在钻深能力等方　面已经达到世界先进水平，但钻机自动化解决方案还明显落　后于国外同行，存在很大差距，具体表现在钻机常规管柱处　理作业主要依靠较为落后的人力作业模式，劳动强度大，效　率低下，作业安全难以保证，市场竞争力差。因此，在当前石　油行业寒冬期，投资减少的行业背景下，进行在役钻机自动　化改造技术研究与装备配套更具必要性和迫切性　Ｊ。　一、技术现状　目前国内钻井作业现场管柱输送、上卸扣及井口操作等　工作繁重危险　。主要采用电动或气动小绞车吊运加人工　推拉等辅助方式完成管柱在地面与井口之间的输送；依靠液　气大钳等完成钻井管柱的上卸扣操作；起下钻主要还是采取　手工开合“两吊卡”轮换的起吊下放方式；钻杆的排放还是以　手工操作为主，起下钻需要井口操作人员在井口与钻杆排放　架间来回推拉立柱　。　二、在役钻机自动化改造技术方案　为解决上述问题，针对在役老钻机整体结构布局特点，　在不影响钻机的整体起升性能和功能、不对钻机底座及井架　进行改动的基础上，结合钻机管柱输送以及排放的工艺流　程，制定了总体方案，通过多个自动化设备的配合，实现人力　的解放；实现管柱输送、建立根、排放立根以及井口作业的自　动化。主要自动化设备单元包括动力猫道、钻台机械手、套　管扶正器、铁钻工、动力卡瓦、动力吊卡及二层台管柱自动排　放装置等设备单元。　整体改造技术方案如下：配套动力猫道代替人工实现管　柱在地面与井口之间的自动输送；钻台面上布置安装铁钻工　代替传统的液气大钳完成钻井管柱的上扣和卸扣操作；用液　压动力吊卡和动力卡瓦“一卡一吊”的操作方式代替人工开　合“两吊卡”轮换的起吊下放方式；安装钻台面机械手和二层　台自动排管系统代替人工完成起、下钻时在井口与钻杆排放　架间来回推拉立柱。动力猫道由单独液压站提供动力，并进　行单独控制；其余单元设备由综合液压站集中提供动力，并　由副司钻在司钻房通过操作椅控制上述自动化设备实现集　中控制。　１．地面排管架与钻台面之间管柱自动输送　钻井作业现场需要完成钻井管柱在地面排管架与钻台　面之间的往返输送，研制的动力猫道可从排管架的指定位置　自动抓取管柱，翻转到动力猫道的Ｖ型输送架内，输送架通　过绞车提升至钻台面，然后由输送架上推车将管柱输送至井　口或小鼠洞位置（如图１）。上述全过程均由操作人员远程　一键式操作，实现了管柱输送过程的自动化，减轻了工人的　劳动强度，提高了作业的安全性和效率。　动力猫道由底座、输送架、支撑臂、坡道、液压系统和电　控系统等部分构成。　２．井口自动化作业　井口自动化工具主要有动力吊卡、动力卡瓦、钻台多功　能机械手、铁钻工等，以辅助完成钻柱输送、立根排放、自动　上卸扣等功能。　

收稿日期：２０１６—１１—１６；修回日期：２０１７—０７—１５　基金项目：中石化胜利石油工程有限公司项目“钻井管柱自动化处理系统示范工程”（编号：ＳＪＸ１７０１）。　作者简介：李青松（１９７０一），硕士，高级工程师，毕业于上海交通大学，现从事项目及投资计划管理工作。地址：（２５７０００）山东省东营市　东营区济南路２５８号胜利石油工程有限公司财务计划处，电话：（０５４６）８７７１８０７，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｑｉｎｇｓｏｎｇ．ｓｌｙｔ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｔｏｍ　－ｌ０４・　钻　采　１　艺　１）１／１１　【．１ＮＧ＆ＰＲ（）ＤＩ　ＣＴ１ＯＮ　ＴＥＣＩＩＮＯＩ　‘）（；Ｙ　２Ｏ１７年７月　

Ｊｕｌｙ　２０ｌ７　

图ｌ　地面排管架与钻台面之间管柱自动输送　怵的做法足在钻台面上布　安装钦钻．１：代外传统的　液　人ｆｆｆ完成钻蚌管梓的Ｉ－Ａ，和卸扣操作；川液Ｊ＿Ｉ　动力吊　干ｆＪ动力卡乩“一　一吊”的操作方式替代手　合“『埘吊卡”　轮换的起吊　放方式；安装钻台　机械手代替人，Ｊ　完成起、　下￣－？ｉＨ，ｔ在外ｆ　ｆ＿Ｊ　钻杆排放架问来回推拉立柱　（１判２）。　

图２井口自动化工具整体布置方案　３．二层台立根自动排放　起下钻作、　中，拆下来的各个０　根需要排放到　根台　上，这就　把符个立根从扑¨化　移至指梁和　根台之　ｆ々统的作、ｌｌ，　式足：二层台　１～２人，钻台ｔｎｉ配１人，　通过麻绳或　把钻杆推人指梁和Ｊ　根白，实现●　根的人　¨　放　、　个过程中二层台和钻台叫Ｊ二一“仃ｌ　人参　作　业，　发　隐患，而且劳动强度很大。　为此，＂　Ｊ　二层　根自动排放设箭研究Ｊ　作，结合　伎钻饥外架结构特点，综合考虑最大限发减轻起卜立根时　对Ｊｆ：架饱）ＪＪｌ的载倚及安装二层向●　根自动排放没箭后不影　响仆架的　体起，｝，决定采月ｌｊ扶持式结构．．　二－ＩＺ－白矗　ｆ｛动排放设备设计行旋转、仲缩、升降、夹持　和Ｊ扶ｆ　等多个机陶（图３），可以实现外Ｅ】干¨指　之Ｍ空间的　精确运功平１１定似，通过远程司钻操控・ｌＩ完成●　１士！　：口　二　指　之『【ｌ】的递送和排放，实现＿ｒ　根排放过程的自动　化，¨时也达到Ｊ　减少人员配置，淌除安令风险，提高作业效　率的｝ｌｊ的　

三、现场应用　２０１６｛卜９）－ｔ，卜述自动化设备整休配套ｊ刈２５４３５ＳＬ井　队，在脞利油｝１］水１１１一斜２和永１　１　ｌ一斜２Ｂ进行Ｊ　２　ｕ井　现场心川，－＇Ｊ￣ｉｄ　Ｊ　系统的输送管｝　ｔ－．卸扣、排僻、抓管等全　部功能．．试验结　丧叫，该系统可以显著减轻　人的劳动强　度，施Ｊ－山４～５人减少至１～２人，实现了井架二层台、井口　无人化作业，性能优越可靠？　图３二层台立根自动排放装置　四、改造、配套内容及费用　结合原钻机　套没备情况，自动化设备的改造从以下两　方而进行：一足以先进的自动化设备替换原钻机配会的同功　能设备，以提离波　的呵靠性、安全性和自动化水　；二足新　增雕ｆ１动化程　较离的先进没备、仪表，进行满足铺仆　１：艺　要求的新增功能　改造，合计投资费用４８５万元，蜓换、新增　设备及投　费用见　１。　表Ｉ　项目改造投资费用表　政造项目　投资费用　原钻机　序　／套　／万元　套设备　ｌ　勘　遭　１ｏｏ　坡道、｝；１｝逆　’　铁钻ｒ　ｌ３０　液　Ｃ人钳　一　３　葫ｉｉ卡瓦　２８　普埘　此　４　渤｝３吊　３２　爵通ｆｎ　ｋ　５　计白机械　２５　尢　６　Ｊ　白、７．１ｆ＝【＇｝ｆ　１动排放装置　Ｉｌ（）　尤　７　编ｒＩ　制司钻房　６０　ｌ乜控　五、经济性分析评价　进行在役钻机ｆ】动化改造不仅是钻井自动化、智能化发　腱趋势需爻，也是贯ｆｔｕ中石化石油上程公司发展战略，艇活　现有资产、加快队优和装备向优质、高效市场集中，做强做大　市场的需要，　足　ｆ，前形势下　油］　程队伍生存干¨发展的需　要，其经济性在　：　（】）呵提高铺机ｆ：ｊ动化水平，提高钻井作、ｆ　安个性　，目　前钻井现场所有管桂处理环节都需要大量人ｊ二参　并与管　柱发生直接接触，　易发生管柱滑落砸伤、央伤、死亡事敝；　通过自动化设备改造　可大幅度提高安伞牛产水平，使一线　工人免受伤亡，保护一Ｉ　人的安全和健康，具有显著的安全生　产效益和社会效益。　（２），ｊ－减少钻＂Ｉ　人配置，减少钻外人上成本　、钻机自　第４０卷　Ｖｏ１．４０　第４期　

Ｎｏ．４　钻　采　工　艺　

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动化设备改造费用合计为４８５万元，设备折旧按照直线折旧　法，折旧时间为１Ｏ年，设备残值为设备原资产值的３％，年折　旧费为（４８５—４８５×３％）／１０＝４７万元，设备运输、维护保养　及易损配件费用每年为８万元，合计支出５５万元。　经自动化改造后每班组比标准定员可减少３人，按照每　支井队配备２个班组计算，则每支井队可减少用工６人；胜　利石油工程公司井队工人综合用工成本费用为１５万元／年，　合计每年每支可节约人工费用支出９０万元。按照胜利油田　钻井队１４０支计算，每年可节约人工成本１．２６亿元，经济效　益显著。　（３）大幅降低劳动强度，优化作业环境。目前作业现场　管柱的处理、上下吊卡、缓冲钻具到井口、二层台排管等都需　要人工来推拉、提放等操作，劳动强度大，重复性强；特别是　雨雪湿滑天气更增加劳动强度与作业风险，配套自动化设备　后则只需在司钻房操作按钮进行上述作业，并且其构件不易　受损，维护简单，管理人员和劳动强度较低，作业环境得到大　幅优化。　六、结束语　在役钻机自动化改造为钻井作业提供了安全保障，各　设备单元间协同作业实现了管柱在地面、井口与二层台之　间的自动输送、上卸扣、排放等，自动化操作代替了传统的　高危作业方式，能够使人员远离恶劣的工作环境，最大限　度地减轻工人的劳动强度，进一步提高钻井效率和钻井质　量，对提高钻机自动化水平、钻井安全性和经济性等具有　重要意义。　

参考文献　［１］张家明．向世界石油钻机制造强国迈进［Ｊ］．石油科技论坛，　２００４（０４）：１５—１７．　［２］张吴湖，白真权．关于我国石油钻机的发展建议［Ｊ］．石油矿场　机械，２００４（０２）：１８—２１．　［３］于兴军．宋志刚．国内石油钻机自动化技术现状与建议［Ｊ］．石　油机械，２０１４，４２（１１）：２５—２９．　［４］张鹏飞．石油钻机自动化一智能化技术研究和发展建议［Ｊ］．　石油机械，２０１５，４３（１０）：１３—１７．　［５］常玉连．钻修井作业吊卡现状分析与发展［Ｊ］．价值工程，２０１２　（１３）：４８—４９．　（编辑：郭睿）　

（上接第１０２页）各井中凝析水对返排液密度的影响　情况。考虑凝析水影响的返排液密度计算方法如　下：　Ｐ返排液理论＝［　气Ｒ　ｗｇｐ￣，＋ｐ压裂液（　返排液一　气　尺　）］／　排液　式中：ｐ返排液理论一返排液密度计算值，ｇ／ｃｍ　；　～气　井产气量，１０　ｍ　；Ｒ　一凝析水气比，ｍ　／１０　ｉｎ　；　Ｐ凝析水一凝析水密度，ｇ／ｃｒｒｌ　；ｐ压裂液一压裂液测试密　度，ｇ／ｃｍ　；　一返排液的体积，Ｉｎ　。　３．实例井计算　应用考虑凝析水产出对返排液密度影响计算方　法对克深气田典型井进行计算分析。一类井返排液　密度计算值和实测值非常接近，说明凝析水对返排　液密度降低起主要作用。另外一类井，返排液初期　密度下降快，凝析水对初期密度下降作用小，凝析水　对后期密度下降影响大。该类井应该有其它外来水　的稀释作用，包括压裂后的可动水或钻井液漏失液　的稀释作用，以及局部可动水的稀释作用。克深气　藏单井测井解释也显示，含水饱和度变化较大，存在　压裂后沟通含水饱和度较高的区域，饱和度大于地　层水临界流动饱和度的局部水将参与流动，从而导　致返排密度降低。　四、结论　（１）盐析会导致液相密度增加而不是降低。　（２）克深气藏加重压裂液返排过程中在目前地　层和井筒条件均不会发生蒸发盐析现象。　（３）加重压裂液返排时密度降低的主要原因是　高温气井产出凝析水、部分可动水或可动束缚水的　稀释作用、以及加重压裂液沉降和吸附作用引起。