邊際油田液壓鉆機的設計及Ｇ－１２５鉆機的使用

Ｄｅａｎ　Ｅ．　Ｇａｄｄｙ　步衛玲

摘要 G-125 鉆機是一種專為邊際油田研制開發的經濟實用型鉆機，它的設計是油田鉆機設計的又一次革命。該鉆機采用學習曲線和互補技術（聯合井口和CT 完井），大幅度地提高了經濟效益。此外，它具有易于快速移運和復位的特點。因此，當鉆一口井的鉆進時間較鉆機移運時間短時，采用G-125 鉆機尤為適宜。

關鍵詞 鉆機；技術特點；自動鉆進；頂驅

中圖分類號 TE242 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2009）04-0052-03

在許多工作環境中，利用好“成本—效果分析法”已成為當今世界人們所面臨的一個新課題。幾年來，隨著技術日新月異的發展，人們面臨的挑戰不僅僅與“極端措施”或邊緣技術有關，而且還與一些目前不引起媒體注意的市場休戚相關。因為這一市場對能源工業起著十分重要的作用。

目前，眾多的石油公司已將目光瞄準了海濱邊際油田開采和高風險勘探冒險。因此，研制并設計一種滿足要求的鉆機迫在眉睫。本文介紹了新型鉆機G-125 設計標準，該鉆機特別適用于邊際油田的開采。此外，本文還對該鉆機工作22 個月的情況進行了總結。該種鉆機通常在意大利作業，它是一種適應于特殊油田要求而設計制造鉆機。

液壓操作:

G-125 液壓鉆機, 它具有操作簡便、工作平穩等特點。管子裝卸、鉆柱旋轉、井架和鉆臺起升均靠液壓傳動來實現。由于液壓油缸控制井架的起升，結果大幅度地降低了高度和重量，此外可在標準路面上運輸該鉆機。鉆機到施工現場，四個液壓油缸將鉆臺頂起。（最大高度為6.1m）鉆機的大鉗和卡瓦可自動和液動裝卸。

1 設計前提

在意大利，有大量的小遠景構造，由于它們的預計儲量有限，因此這些礦區以前從未開采。

一般說來，油層含有豐富的天然氣。天然氣垂直深度范圍通常為1 200m ～ 3 000m，預計產量為20 000 ～ 70 000m3/ 天。

開采這些遠景構造，通常不僅需要小型鉆機，而且還要求鉆機具有較強的機動性和較少的操作人員。這樣，可減少資金和對環境的不良影響.

評估這些要求后, 在THERMIE 計劃范圍內，“歐共體”提供了部分資金以支持新方案的實施。

該計劃分以下幾步驟：

1）設立專門的石油公司設計隊伍、鉆井承包商和鉆機制造商。

2）選擇一臺合適的液壓驅動鉆機。選用Soilmec 研制的小型鉆機，該鉆機專用于鉆水井。

3）成套使用，使投資最小，并借此驗證最初概念的正確性。第一代鉆機命名為G-100，并打算把它作為源于工程需要而設計的現行鉆機樣機。

4）現場測試，通過鉆三口井（兩口垂直井和一口斜井），來評估鉆機的技術狀況和可靠性并獲取設備效率和設備極限指標、技術規格等，作為以后設計G-125 鉆機作參考。測試之后，G-125 于1996 年7 月開始投入使用。迄今為止已在意大利完成了一系列陸上鉆井作業。目前Saitre 鉆機作業隊正在使用G-125 鉆機。“艾德科” 鉆井承包方與Saign 和Trevi（Soilmec's 母公司）已達成國際性協議。

2 技術特征

該鉆機由液壓驅動，所有部件裝在一個自行封閉的結構內，該結構一般不用拆卸。由于液壓動力易于操作且運行平穩，因此人們更愿意用液壓作為動力。用液壓作為動力可伸縮鉆臺和豎起井架，裝卸管子，旋轉鉆柱等。用液壓油缸來控制井架伸縮，可大大地減少鉆機的重量和長度，這樣就可在標準公路上運輸這種鉆機。

現場施工時，在拖車上，由4 個液壓油缸實現鉆臺的升降，使鉆臺達到合適的高度（高度可達6.1m）。井架的起升由另外的一對油缸實現，上述操作只需45 分鐘。同常規的鉆機比較，這種鉆機的升降操作容易并快捷。在鉆機升降的同時，所有液壓控制管線均安裝完畢。井架能自動豎起，而無須防風繃繩。

豎直的管架系統和一個與鉆機配套的搖臂吊車是該鉆機的另一個新穎設計。所有管子都能用集裝箱從基地貯運到井場。鉆機周圍共有12 個集裝箱，每個集裝箱均裝有3 排，累計18根3-1/2″的鉆桿。鉆井深度可超過3 000m。鉆機配有自動液壓卡瓦和動力大鉗。

由于井架配有鋼絲繩和滑輪系統，從而使油缸的沖次增倍。井架起升高度可達16m, 可裝卸3 排套管和鉆桿。此時最大的起升速度為1m/s.

裝卸管子時，通常只需要2 個人。

3 頂驅系統

頂驅由4個液壓馬達來完成，當轉速為60rpm 時，扭矩為3 600Kg/m。 連接鉆桿時，延伸并傾斜斜撐讓頂驅與單根（從小鼠洞引出）相連，隨后提升頂驅并與鉆桿相連。頂驅有一個用于提升并上緊套管的專用裝置，確保鉆機能獨立安裝套管。

套管插入井中同時充滿泥漿。整個系統（鉆盤和井架）的額定承載能力為160噸。液壓系統的特征是“下推”等作用等效20 噸的力。

鉆機運行時, 噪音小。在施工現場測量最大合成噪音級為82db，更低的噪音級正在研究之中。4 套隔音柴油發電機能提供1 600kW 的電能。此外，液壓鉆機不要求標準剎車，標準剎車是典型的噪音來源且不容易消除。鉆機裝在一個3 軸半拖掛上，重量為42噸。該鉆機配有：11 "×5000 PSI 環形防噴器（BOP）；11 "×5000 PSI 封閉/ 全封閉單閘板防噴器；11 "×5000 PSI 雙閘板防噴器；13-5/8"×5000 PSI 分流池。鉆井時，3 臺600 馬力的泵工作，充分保證鉆機的最佳性能，第3 臺泵一般作為備用泵（因此縮短了停機時間），同時也用于固井作業。上述作業需要1 個散裝水泥緩沖罐和2 個混砂罐（容積分別為18m3 和7m3），該鉆機可單獨進行固井作業。鉆機還集泥漿系統于一體，泥漿系統由3 個泥漿罐（泥漿罐理論容積為122m3）和一個容積為50 m3 輔助罐組成。該輔助罐既可作水泥罐也可作蓄水池。

泥漿清洗系統包括2 個Brandt ATL1000 振動篩，一個除氣器和一個細巖屑聯機M/V CD350 離心機。

4 自動鉆進

由于采用液壓設計，鉆井時很容易實現自動鉆進。此外，從控制盤上可選擇恒定或可變鉆壓、預設鉆井速度或恒定扭矩。司鉆應保證設定參數的正確性。可設定報警和自動停止鉆進以防異常情況發生。卡鉆時，超載提升的預定值和，或扭矩能防止鉆柱意外損壞。

一整套傳感器控制主鉆機功能，聯機鉆進參數數據采集系統在司鉆控制臺上顯示實時信息，也能報警。鉆進數據能在鉆井辦公室里顯示并儲存，鉆井參數的硬拷貝可從回放或實時數據中復制。相同的數據可實時地反饋到公司鉆進數據庫中。鉆井隊至少由10 人組成，每天4 人（鉆井技師1 名、機械工1 名、電工1 名、裝卸工1 名），實行3 人（司鉆1 名、助理司鉆2 名）2 班制。

目前，該鉆機正按合同要求在鉆井。該合同還包括額外的

服務項目（固井和上緊套管）。

5 主要設計優點

1）移運快捷

鉆機安裝和拆卸能節約時間35% ～ 40%。如果搬移100000m，G-125 在6 天即可完成鉆機的拆卸。搬移并安裝鉆機到新的施工地點。搬移時，需要28 個標準裝車。

2）結構緊湊

由于鉆機較低，鉆機外形尺寸可減小到30m×30m, 垂直管架系統能將包裝好的管材從基地運輸到井場。將需要的陸地空間減到最小，并縮短在鉆機施工現場下套管和油管檢測和準備時間。

3）良好的頂驅工作性能

在快鉆進期間，液壓保持良好工作性能，由于充分利用背部擴孔潛能，所以將起下鉆時間降低到最短。

6 現場經驗

1996 年5 月，新型G-125 鉆機已在意大利北部米蘭附近完成了一系列7AGIP 油井的作業任務，這標志著該鉆機的工作性能達到了設計要求。Gisolo 1 # 為該鉆機所鉆的第一口井，該井也是一口丘林地區的垂向探井。總深度設計為3000m, 井眼尺寸為4-1/8″。使用A 3-1/2″的鉆柱。就地理原因而言，6-1/8″相位加深從2 400m-2 510m。經測井后，確定停止鉆進。各種階段（相位）12-1/4″、8-1/2″和6-1/8″的鉆進參數是滿意的。下套管時間和井口操作和常規鉆機性能相同。

San Gervasion 2 Dir 井是一口斜井，最大偏斜度為53o。即使是最好的地面，完成鉆進總深度為2 400m, 包括下3 個套管鉆柱這一任務，計劃需要13 天（309h）, 然而，該鉆機僅用了8 天(190h)，就圓滿地完成了任務。

鉆井時間差不多縮短了40%。鉆該井時，采用了一個緊湊型（組合型）井口，雙層同心管開采時采用2″撓性油管完井。

開采第4 口井（Cortemaggiore 57） 和第5 口井（Barzaniga 1 ）同開采其它井相比，有較大差別。因為不同的井眼直徑和采用了其它的試驗鉆具。

鉆第6 口井時，機械鉆速（Rate Of Penetration） 從15m/h 增加到35m/h，鉆機深度從75m/ 天增加到300m/ 天。此外，法定時間由鉆第一口井的450h，而鉆最后一口井僅要120h。（包括安裝井口/ 防噴器裝置、下套管和固井操作、起下鉆、停機時間等等。）

同用常規鉆機鉆井估計成本相比，鉆井成倍可下降12%~24%。

目前，G-125 鉆機正在Sicily 作業，迄今該鉆機已鉆了3 口井（ Monteferrante 1 和Acquavena，Fiume Salso 1 Dir）, 第四口井，Comunelli 1 將于1998 年3 月31 日開鉆。

7 前景與展望

在操作性能、人事培訓和現場等方面正在進行連續優化過程。由于第一臺精密的樣機良好的工作性能和設計經驗。Saitre 已經承擔一個開發更好鉆機的任務，該新型鉆機叫G-200，到1998 年第三季度將投入使用。“G”型鉆機的海上應用正處于評估中，它們可能從整體結構的修井機到安裝在中間結構和多功能的船上。

8 結論

G-125 型鉆機能滿足設計要求、并超過了所要求的技術指標。G-125 型鉆機設計的關鍵是減少重量和體積、增加自動化程度并減少施工人員。

操作方和承包方優勢互補的協作，為發展新型鉆機提供了良好的契機，該鉆機能經濟有效地鉆淺井和中深井。