石油鉆機移運裝置應用研究

董　輝，常寶華，馮彥偉，姬　智

(1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，蘭州 730314；2.川慶鉆探工程有限公司 川西鉆探公司，成都 610051)*

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石油鉆機移運裝置應用研究

董輝1，常寶華1，馮彥偉1，姬智2

(1.蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，蘭州 730314；2.川慶鉆探工程有限公司 川西鉆探公司，成都 610051)*

摘要：鉆機整體的快速移運提高了鉆機的使用效率，節省了大量鉆井成本。隨著鉆機裝備的發展，越來越多的海洋鉆井平臺和陸地石油鉆機配備了不同型式的鉆機移運裝置。對較為常用的幾種鉆機整體移運裝置做了整理，對比了這些裝置的功能和優缺點，列舉了對應裝置的實際使用情況，為設計者在鉆機移運裝置設計過程中選擇合理結構提供參考。

關鍵詞：鉆機；移運裝置；功能；優缺點

早在20世紀70年代，美國的大型石油設備公司就開始研究5 000～6 000 m鉆機的整體搬遷，另據研究表明，采用免拆卸快速移動鉆機技術后，鉆井周期明顯縮短，開發成本大幅降低[1-2]。目前，世界范圍內各個鉆機廠商采用各種方法提高鉆機的移運性能，從而改善鉆機搬遷過程中安裝時間長、運輸車次多等問題，以降低鉆井過程中的輔助成本[3]。我國石油裝備已經占領部分國際市場，但平均建井周期與國外先進水平存在一定差距，因此，提高我國石油鉆機在世界石油設備市場的地位，提升鉆機的搬遷效率是一種行之有效的方法[4]。

1拖車式移運裝置

原蘭州蘭石國民油井公司研制的Ideal Rig、四川宏華石油設備有限公司研制的Beyond Rig及寶雞石油機械有限公司和第四石油機械廠等企業研制的拖車型式的鉆機整體移運系統滿足了現代鉆井承包商對作業周期短、設備使用效率高和鉆井成本低等要求[5]。拖車移運裝置將底座和井架分別用拖車牽引至目的井場。此類型裝置要求在鉆機底座安裝承載鵝頸、起升系統和承載輪軸，移運時起升系統托起底座，裝上承載輪軸，大噸位牽引車通過牽引拖臺連接底座上的牽引鵝頸移運鉆機底座，如圖1所示。

1—牽引車；2—承載鵝頸；3—牽引拖臺；

井架移運時，井架下放至水平，在井架上安裝游動系統托架并固定游車大鉤，在天車后部安裝前托架并與牽引車連接，井架拖車安裝在井架下端。安裝完成后，牽引車拖至目的井場。如圖2所示。

1—牽引車；2—井架前托架；3—井架；

2006年，勝利油田在SINOPEC103鉆井隊的ZJ70/4500D鉆機配備了拖車式移運裝置。在地面為硬路面的條件下，該裝置底座采用5.7 m的輪距，井架采用7.0 m的輪距，每個車次具有280 t的運輸能力；運輸過程中，鉆機底座具有橫向±6°的擺動角度；最高移動速度為15 km/h，最大續行里程15 km。在使用過程中存在以下不足：拖座與井架和底座的對接麻煩；運輸過程中制動能力不足；遇較急的轉彎時無法順利通過。

鑒于上述急需改進的問題，寶石公司在原基礎上進行了如下改進：重新設計新型結構統一的拖座，并采用液壓缸分別連接井架和底座，利用已有液壓源在每個輪軸加裝液壓盤式剎車，增加旋轉功能應對急轉彎；合理的車橋設計提高了系統的可靠性，改進后的拖車式移運裝置的實際使用效果良好[6]。

2步進式移運裝置

鉆機的步進式移運裝置即在鉆機底座底層4個角安裝液壓系統的行走裝置。移運時，與井架豎直方向相同的頂升液缸伸長將鉆機整體抬升一定距離；其次，平移液缸沿水平面方向伸長推動4個移運滑車在軌道上移動，即推著鉆機移動相同距離；到位后，頂升液缸泄壓使鉆機落地，繼而平移液缸縮回，并帶動導軌恢復初始狀態。上述過程為一個步進動作，如此循環數步將鉆機在井架和底座不下放、滿立根狀態下沿鉆臺面的橫向或縱向平移。目前，在移運裝置上安裝有旋轉操作桿，從而實現鉆機沿預定角度移動的功能。

該移運裝置共由3部分組成：底座的連接裝置和起升液缸組成的起升模塊，滑車總成和平移液缸組成的平移模塊，液壓源和各種配套的液壓件及電控設備組成的控制模塊。結構型式如圖3所示[7-8]。

1—底座中層；2—底座底層；3—頂升液缸；

后來在此基礎上，出現了多輥式鉆機整體移動裝置，將操作旋轉桿改為液壓桿推動轉向機構，換向時控制操作更方便，在不卸載立根狀態下整體360°任意方向平移，非常適用于油田的叢式鉆井作業[9]。例如：第四石油機械廠的SZJ450D步進式鉆機在焦石壩應用，僅3 h完成鉆機滿立根整體移運，移動路線為L形，移動總長為15 m，大幅縮短了建井周期。

3滑移式整體移運裝置

滑移式整體移運裝置在海洋鉆井平臺和陸地鉆機中都有采用，例如：番禹4-2/5-1固定式作業平臺的鉆機移動系統；原蘭石廠生產的ZJ45D型鉆機的步進式液缸推拉系統。鉆機整體移運裝置采用導軌步進式結構，主要由組合式滑軌和液壓平移裝置組成。底座底層下兩側的滑移導軌上預設了距離相等的矩形槽，2個移動液缸加壓活塞桿伸出(或縮回)，同時推(拉)端部的棘爪插入導軌上的矩形槽中并卡好，然后油缸縮回(或伸出)帶動鉆機整體沿滑軌移動。鉆機移動方向改變時，只需將棘爪由前方搬到后方。導軌采用搭扣聯接，隨鉆臺的重復移動至井位，如圖4所示[10]。

1—底座；2—滑軌；3—滑軌連接耳板；

該移運裝置不需要舉升鉆臺設備，滑軌與地面接觸面積大，因此對地面基礎要求低。由于導軌接觸面開棘輪槽，降低了導軌承載能力并增加了加工難度，移運時滑動摩擦阻力較大，故該方式多見于在役鉆機改造。為解決棘輪槽降低軌道承載能力的問題，國外開發出液壓軌道加持器來代替棘輪鎖定導軌[11]。由于只能在1個方向移動，寶石公司于2007年針對該問題，發明了鉆機模塊直、彎道移動方法及移動裝置，可用于海洋鉆機模塊以及陸地大型鉆機模塊在直道、直道進入彎道、彎道及彎道進入直道的鉆機整體移動[12]。

4輪軌式移運裝置

輪軌式移運裝置是在滑移式移運裝置的基礎上，將滑動摩擦改為滾動摩擦，同樣采用液缸推動輪轂沿軌道實現鉆機在滿立根工作狀態下整體平移。鉆機準備移動時，底座4個角上的8個起升油缸將鉆機整體起升200 mm，拆除底座與軌道兩側臺肩的鎖緊裝置和墊片，起升油缸泄壓，車輪與軌道接觸；移動油缸伸長，推動鉆機沿導軌方向平移1個油缸行程；將油缸與軌道的聯接銷軸取下，油缸縮回至軌道的下一個步進孔，并裝上聯接銷軸，至此完成1個步進動作。上述過程循環反復直到將鉆機移動至新井位。起升油缸將鉆機整體起升200 mm使車輪懸空，再將鎖緊裝置和墊片安裝在底座與軌道兩側的臺肩上，其目的是在非移運狀態下保護車輪，且增加鉆機整體穩定性[13]。

2014年，在焦頁30號平臺的實際使用中，輪軌式移運裝置整體移運10 m，耗時57 min。該裝置具有以下優點：移運效率高，大幅縮短了移運時間；所需工作人員少且工作時間短，降低了工作人員勞動強度；輪軌式不需要在滑動接觸面涂抹潤滑材料，保護環境；鉆機重力及鉆井轉矩由導軌承擔，整體穩定性強；8個車輪能有效地提升整體承載能力，滾動式所需牽引力小，并且單步行程大。

1—底座；2—移動液缸；3—頂升液缸；4—支撐架；

5結論

1)對于井場間鉆機的搬遷，在路況條件允許情況下，井架和底座采用拖車式移運無疑是好的選擇。搬遷距離在50 km范圍內，該類型移運裝置可減少繁瑣的拆裝，提高設備使用效率，降低鉆井成本。若搬遷距離近且空中無障礙，可不下放井架，拖車整體拖至新井場。

2)在鉆叢式井過程中，無論是采用步進式行走移運裝置、滑移式移運裝置還是輪軌式移運裝置，都可在井架底座不下放，且滿立根移動，適用于在較小區域內鉆叢式井。

3)這幾種移運裝置中結構最為緊湊、安裝簡便且能實現水平面2個方向移動的只有步進式移運裝置，但由于移運過程中接觸面積較小，所以要求對地面提前硬化。滑移式移運裝置常見于現役鉆機改造，但實現橫縱方向移動結構過于復雜，滑動摩擦所需牽引力大，對設備要求高，且摩擦接觸面需涂抹潤滑脂或石墨等潤滑材料，對環境有污染。

4)輪軌式移運裝置由于采用滾動摩擦代替滑動摩擦，所需牽引力小；多個車輪承載能力高，軌道與地面接觸面積大，所以對路面要求低。由于只能單方向前后移動，導致輪軌式裝置在另一方向移運鉆機仍耗時耗力。

5)綜上所述，目前的鉆機整體移運裝置只能實現井架和底座不拆卸、滿立根的整體移運，但這些裝置平均減少鉆機搬遷2～3 d的時間和1/3的運輸車輛，節省了大量人力物力。隨著鉆機的自動化和智能化發展不斷發展，未來移運裝置的趨勢是將鉆機井架和底座周圍配套設備一同整體移動，并在此基礎上實現任意方向的遠距離移動。

Application Research of Drilling Rig Moving System

DONG Hui1，CHANG Baohua1，FENG Yanwei1，JI Zhi2

(1.LanzhouLSPetroleumEquipmentEngineeringCo.，Ltd.，Lanzhou730314，China;2.ChuanxiDrillingCo.,CCDC,Chengdu610051,China)

Abstract：The rapid moving system of a whole drilling rig not only improved the work efficiency but also saved a lot of drilling cost.With the developing of drilling rig equipment，more and more offshore drilling platforms and land drilling rigs choose applicable moving system for their demands.Several common moving systems used are focused on by comparing their functions，advantages，and disadvantages，and their actual service condition are presented in this paper，intending to provide reference for the designers to select proper drilling rig moving system.

Keywords：drilling rig；moving system；function；advantages and disadvantages

中圖分類號：TE923

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.04.016

作者簡介：董輝(1970-)，男，甘肅臨洮人，高級工程師，現從事石油鉆采設備的設計研究及管理工作，E-mail：donghui@lansland.com。

收稿日期：2015-10-07

文章編號：1001-3482(2016)04-0063-04