一種新型雙井口聯合作業鉆井裝置研究

程鵬，徐建寧，張友會

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一種新型雙井口聯合作業鉆井裝置研究

程鵬1,2，徐建寧1，張友會2

（1.西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安 710000；2.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞 721002）

本文旨在研究一種新型雙井口聯合作業的鉆井裝置，從工作原理方面進行探索與研究，提出新型雙井口聯合作業的程序和方法，并結合工作原理，對鉆井裝置整體進行設備與結構布局，闡述了該套裝置所需要的設備設施、系統構成與臺面布局，明確了支撐該原理和結構的必備基礎條件，為有效開發（叢式）并行鉆井作業裝備、提高鉆井作業效率、創新油氣鉆井裝備研究思路提供了堅強保障。

油氣鉆井裝備；雙井口作業；鉆井

當前的油氣鉆井裝備，普遍只能實現建立根、起下鉆、下套管等操作功能的按順序依次交替推進，僅針對單井作業時裝備功能基本足夠，但當進行叢式井作業時這種線性操作裝備準備時間長、閑置功能多、工作效率低，造成大量的人力物力浪費。本文擬提出一種新型雙井口聯合作業裝置，目的是實現油氣鉆采裝備在多井口作業時雙井口并聯同時進行建立根、起下鉆、下套管等操作功能，提高作業效率。

1 雙井口聯合作業鉆井裝置系統

新型雙井口聯合作業鉆井裝置系統，按功能有提升系統、旋轉系統和動力系統，按布局主要有鋼結構系統、鉆臺系統和提升系統。

1.1 整體布局

新型雙井口聯合作業鉆井裝置系統整體布局如圖1所示。采用傳統鉆機鋼結構井架、底座、移運裝置等支撐模式，可根據條件選擇以功能需求。在設備選擇上，選用天車、游車、頂驅等提升設備，二層臺、轉盤、立根、鉆柱傳送機械臂、立根臺、套管等立根系統，轉盤、絞車、上卸扣設備、司鉆控制房等旋轉系統。

1.天車 2.井架 3.游車 4.頂驅 5.游車 6.頂驅 7.底座 8.鉆機移動裝置 9.正在下鉆的鉆柱 10.已建立好的立根 11.坡道 12.鉆柱傳送機械臂 13.上卸扣設備 14.司鉆控制房 15.絞車 16.轉盤 17.轉盤 18.絞車 19.司鉆控制房 20.上卸扣設備 21.井口 22.鼠洞 23.立根區 24.鼠洞 25.立根區 26.井口 27.套管

新型雙井扣聯合作業鉆井裝置系統配備有2套游車與頂驅、2組轉盤與司鉆控制房、2套鉆柱傳送機械臂與上卸扣設備、2套鼠洞與立根區，同時配備足夠的立根與套管，還需要以井架、底座、絞車、井口、移動裝置等輔助系統為支撐，確保整個系統能夠正常運轉。

1.2 支撐條件

（1）天車必須同時擁有2套滑輪組，可同時懸掛2套游車與頂驅，能夠承受2套游車、頂驅同時最大鉤載聯合作業時的需求。

（2）井架必須能夠滿足天車、游車、頂驅與二層臺等的安裝需求，在強度上滿足雙井口最大鉤載聯合作業時的需求，在空間上滿足2套裝置并聯運行的防碰要求。

（3）底座必須滿足以下條件，在鉆臺布局上滿足1臺雙滾筒大功率絞車、2臺轉盤、2套鉆柱傳送機械臂、2臺上卸扣設備與1個大區域立根臺的安裝功能，在強度上滿足雙井口作業時所需立根和鉆柱的承載，包括雙井口聯合作業時的最大鉤載需求，并且保證裝置的整體穩定性、使用可靠性與壽命有效性。

（4）絞車必須同時滿足，單井作業時絞車單滾筒作業必須滿足對應的天車、游車、頂驅與轉盤聯合工作要求，在雙井口作業時絞車雙滾筒同時作業必須滿足對應的2套系統聯合作業要求。

（5）動力系統、泥漿固控系統、移運系統等與傳統鉆井裝備配備的同系列設備，必須保證在滿足系統功能前提下，實現自身設備功能。

2 工作原理

新型雙井口聯合作業鉆井裝置既可滿足單井作業需求，也能夠在叢式井作業時，滿足雙井口聯合作業，其工作原理也分為叢式井作業與單井作業原理。

2.1 叢式井作業時的工作原理

在進行叢式井作業時，當第1口井鉆進至需要第1次下套管的深度時，通過司鉆控制房14控制絞車15進行起鉆；控制移動裝置8推動鉆機移動至下一個井位，保證鉆臺井口21與上一個已經鉆好的井口對齊。

接下來，在井口26這個新井位再次進行起下鉆作業，與此同時，在井口21里，對已經鉆進至第1次下套管深度的井位進行下套管作業，即井口21的下套管作業與井口26的起下鉆作業同時進行。

在鉆機前進方向的前后相鄰兩個井位上，按照上述方法依次交替進行下套管和起下鉆操作，直至所有井位第1次下套管操作全部完成。

當最后一個井位鉆進至第1次下套管的深度時，通過司鉆控制房19控制絞車18起鉆，使用移動裝置8推動鉆機向相反方向移動，按照上述方法對相鄰兩井位進行下套管和起下鉆操作，直至所有井位第2次下套管操作都完成。

最后，按照上述第1次與第2次聯合作業方法對所有井位反復進行起下鉆和下套管操作，直至在所有井位完成最終鉆井和下套管工作，這時起下鉆工作和下套管工作就可以同時完成。

2.2 單井作業時的工作原理

在進行單井作業時，如圖1所示，第1根鉆桿經過坡道11被輸送至鼠洞22處，通過司鉆控制房14控制絞車15，將游車3及頂驅4向下移動至適當位置，然后提升坡道11傳送過來的鉆桿，將其存放在井口21內；按照此種方法將第2根鉆桿傳送至井口21正上方，并調整方位，使其與第1根鉆桿對齊，操縱上卸扣設備13將第1、2根鉆桿連接成一體；操作絞車15將已經連接好的鉆桿體提起，在鉆柱傳送機械臂12的作用下將其存放在鼠洞22內；繼續采用同樣方法將第3根鉆桿輸送至鼠洞22處，然后同時操作絞車15、游車3及頂驅4、上卸扣設備13，將第3根鉆桿與由第1、2根鉆桿組成的鉆桿體連接成1個立根。

然后，操作絞車15提起鼠洞22存放的單立根，傳遞給鉆柱傳送機械臂12，操作鉆柱傳送機械臂12，將單立根存放在立根區23內；重復執行上述建立1個立根的方法，建立完所有的立根并存放在立根區23內。

當井口26需要連接立根繼續下鉆時，操作鉆柱傳送機械臂12，將立根從立根區23轉移至立根區25或者井口26；通過司鉆控制房19控制絞車18，使用游車5及頂驅6將鼠洞24的立根提起，轉移到井口26正上方并調整至與已下鉆鉆柱對齊，操縱上卸扣設備20將該立根與已下鉆的鉆柱連接好；操作司鉆控制房16進行下鉆作業；與此同時井口21正在進行建立根作業，即實現了建立根、起下鉆的聯合作業。

該系統雙井口2套系統均可以實現單井作業，本文為敘述方便，僅采用單系統進行說明。

3 結論

研究并提供了一種新型雙井口聯合作業鉆井裝置，解決了現有鉆機建立根、起下鉆、下套管的操作交替進行時，準備時間長，勞動強度大、生產效率低的問題，有效壓縮鉆進過程周期，提升了設備使用效率。

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Study on A New Type of Combined Drilling Device with Double Wellhead

CHENG Peng1,2，XU Jianning1，ZHANG Youhui2

( 1.College of Mechanical Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710000, China; 2.CNPC Baoji Oildield Machinery Co., Ltd., Baoji 721002, China )

The purpose of this paper is to study a new type of drilling device for combined operation of double wellhead, to explore and study the working principle, to put forward the procedure and method of new type of combined operation of double well head. And to combine the working principle, The equipment and structure layout of the drilling unit as a whole, the equipment and facilities needed for the rig, the system structure and the table layout are expounded, and the necessary basic conditions to support the principle and structure are defined. It provides a strong guarantee for the effective development of parallel drilling equipment, the improvement of drilling efficiency and the innovation of research ideas for oil and gas drilling equipment.

oil and gas drilling equipment；double wellhead operation；drilling

TE242

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.015

1006－0316 (2018) 11－0062－04

2018－03－20

程鵬（1987－），男，陜西寶雞人，本科，工程師，主要從事油氣鉆采裝備研究工作。