HH300鉆機叢式井搬家再提速研究及改造方案

張宇鱗

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司 國際鉆井公司，北京 100101）

HH300液壓鉆機由意大利drillmec公司生產制造，中國石油集團有唯一的一臺HH300鉆機，服役于委內瑞拉PDVDA甲方，液壓鉆機以獨特的技術結構和可靠的安全性能為公司創造了良好的業績。鉆機一直從事2000多米的三開大位移水平井作業，年平均完成生產井12口，多年來零事故率，完井質量高，在同一作業區塊口碑遠超意大利、俄羅斯、秘魯和美國等鉆井公司，所以此鉆機備受甲方重視，在近年來鉆機市場工作量欠缺的情況下，液壓鉆機的工作量一直趨于飽和狀態。HH300鉆機帶有多種智能保護，自動化程度高，節省人力，鉆井效率高，鉆機所有配套設備都是拖撬運移結構，模塊化組裝，具有拆裝簡易，運輸快捷的優點。由于近年來搬家費用及工人工資等成本持續增加，盡量縮短搬家時間才能保證更高的經營利潤。由于合同變動，液壓鉆機作業區塊有大量的叢式井投入開發，所以在叢式井井場搬家中，為了更好地提高搬家效率，節約成本，對標分析，對現有配套設備進行合理的優化改造，使鉆機更加適應叢式井開發需要，進一步縮短搬家時間，降低搬家費用，提高泥漿的利用率，提升鉆機的使用效率。

1 HH300液壓鉆機的結構特點

液壓鉆機的主體設備是意大利DRILLMEC公司生產，包括主機拖車系統，主液壓站系統，鉆具處理系統和電氣控制房，共四部分（圖1）；其他所有設備國產配套。

圖1 HH300液壓鉆機主體系統設備結構

1.1 HH300液壓鉆機進口主體部分

HH300鉆機主體部分模塊化結構，鉆機大部分組件安裝在主機重型拖車上，主液壓站集成安裝在另外一個拖車上。鉆具處理系統是一個獨立結構，同主機拖車安裝后配合使用，在鉆井中實現自動化操作，設備配備一臺獨立的電控房，通過PLC、人機界面等控制整個鉆機的鉆井操作。（1）主機重型拖車上集成了伸縮式井架、起升主液壓缸、天車，頂驅，輔助液壓站及大量的液壓控制閥件等部件。鉆機底座組合以鋼架為主體，配合安裝在拖車上的四個獨立液壓缸支腳由液壓操作手柄操作，同步起升四根液缸舉升重型拖車，兩個三級液壓缸同步舉升井架，不需要任何輔助的舉升設備。主機拖車上有一臺輔助液壓站，液壓動力系統設計為四根起升主液壓缸和兩個井架直立液缸提供獨立的液壓源，其動力還用于搬家時驅動鉆具處理器起升下放和懸臂吊作業。這套輔助系統和主液壓源在搬家作業中互為備用，可以節約大量的拆裝時間。（2）主液壓站動力系統單元包括一個4400L容量的油箱和兩個動力泵組，這兩組動力系統相互通過液壓復合系統連接，為整個鉆機提供液壓動力。整個液壓站房體安裝在一臺拖車的承載架上，搬家時斷開液壓管線快拔接頭連接和電源線即可移運。（3）直立式鉆具處理系統由三塊鋼架底座連接作為基礎，獨立于主拖車底座，但是設備位置和主機底座相對固定，上面安裝直立式鉆桿盒，扇形排列在底座上，扇形中心安裝一臺頂部帶有吊車的鉆桿處理器，全自動或者手動，遙控等多種方式抓取鉆具，配合主機系統操作。鉆桿處理器在搬家時使用自帶吊車可以完成拆裝鉆桿盒，同時用于自身本體起升下放。這種設備結構在搬家中節省了大量的租賃吊車費用。

1.2 HH300液壓鉆機國內配套部分

國內配套的所有設備全部采取拖撬結構，并自帶液壓起升裝置，起升后連接拖車車頭即可搬運。其中設備包括三臺卡特3512B發電機組、一臺沃爾沃輔助發電機房、一臺C15機組房體、一臺SCR電控房、一臺柴油罐、三臺F-1300泥漿泵、四臺泥漿罐、一臺工業水罐等（圖2）。一號泥漿罐擺放在主機設備旁邊連接井口泥漿槽。

圖2 鉆機國內配套設備分布圖

2 HH300液壓鉆機在叢式井場搬家時效和提速搬家改造的難點

鉆井設備搬家速度是鉆機作業時效提升的重要部分，也是直接影響經營效益的重要因素。在搬家提速上，結合委內瑞拉搬家大包制度，查找以往制約搬家的不利因素，總結分析原因，科學統籌安排搬家時間、嚴密搬家過程組織和各崗位及工序之間實現無縫對接，液壓鉆機相比50DB鉆機的搬家時間可以減少一半。

（1）HH300液壓鉆機在同一井場內搬家，營房區、庫房、鉆具爬犁等設施不搬遷，但是受到同一井場區域限制，設備必須全部拆除后，拖運到其他位置，清理井場后才可以就位安裝。其中存在影響移運設備的因素有兩點，首先是完井后抽吸完罐內所有泥漿，清理泥漿罐后才能移運罐體，36h內可以完成清罐工作；其次是鉆桿盒的拆甩安裝速度，熟練的操作人員使用鉆桿處理器吊裝拆卸作業，4～5h完成可以鉆桿盒下放或者起升，鉆桿盒的拆甩速度覺得了主機和液壓站的拆分進程。所以這兩項因素會影響到搬遷工序的順利銜接，也是叢式井搬家增效的考慮對象。

（2）鑒于HH300液壓鉆機的特殊結構，鉆具處理系統和主機系統兩個部分互相獨立，但是安裝定位必須非常準確，才能保證總體設備的自動化工作協調。對于國內配套部分，清理泥漿罐耗費時間會影響工作進程，泥漿泵、發電機等設備都可以提前拆甩移運。

雖然國內外已經有很多成熟的鉆機平移設備，經過對比分析，主機系統和鉆具處理系統分別獨立安裝在兩個底座上，兩個部分擺放位置上嚴格固定，所以傳統的整體平移結構無法在此鉆機上應用。如果借鑒其他鉆機的平移結構，需要要制做很大的兩塊鉆機移動平臺，將主機和鉆具處理系統分別集成在其上，通過液壓千斤進行推動平移，同時必須解決兩大難題，第一個是井口采油樹無法通過設備空擋問題、第二是新井井口兩部分底座對正角度和地面水平的問題，這種改造成本會非常高昂，同時會在遠距離搬家中增加了大量的運輸車次，所以整體平移的方式不可取。根據液壓鉆機的特殊結構和搬家時效綜合考慮，采取單獨搬運HH300進口主機部分，其他設備保持位置不變，即可提升搬家速度，快捷可靠，并且改造成本低廉。

綜合所述，此次技術項目攻關目標，叢式井場不搬運大部分國內配套設施，避開清罐作業；唯一搬運主機系統，不會受到采油樹和井場地面水平度限制；鉆機在井場擺放結構和相鄰采油裝置位置的制約，設備必須由遠及近的完成鉆井任務；對于雙排叢式井，國內配套部分繼續保持不變，設備之間用軟管連接即可。

3 HH300液壓鉆機提速快搬整改方案

3.1 設備的總體要求和方案

HH300自動化鉆機作業于單排從式井設計，每組5口井，井間距為15米/口。在現有HH300液壓鉆機標準配套的基礎上，應遵循安全、可靠、經濟、實用、方便運輸的原則。在作業過程中，液壓鉆機主機、防噴器控制房、巖屑處理系統、1號罐根據井位的不同橫向移動，井場動力區、油罐區、除1號罐外其余固控循環區設備在最后一口井位置放置不動。新增高壓管匯、泥漿輸送系統，電纜房一棟，電纜轉接箱兩套，軟啟動裝置一套，及新配套鉆臺區電纜一套。鉆機改造增加配套的各個部件，其安裝接口要與當前設備一致，電纜插接件、循環系統、高低壓管匯等滿足現場通用連接要求。

整體設計方案能夠滿足以下要求：鉆機進口主機部分采用人工搬運至下一口井；1號泥漿罐后面增加轉漿系統，1號泥漿罐、轉漿系統、液氣分離器、節流壓井管匯滿足叉車運至下一井位，1號泥漿罐與轉漿系統之間采用軟連接，轉漿系統與2號泥漿罐之間采用管線排連接；地面高壓泥漿管匯隨鉆機移動加長或者縮短，鉆臺區電纜隨鉆機移動從電纜房內滑出，架設在地面電纜滑移導軌上；其余泥漿罐、泥漿泵、發電房、氣源房、SCR房、水罐、柴油罐等設備保持在原來位置；井場布局設備斜擺放或者雙排叢式井時，1號罐與轉漿罐、管線排與2號罐、地面高壓管匯加長段兩端全部采用軟管線連接。

3.2 主要技術描述

（1）固控系統總體方案。整個作業過程共分為5口井，除1#罐外其余固控設備均擺放在主機在第五口井作業時的相對應位置并保持不變。第一口井作業時，1#罐擺放在主機相對應的位置，1#罐后增加轉漿罐，通過管排與2#罐相連通；在第二、三、四口井時，縮短管匯連接，搬家安裝結構不變；第五口井拆除新增的設備連接，設備恢復原配套狀態。HH300自動化鉆機平移方案見附圖為例（圖3）。

圖3 液壓鉆機第一口井設備位置

（2）轉漿控制系統。1#罐后端配置一個轉漿罐，罐上配備1套攪拌器，一套泥漿槍；罐右側配置3臺砂泵及相應的管線閘門等，3臺砂泵并聯在一起，通過兩根8″管從轉漿倉吸入泥漿；通過兩根6″管排出，吸入口和排出口均通過錘擊由壬進行連接。砂泵的控制采用閥門及自動控制。同時在轉漿罐泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。轉漿罐配置超聲波液位計一臺，用于實時監測泥漿罐液位變化情況。并根據液位自動啟停砂泵。當滿足第一個液位高度時，自動或手動啟動一臺砂泵；當滿足第二個液位高度時，自動或手動啟動第二臺砂泵，直到液面高度降至設置的最低高度時，兩臺泵自動或手動停止。第三臺砂泵作為備用，通過倒換閥門控制線作為前兩臺砂泵的備用（三臺砂泵均為就近控制）。2#罐前端配置一個短管線排，把1#罐轉出的泥漿輸送到2#罐。同時在轉漿泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。在轉漿罐與短管線排之間配置6套轉漿管線排，每套主體長寬尺寸為7500×1180mm，轉漿管線排由兩個泥漿輸送管線、一個低壓泥漿管線、一條清水管線、支杠及底撬組成。

（3）高壓管匯。制作8組7.5m長的地面管線，每組管線用卡子固定在同一個支撐架上；根據鉆機的推進安裝在地面閘門組前方，可使用閘門組和泵間的高壓軟管進行調節。

（4）電控連接系統和電纜房。電纜盤繞在固定的纜房內，設備搬家時電纜從固定電纜房內抽出并敷設在活動電纜滑移架上，電纜房內配置一套防爆電纜轉接箱和插接件。電纜房為封閉式獨立房體。房體兩端為對開門，在房體內頂部配備吊掛電纜滑移導軌，電纜在房內折疊吊掛。在電纜房外配備60m電纜滑移導軌，可與房內導軌進行對接。電纜房底座為撬裝結構，配備吊裝和拖裝，方便搬家移運。

4 HH300液壓鉆機整改后的效果

此方案在液壓鉆機現場應用后，搬遷速度再次大幅提升，節約了多項用并減少了搬家安全風險。

（1）改造前此鉆機同井場搬家速度為76h，改造后同井場搬家時間縮短至48h以內，按照日費井費用，搬家時間縮短一天提前開鉆就可以創收日費3萬多美金。（2）此方案實施，不再雇傭第三方搬家公司完成設備運移，井場有一臺CAT980叉車（自有資產設備），租賃一臺50t吊車和兩個拖掛車頭，借助液壓鉆機自身的自起放操作特點即可完成搬家。同井場搬家中甲方大包付費15.44萬美金，改造后48h雇傭吊車和拖車車頭租賃費用為5760美金，此次改造幾乎可以完全節約搬家費用。（3）改造后避免了清運泥漿及清罐而影響到搬遷進程；泥漿重復利用率提高，并且減少了對環境的污染；泥漿運輸及的清罐的人力物力成本降低為零，同一井場內每口井可以節約2萬美金左右。（4）避免了拆裝作業過程中的重物吊裝及人員高空作業的工序，減少降低拆裝作業的風險，快速搬家設計運移設備的數量大幅減少，搬遷效率提升。（5）減少設備在拆、運、裝過程中對設備損壞；規同井場搬家由于雇用第三方搬家公司，搬遷過程中最容易損壞梯子護欄等一些安全設施，造成每次搬遷完畢開鉆整改工作量增加，改造后即可完全降低此類事件發生。

總之，通過對設備的快速搬家改造，縮短了設備拆、運、裝時間，節約人力、物力，財力，增效提速效果顯著，完成一口井搬家總計可節約20萬美金，年內叢式井場內搬遷9次可以節約180多萬美金，切實成為一個成功的改造成果。

5 結語

通過對HH300液壓鉆機的特殊結構和現場搬家時效分析，攻克叢式井鉆機提速搬遷中多個難題。井場及口井位置尺寸限制，有效避開后期采油設施，避開影響搬遷速度的清罐工作程序，以最低的投資改造成本完成叢式井場搬家再提速。不再雇傭搬家公司，節約了搬家費用，減少了設備損壞率，降低了搬家風險系數，進一步提升了鉆機的作業時效，取得了更大的經濟效益和社會效益。作為中石油唯一引進的特色鉆機，液壓鉆機的作業安全、節能高效、穩定的自動化液壓控制系統和快速搬遷特點，引領和促進我國鉆機工業更加智能化發展，在不斷的實踐中，優化后的HH300液壓鉆機將繼續發揮著領先的優勢，為企業創造更大的價值。