鉆機平移優化研究及應用

冉 建，何建春，陳和平

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司，四川成都 610051）

0 引言

鉆機平移是指在同井場鉆機搬遷過程中，使用專門的平移裝置，在不拆卸的情況下將鉆機主體設備整體由上一個井位移到下一個井位的操作。該操作取消了鉆機拆裝過程，只需進行短時間的接口連接后，便可快速恢復鉆井條件，真正實現短時間、低成本、低勞動強度、安全高效的完成鉆機搬遷。該操作廣泛應用于川渝頁巖氣開發的叢式井場。川西鉆探公司（下文簡稱為“公司”）在全面使用和推廣同井場鉆機整體平移過程中，發現鉆機底座軸線偏移、水柜移位影響平移液缸安裝等一系列問題。結合現場實際情況，提出了優化方案并在實施過程中逐步完善細節，很好地解決了上述問題。

1 鉆機平移工作原理及工藝流程

國內采用較多的鉆機平移方式有3 種，分別是地錨滑輪組自拖平移、頂升步進式平移和軌道式平移。目前公司使用的鉆機型號有4000 型、5000 型、7000 型、8000 型、9000 型等多個種類，傳動方式有帶傳動、鏈傳動、電動等，不同生產廠家的鉆機結構也有所不同。所以公司目前主要采用的是通用性較強的軌道式平移，其使用的液壓平移裝置載荷能力強，可在不倒鉆具、不拆頂驅的情況下，利用兩個液缸在滑軌上推動鉆機，實現鉆機同井場不同井位的快速搬遷。

1.1 液壓平移裝置結構及工作原理

液壓平移裝置包括液缸、液缸連接銷和棘爪裝置。

棘爪裝置主要由底板、導向塊、棘爪支撐架、棘爪、棘爪銷、連接板等部分組成（圖1）。通過棘爪裝置與液缸伸、縮運動配合來完成對鉆機整體的推動和拉動。當需要向后推動時，棘爪向前卡在平移軌道的卡槽內，活塞桿固定不動，液缸缸體伸出推動鉆機在軌道上向后平移一個卡槽間距，通常設計為0.5 m，然后液缸收縮，活塞桿拉動棘爪裝置向后移動，棘爪順著斜面退出平移軌道的卡槽，向后移動0.5 m 后落入下一個卡槽內，如此循環往復，液缸每伸、縮一次鉆機向后推移0.5 m。當需要向前拉動時，先將液缸伸出，將棘爪逆時針旋轉180°向后卡在平移軌道卡槽內，活塞桿固定不動液缸缸體收縮拉動鉆機在軌道上向前平移0.5 m，然后活塞桿伸出，推動棘爪座向前移動，棘爪順著斜面退出平移軌道的卡槽，向前移動0.5 m 后落入下一個卡槽內，如此循環往復，液缸每伸、縮一次鉆機向前拉移0.5 m。在運動過程中，導向塊非常關鍵，可起到扶正和限位的作用。

圖1 液壓平移裝置結構

1.2 軌道式平移工藝流程

軌道式平移流程主要包含以下步驟：

（1）同井場第一口井鉆機安裝前，根據井眼位置在井場地基上鋪設平移軌道，并使兩根主導軌方向與新老井口連線方向一致。然后在軌道上安裝鉆機及其他地面設備（圖2）。

圖2 軌道式平移設備布局

（2）將液壓平移裝置后端的兩個液壓缸分別與鉆臺基座內側前端相連，平移裝置前端的棘爪裝置置于主導軌上，液缸軸線與導軌方向平行。調整棘爪裝置位置，將兩個棘爪分別卡進主導軌上相應的卡槽中。

（3）操作液控系統，液缸無桿腔進油（向后推，前拖則有桿腔進油），鉆機整體在推力作用下沿預定方向向后移動。

（4）完成一次行程之后，液缸反向進油，活塞桿帶動棘爪裝置向移動方向收縮，此時棘爪從卡槽中被拖出，直至進入下一個卡槽。

（5）重復步驟（3）、（4）即能實現鉆機整體平移。如果總移運距離大于軌道長度，可將前端的軌道拆接至后端繼續使用，直至移到指定井位。

2 平移過程中的問題及優化措施

在現場平移施工過程中，可能遇到由于左、右摩擦力不平衡造成鉆機底座軸線偏移；復合鉆機安裝完成后在起井架過程中引起水柜晃動，回位時鉆機底座與平移底座之間的相對位置發生偏移，影響平移液缸的后續就位；泥漿泵底座縱梁與平移底座縱梁不在同一軸線上，無法平穩放置和平移等一系列問題。

2.1 鉆機底座軸線偏移問題

公司采用的液壓平移裝置通過兩組液缸與平移底座配合，對鉆機左、右底座進行推或拉，使其在平移底座上平行滑動。由于左、右兩邊摩擦阻力不一致，或者安裝時鉆機底座和平移底座存在平行度誤差等因素，在平移過程中鉆機底座可能逐漸發生偏移，如果不及時修正會導致鉆機底座偏出軌道，甚至造成平移失敗等嚴重后果。

針對這個問題在鉆機底座兩側面增設了導向裝置。導向裝置由導向座和導向銷兩部分組成，鉆機底座整體擺放完成后，在鉆機底座兩側適當位置焊接8 處導向座，保證導向銷插入后與平移底座邊緣保持5 mm 左右的間隙。在平移過程中如果鉆機底座偏移超過5 mm，導向裝置就會限制其偏移，并引導其沿著平移軌道方向平行移動。平移導向裝置的結構如圖3 所示。

圖3 平移導向裝置結構

2.2 水柜限位問題

公司在用的部分鉆機為復合鉆機，該型鉆機在安裝過程中，由于井架底座和機房底座相對獨立，井架底座整體質量較輕，與平移底座之間的摩擦力較小，安裝完成后在起升井架過程中會將水柜輕微撬起，回位時鉆機底座與平移底座之間的相對位置會發生偏移，影響平移液缸的安裝和后續平移工作。

針對這個問題，在改進中增加了定位裝置。定位裝置由定位座、鎖緊卡槽及連接螺栓組成。定位座為組焊件，由定位板、導向塊、鎖緊板、鎖緊楔塊、筋板等部分組焊而成。鎖緊卡槽分為左、右兩件，分別用一塊δ55 mm 鋼板（Q345B）整體銑削而成，具有很高的抗拉強度（圖4）。安裝時，先在左、右軌道上定位水柜后端的安裝位置并劃線，將兩個定位座按劃線位置分別擺放在左、右軌道上，再裝入鎖緊卡槽并敲緊，利用鎖緊契塊和鎖緊卡槽的1∶20 斜度面配合壓緊并自鎖，將定位座固定在左、右軌道上（圖5）。

圖4 定位裝置結構示意

圖5 定位裝置安裝示意

定位裝置的使用可以防止復合鉆機在起升井架過程中發生偏移，也可以作為水柜安裝基準，避免后續吊裝過程中由于碰撞或擠壓造成基準偏移。

2.3 泥漿泵底座的支撐問題

泥漿泵底座的底面是由3 組縱梁作為支撐面，由于各型鉆機整體布局都略有不同，當其與鉆機主體一起放置在平移底座上時，不能保證泥漿泵底座的支撐縱梁正好放在平移軌道的軌道面上（圖6），這會對泥漿泵的正常使用和后期的平移工作造成影響。

圖6 鉆機底座在平移軌道上的布置

針對上述問題，提出了兩種解決方案：①對無法平穩放置在平移軌道上的泥漿泵底座進行整改，根據其結構特點，在3 組縱梁之間的橫拉筋下面增加四組橫梁作為支撐面，保證泥漿泵的正常擺放和后續平移工作不受影響，改進前、后對比示意如圖7 所示；②將右軌道的中軌去掉，使連接左、右軌的連接筋左、右齊平，無論泥漿泵如何布置，均能很好的支撐，改進前后對比示意如圖8 所示。

圖7 泥漿泵底座改進前后對比示意

圖8 平移底座右軌道改進前后對比示意

3 結論

隨著叢式井開發規模的擴大，鉆機平移將進一步得到推廣應用。為此，本文進行鉆機平移裝置優化，在不影響鉆機結構和使用的前提下，通過裝置改進等方法，安全、高效、低成本地解決了施工過程中遇到的實際問題，值得在以后的生產中推廣應用。