何 艳

(兰州兰石石油装备工程有限公司,甘肃兰州 730314)

浅谈陆地钻机井架底座的起升方式*

何 艳

(兰州兰石石油装备工程有限公司,甘肃兰州 730314)

分析了目前我国陆地钻机井架底座的几种起升方式,分别对各起升方式做了介绍,同时对其优缺点进行了探讨,给油田用户选择钻机提供了参考,同时为新产品设计和油田设备改造提供可参考的依据。

陆地钻机;起升方式

0 引 言

随着我国石油装备制造业的不断发展,我国石油钻机技术得到快速发展,制造能力得到极大提高,先后开发了适应于陆地、沙漠及海洋作业的石油钻机,钻机钻深级别由1 000 m发展至12 000 m;钻机驱动型式由早期的机械驱动,发展到机电复合驱动、SCR直流驱动、交流变频驱动、交直流复合驱动等[1];尤其是随着钻井技术的显著发展、油田用户对钻机的拆装方便性、起升安全快速性的要求不断提高,钻机的起升方式设计也呈现出多元化的趋势。

1 我国陆地钻机井架底座常用起升方式

目前,我国陆地石油钻机的井架按照结构分可分为A型井架、塔形井架、K形井架、桅形井架等,而K形井架以其整体刚性好、制作成本低、拆装迅速等优点成为中深井陆地钻机主要采用形式[2]。石油钻机底座按照其结构主要可分为块装式、随升式、双升式、旋升式等等。这几种结构的底座,近几年中在陆地中深井钻机上都被广泛使用。由此,依据底座的起升方式,我国陆地钻机可大致划分为:块装式、随升式、双升式、旋升式。

2 常用钻机起升方式介绍

2.1 块装式

块装式钻机的井架通常采用K型,底座为大块搭接结构。底座及所有台面设备依靠吊车都在高位安装到位,绞车放置在台下,井架及其起升人字架支撑在底座基座上,依靠绞车动力起升到位。起升方式如图1所示。

图1 块装式钻机起升示意图

块装式起升方式通常被用于机械驱动钻机上。这类钻机一般采用柴油机为动力,通过皮带或链条并车驱动绞车,动力、绞车都安装在后台底座上,转盘通过万向轴或链条爬台经转盘传动装置来驱动。块装式钻机的特点是:设计和制造工艺简单,钻机成本低,颇受小型钻机用户的欢迎。但由于底座结构总重量大,钻机拆迁安装工作量大,高位安装难度大,高空作业需要大型起重设备[2],且钻台面积狭小,使得司钻控制房在设计时外形尺寸受到限制,司钻操作空间狭小。这诸多缺点使得块装式钻机的市场逐渐萎缩。

2.2 随升式

随升式钻机的井架为K型,底座采用随升式。所谓随升式,即底座随着井架一同起升。钻机的井架、底座都采用低位安装,底座的立根盒梁与转盘梁(或转盘独立驱动梁)通过销子耳板固定在井架1段上,绞车放置在后台底座上。通过绞车动力起升井架,立根盒梁与转盘梁(或转盘独立驱动梁)也随同井架一起起升到位。起升方式如图2所示。

图2 随升式钻机起升示意图

随升式起升方式是近年来40、50、70级别的机电复合驱动钻机经常采用的一种起升方式。这类钻机以柴油机为动力,绞车通过皮带或链条并车驱动,绞车安装在后台底座上,转盘通常采用直流电机或交流电机独立驱动。近几年,一些厂家也在机械驱动钻机上使用了随升式结构,但是在安装时需要较高的安装精度,才能保证传转盘万向轴偏角在允许范围之内。

随升式钻机起升方式简单,且底座采用低位安装,转盘及转盘驱动装置都可在低位一次安装到位,增加了安装的安全性,深受广大油田用户喜爱。但缺点就是钻台的左、右偏房不能随井架、底座一次起升到位,需要在起升完毕后进行高位安装。

2.3 双升式

双升式钻机的井架采用K型,底座结构为双升式。这类钻机的特点是井架和底座各有一个人字架,底座起升所需的人字架生根在底座基座上,而井架起升所用的人字架生根在钻台面上。双升式钻机按照井架底座起升动力的不同又可划分为三种。

2.3.1 井架和底座均采用绞车动力起升

这类钻机起升系统采用两套绳系,井架、底座的起升均依靠绞车动力。在井架起升完毕后,更换起升大绳再起升底座。这种方式需要2根起升大绳,更换起来很麻烦,而且浪费时间,经济性较差。优点是双人字架结构,稳定可靠,钻台面开阔,司钻控制房设计空间大,增加了司钻操作的舒适性。所有钻台设备包括左右偏房均可低位安装,随底座一次起升到位,避免了高位吊装的危险。起升方式如图3所示。

图3 双升式钻机(采用绞车动力)起升示意图

2.3.2 井架采用绞车动力、底座采用液压绞车起升

这类钻机起升系统采用两套独立绳系,井架的起升依靠绞车动力,而底座则是采用安装在基座内的2台液压绞车起升。当井架起升到位后,无需更换起升大绳,使用早已安装好的另一套起升绳系,这就大大节省了起升时间,达到了快速高效的目的。当然,这种结构多了2个液压绞车,使得钻机的成本也有所增加。起升方式如图4所示。

图4 双升式钻机(底座采用液压绞车起升)起升示意图

2.3.3 双升式底座和自举式井架

兰州兰石国民油井公司(现兰石石油装备公司) 在2007年为用户设计了一套适用于巴布亚新几内亚特殊地形的1500HP直升机吊装钻机。该钻机为交直流混合驱动钻机,钻机底座设计为双升式,采用基座内安装的2台液压绞车起升,井架设计为自举式,依靠绞车动力起升[3]。这种起升方式适用于地形条件复杂、钻井区域有限的地区,可节省占地面积,而且钻机各部件设计体积小,适合于采用直升机吊装。起升方式如图5所示。双升式钻机的结构形式在电驱动钻机上使用较为广泛。

图5 双升式钻机(双升式底座、自举式井架)起升示意图

2.4 旋升式

旋升式钻机的井架为K型,底座是平行四边形结构。底座采用低位安装,井架1段、人字架都生根在底座的基座上,井架与底座起升共用一个人字架、共用一套起升系统,均采用绞车动力起升。当井架起升到位后,无需更换起升大绳,可直接起升底座。起升方式如图6所示。

图6 旋升式钻机起升示意图

这种起升方式在交、直流电驱动钻机中比较常用,兰石石油装备公司在2012年为用户设计的ZJ80D钻机就是采用的旋升式结构。其特点是:只需一次穿绳,就能够连续完成井架、底座的起升,节省了起升时间,而且井架底座分开起升,增加了起升的安全性。但是,由于人字架结构较大,伸出钻台面,占用了钻台面空间,使得钻台面相对于双升式钻机来说有效空间减小,而且由于井架的1段生根在底座基座上,井架的整体重量就比双升式钻机的井架要重很多,使得钻机经济性下降。

3 其它起升方式

除以上所述各起升方式外,在9 000 m、12 000 m超深井钻机中,采用了新型旋升式结构,这种结构与传统的旋升式钻机相比,底座低位安装方向相反,它与井架一同倒向钻机前方。起升时,采用绞车动力先将井架起升到位,然后更换起升大绳起升底座,即两次穿绳两次起升。优点是:超深井钻机本身井架、底座的质量较重,将绞车放于台下,减轻了起升负荷,旋升式结构对于超深井钻机来说起升更加安全可靠。

山东科瑞机械制造有限公司近年研发的带自动折叠人字架旋升式钻机,在井架起升到位后卸掉人字架横撑杆,能够将人字架上部自动折叠,然后再起升底座。这种结构不但不影响底座的起升,而且弥补了传统旋升式钻机人字架突出台面造成台面拥挤、狭窄的缺陷,具有有效保持钻台面面积,保护顶层整体性的优点。

另外,国内许多浅井钻机如2 000～4 000 m米车装钻机、1 000～5 000 m拖挂钻机,其井架底座多设计为用液缸起升。

4 结 语

总体上讲,我国的石油钻机制造业技术已经得到了最为快速的发展,从如此多的钻机起升方式就可以看出,我们的设计能力、制造技术在不断的提升,产品的种类也在迅速地增加。当然,我们与国外先进技术相比,还是存在较大的差距,这就要求我们的设计人员只有在全面了解我们已有产品的基础上,深入结合钻机井场的实际情况,并与用户需求结合,并借鉴国外先进技术,才能设计出合格的、更加先进的钻机产品。而我们的用户,面对如此众多的选择,也需要对钻机产品有所了解,才能选择一款适合自己的钻机。希望本文能够为广大设计人员与油田用户在设计或选择钻机起升方式上提供一些参考。

[1]罗 超.浅论我国石油钻机技术现状和发展策略[J].石油机械,2003,31(1):46-49.

[2]李翠艳.双升式钻机井架及其底座动态特性研究[D].大庆:大庆石油学院,2007.

[3]李文玉.深井重载直升机吊装钻机的模块化设计[J].机械设计,2012,29(8):17-20.

Introduction of the Raising M ethods to Land Rig Substructure

HE Yan
(Lanzhou LSPetroleum Equipment Engineering Co.,Ltd,Lanzhou Gansu 730314,China)

In this paper,severalmethods of raising the land rig substructure currently used in domestic are analyzed,and detail introduction for eachmethod is separately given by discussing the advantage and disadvantage.Therefore,reference for the users to select drilling rig is given,at the same time,basis for the new product design and oilfield equipmentmodification is provided.

land rig;raisingmethod

TE923

A

1007-4414(2015)06-0134-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.050

2015-09-04

何 艳(1976-),女,四川盐亭人,高级工程师,主要从事石油钻机的设计工作。