程鹏，徐建宁，张友会



一种新型双井口联合作业钻井装置研究

程鹏1,2，徐建宁1，张友会2

（1.西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710000；2.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721002）

本文旨在研究一种新型双井口联合作业的钻井装置，从工作原理方面进行探索与研究，提出新型双井口联合作业的程序和方法，并结合工作原理，对钻井装置整体进行设备与结构布局，阐述了该套装置所需要的设备设施、系统构成与台面布局，明确了支撑该原理和结构的必备基础条件，为有效开发（丛式）并行钻井作业装备、提高钻井作业效率、创新油气钻井装备研究思路提供了坚强保障。

油气钻井装备；双井口作业；钻井

当前的油气钻井装备，普遍只能实现建立根、起下钻、下套管等操作功能的按顺序依次交替推进，仅针对单井作业时装备功能基本足够，但当进行丛式井作业时这种线性操作装备准备时间长、闲置功能多、工作效率低，造成大量的人力物力浪费。本文拟提出一种新型双井口联合作业装置，目的是实现油气钻采装备在多井口作业时双井口并联同时进行建立根、起下钻、下套管等操作功能，提高作业效率。

1 双井口联合作业钻井装置系统

新型双井口联合作业钻井装置系统，按功能有提升系统、旋转系统和动力系统，按布局主要有钢结构系统、钻台系统和提升系统。

1.1 整体布局

新型双井口联合作业钻井装置系统整体布局如图1所示。采用传统钻机钢结构井架、底座、移运装置等支撑模式，可根据条件选择以功能需求。在设备选择上，选用天车、游车、顶驱等提升设备，二层台、转盘、立根、钻柱传送机械臂、立根台、套管等立根系统，转盘、绞车、上卸扣设备、司钻控制房等旋转系统。

1.天车 2.井架 3.游车 4.顶驱 5.游车 6.顶驱 7.底座 8.钻机移动装置 9.正在下钻的钻柱 10.已建立好的立根 11.坡道 12.钻柱传送机械臂 13.上卸扣设备 14.司钻控制房 15.绞车 16.转盘 17.转盘 18.绞车 19.司钻控制房 20.上卸扣设备 21.井口 22.鼠洞 23.立根区 24.鼠洞 25.立根区 26.井口 27.套管

新型双井扣联合作业钻井装置系统配备有2套游车与顶驱、2组转盘与司钻控制房、2套钻柱传送机械臂与上卸扣设备、2套鼠洞与立根区，同时配备足够的立根与套管，还需要以井架、底座、绞车、井口、移动装置等辅助系统为支撑，确保整个系统能够正常运转。

1.2 支撑条件

（1）天车必须同时拥有2套滑轮组，可同时悬挂2套游车与顶驱，能够承受2套游车、顶驱同时最大钩载联合作业时的需求。

（2）井架必须能够满足天车、游车、顶驱与二层台等的安装需求，在强度上满足双井口最大钩载联合作业时的需求，在空间上满足2套装置并联运行的防碰要求。

（3）底座必须满足以下条件，在钻台布局上满足1台双滚筒大功率绞车、2台转盘、2套钻柱传送机械臂、2台上卸扣设备与1个大区域立根台的安装功能，在强度上满足双井口作业时所需立根和钻柱的承载，包括双井口联合作业时的最大钩载需求，并且保证装置的整体稳定性、使用可靠性与寿命有效性。

（4）绞车必须同时满足，单井作业时绞车单滚筒作业必须满足对应的天车、游车、顶驱与转盘联合工作要求，在双井口作业时绞车双滚筒同时作业必须满足对应的2套系统联合作业要求。

（5）动力系统、泥浆固控系统、移运系统等与传统钻井装备配备的同系列设备，必须保证在满足系统功能前提下，实现自身设备功能。

2 工作原理

新型双井口联合作业钻井装置既可满足单井作业需求，也能够在丛式井作业时，满足双井口联合作业，其工作原理也分为丛式井作业与单井作业原理。

2.1 丛式井作业时的工作原理

在进行丛式井作业时，当第1口井钻进至需要第1次下套管的深度时，通过司钻控制房14控制绞车15进行起钻；控制移动装置8推动钻机移动至下一个井位，保证钻台井口21与上一个已经钻好的井口对齐。

接下来，在井口26这个新井位再次进行起下钻作业，与此同时，在井口21里，对已经钻进至第1次下套管深度的井位进行下套管作业，即井口21的下套管作业与井口26的起下钻作业同时进行。

在钻机前进方向的前后相邻两个井位上，按照上述方法依次交替进行下套管和起下钻操作，直至所有井位第1次下套管操作全部完成。

当最后一个井位钻进至第1次下套管的深度时，通过司钻控制房19控制绞车18起钻，使用移动装置8推动钻机向相反方向移动，按照上述方法对相邻两井位进行下套管和起下钻操作，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次与第2次联合作业方法对所有井位反复进行起下钻和下套管操作，直至在所有井位完成最终钻井和下套管工作，这时起下钻工作和下套管工作就可以同时完成。

2.2 单井作业时的工作原理

在进行单井作业时，如图1所示，第1根钻杆经过坡道11被输送至鼠洞22处，通过司钻控制房14控制绞车15，将游车3及顶驱4向下移动至适当位置，然后提升坡道11传送过来的钻杆，将其存放在井口21内；按照此种方法将第2根钻杆传送至井口21正上方，并调整方位，使其与第1根钻杆对齐，操纵上卸扣设备13将第1、2根钻杆连接成一体；操作绞车15将已经连接好的钻杆体提起，在钻柱传送机械臂12的作用下将其存放在鼠洞22内；继续采用同样方法将第3根钻杆输送至鼠洞22处，然后同时操作绞车15、游车3及顶驱4、上卸扣设备13，将第3根钻杆与由第1、2根钻杆组成的钻杆体连接成1个立根。

然后，操作绞车15提起鼠洞22存放的单立根，传递给钻柱传送机械臂12，操作钻柱传送机械臂12，将单立根存放在立根区23内；重复执行上述建立1个立根的方法，建立完所有的立根并存放在立根区23内。

当井口26需要连接立根继续下钻时，操作钻柱传送机械臂12，将立根从立根区23转移至立根区25或者井口26；通过司钻控制房19控制绞车18，使用游车5及顶驱6将鼠洞24的立根提起，转移到井口26正上方并调整至与已下钻钻柱对齐，操纵上卸扣设备20将该立根与已下钻的钻柱连接好；操作司钻控制房16进行下钻作业；与此同时井口21正在进行建立根作业，即实现了建立根、起下钻的联合作业。

该系统双井口2套系统均可以实现单井作业，本文为叙述方便，仅采用单系统进行说明。

3 结论

研究并提供了一种新型双井口联合作业钻井装置，解决了现有钻机建立根、起下钻、下套管的操作交替进行时，准备时间长，劳动强度大、生产效率低的问题，有效压缩钻进过程周期，提升了设备使用效率。

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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

程鹏（1987－），男，陕西宝鸡人，本科，工程师，主要从事油气钻采装备研究工作。