钻机步行系统快速实现钻机搬家

时间:2016-12-12 14:39 来源:《石油与装备》 作者:编译 / 郑忠茂 中石
过 去从老井场到新井场 的两个井场之间搬迁 钻机,通常使用起升 作业的液压装置、拉 钻机和推钻机的机械与车辆等。这 些搬家机械和车辆的数量取决于钻 机重量、井架种类和井架底座高度 以及沙漠中沙丘的类型。钻机重心 高低和钻机搬迁过程中的钻机最大 允许倾斜角也是钻机整体搬迁作业 中的制约因素,搬迁其他钻机设备 比如泥浆罐、发电机组、营房等, 则需要更多的吊车和相关设备。
 
搬家旧模式
 
由于新旧井场之间的距离比较 远,钻机搬迁作业有时需要先拆卸 钻机,然后再在新井场安装钻机。 该作业包括拆卸和连接电缆和管具。 不放倒井架的钻机整体搬迁只有在 短距离钻机搬迁时才可行,这取决 于钻机的设计。这种钻机搬迁方式 因免去了钻机的拆装, 可节省时间, 但进行这种搬迁的制约因素很多, 井队还需要将钻杆盒中的钻杆卸下, 以减轻搬迁时的载重,尽量增大搬 迁过程中的钻机最大允许倾斜角。
 
在老井场拆卸钻杆,在新井场再将 钻杆吊装到钻台上,这样不仅增加 额外工作, 也需要增加开支和时间。 到达新井场之后,井队需要根 据钻机布局图纸对钻机部件进行定 位摆放和找平。在沙漠中对这么大 载荷的钻机进行操作,从而达到精 确定位安装是非常困难的,它取决 于人员的技巧和经验。如若任何两 个钻机部件的相对距离没有按照图 纸要求摆放,则会面临重新拆开、 重新连接摆放的挑战。 人工岛和丛式钻井技术可以使 钻机操作人员更高效地钻井。
 
大位 移钻井技术使得钻井作业从海上 (自 升式钻机)转移到陆上,避免了环 境污染。无论是钻井还是采油,陆 上作业更容易建立安全的周边环境 和后勤保障。人工岛集输管线可以 轻松地与陆上主管线相连接。可以 有多个钻台, 每个钻台可有多排井, 井口距很小。由于在同一地点有几 组井,一个阶段内会出现密集的同 时施工和钻井作业,其中一些作业 距离比较近。此外,钻井作业进行 的同时,完井设备安装和生产作业 也在进行。在这种多个平行作业同 步进行,人员密集交叉,场地空间 狭窄的环境下常规钻机搬迁与安装 已经不适用。
 
钻机步行系统
 
取代常规钻机搬迁的是钻机步 行系统。该系统可以在钻台上钻机 移动。该系统使得移动 A 型井架和 底座时,井架直立且无需放下钻杆 (带着满载的钻杆盒移动),也无 需要断开电缆。钻机步行系统采用 轴承,并配备起重油缸和安全低压 液压系统 , 用于起升井架和底座重量(包含钻杆盒重量)。起重油缸 和滑动油缸依次启动, 以非常安全、 受控的步速移动钻机。该步行系统 很容易安装,一旦设置运行状态, 控制面板就可以控制所有动作。转 向和旋转模式通过可调节转向联动 装置来实现。该步行系统井口位置 定位准确,安装精度更高。起升油 缸提起载荷,滑动油缸沿着滚轴上 的步道(walking feet)推动模块。 然后,起升油缸放下载荷,滑动油 缸复位, 准备进行下一轮推动循环。

起 升 钻 机 步 行 系 统 液 压 筒 的 等级和选择,取决于井架和井架底 座的重量,而起升油缸的容积取决 于所需的移动速度。油缸和滚轴垫 (roller pad)将提起的钻机重量 传递给地面。钻机重量分散,不超 过人工岛地面的最大允许支撑压力。 滑动油缸将滚轴 / 油缸组连接到步 脚上,使得操作人员可以朝需要的 方向进行推拉井架底座。通过应用 一个可旋转、锁定扇形齿轮板来完 成转向,通过旋转基座手动调节。

操作人员锁定扇形齿轮板,实现不 同组合,使钻机能够拥有不同的转 向模式,包括侧向、轴向、横向、 环形方向及其他许多种转向模式。 尽管钻机步行系统优于传统钻 机搬家模式,但仍有部分缺陷。钻 机连同所有钻井液设备和钻井设备, 作为一个整体移动;钻机连同井架 底座上钻杆盒中的全部钻杆一起移 动;滑道可连接,并且连同井架底 座一起移动到新位置;电缆可以隐 藏在结构中,且不需要每次钻机移 动都断开再重新连接;应用额外的 管子,可以很容易地延伸管线,连 接两口井;钻机动力和钻井液设备 模块可以保持在最初安装的位置上 钻完一排井,完全不需要进行移动; 不需要对结构进行任何修改,就能 允许钻机进行长距离移动;钻机结 构和新的步行系统符合最新的 API- 4F 钻井结构标准要求。
 
NDC 公司步行系统
 
NDC 公司升级了两款常规快 速 移 动 钻 机, 即 ND32 和 ND33, 他们最初是由 Cooper 制造公司制 造。NDC 修改了钻机移动系统,变 成了步行系统(由哥伦比亚工业公 司 LLC 制造的 Atlas 步行系统)。 钻机的修改执行阿拉伯 Rig-Metal 标准。该步行系统拥有 4 个起重油 缸,起升井架和井架底座载荷,消 除地面之间的摩擦力 , 然后 8 个滑 动油缸推动井架底座沿着滚轴上的 步道移动,然后起升油缸放下载荷, 滑动油缸复位,准备进行下一轮推 动循环。手动实现转向调节,同时 步座离开地面。为了使钻机移动到 采油树之上时不用断开电缆和管子, 钻机在高压管线、低压管线、电缆 和管具装卸系统等方面进行了改进。 设计改进中还考虑了钻井或钻机移 动过程中落物对采油管线和管汇危 害。

同时,钻机步行一个移动周期, 可在 120 秒内移动包括钻杆盒全部 载荷。钻机步行系统的设计使得钻机 能够在纵向和横向上移动,步行系统 可以旋转钻机来满足钻机移动的不同 情况,可以让钻机旋转 180 度。 NDC 公司在四川宏华新制造了 9 台 3,000 马力型岛式钻机,以适 用于 NDC 用户在新人工岛上的钻井 作业,因为井架和井架底座设计不 同(侧面马鞍形井架),所以钻机 采用了不同的步行系统设计(小步 脚步行系统)。动力模块和钻井液 设备模块均应用单独的步行系统进 行移动。钻机布局设计满足钻台布 局和同时作业的要求。

该系统包括 3 个单独的移动系 统。钻井模块、钻井液设备模块和 动力模块均有单独的、专用的移动 系统,彼此单独操作。这种布局使 得钻台上的钻井液系统和动力系统 更容易跟随井架和井架底座移动, 使得模块间的相对位置更灵活,模 块间距离更短。钻井模块包括井架 和井架底座,用 8 个起重机,在标 准钻机沉垫下达到小于 4kg/cm 2 的 地面压力(人工岛地面承压)。该 步行系统允许携带井架、 井架底座、 满载的钻杆盒、以及井架底座附属 设备如防喷器关井单元、上升滑道 和防喷器等作为一个整体移动。泥 浆模块包括泥浆泵、页岩振动筛、 节流管汇和泥浆罐,该步行系统允 许携带全部泥浆罐移动到新井,可 以节省大量时间。

动力系统包括发 电机组、压缩空气系统和所需的变 压器。动力模块、钻井模块和钻井 液设备模块之间的电缆安装在隐式 和电缆拖链系统中。 由于钻机(井架和井架底座) 应用步行系统从同一排的一口井移 动到另一口井,因此电缆可以延长 并收回来配合模块之间的相对距离, 避免断开和重新连接电缆浪费时间。 隐式拖链系统的创新设计使得不需 要断开电缆,因为电缆都存放在隐 式结构里,绞车安装在隐式结构中 的适当位置,使得电缆与新位置之 间的延伸和回收顺畅。同时,NDC 制造了 4 个 2,000 马力型陆地钻机。 该钻机采用 Atlas 步行系统,钻井 液设备模块用单独的步行系统进行 移动,而动力模块仍然采用常规移 动方式,以适应钻台布局、同步作 业的要求。
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