HH300鉆機(jī)叢式井搬家再提速研究及改造方案

張宇鱗

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司 國(guó)際鉆井公司，北京 100101）

HH300液壓鉆機(jī)由意大利drillmec公司生產(chǎn)制造，中國(guó)石油集團(tuán)有唯一的一臺(tái)HH300鉆機(jī)，服役于委內(nèi)瑞拉PDVDA甲方，液壓鉆機(jī)以獨(dú)特的技術(shù)結(jié)構(gòu)和可靠的安全性能為公司創(chuàng)造了良好的業(yè)績(jī)。鉆機(jī)一直從事2000多米的三開(kāi)大位移水平井作業(yè)，年平均完成生產(chǎn)井12口，多年來(lái)零事故率，完井質(zhì)量高，在同一作業(yè)區(qū)塊口碑遠(yuǎn)超意大利、俄羅斯、秘魯和美國(guó)等鉆井公司，所以此鉆機(jī)備受甲方重視，在近年來(lái)鉆機(jī)市場(chǎng)工作量欠缺的情況下，液壓鉆機(jī)的工作量一直趨于飽和狀態(tài)。HH300鉆機(jī)帶有多種智能保護(hù)，自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，鉆井效率高，鉆機(jī)所有配套設(shè)備都是拖撬運(yùn)移結(jié)構(gòu)，模塊化組裝，具有拆裝簡(jiǎn)易，運(yùn)輸快捷的優(yōu)點(diǎn)。由于近年來(lái)搬家費(fèi)用及工人工資等成本持續(xù)增加，盡量縮短搬家時(shí)間才能保證更高的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。由于合同變動(dòng)，液壓鉆機(jī)作業(yè)區(qū)塊有大量的叢式井投入開(kāi)發(fā)，所以在叢式井井場(chǎng)搬家中，為了更好地提高搬家效率，節(jié)約成本，對(duì)標(biāo)分析，對(duì)現(xiàn)有配套設(shè)備進(jìn)行合理的優(yōu)化改造，使鉆機(jī)更加適應(yīng)叢式井開(kāi)發(fā)需要，進(jìn)一步縮短搬家時(shí)間，降低搬家費(fèi)用，提高泥漿的利用率，提升鉆機(jī)的使用效率。

1 HH300液壓鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

液壓鉆機(jī)的主體設(shè)備是意大利DRILLMEC公司生產(chǎn)，包括主機(jī)拖車(chē)系統(tǒng)，主液壓站系統(tǒng)，鉆具處理系統(tǒng)和電氣控制房，共四部分（圖1）；其他所有設(shè)備國(guó)產(chǎn)配套。

圖1 HH300液壓鉆機(jī)主體系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)

1.1 HH300液壓鉆機(jī)進(jìn)口主體部分

HH300鉆機(jī)主體部分模塊化結(jié)構(gòu)，鉆機(jī)大部分組件安裝在主機(jī)重型拖車(chē)上，主液壓站集成安裝在另外一個(gè)拖車(chē)上。鉆具處理系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，同主機(jī)拖車(chē)安裝后配合使用，在鉆井中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，設(shè)備配備一臺(tái)獨(dú)立的電控房，通過(guò)PLC、人機(jī)界面等控制整個(gè)鉆機(jī)的鉆井操作。（1）主機(jī)重型拖車(chē)上集成了伸縮式井架、起升主液壓缸、天車(chē)，頂驅(qū)，輔助液壓站及大量的液壓控制閥件等部件。鉆機(jī)底座組合以鋼架為主體，配合安裝在拖車(chē)上的四個(gè)獨(dú)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(chē)，兩個(gè)三級(jí)液壓缸同步舉升井架，不需要任何輔助的舉升設(shè)備。主機(jī)拖車(chē)上有一臺(tái)輔助液壓站，液壓動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四根起升主液壓缸和兩個(gè)井架直立液缸提供獨(dú)立的液壓源，其動(dòng)力還用于搬家時(shí)驅(qū)動(dòng)鉆具處理器起升下放和懸臂吊作業(yè)。這套輔助系統(tǒng)和主液壓源在搬家作業(yè)中互為備用，可以節(jié)約大量的拆裝時(shí)間。（2）主液壓站動(dòng)力系統(tǒng)單元包括一個(gè)4400L容量的油箱和兩個(gè)動(dòng)力泵組，這兩組動(dòng)力系統(tǒng)相互通過(guò)液壓復(fù)合系統(tǒng)連接，為整個(gè)鉆機(jī)提供液壓動(dòng)力。整個(gè)液壓站房體安裝在一臺(tái)拖車(chē)的承載架上，搬家時(shí)斷開(kāi)液壓管線快拔接頭連接和電源線即可移運(yùn)。（3）直立式鉆具處理系統(tǒng)由三塊鋼架底座連接作為基礎(chǔ)，獨(dú)立于主拖車(chē)底座，但是設(shè)備位置和主機(jī)底座相對(duì)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(tái)頂部帶有吊車(chē)的鉆桿處理器，全自動(dòng)或者手動(dòng)，遙控等多種方式抓取鉆具，配合主機(jī)系統(tǒng)操作。鉆桿處理器在搬家時(shí)使用自帶吊車(chē)可以完成拆裝鉆桿盒，同時(shí)用于自身本體起升下放。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)在搬家中節(jié)省了大量的租賃吊車(chē)費(fèi)用。

1.2 HH300液壓鉆機(jī)國(guó)內(nèi)配套部分

國(guó)內(nèi)配套的所有設(shè)備全部采取拖撬結(jié)構(gòu)，并自帶液壓起升裝置，起升后連接拖車(chē)車(chē)頭即可搬運(yùn)。其中設(shè)備包括三臺(tái)卡特3512B發(fā)電機(jī)組、一臺(tái)沃爾沃輔助發(fā)電機(jī)房、一臺(tái)C15機(jī)組房體、一臺(tái)SCR電控房、一臺(tái)柴油罐、三臺(tái)F-1300泥漿泵、四臺(tái)泥漿罐、一臺(tái)工業(yè)水罐等（圖2）。一號(hào)泥漿罐擺放在主機(jī)設(shè)備旁邊連接井口泥漿槽。

圖2 鉆機(jī)國(guó)內(nèi)配套設(shè)備分布圖

2 HH300液壓鉆機(jī)在叢式井場(chǎng)搬家時(shí)效和提速搬家改造的難點(diǎn)

鉆井設(shè)備搬家速度是鉆機(jī)作業(yè)時(shí)效提升的重要部分，也是直接影響經(jīng)營(yíng)效益的重要因素。在搬家提速上，結(jié)合委內(nèi)瑞拉搬家大包制度，查找以往制約搬家的不利因素，總結(jié)分析原因，科學(xué)統(tǒng)籌安排搬家時(shí)間、嚴(yán)密搬家過(guò)程組織和各崗位及工序之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，液壓鉆機(jī)相比50DB鉆機(jī)的搬家時(shí)間可以減少一半。

（1）HH300液壓鉆機(jī)在同一井場(chǎng)內(nèi)搬家，營(yíng)房區(qū)、庫(kù)房、鉆具爬犁等設(shè)施不搬遷，但是受到同一井場(chǎng)區(qū)域限制，設(shè)備必須全部拆除后，拖運(yùn)到其他位置，清理井場(chǎng)后才可以就位安裝。其中存在影響移運(yùn)設(shè)備的因素有兩點(diǎn)，首先是完井后抽吸完罐內(nèi)所有泥漿，清理泥漿罐后才能移運(yùn)罐體，36h內(nèi)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(yè)，4～5h完成可以鉆桿盒下放或者起升，鉆桿盒的拆甩速度覺(jué)得了主機(jī)和液壓站的拆分進(jìn)程。所以這兩項(xiàng)因素會(huì)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(duì)象。

（2）鑒于HH300液壓鉆機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，鉆具處理系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)部分互相獨(dú)立，但是安裝定位必須非常準(zhǔn)確，才能保證總體設(shè)備的自動(dòng)化工作協(xié)調(diào)。對(duì)于國(guó)內(nèi)配套部分，清理泥漿罐耗費(fèi)時(shí)間會(huì)影響工作進(jìn)程，泥漿泵、發(fā)電機(jī)等設(shè)備都可以提前拆甩移運(yùn)。

雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多成熟的鉆機(jī)平移設(shè)備，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，主機(jī)系統(tǒng)和鉆具處理系統(tǒng)分別獨(dú)立安裝在兩個(gè)底座上，兩個(gè)部分?jǐn)[放位置上嚴(yán)格固定，所以傳統(tǒng)的整體平移結(jié)構(gòu)無(wú)法在此鉆機(jī)上應(yīng)用。如果借鑒其他鉆機(jī)的平移結(jié)構(gòu)，需要要制做很大的兩塊鉆機(jī)移動(dòng)平臺(tái)，將主機(jī)和鉆具處理系統(tǒng)分別集成在其上，通過(guò)液壓千斤進(jìn)行推動(dòng)平移，同時(shí)必須解決兩大難題，第一個(gè)是井口采油樹(shù)無(wú)法通過(guò)設(shè)備空擋問(wèn)題、第二是新井井口兩部分底座對(duì)正角度和地面水平的問(wèn)題，這種改造成本會(huì)非常高昂，同時(shí)會(huì)在遠(yuǎn)距離搬家中增加了大量的運(yùn)輸車(chē)次，所以整體平移的方式不可取。根據(jù)液壓鉆機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和搬家時(shí)效綜合考慮，采取單獨(dú)搬運(yùn)HH300進(jìn)口主機(jī)部分，其他設(shè)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(shù)項(xiàng)目攻關(guān)目標(biāo)，叢式井場(chǎng)不搬運(yùn)大部分國(guó)內(nèi)配套設(shè)施，避開(kāi)清罐作業(yè)；唯一搬運(yùn)主機(jī)系統(tǒng)，不會(huì)受到采油樹(shù)和井場(chǎng)地面水平度限制；鉆機(jī)在井場(chǎng)擺放結(jié)構(gòu)和相鄰采油裝置位置的制約，設(shè)備必須由遠(yuǎn)及近的完成鉆井任務(wù)；對(duì)于雙排叢式井，國(guó)內(nèi)配套部分繼續(xù)保持不變，設(shè)備之間用軟管連接即可。

3 HH300液壓鉆機(jī)提速快搬整改方案

3.1 設(shè)備的總體要求和方案

HH300自動(dòng)化鉆機(jī)作業(yè)于單排從式井設(shè)計(jì)，每組5口井，井間距為15米/口。在現(xiàn)有HH300液壓鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配套的基礎(chǔ)上，應(yīng)遵循安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、方便運(yùn)輸?shù)脑瓌t。在作業(yè)過(guò)程中，液壓鉆機(jī)主機(jī)、防噴器控制房、巖屑處理系統(tǒng)、1號(hào)罐根據(jù)井位的不同橫向移動(dòng)，井場(chǎng)動(dòng)力區(qū)、油罐區(qū)、除1號(hào)罐外其余固控循環(huán)區(qū)設(shè)備在最后一口井位置放置不動(dòng)。新增高壓管匯、泥漿輸送系統(tǒng)，電纜房一棟，電纜轉(zhuǎn)接箱兩套，軟啟動(dòng)裝置一套，及新配套鉆臺(tái)區(qū)電纜一套。鉆機(jī)改造增加配套的各個(gè)部件，其安裝接口要與當(dāng)前設(shè)備一致，電纜插接件、循環(huán)系統(tǒng)、高低壓管匯等滿足現(xiàn)場(chǎng)通用連接要求。

整體設(shè)計(jì)方案能夠滿足以下要求：鉆機(jī)進(jìn)口主機(jī)部分采用人工搬運(yùn)至下一口井；1號(hào)泥漿罐后面增加轉(zhuǎn)漿系統(tǒng)，1號(hào)泥漿罐、轉(zhuǎn)漿系統(tǒng)、液氣分離器、節(jié)流壓井管匯滿足叉車(chē)運(yùn)至下一井位，1號(hào)泥漿罐與轉(zhuǎn)漿系統(tǒng)之間采用軟連接，轉(zhuǎn)漿系統(tǒng)與2號(hào)泥漿罐之間采用管線排連接；地面高壓泥漿管匯隨鉆機(jī)移動(dòng)加長(zhǎng)或者縮短，鉆臺(tái)區(qū)電纜隨鉆機(jī)移動(dòng)從電纜房?jī)?nèi)滑出，架設(shè)在地面電纜滑移導(dǎo)軌上；其余泥漿罐、泥漿泵、發(fā)電房、氣源房、SCR房、水罐、柴油罐等設(shè)備保持在原來(lái)位置；井場(chǎng)布局設(shè)備斜擺放或者雙排叢式井時(shí)，1號(hào)罐與轉(zhuǎn)漿罐、管線排與2號(hào)罐、地面高壓管匯加長(zhǎng)段兩端全部采用軟管線連接。

3.2 主要技術(shù)描述

（1）固控系統(tǒng)總體方案。整個(gè)作業(yè)過(guò)程共分為5口井，除1#罐外其余固控設(shè)備均擺放在主機(jī)在第五口井作業(yè)時(shí)的相對(duì)應(yīng)位置并保持不變。第一口井作業(yè)時(shí)，1#罐擺放在主機(jī)相對(duì)應(yīng)的位置，1#罐后增加轉(zhuǎn)漿罐，通過(guò)管排與2#罐相連通；在第二、三、四口井時(shí)，縮短管匯連接，搬家安裝結(jié)構(gòu)不變；第五口井拆除新增的設(shè)備連接，設(shè)備恢復(fù)原配套狀態(tài)。HH300自動(dòng)化鉆機(jī)平移方案見(jiàn)附圖為例（圖3）。

圖3 液壓鉆機(jī)第一口井設(shè)備位置

（2）轉(zhuǎn)漿控制系統(tǒng)。1#罐后端配置一個(gè)轉(zhuǎn)漿罐，罐上配備1套攪拌器，一套泥漿槍?zhuān)还抻覀?cè)配置3臺(tái)砂泵及相應(yīng)的管線閘門(mén)等，3臺(tái)砂泵并聯(lián)在一起，通過(guò)兩根8″管從轉(zhuǎn)漿倉(cāng)吸入泥漿；通過(guò)兩根6″管排出，吸入口和排出口均通過(guò)錘擊由壬進(jìn)行連接。砂泵的控制采用閥門(mén)及自動(dòng)控制。同時(shí)在轉(zhuǎn)漿罐泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。轉(zhuǎn)漿罐配置超聲波液位計(jì)一臺(tái)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿罐液位變化情況。并根據(jù)液位自動(dòng)啟停砂泵。當(dāng)滿足第一個(gè)液位高度時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)砂泵；當(dāng)滿足第二個(gè)液位高度時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)砂泵，直到液面高度降至設(shè)置的最低高度時(shí)，兩臺(tái)泵自動(dòng)或手動(dòng)停止。第三臺(tái)砂泵作為備用，通過(guò)倒換閥門(mén)控制線作為前兩臺(tái)砂泵的備用（三臺(tái)砂泵均為就近控制）。2#罐前端配置一個(gè)短管線排，把1#罐轉(zhuǎn)出的泥漿輸送到2#罐。同時(shí)在轉(zhuǎn)漿泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。在轉(zhuǎn)漿罐與短管線排之間配置6套轉(zhuǎn)漿管線排，每套主體長(zhǎng)寬尺寸為7500×1180mm，轉(zhuǎn)漿管線排由兩個(gè)泥漿輸送管線、一個(gè)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(zhǎng)的地面管線，每組管線用卡子固定在同一個(gè)支撐架上；根據(jù)鉆機(jī)的推進(jìn)安裝在地面閘門(mén)組前方，可使用閘門(mén)組和泵間的高壓軟管進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（4）電控連接系統(tǒng)和電纜房。電纜盤(pán)繞在固定的纜房?jī)?nèi)，設(shè)備搬家時(shí)電纜從固定電纜房?jī)?nèi)抽出并敷設(shè)在活動(dòng)電纜滑移架上，電纜房?jī)?nèi)配置一套防爆電纜轉(zhuǎn)接箱和插接件。電纜房為封閉式獨(dú)立房體。房體兩端為對(duì)開(kāi)門(mén)，在房體內(nèi)頂部配備吊掛電纜滑移導(dǎo)軌，電纜在房?jī)?nèi)折疊吊掛。在電纜房外配備60m電纜滑移導(dǎo)軌，可與房?jī)?nèi)導(dǎo)軌進(jìn)行對(duì)接。電纜房底座為撬裝結(jié)構(gòu)，配備吊裝和拖裝，方便搬家移運(yùn)。

4 HH300液壓鉆機(jī)整改后的效果

此方案在液壓鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，搬遷速度再次大幅提升，節(jié)約了多項(xiàng)用并減少了搬家安全風(fēng)險(xiǎn)。

（1）改造前此鉆機(jī)同井場(chǎng)搬家速度為76h，改造后同井場(chǎng)搬家時(shí)間縮短至48h以?xún)?nèi)，按照日費(fèi)井費(fèi)用，搬家時(shí)間縮短一天提前開(kāi)鉆就可以創(chuàng)收日費(fèi)3萬(wàn)多美金。（2）此方案實(shí)施，不再雇傭第三方搬家公司完成設(shè)備運(yùn)移，井場(chǎng)有一臺(tái)CAT980叉車(chē)（自有資產(chǎn)設(shè)備），租賃一臺(tái)50t吊車(chē)和兩個(gè)拖掛車(chē)頭，借助液壓鉆機(jī)自身的自起放操作特點(diǎn)即可完成搬家。同井場(chǎng)搬家中甲方大包付費(fèi)15.44萬(wàn)美金，改造后48h雇傭吊車(chē)和拖車(chē)車(chē)頭租賃費(fèi)用為5760美金，此次改造幾乎可以完全節(jié)約搬家費(fèi)用。（3）改造后避免了清運(yùn)泥漿及清罐而影響到搬遷進(jìn)程；泥漿重復(fù)利用率提高，并且減少了對(duì)環(huán)境的污染；泥漿運(yùn)輸及的清罐的人力物力成本降低為零，同一井場(chǎng)內(nèi)每口井可以節(jié)約2萬(wàn)美金左右。（4）避免了拆裝作業(yè)過(guò)程中的重物吊裝及人員高空作業(yè)的工序，減少降低拆裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，快速搬家設(shè)計(jì)運(yùn)移設(shè)備的數(shù)量大幅減少，搬遷效率提升。（5）減少設(shè)備在拆、運(yùn)、裝過(guò)程中對(duì)設(shè)備損壞；規(guī)同井場(chǎng)搬家由于雇用第三方搬家公司，搬遷過(guò)程中最容易損壞梯子護(hù)欄等一些安全設(shè)施，造成每次搬遷完畢開(kāi)鉆整改工作量增加，改造后即可完全降低此類(lèi)事件發(fā)生。

總之，通過(guò)對(duì)設(shè)備的快速搬家改造，縮短了設(shè)備拆、運(yùn)、裝時(shí)間，節(jié)約人力、物力，財(cái)力，增效提速效果顯著，完成一口井搬家總計(jì)可節(jié)約20萬(wàn)美金，年內(nèi)叢式井場(chǎng)內(nèi)搬遷9次可以節(jié)約180多萬(wàn)美金，切實(shí)成為一個(gè)成功的改造成果。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)HH300液壓鉆機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)搬家時(shí)效分析，攻克叢式井鉆機(jī)提速搬遷中多個(gè)難題。井場(chǎng)及口井位置尺寸限制，有效避開(kāi)后期采油設(shè)施，避開(kāi)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(chǎng)搬家再提速。不再雇傭搬家公司，節(jié)約了搬家費(fèi)用，減少了設(shè)備損壞率，降低了搬家風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，進(jìn)一步提升了鉆機(jī)的作業(yè)時(shí)效，取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。作為中石油唯一引進(jìn)的特色鉆機(jī)，液壓鉆機(jī)的作業(yè)安全、節(jié)能高效、穩(wěn)定的自動(dòng)化液壓控制系統(tǒng)和快速搬遷特點(diǎn)，引領(lǐng)和促進(jìn)我國(guó)鉆機(jī)工業(yè)更加智能化發(fā)展，在不斷的實(shí)踐中，優(yōu)化后的HH300液壓鉆機(jī)將繼續(xù)發(fā)揮著領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。