4000 m陆地双井口钻机关键技术研究

杨鹏，赖晨晨，郭晓虎，张赢斌

（1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡721002；2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，陕西 宝鸡721002）

0 引 言

随着国际油价持续走低、国内油气装备市场日趋饱和等不利因素影响，提高钻机作业效率和降低开采成本成为油气装备制造行业发展的新趋势[1]。为此，宝石机械设计了适用于双排丛式井作业的4000 m陆地双井口钻机（不同于海洋平台的双井架一个井位钻井，另一个井位只用于建立立根或下隔水管等辅助作业[2]）：该钻机不仅可以同时实现一个井位钻井，另一个井位下套管(或建立立根)的交叉作业，而且也可以同时实现2个井位都可以独立进行钻井作业。限于篇幅，本文仅对4000 m陆地双井口钻机的基本方案和主机部分关键技术进行介绍、总结。

1 技术方案

1.1 方案简介

4000 m陆地双井口钻机设计满足井间距为3.5 m双排丛式井作业；满足主井口钻进，辅助井口离线接立根、下套管、固井等作业；满足2套BOP在3个相邻井口间的安装、试压等。对主机部分而言，井架顶部配套有满足双井口作业的双天车；井架为双井口自升式套装结构，其支脚位于钻台面上，井架依靠液压绞车动力分段升举的方式起升。底座为双升式结构，双绞车高位安装于底座钻台面后侧，由上座、基座及它们之间的立柱构成四边形结构。底座的起升依靠液压缸动力来实现。底座处于低位时钻台向井口左方倾倒，起升时由左向右从低位整体起升到工作位置。4000 m陆地双井口钻机方案示意图如图1所示。

钻台平台布局图如图2所示。从图中可以看出，A井口布置有液压转盘，B井口只配有安装卡瓦的假转盘；A、B井口均配套有1套铁钻工和2套液压猫头；司钻控制分别布置于A、B井口两侧，司钻控制房外侧分别布置有左右司偏房；A、B绞车分别布置于A、B井口的后侧。

图1 钻及立面图

1.2 技术参数

最大额定静钩载为2×2250 kN；井架有效高度为44 m；井架底部开裆为10.668 m；二层台高度为26.5 m；立根容量(4-1/2"钻杆、28 m立根)为2×4000 m；钻台面高度为9.5 m；最大额定静转盘载荷为2×2250 kN；最大额定立根载荷为2×1200 kN；井间距为3.5 m。

2 关键技术

2.1 双井口天车

双井口天车是陆地双井口钻机的关键组成部分，双井口天车安装在钻机井架的顶部，分为A、B系统，A系统用于钻井；B系统用于离线配BHA、钻杆、套管，并用于下套管等作业，B 系统主滑轮为横向可调结构。天车主要由天车架、主滑轮总成、导向轮总成、辅助滑轮、挡绳架等组成。

对于常规的单井架而言，其左右方向、前后方向与井口的对中，均通过调整井架调节支座处的垫板数量来实现。对双井口作业井架而言，前后方向的对中可通过调整垫片来完成，左右方向采用调节垫片则无法满足双井口天车对中要求。因此，在B系统中设置有滑轮对中装置[3]，先调整A系统天车中心与井口中心对正，然后通过对中装置，使B系统与其井口对正，从而完成双井口天车的对正。

图2 钻台布局图

图3 双天车

2.2 双井口井架

陆地双井口井架[4]传递的载荷为同级别井架的2倍左右，具有承载能力大且侧向跨距大的特点，因此，陆地双井口井架的选型就显得尤为重要。

塔形井架质量大，安装繁琐，应用于陆地钻机性价比偏低；由于配备了双绞车后双绞车出绳同步性无法保证，因此陆地双井口井架在设计时不能选择依靠绞车动力来起升的结构形式；而对于侧向跨距较大的陆地双井口井架，若采用油缸起升，油缸不同步对井架起升时的安全性影响较大。鉴于此，我们选择了采用液压绞车分段垂直举升的套装结构作为陆地双井口井架的结构形式（井架结构详见图1）。

设计时考虑主辐井口的互换性，辅井口承载按等同主井口承载设计。此时井架的承载约为同级别单井架的2倍。设计时井架主立柱及基段大腿采用承载能力强的大截面H钢，并选择高强度Q420材料，在保证井架强度和稳定性的同时，大幅度地降低井架的质量。

2.3 双井口底座

陆地双井口钻机的底座采用横向布置的平行四边形结构（底座结构详见图1），钻台面高度9.5 m，双绞车安装于底座钻台面后侧，司钻偏房分别布置于钻台的左右两侧。底座依靠液压缸动力起升，底座净空高满足大吨位防喷器的安装要求。底座处于低位时钻台向井口左方倾倒，起升时由左向右从低位整体起升到工作位置[5]。

2.4 BOP吊移系统

鉴于陆地双井口钻机适用于多排丛式井作业的特点，设计时需满足2套BOP在3个井口间离线转移、试压的要求[6]。BOP吊移轨道整体呈反E形结构，可以将防喷器从存放区移至目标井口，也可将防喷器从一处井口移至另一井口，实现了双井口钻机作业时防喷器在任意井口及存放区之间的转运，满足双井口钻机多井口作业的需要。BOP吊移系统图如图4所示。

图4 BOP吊移系统图

2.5 步进移运系统

为满足陆地双井口钻机在各井口间的快速移动，配套了无轨道步进式移运系统[7-9]。步进移运系统由步进移动装置、液压系统（液压源可为钻机组合液压站）等组成。步进移动装置共4套，分别安装在底座基座端头，通过操纵控制箱的操纵手柄来完成液压缸的顶升和平移。配套步进移运系统后的陆地双井口钻机可满足井架底座在直立状态下同时带满立根进行移运。

步进移运系统还可满足横向、纵向、斜向、旋转等模式的移运。

图5 步进移运及转向图

3 结语

1）传统钻机在进行丛式井作业时，通过建立根、起下钻、下套管3种操作的反复交替进行来实现钻进，3种操作交替的过程会耗费大量的人力、物力和时间；而陆地双井口钻机能将建立立根、起下钻、下套管操作作业与钻井作业同时独立地进行，有效地缩短了钻井周期，提高了生产效率，节省了人力物力，有效地降低了钻探成本。

2）陆地双井口钻机对固定井间距的丛式井在油气开发过程中提速降本作用明显。

3）陆用双井口钻机满足工厂化钻机的作业需求，是探索工厂化钻井作业模式发展方向的需要[10]。目前，虽然海洋平台双井口钻机模式非常成熟，但真正用于陆地丛式井作业的双井口钻机并未有报道。在后续的发展中，陆地双井口钻机具有一定的推广价值。