SZJ225D集装箱式钻机方案探讨

赵伟　吴文秀

摘要：我国常规模块钻机，由于拆分模块较多，造成了运输模块多，浪费了大量成本。而且模块尺寸偏大，使其在天然气和页岩气开发的山区环境中造成了运输困难，带来了诸多的问题。为了解决常规模块钻机运输模块多、运输模块尺寸大的问题，文章对集装箱式钻机方案进行了探讨。

关键词：集装箱式钻机；柴油发电机组；井架结构；常规模块钻机；油气开采

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0027-03

我国常规模块钻机通常的结构方案为井架采用前开口K型井架，底座采用旋升式或箱块式底座。此种结构井架和底座在搬家运输过程中需要拆分的模块数量较多，造成运输车次增加，安装和拆卸费时费力，无形中造成了钻井成本的增加和钻井效率的降低。同时，由于结构的需要，底座的部分模块外形尺寸超标，运输困难。

目前，根据国家页岩气“十二五”规划要求，前期勘探开发，主要区块位于鄂渝川地区。而我国的地理环境，鄂渝川地区主要以山区和盆地为主，道路条件较差，我国现有常规模块钻机的适应性较差，钻机很难顺利进入井场作业。针对以上问题，为减小钻机的运输模块尺寸以及减少运输模块数量，节约运输成本，本文对解决该问题提出了集装箱式钻机方案。

集装箱式钻机是一种根据集装箱标准尺寸进行设计，具有高度的模块化、标准化和集成化特点的钻机。国外Huisman-Itrec公司、Drillmar公司、Loadmaster公司等多家公司在集装箱式钻机设计和加工方面的工艺已比较成熟，并已成功应用于山地和极地地区。国内部分钻机厂家生产的钻机采用箱叠式底座等部分引进了集装箱式设计，但集成度和标准化程度较低，且还无法达到整台钻机的集装箱式设计要求。现根据我国地理情况以及应用现状，提出适应我国钻井开发的集装箱式钻机方案进行

探讨。

1 基本参数

目前，根据页岩气开发需求，前期对鄂渝川地区条件进行了前期调研，并根据鄂渝川地区井场情况和作业需求，提出在鄂渝川地区应用SZJ225D集装箱式钻机进行的基本参数：

名义钻井深度 4000m（4-1/2〞钻杆）

最大钩载 2250kN

绞车额定功率 735kW（1000hp）

提升钢丝绳直径 Ф32mm

游系 5×6

转盘开口直径 698.5mm（27 1/2″）

泥浆泵型号及台数 F-1300×2

单台泥浆泵额定功率 960kW（1300hp）

泥浆泵最大工作压力 35MPa

井架高度 43m

钻台高度 9m

转盘梁净空高度 7.6m

动力传动方式 电驱

2 总体方案

结合国内钻井作业要求及国内钻井作业现状，由于电驱钻机相比较机械驱动钻机和复合驱动钻机，具有结构简单、连接简便、模块数量少等特点。因此，钻机总体传动采用直流电驱。

钻机采用3台CAT3508B柴油发电机组作为主动力，发出的600V/50Hz交流电经SCR柜整流后变为0～750V直流电，分别驱动为1000HP绞车、转盘和泥浆泵提供动力的串励直流电动机；绞车由2台电机驱动；转盘由1台电机采用独立驱动；2台泥浆泵各由2台电机驱动。电传系统采用一对二控制方式，AC-SCR-DC传动（图1为传动示意图）。

总体结构井架采用直立套装井架，高位安装，底座采用箱叠式结构，绞车高位安装（图2为总体结构图）。

图1 传动示意图

1.天车 2.直立套装井架

3.二层工作台 4.绞车 5.箱叠式底座

图2 总体结构图

3 结构特点

绞车位于底座上，对于进行丛式井作业的钻机，可提供钻机对于丛式井井口的通过性，并可进行试气和大修作业。

井架结构，对于中深井钻机井架多采用前开口K型井架，但是常规前开口K型井架由于采用整体起升方式，占用井场面积较大，且多为单片结构，给现场拆卸和安装带来较大的工作量，另外运输散件较多，不便于运输。直立套装井架常规前开口K型井架具有模块化、安装方便、占地面积较小等特点。因此，在该钻机上采用直立套装井架结构。

该直立套装井架采用独特的可折叠结构，不仅可以增大井架截面积，增加井架整体稳定性，也同时解决了运输模块较大的问题。

1.井架顶节 2.井架上节 3.井架中节

4.井架下节 5.井架底座 6.井架支撑

图3 井架整体结构图

如图3井架整体结构图所示，井架主要由井架顶节、井架上节、井架中节、井架下节以及井架底座和井架支撑组成。

井架顶节和井架底座采用可拆卸结构，中节通过螺栓连接，运输时可将井架顶节和井架底座从中节拆卸，减小顶节和底座的运输尺寸。井架上节、井架中节、井架下节等井架单节如图4井架单节结构图所示采用可折叠结构。其井架单节由井架左右单片组成，中间增加可旋转结构。在井架进行运输时，可通过中间旋转结构，将井架左右单片折叠，组成具有标准集装箱式外形，能够减小运输外形尺寸，同时减少了井架运输模块数量。

在井架的安装设计，由于位于底座上部安装，吊装高度较高，为减小安装时的吊装高度，采用了双油缸起升井架底座结构，减小了井架安装的吊装高度。

1.井架左单片 2.井架右单片 3.井架旋转机构

图4 井架单节结构图

底座结构采用箱叠式结构。如图5底座结构图所示，底座主要由顶部总成、底座上层、底座中层和底座下层组成。

1.司钻偏房 2.顶部总成 3.底座上层 4.底座中层 5.底座下层 6.楼梯 7.1＃泥浆罐模块 8.移运装置

图5 井架单节结构图

每个箱块均按40英尺标准模块设计，体积和接口统一。整个底座分为3层，最上层箱块内集成了空压机和液压动力源等，中层箱块内集成补给罐、进料泵和储气装置等，最下层箱块可集成用于丛式井开发的钻机自行走系统。

底座箱块采用集成设计，不仅可以满足钻井作业需要，而且可将原来需独立运输的模块进行集成，减少模块数量，节约运输成本，提供运输效率。

根据该钻机特点，其主要优势在于：井架在受井场条件限制的情况下，安装占地空间较小；井架底部空间较大，满足常规游吊系统作业需求；绞车处于高位，钻机通过性较好，满足试气和大修作业的丛式井作业；运输模块数量较少，减少运输成本；井架采用折叠式井架，减小井架运输模块尺寸，并使模块尺寸标注化。

4 关键技术

（1）底座集成技术，底座在满足钻井作业需求的同时，进行集成化设计。根据井场要求，将部分部件如补给罐、进料泵、储气装置等与底座进行集成，减少运输模块数量，提高了钻机的模块化和集成化程度。

（2）直立套装井架采用了可折叠技术，在增大井架横截面和增加稳定性的同时，减小了井架的运输模块尺寸。

（3）运用strucad有限元分析，对井架和底座结构进行有限元分析。

（4）直立套装井架增大底部尺寸，解决了直立套装井架用于常规游吊系统的问题。

（5）采用油缸起升技术，解决了直立套装井架安装高度问题。

5 结语

经综合分析，集装箱式钻机特点显著，其结构方案不仅能解决钻井需要，在解决运输模块数量和尺寸问题上，采用此方案更具有鲜明的特色。该方案将是我国各种地域油气开采的首选方案。

参考文献

[1] 常玉连，刘玉泉．钻井井架、底座的设计计算[M]．北京：石油工业出版社，1994．

[2] 赵怀文，陈智喜．钻井机械[M]．北京：石油工业出版社，1995．

作者简介：赵伟（1978-），工程师，长江大学机械工程学院工程硕士在读，研究方向：石油钻井机械。

（责任编辑：周加转）