适用于海上钻修机标准的液压举升装置适用性分析

王莉，袁则名，和鹏飞，吴事难，张胜宝，倪益民

1.中海油能源发展股份有限公司边际油田开发项目组 （天津 300452）

2.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司 （天津 300452）

根据统计可知，目前中海油国内油田有相当一部分平台配置的修井机作业能力较低（提升能力90 t及以下），由于作业能力有限，满足不了海上油田的侧钻要求，当需要进行侧钻作业时只能动用钻井平台或者搬迁作业能力更强的修井机，而使用钻井平台或搬迁修井机则会导致钻完井费用高昂。为解决上述问题笔者及研究团队开展了大量的调研，发现使用液压举升设备可有效解决上述问题。

1 液压举升装置简介

液压举升装置（包括举升系统、旋转系统、循环系统）具有重量轻、结构简单、占用场地小、安装方便等优点，是一种通过液压缸活塞往复运动提升、下放油管或井下工具的作业设备，如图1所示。

图1 液压举升装置关键设备

区别于常规钻井装置，液压举升装置通过上下工作篮之间的4个液压缸配合游动卡瓦和固定卡瓦交替抱紧管柱，实现常规钻井中的提升和下放作业，作业原理如图2所示。

图2 液压举升装置下放管串运行原理

作业步骤如下：①固定卡瓦解封，游动卡瓦抱紧，准备提升钻具；②游动卡瓦解封，固定卡瓦抱紧，钻具固定于钻台；③重复步骤（1）和步骤（2），实现起出管串。

液压举升装置不具备常规钻井、修井作业装置的A 型或塔型井架，但该装置配备有液压可升降桅杆（高度约16.76 m），以方便工具串的吊运和连接标准长度的钻修采工具（最长工具标准长度13.72 m）。该装置配备两部绞车和用来上卸扣的液压大钳辅助钻井作业，表1列出了典型340 K液压举升装置的关键参数。

表1 典型340 K液压举升装置参数

2 液压举升装置侧钻作业功能性分析

钻井作业是一项系统性工程，从钻开表层到打开侧钻油气通道，中间涉及举升系统、旋转系统、循环固控系统联合作业，期间需要录井系统、控制系统为现场作业决策提供支持，井控系统更是必不可少。液压举升装置与常规绞车动力的A型或塔型井架的钻井机械结构的差别主要在于举升系统和旋转系统，在这里对液压举升装置侧钻作业的功能性举升能力及旋转能力与行业标准规范进行对比分析。

2.1 举升系统

液压举升装置的举升系统由4 个液压缸、游动卡瓦和固定卡瓦组成。液压缸代替常规作业装置中的动力输出部分（钻井绞车）；游动卡瓦作为上提和下放作业抱紧管串的天车、游车和吊卡；固定卡瓦相当于钻井作业时防止管串下滑的安全卡瓦。起下作业过程原理如图2 所示，满足在钻完井作业过程中的起、下钻功能。钻机的基本参数见表2[1]。

表2 钻机基本参数

4 个液压缸能够提供约154 t 的上提力，根据钻机参数来看数值介于ZJ20/1350和ZJ30/1800钻机之间，使用127 mm 钻杆作业井深在1 100～2 500 m。从渤海油田近年来使用修井机作业的侧钻井的数据看（表3），154 t的上提能力能够覆盖所有的案例。

选取渤海油田使用修井机侧钻作业最深的井为例，参考行业标准对钻井完成作业中的最大钩载（举开力）进行计算[2-3]。以渤海油田某井为例，该井管柱垂直投影长度1 170 m、水平投影长度2 560 m、摩擦系数0.25，经过计算得到：钻机的最大钩载≥136.713 t，液压举升装置能够满足该井侧钻作业需求。

表3 修井机单一尺寸井眼参数

2.2 旋转系统

液压举升装置可以在上工作篮配备独立的转盘，工作时类似于钻井平台上的转盘，该装置能够直接抱紧工具串进行旋转，因此不需要方钻杆。作业时能够在100 r/min 转速下，提供达到31 kN·m 扭矩，满足在钻井作业过程中的旋转需求，根据统计数据来看，能够覆盖渤海湾修井机作业的侧钻井。

为使旋转系统和循环系统联合作业，该装置使用弯头连接考克的方式代替常规钻井作业中的水龙头，缺点是不具备上卸扣功能，需要配合液压大钳对考克和钻杆之间的连接进行上卸扣。

在标准中对40/2250（229 t）钻机有统一的最低要求[1-3]，见表4。目前该装置配备转盘的输出扭矩能够满足40/2250（229 t）钻机的要求。根据渤海湾修井机作业侧钻井数据，215.9 mm 井眼和152.4 mm井眼在正常钻进时，转速一般维持在60 r/min 左右，典型340 K 液压举升装置配备的转盘能够满足作业需求。

表4 40/2250（229 t）钻机转盘标准要求

2.3 循环固控系统

典型340 K 液压举升装置配有简单的循环系统，包括一台ZB400 泥浆泵、低功率振动筛，不包括三级固控设备。由于泥浆池可以选配，这里不做分析。

渤海湾修井机作业的侧钻井最大排量约为2 400 L/min，最大泵压约为20 MPa，按标准[2-3]要求配备的设备功率

式中：ηy为钻井泵的容积效率，0.95；ηj为钻井泵的机械效率，0.90；Q 为各井段的排量，L/s；p 为各井段与排量相对应的泵压，MPa；J为经验系数，0.80。

根据以上计算，该装置应配备工作功率在644HP以上的泥浆泵。

根据渤海油田修井机侧钻井统计结果，满足2 400 L/min 排量要求即可覆盖目标市场，即处理能力为144 m3/h，低于标准要求的181.5 m3/h，除此之外包括振动筛在内的固控设备也是钻井作业过程中不可或缺的关键设备[4]，在实际使用过程中按照固控系统标准配置即可满足使用需求。

2.4 钻井支持系统

钻井支持系统一般放置在海上石油固定平台甲板上，主要由柴油发电机组、燃油罐、空气压缩机及储气罐、电气传动控制系统、钻井液池、钻井泵及辅助设备、管子堆场、管线及电缆桥架等组成[5-7]，为钻机提供作业支持的设备和结构。上述钻井支持系统均可以根据标准进行选配。

3 结论

液压举升装置及其关键设备进行完修井作业已经在国内外得到应用，通过本文的分析研究可以得出以下结论。

1）典型340 K 液压举升装置可应用到海上平台进行侧钻作业，但需对目前配置的循环系统进行改进，并按照作业要求配备固井系统、测井系统、录井系统。

2）液压举升装置的关键设备能力（举升系统、旋转系统）能够覆盖渤海湾修井机已钻侧钻井对设备的需求。