钻机平移优化研究及应用

2024-01-11何建春陈和平

设备管理与维修 2023年21期

冉建，何建春，陈和平

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司，四川成都 610051）

0 引言

钻机平移是指在同井场钻机搬迁过程中，使用专门的平移装置，在不拆卸的情况下将钻机主体设备整体由上一个井位移到下一个井位的操作。该操作取消了钻机拆装过程，只需进行短时间的接口连接后，便可快速恢复钻井条件，真正实现短时间、低成本、低劳动强度、安全高效的完成钻机搬迁。该操作广泛应用于川渝页岩气开发的丛式井场。川西钻探公司（下文简称为“公司”）在全面使用和推广同井场钻机整体平移过程中，发现钻机底座轴线偏移、水柜移位影响平移液缸安装等一系列问题。结合现场实际情况，提出了优化方案并在实施过程中逐步完善细节，很好地解决了上述问题。

1 钻机平移工作原理及工艺流程

国内采用较多的钻机平移方式有3 种，分别是地锚滑轮组自拖平移、顶升步进式平移和轨道式平移。目前公司使用的钻机型号有4000 型、5000 型、7000 型、8000 型、9000 型等多个种类，传动方式有带传动、链传动、电动等，不同生产厂家的钻机结构也有所不同。所以公司目前主要采用的是通用性较强的轨道式平移，其使用的液压平移装置载荷能力强，可在不倒钻具、不拆顶驱的情况下，利用两个液缸在滑轨上推动钻机，实现钻机同井场不同井位的快速搬迁。

1.1 液压平移装置结构及工作原理

液压平移装置包括液缸、液缸连接销和棘爪装置。

棘爪装置主要由底板、导向块、棘爪支撑架、棘爪、棘爪销、连接板等部分组成（图1）。通过棘爪装置与液缸伸、缩运动配合来完成对钻机整体的推动和拉动。当需要向后推动时，棘爪向前卡在平移轨道的卡槽内，活塞杆固定不动，液缸缸体伸出推动钻机在轨道上向后平移一个卡槽间距，通常设计为0.5 m，然后液缸收缩，活塞杆拉动棘爪装置向后移动，棘爪顺着斜面退出平移轨道的卡槽，向后移动0.5 m 后落入下一个卡槽内，如此循环往复，液缸每伸、缩一次钻机向后推移0.5 m。当需要向前拉动时，先将液缸伸出，将棘爪逆时针旋转180°向后卡在平移轨道卡槽内，活塞杆固定不动液缸缸体收缩拉动钻机在轨道上向前平移0.5 m，然后活塞杆伸出，推动棘爪座向前移动，棘爪顺着斜面退出平移轨道的卡槽，向前移动0.5 m 后落入下一个卡槽内，如此循环往复，液缸每伸、缩一次钻机向前拉移0.5 m。在运动过程中，导向块非常关键，可起到扶正和限位的作用。

图1 液压平移装置结构

1.2 轨道式平移工艺流程

轨道式平移流程主要包含以下步骤：

（1）同井场第一口井钻机安装前，根据井眼位置在井场地基上铺设平移轨道，并使两根主导轨方向与新老井口连线方向一致。然后在轨道上安装钻机及其他地面设备（图2）。

图2 轨道式平移设备布局

（2）将液压平移装置后端的两个液压缸分别与钻台基座内侧前端相连，平移装置前端的棘爪装置置于主导轨上，液缸轴线与导轨方向平行。调整棘爪装置位置，将两个棘爪分别卡进主导轨上相应的卡槽中。

（3）操作液控系统，液缸无杆腔进油（向后推，前拖则有杆腔进油），钻机整体在推力作用下沿预定方向向后移动。

（4）完成一次行程之后，液缸反向进油，活塞杆带动棘爪装置向移动方向收缩，此时棘爪从卡槽中被拖出，直至进入下一个卡槽。

（5）重复步骤（3）、（4）即能实现钻机整体平移。如果总移运距离大于轨道长度，可将前端的轨道拆接至后端继续使用，直至移到指定井位。

2 平移过程中的问题及优化措施

在现场平移施工过程中，可能遇到由于左、右摩擦力不平衡造成钻机底座轴线偏移；复合钻机安装完成后在起井架过程中引起水柜晃动，回位时钻机底座与平移底座之间的相对位置发生偏移，影响平移液缸的后续就位；泥浆泵底座纵梁与平移底座纵梁不在同一轴线上，无法平稳放置和平移等一系列问题。

2.1 钻机底座轴线偏移问题

公司采用的液压平移装置通过两组液缸与平移底座配合，对钻机左、右底座进行推或拉，使其在平移底座上平行滑动。由于左、右两边摩擦阻力不一致，或者安装时钻机底座和平移底座存在平行度误差等因素，在平移过程中钻机底座可能逐渐发生偏移，如果不及时修正会导致钻机底座偏出轨道，甚至造成平移失败等严重后果。

针对这个问题在钻机底座两侧面增设了导向装置。导向装置由导向座和导向销两部分组成，钻机底座整体摆放完成后，在钻机底座两侧适当位置焊接8 处导向座，保证导向销插入后与平移底座边缘保持5 mm 左右的间隙。在平移过程中如果钻机底座偏移超过5 mm，导向装置就会限制其偏移，并引导其沿着平移轨道方向平行移动。平移导向装置的结构如图3 所示。

图3 平移导向装置结构

2.2 水柜限位问题

公司在用的部分钻机为复合钻机，该型钻机在安装过程中，由于井架底座和机房底座相对独立，井架底座整体质量较轻，与平移底座之间的摩擦力较小，安装完成后在起升井架过程中会将水柜轻微撬起，回位时钻机底座与平移底座之间的相对位置会发生偏移，影响平移液缸的安装和后续平移工作。

针对这个问题，在改进中增加了定位装置。定位装置由定位座、锁紧卡槽及连接螺栓组成。定位座为组焊件，由定位板、导向块、锁紧板、锁紧楔块、筋板等部分组焊而成。锁紧卡槽分为左、右两件，分别用一块δ55 mm 钢板（Q345B）整体铣削而成，具有很高的抗拉强度（图4）。安装时，先在左、右轨道上定位水柜后端的安装位置并划线，将两个定位座按划线位置分别摆放在左、右轨道上，再装入锁紧卡槽并敲紧，利用锁紧契块和锁紧卡槽的1∶20 斜度面配合压紧并自锁，将定位座固定在左、右轨道上（图5）。

图4 定位装置结构示意

图5 定位装置安装示意

定位装置的使用可以防止复合钻机在起升井架过程中发生偏移，也可以作为水柜安装基准，避免后续吊装过程中由于碰撞或挤压造成基准偏移。

2.3 泥浆泵底座的支撑问题

泥浆泵底座的底面是由3 组纵梁作为支撑面，由于各型钻机整体布局都略有不同，当其与钻机主体一起放置在平移底座上时，不能保证泥浆泵底座的支撑纵梁正好放在平移轨道的轨道面上（图6），这会对泥浆泵的正常使用和后期的平移工作造成影响。

图6 钻机底座在平移轨道上的布置

针对上述问题，提出了两种解决方案：①对无法平稳放置在平移轨道上的泥浆泵底座进行整改，根据其结构特点，在3 组纵梁之间的横拉筋下面增加四组横梁作为支撑面，保证泥浆泵的正常摆放和后续平移工作不受影响，改进前、后对比示意如图7 所示；②将右轨道的中轨去掉，使连接左、右轨的连接筋左、右齐平，无论泥浆泵如何布置，均能很好的支撑，改进前后对比示意如图8 所示。