張宇鱗

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司 國際鉆井公司，北京 100101）

HH300液壓鉆機由意大利drillmec公司生產(chǎn)制造，中國石油集團有唯一的一臺HH300鉆機，服役于委內(nèi)瑞拉PDVDA甲方，液壓鉆機以獨特的技術結構和可靠的安全性能為公司創(chuàng)造了良好的業(yè)績。鉆機一直從事2000多米的三開大位移水平井作業(yè)，年平均完成生產(chǎn)井12口，多年來零事故率，完井質量高，在同一作業(yè)區(qū)塊口碑遠超意大利、俄羅斯、秘魯和美國等鉆井公司，所以此鉆機備受甲方重視，在近年來鉆機市場工作量欠缺的情況下，液壓鉆機的工作量一直趨于飽和狀態(tài)。HH300鉆機帶有多種智能保護，自動化程度高，節(jié)省人力，鉆井效率高，鉆機所有配套設備都是拖撬運移結構，模塊化組裝，具有拆裝簡易，運輸快捷的優(yōu)點。由于近年來搬家費用及工人工資等成本持續(xù)增加，盡量縮短搬家時間才能保證更高的經(jīng)營利潤。由于合同變動，液壓鉆機作業(yè)區(qū)塊有大量的叢式井投入開發(fā)，所以在叢式井井場搬家中，為了更好地提高搬家效率，節(jié)約成本，對標分析，對現(xiàn)有配套設備進行合理的優(yōu)化改造，使鉆機更加適應叢式井開發(fā)需要，進一步縮短搬家時間，降低搬家費用，提高泥漿的利用率，提升鉆機的使用效率。

1 HH300液壓鉆機的結構特點

液壓鉆機的主體設備是意大利DRILLMEC公司生產(chǎn)，包括主機拖車系統(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）；其他所有設備國產(chǎn)配套。

圖1 HH300液壓鉆機主體系統(tǒng)設備結構

1.1 HH300液壓鉆機進口主體部分

HH300鉆機主體部分模塊化結構，鉆機大部分組件安裝在主機重型拖車上，主液壓站集成安裝在另外一個拖車上。鉆具處理系統(tǒng)是一個獨立結構，同主機拖車安裝后配合使用，在鉆井中實現(xiàn)自動化操作，設備配備一臺獨立的電控房，通過PLC、人機界面等控制整個鉆機的鉆井操作。（1）主機重型拖車上集成了伸縮式井架、起升主液壓缸、天車，頂驅，輔助液壓站及大量的液壓控制閥件等部件。鉆機底座組合以鋼架為主體，配合安裝在拖車上的四個獨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，兩個三級液壓缸同步舉升井架，不需要任何輔助的舉升設備。主機拖車上有一臺輔助液壓站，液壓動力系統(tǒng)設計為四根起升主液壓缸和兩個井架直立液缸提供獨立的液壓源，其動力還用于搬家時驅動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)約大量的拆裝時間。（2）主液壓站動力系統(tǒng)單元包括一個4400L容量的油箱和兩個動力泵組，這兩組動力系統(tǒng)相互通過液壓復合系統(tǒng)連接，為整個鉆機提供液壓動力。整個液壓站房體安裝在一臺拖車的承載架上，搬家時斷開液壓管線快拔接頭連接和電源線即可移運。（3）直立式鉆具處理系統(tǒng)由三塊鋼架底座連接作為基礎，獨立于主拖車底座，但是設備位置和主機底座相對固定，上面安裝直立式鉆桿盒，扇形排列在底座上，扇形中心安裝一臺頂部帶有吊車的鉆桿處理器，全自動或者手動，遙控等多種方式抓取鉆具，配合主機系統(tǒng)操作。鉆桿處理器在搬家時使用自帶吊車可以完成拆裝鉆桿盒，同時用于自身本體起升下放。這種設備結構在搬家中節(jié)省了大量的租賃吊車費用。

1.2 HH300液壓鉆機國內(nèi)配套部分

國內(nèi)配套的所有設備全部采取拖撬結構，并自帶液壓起升裝置，起升后連接拖車車頭即可搬運。其中設備包括三臺卡特3512B發(fā)電機組、一臺沃爾沃輔助發(fā)電機房、一臺C15機組房體、一臺SCR電控房、一臺柴油罐、三臺F-1300泥漿泵、四臺泥漿罐、一臺工業(yè)水罐等（圖2）。一號泥漿罐擺放在主機設備旁邊連接井口泥漿槽。

圖2 鉆機國內(nèi)配套設備分布圖

2 HH300液壓鉆機在叢式井場搬家時效和提速搬家改造的難點

鉆井設備搬家速度是鉆機作業(yè)時效提升的重要部分，也是直接影響經(jīng)營效益的重要因素。在搬家提速上，結合委內(nèi)瑞拉搬家大包制度，查找以往制約搬家的不利因素，總結分析原因，科學統(tǒng)籌安排搬家時間、嚴密搬家過程組織和各崗位及工序之間實現(xiàn)無縫對接，液壓鉆機相比50DB鉆機的搬家時間可以減少一半。

（1）HH300液壓鉆機在同一井場內(nèi)搬家，營房區(qū)、庫房、鉆具爬犁等設施不搬遷，但是受到同一井場區(qū)域限制，設備必須全部拆除后，拖運到其他位置，清理井場后才可以就位安裝。其中存在影響移運設備的因素有兩點，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得了主機和液壓站的拆分進程。所以這兩項因素會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象。

（2）鑒于HH300液壓鉆機的特殊結構，鉆具處理系統(tǒng)和主機系統(tǒng)兩個部分互相獨立，但是安裝定位必須非常準確，才能保證總體設備的自動化工作協(xié)調(diào)。對于國內(nèi)配套部分，清理泥漿罐耗費時間會影響工作進程，泥漿泵、發(fā)電機等設備都可以提前拆甩移運。

雖然國內(nèi)外已經(jīng)有很多成熟的鉆機平移設備，經(jīng)過對比分析，主機系統(tǒng)和鉆具處理系統(tǒng)分別獨立安裝在兩個底座上，兩個部分擺放位置上嚴格固定，所以傳統(tǒng)的整體平移結構無法在此鉆機上應用。如果借鑒其他鉆機的平移結構，需要要制做很大的兩塊鉆機移動平臺，將主機和鉆具處理系統(tǒng)分別集成在其上，通過液壓千斤進行推動平移，同時必須解決兩大難題，第一個是井口采油樹無法通過設備空擋問題、第二是新井井口兩部分底座對正角度和地面水平的問題，這種改造成本會非常高昂，同時會在遠距離搬家中增加了大量的運輸車次，所以整體平移的方式不可取。根據(jù)液壓鉆機的特殊結構和搬家時效綜合考慮，采取單獨搬運HH300進口主機部分，其他設備保持位置不變，即可提升搬家速度，快捷可靠，并且改造成本低廉。

綜合所述，此次技術項目攻關目標，叢式井場不搬運大部分國內(nèi)配套設施，避開清罐作業(yè)；唯一搬運主機系統(tǒng)，不會受到采油樹和井場地面水平度限制；鉆機在井場擺放結構和相鄰采油裝置位置的制約，設備必須由遠及近的完成鉆井任務；對于雙排叢式井，國內(nèi)配套部分繼續(xù)保持不變，設備之間用軟管連接即可。

3 HH300液壓鉆機提速快搬整改方案

3.1 設備的總體要求和方案

HH300自動化鉆機作業(yè)于單排從式井設計，每組5口井，井間距為15米/口。在現(xiàn)有HH300液壓鉆機標準配套的基礎上，應遵循安全、可靠、經(jīng)濟、實用、方便運輸?shù)脑瓌t。在作業(yè)過程中，液壓鉆機主機、防噴器控制房、巖屑處理系統(tǒng)、1號罐根據(jù)井位的不同橫向移動，井場動力區(qū)、油罐區(qū)、除1號罐外其余固控循環(huán)區(qū)設備在最后一口井位置放置不動。新增高壓管匯、泥漿輸送系統(tǒng)，電纜房一棟，電纜轉接箱兩套，軟啟動裝置一套，及新配套鉆臺區(qū)電纜一套。鉆機改造增加配套的各個部件，其安裝接口要與當前設備一致，電纜插接件、循環(huán)系統(tǒng)、高低壓管匯等滿足現(xiàn)場通用連接要求。

整體設計方案能夠滿足以下要求：鉆機進口主機部分采用人工搬運至下一口井；1號泥漿罐后面增加轉漿系統(tǒng)，1號泥漿罐、轉漿系統(tǒng)、液氣分離器、節(jié)流壓井管匯滿足叉車運至下一井位，1號泥漿罐與轉漿系統(tǒng)之間采用軟連接，轉漿系統(tǒng)與2號泥漿罐之間采用管線排連接；地面高壓泥漿管匯隨鉆機移動加長或者縮短，鉆臺區(qū)電纜隨鉆機移動從電纜房內(nèi)滑出，架設在地面電纜滑移導軌上；其余泥漿罐、泥漿泵、發(fā)電房、氣源房、SCR房、水罐、柴油罐等設備保持在原來位置；井場布局設備斜擺放或者雙排叢式井時，1號罐與轉漿罐、管線排與2號罐、地面高壓管匯加長段兩端全部采用軟管線連接。

3.2 主要技術描述

（1）固控系統(tǒng)總體方案。整個作業(yè)過程共分為5口井，除1#罐外其余固控設備均擺放在主機在第五口井作業(yè)時的相對應位置并保持不變。第一口井作業(yè)時，1#罐擺放在主機相對應的位置，1#罐后增加轉漿罐，通過管排與2#罐相連通；在第二、三、四口井時，縮短管匯連接，搬家安裝結構不變；第五口井拆除新增的設備連接，設備恢復原配套狀態(tài)。HH300自動化鉆機平移方案見附圖為例（圖3）。

圖3 液壓鉆機第一口井設備位置

（2）轉漿控制系統(tǒng)。1#罐后端配置一個轉漿罐，罐上配備1套攪拌器，一套泥漿槍；罐右側配置3臺砂泵及相應的管線閘門等，3臺砂泵并聯(lián)在一起，通過兩根8″管從轉漿倉吸入泥漿；通過兩根6″管排出，吸入口和排出口均通過錘擊由壬進行連接。砂泵的控制采用閥門及自動控制。同時在轉漿罐泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。轉漿罐配置超聲波液位計一臺，用于實時監(jiān)測泥漿罐液位變化情況。并根據(jù)液位自動啟停砂泵。當滿足第一個液位高度時，自動或手動啟動一臺砂泵；當滿足第二個液位高度時，自動或手動啟動第二臺砂泵，直到液面高度降至設置的最低高度時，兩臺泵自動或手動停止。第三臺砂泵作為備用，通過倒換閥門控制線作為前兩臺砂泵的備用（三臺砂泵均為就近控制）。2#罐前端配置一個短管線排，把1#罐轉出的泥漿輸送到2#罐。同時在轉漿泵撬上布置1條清水管線和1條低壓泥漿管線。在轉漿罐與短管線排之間配置6套轉漿管線排，每套主體長寬尺寸為7500×1180mm，轉漿管線排由兩個泥漿輸送管線、一個低壓泥漿管線、一條清水管線、支杠及底撬組成。

（3）高壓管匯。制作8組7.5m長的地面管線，每組管線用卡子固定在同一個支撐架上；根據(jù)鉆機的推進安裝在地面閘門組前方，可使用閘門組和泵間的高壓軟管進行調(diào)節(jié)。

（4）電控連接系統(tǒng)和電纜房。電纜盤繞在固定的纜房內(nèi)，設備搬家時電纜從固定電纜房內(nèi)抽出并敷設在活動電纜滑移架上，電纜房內(nèi)配置一套防爆電纜轉接箱和插接件。電纜房為封閉式獨立房體。房體兩端為對開門，在房體內(nèi)頂部配備吊掛電纜滑移導軌，電纜在房內(nèi)折疊吊掛。在電纜房外配備60m電纜滑移導軌，可與房內(nèi)導軌進行對接。電纜房底座為撬裝結構，配備吊裝和拖裝，方便搬家移運。

4 HH300液壓鉆機整改后的效果

此方案在液壓鉆機現(xiàn)場應用后，搬遷速度再次大幅提升，節(jié)約了多項用并減少了搬家安全風險。

（1）改造前此鉆機同井場搬家速度為76h，改造后同井場搬家時間縮短至48h以內(nèi)，按照日費井費用，搬家時間縮短一天提前開鉆就可以創(chuàng)收日費3萬多美金。（2）此方案實施，不再雇傭第三方搬家公司完成設備運移，井場有一臺CAT980叉車（自有資產(chǎn)設備），租賃一臺50t吊車和兩個拖掛車頭，借助液壓鉆機自身的自起放操作特點即可完成搬家。同井場搬家中甲方大包付費15.44萬美金，改造后48h雇傭吊車和拖車車頭租賃費用為5760美金，此次改造幾乎可以完全節(jié)約搬家費用。（3）改造后避免了清運泥漿及清罐而影響到搬遷進程；泥漿重復利用率提高，并且減少了對環(huán)境的污染；泥漿運輸及的清罐的人力物力成本降低為零，同一井場內(nèi)每口井可以節(jié)約2萬美金左右。（4）避免了拆裝作業(yè)過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)的風險，快速搬家設計運移設備的數(shù)量大幅減少，搬遷效率提升。（5）減少設備在拆、運、裝過程中對設備損壞；規(guī)同井場搬家由于雇用第三方搬家公司，搬遷過程中最容易損壞梯子護欄等一些安全設施，造成每次搬遷完畢開鉆整改工作量增加，改造后即可完全降低此類事件發(fā)生。

總之，通過對設備的快速搬家改造，縮短了設備拆、運、裝時間，節(jié)約人力、物力，財力，增效提速效果顯著，完成一口井搬家總計可節(jié)約20萬美金，年內(nèi)叢式井場內(nèi)搬遷9次可以節(jié)約180多萬美金，切實成為一個成功的改造成果。

5 結語

通過對HH300液壓鉆機的特殊結構和現(xiàn)場搬家時效分析，攻克叢式井鉆機提速搬遷中多個難題。井場及口井位置尺寸限制，有效避開后期采油設施，避開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搬家再提速。不再雇傭搬家公司，節(jié)約了搬家費用，減少了設備損壞率，降低了搬家風險系數(shù)，進一步提升了鉆機的作業(yè)時效，取得了更大的經(jīng)濟效益和社會效益。作為中石油唯一引進的特色鉆機，液壓鉆機的作業(yè)安全、節(jié)能高效、穩(wěn)定的自動化液壓控制系統(tǒng)和快速搬遷特點，引領和促進我國鉆機工業(yè)更加智能化發(fā)展，在不斷的實踐中，優(yōu)化后的HH300液壓鉆機將繼續(xù)發(fā)揮著領先的優(yōu)勢，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。