国内快速移运钻机的发展现状

国内快速移运钻机的发展现状

近年来，国际石油价格的不断增长有力地促进了国内石油价格设备的快速发展。宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称宝石)、兰州兰石国民油井石油工程有限公司(以下简称兰石国民)、南阳二机石油装备(集团)有限公司(以下简称二机)、江汉石油管理局第四石油机械厂(以下简称四机)、川油广汉宏华有限公司(以下简称宏华)等石油装备制造企业,紧跟国际发达国家石油钻井装备的前沿技术,先后开发出一批具有技术先进、性能好、适应性强的新一代石油钻机,例如,5000、7000m直流电驱动钻机和1000～9000m系列交流变频电驱动钻机等,其技术性能和可靠性已达到了当前国际先进水平,并已批量出口美国和中亚、中东等世界各地。同样,快速移运钻机作为新型石油钻机的一种形式,由于具有搬家速度快、成本低、节省安装拆卸时间,并能有效降低人工劳动强度等优势,同样取得了较大进步,特别是在中、深井快速移运钻机开发方面,国内几个大的石油装备制造企业在不断借鉴国外先进技术的基础上,通过短短几年的努力,先后开发出各具特色、不同结构和形式的快速移运钻机,为国产钻机增添了新的活力。尽管如此,受国内工业基础和生产制造经验的限制,我国在快速移运钻机的研制方面仍显得比较薄弱,值得进一步分析研究。1中小型石油装备快速移运式钻机一般来说,快速移运钻机根据现场使用环境、运输距离及井位布局情况,主要分为轮式和步进式2种移运模式。在运输条件较好、井位距离相对较远时,适宜采用轮式移运,轮式移运分为半拖挂和全拖挂2种。中小型钻机由于运输负荷和外形尺寸相对较小,一般采用半拖挂形式;深井钻机采用全拖挂移运形式。在运输距离相对较近或钻丛式井时,适宜采用步进式移运,步进式可以在井架直立状态下移动。与西方发达国家相比,我国在开发移运钻机工作方面起步相对较晚,上世纪80～90年代,国内引进或开发的快速移运式石油装备产品主要为修井机,并包含部分车装钻机,且规格、数量有限,机型较小,随后也只开发过ZJ10DBT型、GW-M1000型等为数不多的移运式钻机。近几年,由于市场的变化及技术水平的提高,国内在快速移运钻机方面有了长足的发展,先后开发研制出几种国内最新的具有代表性的钻机。1.1半挂车式钻机近年来,宝石研制开发了ZJ30DBT型和ZJ40DT型钻机。ZJ30DBT钻机为半拖挂式钻机,目前在新疆油田使用,钻机绞车、转盘采用交流变频电机驱动,井架采用3节伸缩式结构,钻机主体移运分为2个运输单元:井架、绞车、液压站、压缩机、钳工工作台等设备放置在半挂车上整体运输;底座前台为平行四边形结构,液压油缸起升,前台底座主体整体移运。ZJ40DT钻机主要针对中东沙漠地区开发设计,为直流电驱动钻机,井架为2节伸缩式结构,采用液压缸起升,底座为左、右对接形式,钻机主体可根据使用环境条件分为2种运输方式:一种是井架、底座及游吊系统、钻台面所有设备为一个整体运输模块,运输时,井架放倒,牵引车通过在井架顶部安装的牵引装置实现钻机整体移运;另一种是井架、底座分为2个运输模块,井架包括天车为1个运输单元,底座含钻台设备构成1个运输单元,2个单元分别由牵引车独立运输完成。该钻机具有主机运输单元少、运输方式灵活、结构简单等特点。另外,宝石的7000m深井拖挂钻机已经在国家科技部立项,目前正在加紧研制当中。1.25运输模块组成该钻机由兰石国民2003年开发研制。钻机井架、底座分别采用液压缸起升,井架和钻台设备均低位安装。钻机主体共有6个运输模块,井架为2段结构,上段和天车及游吊系统为1个运输模块,下段为1个运输模块,上、下2段均采用牵引车和运输架方式运输;底座分为3个运输模块,左、右两边上、下座(含底座起升液压缸)折叠后组成2个模块,中间由立根盒和转盘及驱动装置组成1个模块,分别由3个平板车运输;绞车及安装绞车的落地底座等组成1个运输模块。该钻机可通过液压系统远程控制井架、底座起升,安全性好,既满足公路运输要求,又减少了钻机搬家时的拆装工作量,特别适用于北美等公路网发达的地区使用。1.35钻机改造设备该钻机是四机和Loadmaster公司于2005年联合研制完成的,钻机采用了数字化交流变频控制技术,二层台采用了伸缩折叠式结构等新技术,井架、底座利用同一液压缸起升,井架为1个运输模块,采用伸缩式结构,受公路对运输车辆单桥负荷的限制,井架运输利用六桥平板车整体运输;钻机底座分3个运输模块,运输方式和“理想钻机”相似。另外,近年来宏华也相继开发了4000m和5000m快速移运钻机,其主要特点是钻机底座为管式直立起升结构,井架采用“K”型3节伸缩结构,井架和底座起升和下放均采用液压缸顶升方式。运输时,井架采用半拖挂车方式运输,其他部件采用拖车或半拖挂车运输。2国外采矿和运输机的趋势与中国主要差距2.1钻机及连续管钻机早在上世纪60年代,国际上就已经出现了如“沙漠主人”、油井840E等型式的移运钻机。近年来,随着国际石油钻井装备技术的不断发展,俄罗斯、挪威、美国、意大利、罗马尼亚等国在快速移运钻机应用研究方面已比较成熟,且产品形式多,品种全,性能先进。挪威MH公司可生产4000～7000m轮胎式拖挂钻机。Soilmec公司拥有MR系列快速移运钻修两用机;另据图片资料,该公司生产的一种沙漠深井整体拖挂直立移运式钻机,结构新颖、独特,其形式为2组轮胎拖座分别布置在一个大方钢截面、中间为倒“V”型的横梁两端,横梁穿过钻机底座,与左、右下基座之间通过连接架连接,运输时,液压缸顶起整台钻机,轮胎拖座通过横梁承重,轮胎受力着地,牵引车牵引运输。加拿大生产的各种钻机及连续管钻机普遍采用车载或拖挂形式,结构轻巧,运输方便。俄罗斯乌拉尔机械股份公司在上世纪90年代制造过钩载为5000kN的7000m钻机,整个钻机模块化设计,井架采用A型结构,10m高钻台,可整体拖运;该公司还制造过БУ3000-ЭУК型3000m丛式井整体轨道移动式钻机。美国IDECO公司生产制造的MSH-2000型钻机针对丛林、高山等特殊环境设计,钻深可达到6000m,钻机全部设备可拆卸成质量不大于2t的部件用直升飞机运输,也可以采用雪橇、履带、船舶等运输;NATIONAL公司2002年为中东生产过一种深井拖挂钻机,井架采用“K”型,底座采用旋升式结构,液压缸起升,短距离运输时只需在底座四角安装上轮胎拖座,利用牵引车即可整体运输,远距离时,采用井架、底座分成2个运输单元的方法,分别利用牵引车拖运完成;DRECO公司生产的5000m极地钻机轮胎多达45个;该公司生产的另一种5000m拖挂钻机底座采用弹弓式结构,井架、底座采用绞车动力起升,其他结构和运输方式与NATIONAL公司2002年为中东生产的移运钻机基本相似,均能够较好地适应空旷、平坦的沙漠地区钻井。2.2钻机设计能力不足a)移运钻机在品种和数量上与国外差距较大。目前,国内常规钻机已基本系列化,但移运钻机发展速度相对缓慢,尤其是国外移运钻机已有向超大型化发展的趋势,而国内到目前还没有研制出超过5000m的大型超深井轮式移运钻机。b)移运钻机的设计水平和性能质量跟不上国际发展的步伐。在移运钻机设计方面还没有形成自己成熟、系统的设计思想和设计理论,大多数设计仅仅停留在机械的模仿上,对移运钻机模块的科学划分及模块与运输工具一体化设计等缺乏足够的认识;产品的使用性能和总体质量也存在较大差距。c)钻机适应特殊地形、地貌和环境的能力相对较差,方法措施少,灵活性不够,无法良好地满足现阶段各种情况下的钻井要求,尤其是国内现阶段能够满足高温、高寒冷、高山、丛林等特殊地区的快速移运钻机尚属空白,缺乏必要的研究手段和措施。d)钻机配套能力不足,采用先进技术的程度不够,钻机自动化、智能化水平偏低。如国产钻机所用的许多电器、液压元件及重型车桥、轮胎等,由于国内产品性能、质量不过关或根本没有相关产品,导致必须从国外进口,且价格昂贵;钻机井口机械化工具及相关辅助设备水平不高,许多工作仍需要人工辅助完成,特别是钻井配套软件的开发研究工作与国外还存在很大差距。3加快机械产品的研制、设计,保证生产质量为了适应国际石油装备市场发展的形势,尽快使我国的石油钻机尤其是快速移运钻机迈上新的台阶,最大程度地满足国内、国际石油勘探开发的需要,笔者建议国内快速移运钻机的开发工作应着重从以下几个方面做起:1)强化整机设计理念。先进可行的设计方案可达到钻机移运模块少,移运成本低的目的。移运钻机在开始设计时就应在运输单元划分、传动布置等方面有明确的思路,关键是必须对钻机模块进行合理的组合,应在简化传动结构、减小设备外形尺寸和质量等方面下功夫,着重在结构件的减重方面下大功夫,以满足实际运输要求。2)走联合研制之路,降低钻机移运部分成套件成本。由于钻机主机模块设计质量通常较大,而在沙漠等环境下移运时要求的接地比压较小,所以在产品设计时最好选用浮式低压沙漠轮胎,但国内目前还没有适应这一要求的重型沙漠轮胎。因此,与轮胎制造厂联合研制满足该移运工况的轮胎,替代进口以降低成本是十分必要的。3)加快重型平衡车桥的研制及标准化工作。为满足钻机移运有更强的适应性能,轮胎承载的平衡问题是钻机移运性能的关键因素,无论采用双轮还是四轮,都应采用铰接连接方式,每个轮胎能够实现上、下移动或左、右摆动。同时,为满足路况和地面承载需要,拖座应具有刹车和自动充、放气功能。4)加强外围配套设备移运性能的研究工作,保证成套钻机满足快速移运要求。钻机配套设备主要包括泥浆泵组、钻井固控系统、控制房、发电机房、钻杆架及野营房等设备,这些设备相对主机其移运难度较小,但关键应加强在设备简化、科学组合、降低移运成本、保证接口统一等方面的研究。5)在移运钻机的开发工作中,尽量优先采用电动、液压等先进成熟的技术,保证产品在投入市场后就有一个高的起点,同时,保证产品使用性能良好,产品整体水