淺談井工廠模式下的鉆井設(shè)備 上期刊版

1、淺談井工廠模式下的鉆井設(shè)備 作者：劉郢摘 要：“井工廠”模式的核心是在一個井場鉆多口水平井，實現(xiàn)可重復(fù)、批量化作業(yè)的工廠化生產(chǎn)模式，從而達(dá)到降低勞動強(qiáng)度，減少高風(fēng)險作業(yè)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)同開次鉆井液的循環(huán)利用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。本文根據(jù)不同鉆機(jī)的性能、特點(diǎn)，分析闡述“井工廠”模式下鉆機(jī)平移優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項。關(guān)鍵詞： 頁巖氣，井工廠，平移，鉆機(jī) 鑒于頁巖氣開發(fā)的投入成本高、產(chǎn)能低的問題，井工廠模式應(yīng)運(yùn)而生，對生產(chǎn)施工的鉆機(jī)也提出了不同的要求。在風(fēng)云變幻的礁石壩頁巖氣會戰(zhàn)中，鉆井一公司怎樣利用本身的設(shè)備優(yōu)勢打好井工廠降本增效就成了擺在人們面前的一道議題。頁巖氣“井工廠”開發(fā)在國外已經(jīng)證明是經(jīng)濟(jì)可行的方案

2、，其核心是在一個井場鉆多口水平井，實現(xiàn)可重復(fù)、批量化作業(yè)的工廠化生產(chǎn)模式，關(guān)鍵技術(shù)包括井場部署、批量化作業(yè)、特種作業(yè)鉆機(jī)、井眼軌跡控制技術(shù)、同步壓裂技術(shù)、裂縫監(jiān)測技術(shù)、鉆井液循環(huán)利用和壓裂液回收利用等。既然是井工廠模式打井，那么所需要的鉆井平臺自然與普通平臺有所區(qū)別。鉆井一公司目前適合井工廠模式的有以下幾種鉆機(jī)：縱向式平移鉆機(jī)；橫向式軌道平移鉆機(jī)；爬行式全方位平移鉆機(jī)。每種鉆機(jī)都有各自特點(diǎn)，根據(jù)性能不同而不同，因地制宜，量才而用，發(fā)揮出每部鉆機(jī)的最大潛能，方能在礁石壩頁巖氣會戰(zhàn)中立于不敗之地。1、 井工廠模式的平移鉆機(jī)及各自優(yōu)缺點(diǎn)。 （一）50D縱向平移式鉆機(jī)。此種平移鉆機(jī)使用的是一種比較原始

3、的平移方式，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，平移前及平移后的準(zhǔn)備工作較少，前期準(zhǔn)備工作只要將鉆臺與地面接觸部位拆除即可平移?？v向式平移鉆機(jī)是將整個井架放在兩組厚度約為40CM50CM的平移基礎(chǔ)上用液壓裝置進(jìn)行硬拖曳，此過程中由于是縱向平移，連接鉆臺的Z字形電纜槽下的滑輪可以支撐電纜槽跟著井架自行移動，不用拆卸，比較方便。而且由于是縱向平移，泥漿泵的高壓管匯與立管始終在一個平面上，只需要將管匯加長即可連接。縱向式平移鉆機(jī)的缺點(diǎn)也是客觀存在的，首先，由于一號泥漿罐沒有移動，高架槽與井口連接就成了問題，平移距離不大時可以斜方向直管連接，一旦平移距離過遠(yuǎn)，高架槽就會被支撐鉆臺的井架大腿擋住，此時就必須將高架槽改成

4、彎管線連接，極易導(dǎo)致高架槽堵塞。第二，放噴管線的連接。由于井架縱向移動了，放噴管線就無法跟原來一樣直管線連接至放噴口，需要改成彎接頭連接，不可避免會產(chǎn)生大角度彎接頭，與井控規(guī)定相沖突。第三，井架縱向移動時，不論是向前或向后移動都有設(shè)備會放置在老井口上，存在安全隱患。第四，由于此種鉆機(jī)平移方式是船型底座在平移基礎(chǔ)上的硬拖曳，中間沒有設(shè)計滾動裝置，接觸面間的摩擦力較大，對液壓裝置的負(fù)荷較重，不易校正井口，且移動次數(shù)過多后對接觸面?zhèn)O大?？傮w說來縱向式平移鉆機(jī)移動方式比較原始，缺點(diǎn)較多，勝在結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護(hù)的工作較少。 （二）50DB橫向平移式鉆機(jī)。此種鉆機(jī)使用的平移方式較縱向式有所改進(jìn)，將井

5、架固定在兩組橫向軌道上進(jìn)行橫向平移，船型底座下有四條支腿，每個支腿下有兩個直徑將近一米的滾輪，它的優(yōu)點(diǎn)是平移時與導(dǎo)軌之間摩擦力較小，液壓缸負(fù)荷較輕，在對正井口時比較方便，且機(jī)件磨損較小，可重復(fù)使用多次，大大延長了設(shè)備使用壽命。而且由于是橫向移動，高架槽、放噴管線等都只需加長或縮短即可，不用彎管連接，增強(qiáng)了液、氣在管道中的流通性。也不會有設(shè)備因為平移的原因架設(shè)在老井口上，減小了老井口的危險系數(shù)。但此種平移井架也不是全無缺點(diǎn)，首先，高壓管匯的連接在平移后就無法常規(guī)連接，需要改裝管匯，出現(xiàn)彎接頭，不易連接在泵壓較高時彎接頭處可能會出現(xiàn)問題。第二，平移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，準(zhǔn)備工作較多。此種鉆機(jī)由于是橫向移

6、動，Z字形電纜槽不能像縱向式鉆機(jī)那樣利用滾輪跟著鉆臺一起向前移動，需要有吊車將之吊起與井架一起橫向移動，要有專門的觀察員進(jìn)行指揮，使電纜槽與鉆臺移動同步，否則會損壞連接部位造成重大損失。操作繁瑣是此種鉆機(jī)的一大弊病。50DB橫向平移式鉆機(jī)是一種改裝過的鉆機(jī)，原先設(shè)計出廠時不光是井架，連帶泵房、循環(huán)罐、機(jī)房全都架設(shè)在軌道之上，可以整體平移，是一種完全為著井工廠模式而設(shè)計的專業(yè)平移鉆機(jī)。在平移時由于是整體平移，所以不像其他平移鉆機(jī)那樣做什么修改，管匯、電纜全都保持原狀平移，減少了拆裝設(shè)備時對設(shè)備的損害。但此種連接方式使得井場整體結(jié)構(gòu)過于狹長，對場地要求比較苛刻，只適合大平原的井工廠模式，在西南多山

7、地區(qū)并不適用，故改裝成現(xiàn)在這種常規(guī)布局，只保留了井架的平移功能。 （50DB改裝前全部設(shè)備均架設(shè)在軌道上平移） （三）70D爬行鉆機(jī)。此種鉆機(jī)為目前鉆一公司最新型平移鉆機(jī)，由四組垂直液裝置和水平液壓裝置交替運(yùn)作完成井架的平移，組較前兩種鉆機(jī)具有360度全方位移動能力，是一種較為先進(jìn)的平移鉆機(jī)，不論是縱向、橫向、還是斜向平移都可以根據(jù)井場、井口的需要進(jìn)行調(diào)整，但其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，降低了操作可靠性。由于井架平移時只有四個托盤支撐住整個井架的重量，對地面壓強(qiáng)非常的大，所以對基礎(chǔ)的要求比前兩種井架的標(biāo)準(zhǔn)更高。 （爬行井架船型底座下的爬行機(jī)構(gòu)）以目前鉆井一公司的鉆機(jī)硬件方面來看，已經(jīng)具備了大規(guī)模井工廠模式

8、的條件，在焦石壩頁巖氣會戰(zhàn)中將會起到舉足輕重的作用。2、 焦頁30號平臺“井工廠”模式的實際應(yīng)用 目前正在施工的焦頁30號井是國內(nèi)首個井工廠模式打井的鉆井平臺，為鉆井一公司乃至全國的井工廠模式建造了一個可示范基地，積累了大量實戰(zhàn)經(jīng)驗，為將來的頁巖氣大開發(fā)提供了寶貴的第一手資料。 （一）場地問題。與普通鉆井平臺的場地不同，由于是橫向平移式井架，軌道較長，井場橫向要多出來一塊面積，這就對鉆前工程提出了新的要求，也需要井場規(guī)劃部門根據(jù)井口布局對井場圖紙做出相應(yīng)調(diào)整。而且由于井架頻繁移動，對水泥基礎(chǔ)的要求更要上一個臺階。如水泥基礎(chǔ)的水平度，若水平度達(dá)不到要求井架易發(fā)生傾斜，平移時就有可能發(fā)生危險。還有

9、水泥基礎(chǔ)的平整性，由于有多達(dá)十二條導(dǎo)軌鋪設(shè)在基礎(chǔ)上，需要水泥基礎(chǔ)非常平整，若有明顯凹凸不平的位置，導(dǎo)軌鋪設(shè)上去后，在平移過程中，滾輪到達(dá)的位置由于巨大的井架自重壓力，就有可能導(dǎo)致導(dǎo)軌變形，引發(fā)井架傾斜而造成危險。最重要的是水泥基礎(chǔ)的質(zhì)量，若在平移過程中發(fā)生水泥開裂現(xiàn)象必將造成不可挽回的重大損失。 （軌道式橫向平移鉆機(jī)） （二）井工廠相關(guān)整改設(shè)備的準(zhǔn)備。井架的平移導(dǎo)致各連接部位的不常規(guī)連接，平移期間相關(guān)的管匯連接、電纜連接就是個不可忽視的問題，必須提前做好物資準(zhǔn)備。焦頁30井在打第一個一開時還是按照常規(guī)布局安裝的電纜及高、低壓管匯，當(dāng)?shù)谝豢诰囊婚_打完后需要平移前，先由鉆井班組將井架與地面連接部

10、位全部拆除，電氣工程師帶領(lǐng)電工班組將鉆臺與地面連接電纜拆除，待各部門檢查無誤后由工長操作平移裝置進(jìn)行平移，平移完后再將各個部件安裝回去，完成組裝。在組裝過程中，由于井架已經(jīng)不在常規(guī)位置上，原來的一些連接部件已不適用，就需要一些特制部件來進(jìn)行彌補(bǔ)?，F(xiàn)簡單介紹如下： （1）高架槽。原先的高架槽長度已不能到達(dá)井口位置，就需要加裝新高架槽，但也不是簡簡單單加長就行了，中間還需要加裝支撐架抬高井口那端，不然高架槽沒有坡度，泥漿將很難返回循環(huán)罐，從而堵塞管道。 （加長高架槽） （2）高壓管匯。原先設(shè)計這套鉆井設(shè)備時，高壓管匯正好從井架側(cè)面連接上立管，平移過后管匯的接口已不在同一個平面上，需要對管匯進(jìn)行改裝

11、，部分位置要使用軟管連接，我還設(shè)計了一種移動式基墩，方便平移后軟管的固定。 （平移后的高壓管匯及移動式基墩） （高壓軟管及移動式基墩） （3）放噴管線。井口防噴器出來的放噴管線在改裝時也參造了高壓管匯，部分有角度位置也使用高壓軟管連接，用移動式基墩固定。 （放噴管線軟管） （防噴管線的移動式基墩） （4）鉆臺動力電纜及信號線。鉆臺動力電纜就是鉆機(jī)的肌肉，信號線就是鉆臺的神經(jīng)系統(tǒng)，它們由一條Z字形電纜槽從VFD房連接至鉆臺。平移前，若將鉆臺部分和VFD房部分全部拆除，將耽誤67個小時時間，經(jīng)反復(fù)考慮論證后，采取了只拆除VFD房電纜，不拆鉆臺電纜，Z字架由吊車吊起跟隨井架同步移動的方案，如此一來，

12、在電路方面工作量、工作時間大大節(jié)省。井架平移完后，由于井架位置變動，原來的電纜長度已不夠連接至VFD房，這時候就需要電纜轉(zhuǎn)接房來延伸電纜。電纜轉(zhuǎn)接房不單單只是一個簡單的中轉(zhuǎn)站，其中也包含有很多學(xué)問。電纜轉(zhuǎn)接房長度。房體長度不宜超過6米，超過6米在平移過程中對轉(zhuǎn)接房的擺放就比較麻煩，特別是這種橫向平移的井架，因為井工廠模式下井口間距一般在1020米，房體長度過長就需要頻繁移動轉(zhuǎn)接房來滿足鉆臺電纜的需要，費(fèi)時、費(fèi)力。以焦頁30#井為例，每口井間距10米，除第一口井不需要轉(zhuǎn)接房可以常規(guī)連接外，另外三口井都需要電纜延伸，若轉(zhuǎn)接房長度是6米或更短，只要把轉(zhuǎn)接房放置在第三口井正對井口中心的位置上，2#、3#、4#井都可以直接將電纜連接到轉(zhuǎn)接房上而不需要對轉(zhuǎn)接房進(jìn)行移動。轉(zhuǎn)接房內(nèi)部電纜擺放。由于鉆臺鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤都是大功率用電設(shè)備，電流長期在數(shù)百安培以上不斷變化，電磁環(huán)境非常復(fù)雜，因此對信號線的干擾較大，動力電纜和信號線不能擺放在一起，且要設(shè)置相關(guān)抗干擾設(shè)備。信號線抗干擾能力。由于動力電纜的強(qiáng)電流不斷變化，對信號線的干擾較大，除在房內(nèi)設(shè)置相關(guān)抗干擾設(shè)備外，信號線本身的屏蔽能力也非常重要。房體接地。既然要有較強(qiáng)的抗干擾能力，接地必不可少，良好的接地能大大提高信號線的抗干擾能力。 （Z字形電纜槽）（電纜轉(zhuǎn)接房）三、結(jié)束語目前國內(nèi)適合打井工廠的鉆機(jī)不