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(gè)井場(chǎng)鉆多口水平井，實(shí)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(dòng)強(qiáng)度，減少高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)同開(kāi)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(xiàng)。關(guān)鍵詞： 頁(yè)巖氣，井工廠，平移，鉆機(jī) 鑒于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的投入成本高、產(chǎn)能低的問(wèn)題，井工廠模式應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)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(yè)巖氣會(huì)戰(zhàn)中，鉆井一公司怎樣利用本身的設(shè)備優(yōu)勢(shì)打好井工廠降本增效就成了擺在人們面前的一道議題。頁(yè)巖氣“井工廠”開(kāi)發(fā)在國(guó)外已經(jīng)證明是經(jīng)濟(jì)可行的方案

2、，其核心是在一個(gè)井場(chǎng)鉆多口水平井，實(shí)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(chǎng)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(cè)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(tái)自然與普通平臺(tái)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(yè)巖氣會(huì)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(jiǎn)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(tái)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(gè)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(guò)程中由于是縱向平移，連接鉆臺(tái)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(dòng)，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(gè)平面上，只需要將管匯加長(zhǎng)即可連接?？v向式平移鉆機(jī)的缺點(diǎn)也是客觀存在的，首先，由于一號(hào)泥漿罐沒(méi)有移動(dòng)，高架槽與井口連接就成了問(wèn)題，平移距離不大時(shí)可以斜方向直管連接，一旦平移距離過(guò)遠(yuǎn)，高架槽就會(huì)被支撐鉆臺(tái)的井架大腿擋住，此時(shí)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(dòng)了，放噴管線就無(wú)法跟原來(lái)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(huì)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(dòng)時(shí)，不論是向前或向后移動(dòng)都有設(shè)備會(huì)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(méi)有設(shè)計(jì)滾動(dòng)裝置，接觸面間的摩擦力較大，對(duì)液壓裝置的負(fù)荷較重，不易校正井口，且移動(dòng)次數(shù)過(guò)多后對(duì)接觸面?zhèn)O大?？傮w說(shuō)來(lái)縱向式平移鉆機(jī)移動(dòng)方式比較原始，缺點(diǎn)較多，勝在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)支腿下有兩個(gè)直徑將近一米的滾輪，它的優(yōu)點(diǎn)是平移時(shí)與導(dǎo)軌之間摩擦力較小，液壓缸負(fù)荷較輕，在對(duì)正井口時(shí)比較方便，且機(jī)件磨損較小，可重復(fù)使用多次，大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。而且由于是橫向移動(dòng)，高架槽、放噴管線等都只需加長(zhǎng)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(huì)有設(shè)備因?yàn)槠揭频脑蚣茉O(shè)在老井口上，減小了老井口的危險(xiǎn)系數(shù)。但此種平移井架也不是全無(wú)缺點(diǎn)，首先，高壓管匯的連接在平移后就無(wú)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(shí)彎接頭處可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(dòng)，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(tái)一起向前移動(dòng)，需要有吊車將之吊起與井架一起橫向移動(dòng)，要有專門的觀察員進(jìn)行指揮，使電纜槽與鉆臺(tái)移動(dòng)同步，否則會(huì)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(guò)的鉆機(jī)，原先設(shè)計(jì)出廠時(shí)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(jì)的專業(yè)平移鉆機(jī)。在平移時(shí)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(shí)對(duì)設(shè)備的損害。但此種連接方式使得井場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)過(guò)于狹長(zhǎng)，對(duì)場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)、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(shí)只有四個(gè)托盤支撐住整個(gè)井架的重量，對(duì)地面壓強(qiáng)非常的大，所以對(duì)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(lái)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(yè)巖氣會(huì)戰(zhàn)中將會(huì)起到舉足輕重的作用。2、 焦頁(yè)30號(hào)平臺(tái)“井工廠”模式的實(shí)際應(yīng)用 目前正在施工的焦頁(yè)30號(hào)井是國(guó)內(nèi)首個(gè)井工廠模式打井的鉆井平臺(tái)，為鉆井一公司乃至全國(guó)的井工廠模式建造了一個(gè)可示范基地，積累了大量實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，為將來(lái)的頁(yè)巖氣大開(kāi)發(fā)提供了寶貴的第一手資料。 （一）場(chǎng)地問(wèn)題。與普通鉆井平臺(tái)的場(chǎng)地不同，由于是橫向平移式井架，軌道較長(zhǎng)，井場(chǎng)橫向要多出來(lái)一塊面積，這就對(duì)鉆前工程提出了新的要求，也需要井場(chǎng)規(guī)劃部門根據(jù)井口布局對(duì)井場(chǎng)圖紙做出相應(yīng)調(diào)整。而且由于井架頻繁移動(dòng)，對(duì)水泥基礎(chǔ)的要求更要上一個(gè)臺(tái)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(shí)就有可能發(fā)生危險(xiǎn)。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(guò)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(xiǎn)。最重要的是水泥基礎(chǔ)的質(zhì)量，若在平移過(guò)程中發(fā)生水泥開(kāi)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(gè)不可忽視的問(wèn)題，必須提前做好物資準(zhǔn)備。焦頁(yè)30井在打第一個(gè)一開(kāi)時(shí)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_(kāi)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(tái)與地面連接電纜拆除，待各部門檢查無(wú)誤后由工長(zhǎng)操作平移裝置進(jìn)行平移，平移完后再將各個(gè)部件安裝回去，完成組裝。在組裝過(guò)程中，由于井架已經(jīng)不在常規(guī)位置上，原來(lái)的一些連接部件已不適用，就需要一些特制部件來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下： （1）高架槽。原先的高架槽長(zhǎng)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(jiǎn)簡(jiǎn)單單加長(zhǎng)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(méi)有坡度，泥漿將很難返回循環(huán)罐，從而堵塞管道。 （加長(zhǎng)高架槽） （2）高壓管匯。原先設(shè)計(jì)這套鉆井設(shè)備時(shí)，高壓管匯正好從井架側(cè)面連接上立管，平移過(guò)后管匯的接口已不在同一個(gè)平面上，需要對(duì)管匯進(jìn)行改裝

11、，部分位置要使用軟管連接，我還設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)式基墩，方便平移后軟管的固定。 （平移后的高壓管匯及移動(dòng)式基墩） （高壓軟管及移動(dòng)式基墩） （3）放噴管線。井口防噴器出來(lái)的放噴管線在改裝時(shí)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(dòng)式基墩固定。 （放噴管線軟管） （防噴管線的移動(dòng)式基墩） （4）鉆臺(tái)動(dòng)力電纜及信號(hào)線。鉆臺(tái)動(dòng)力電纜就是鉆機(jī)的肌肉，信號(hào)線就是鉆臺(tái)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(tái)。平移前，若將鉆臺(tái)部分和VFD房部分全部拆除，將耽誤67個(gè)小時(shí)時(shí)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(tái)電纜，Z字架由吊車吊起跟隨井架同步移動(dòng)的方案，如此一來(lái)，

12、在電路方面工作量、工作時(shí)間大大節(jié)省。井架平移完后，由于井架位置變動(dòng)，原來(lái)的電纜長(zhǎng)度已不夠連接至VFD房，這時(shí)候就需要電纜轉(zhuǎn)接房來(lái)延伸電纜。電纜轉(zhuǎn)接房不單單只是一個(gè)簡(jiǎn)單的中轉(zhuǎn)站，其中也包含有很多學(xué)問(wèn)。電纜轉(zhuǎn)接房長(zhǎng)度。房體長(zhǎng)度不宜超過(guò)6米，超過(guò)6米在平移過(guò)程中對(duì)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?yàn)榫S模式下井口間距一般在1020米，房體長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)就需要頻繁移動(dòng)轉(zhuǎn)接房來(lái)滿足鉆臺(tái)電纜的需要，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。以焦頁(yè)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(zhǎng)度是6米或更短，只要把轉(zhuǎn)接房放置在第三口井正對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)接房進(jìn)行移動(dòng)。轉(zhuǎn)接房?jī)?nèi)部電纜擺放。由于鉆臺(tái)鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤都是大功率用電設(shè)備，電流長(zhǎng)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(duì)信號(hào)線的干擾較大，動(dòng)力電纜和信號(hào)線不能擺放在一起，且要設(shè)置相關(guān)抗干擾設(shè)備。信號(hào)線抗干擾能力。由于動(dòng)力電纜的強(qiáng)電流不斷變化，對(duì)信號(hào)線的干擾較大，除在房?jī)?nèi)設(shè)置相關(guān)抗干擾設(shè)備外，信號(hào)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(hào)線的抗干擾能力。 （Z字形電纜槽）（電纜轉(zhuǎn)接房）三、結(jié)束語(yǔ)目前國(guó)內(nèi)適合打井工廠的鉆機(jī)不