液压驱动钻机技术现状和前景

王荣修 中石化江汉石油管理局第四机械厂

1 RamRig液压海洋钻机

RamRig钻机是挪威MH公司制造的,该公司凭借其卓越的液压驱动技术,开发出了全液压驱动海洋钻机,传统的机械驱动钻机相比,具有其鲜明的技术特点。

1)独特的液缸提升系统RamRig钻机的提升系统采用2个长行程的液压缸取代传的绞车+大钩的提升系统。液缸导向架取代了常规井架,液压缸通过游动梁、平衡梁、一套滑轮和钢丝绳组成的游动系统,在提升液压缸的带动下沿液缸导向架滑轨上下移动,完成起下钻柱、下套管、起下器具的钻井作业。

同时,该钻机可将提升降液缸与运动补偿的气罐相联,即可实现钻柱的升沉补偿,不必安装结构复杂笨重的浮式升沉补偿装置,有效地简化了结构,降低了钻机成本。

2)高效的液压驱动控制RamRig钻机采用顶部液压驱动,其控制系统将提升液缸组成的钻井系统和升沉补偿系统有效结合,可以有效地实现钻压调节、优化钻井参数,提高钻井效率。

通过液压控制系统,也可以实现自动送钻功能,不用专门配置自动送钻装置。

3)高度自动化的钻井工具RamRig钻机配备全自动化的钻具处理系统和铁钻工。通过和其他钻井控制系统的有机结合,极大的降低人力成本和劳动强度,提高作业效率。

4)良好的安全性RamRig钻机采用全液压控制,不像传统的机械钻机和电控钻机易产生工作火花,因此具有更高的安全性。特别适应那些高压气井、高伴生气油井和安全条件要求高的海洋钻井平台。

由于RamRig钻机的以上特点,使其具有较高的适应性,特别是在更加注重安全、效率和空间受限严重的海洋钻机领域展示了其巨大的优越性,已分别装于2艘半潜平台和2艘钻井船上的型钻机。

2 DrillmecHH液压钻机

意大利Drillmec公司的HH陆地钻机也是一种无绞车的新式液压提升钻机,并因其安全性好,自动化程度高,结构模块简单,对环境的影响小,而具有独特优势。目前HH钻机已经形成为涵盖100~300t钩载范围的系列产品。其特点如下:

1)自动化的液压顶部驱动HH液压钻机采用液压顶部驱动装置,作业期间的钻井参数由液压顶驱控制,由于液压技术本身的特点,它能够实现真正恒定的钻压或者恒定的机械转速自动送钻,在控制面板上由司钻选择。在卡钻的情况下,可以设置超载提升控制和预定值,并顺利钻进。并且在起出井眼时,可以实施倒划眼,减少损失钻柱的危险。

2)井场面积少、易搬迁HH液压钻机由于采用液压缸提升,不配置无绞车,其井架和钻台结构简单外形尺寸小,重量较轻。其井场面积只相当于同类传统钻机的1/3,甚至更小。由于模块少,重量轻,更易搬迁。

3)良好的环保特性 它采用了一个防溢流的闭环搜集系统,有效解决了流体溢出后污染问题。由于采用液压动力,HH钻机钻台相对安静,最大噪音可亦控制在60分贝以下,在住宅和建筑物附近作业时,噪声还可以进一步降低。

3发展国内钻井技术的建议

国内石油行业对钻井技术提出了一系列更高的要求和期望,传统石油钻机已经无法适应生产形势的需要。液压驱动钻井技术以其鲜明的技术特点重新受到重视。结合国内油田面临的问题,笔者认为应开展以下方面的研究。

3.1研制轻型易搬迁式海洋液压钻修机

随着海洋油田开发的进一步深入,一些油田群的小型边际平台逐渐增多。这些小型边际平台面积很小,承载能力差,平台吊机能力也十分有限。传统的钻修机结构复杂,占地面积大,重量重,自动化程度低,根本无法应用于这些边际平台。轻型易搬迁式海洋液压钻修机采用液压缸提升系统及液压顶驱,不再使用体积大,重量重的绞车、转盘,并可省去并车箱、链条箱等多处附属部件,钻台及井架结构也能简化。必将会极大减少井场面积、降低整机重量,获得良好的可搬迁性。如果仅考虑简单的修井作业,甚至还可以进一步简化结构,研制微型海洋液压修井机。

3.2发展液压不压井作业装备

液压不压井作业装备在不压井的情况下对油井进行作业,可以避免将高密度或低渗透油气井压死、不会损伤油井、不会影响油气流动状态,不会减少油气层渗透率,由于它能有效解决作业过程中压井对油层产生的损坏和污染问题,保护了油层、简化了施工工序,降低了生产成本,提高了油气生产效率。因此,液压不压井修井装备将是修井设备今后的发展方向。

3.3液压驱动自动化钻井工具

自动化钻井工具在国外发达国家已经得到普遍应用。目前,国内的自动化工具尚没有研制出成熟的系列产品推向市场。以下这些应该是国内下一步研究的关键方向。

1)液压顶驱静液传动的顶部驱动液压马达具有小的外形尺寸与重量,有很小的重量功率比和重量扭矩比;能在较大范围内实现无级调速,可在较大范围内实现自动恒功率调节;运动平稳、无冲击、运动惯量小、易于防止过载、操纵性好等一系列优点。特别是由于液压马达尺寸小,可不增加井架高度及宽度就可适用于现有钻机。

2)铁钻工铁钻工在起下钻过程中,自动完成对钻具(钻杆、钻铤、套管及各型接头)的上、卸扣和快速旋扣作业,可大大减轻钻井平台上工人对钻具进行起、下钻作业时的劳动强度,提高作业的效率。铁钻工广泛配套于陆上、海洋石油钻机。铁钻工技术在国外已经非常成熟,并已经成为国外先进石油钻机的标准配置。

3)自动排管装置自动排管装置能够自动完成管材钻具的取用、移运、放置、组装、拆卸等工作。在保证整个钻井作业连贯高效、安全稳定方面至关重要,在国外海洋钻井作业中使用非常普遍,出于安全考虑,在挪威甚至强制规定在其领海内作业的海洋钻机必须配备此装置。