自升式平台液压钻机

1 自升式平台采用液压驱动钻机方案探讨自升式平台采用液压驱动钻机方案探讨 对海洋平台来说 钻机系统是其核心设备 重要性不言而喻 与采用柴油机联合 机械驱动的陆地钻机相比 常规海洋钻机采用电驱动 即采用柴油机带动交流发电机 发电 电流经可控硅整流后输出直流电 然后由直流电动机驱动钻机的各工作主机 在开发制造电驱动钻机的同时 国外钻井公司也先后推出了多种新型液压驱动钻 机 并在钻井行业中发挥了一定作用 在几种新型液压驱动钻机中 挪威 MH 公司研 制的 Ram Rig 钻机比较典型 相比国外 国内自升式平台采用液压驱动钻机方面还是个空白 本文对 Ram Rig 液压驱动钻机进行详细介绍 并探讨自升式平台采用液压驱动钻机方案的可行性 一 项目意义一 项目意义 自升式钻井平台既可移位 又能适应较深的作业水深 通常作业水深几十米到 120 米左右 现在最深达到 168 米 且作业机动性好 还有造价相对较低 比半潜式平台 低 50 60 工作安全 操作费用较低等优点 由于 200 米水深以内的大陆架的石 油储量占已探明海洋石油储量的 55 70 发展这一工作水深适宜的钻井平台 自升 式平台是首选 目前全世界在用的海洋平台共有 722 座 其中自升式钻井平台 446 座 占总数的 61 7 自升式平台在海洋钻井中发挥了主力军的作用 因此 对自升式平台钻机系统 进行设计优化和创新 具有很强的现实意义 二 常规海洋钻机系统二 常规海洋钻机系统 一套完整的海洋钻机须具备提升系统 旋转系统 循环系统 动力设备 控制系 统 底座 辅助设备等设备系统 提升系统提升系统 为了起下钻具 下套管及控制钻头送进等钻井工序的实现 钻机装有 一套提升装置 常规海洋钻机的提升装置主要由钻井绞车 辅助绞车 或猫头 辅助刹 车 游动系统 包括大绳 天车 游动滑车和大钩 及悬挂游动系统的井架等组成 旋转系统 旋转系统 包括转盘 顶部驱动装置 钻杆和钻头等部分 循环系统 循环系统 包括钻井泥浆泵 泥浆高 低压管汇 泥浆池 槽 泥浆净化设备和泥浆 配制设备等 2 动力设备 动力设备 用于驱动钻井绞车 转盘 钻井泥浆泵 顶部驱动装置等工作机 海 洋钻机多采用直流电动机或液压动力等驱动形式 控制系统 控制系统 主要包括机械 液动或电控制装置 以及计算机集中控制台和观测记 录仪等 底座 底座 包括钻台底座 模块底座 各单体设备橇块底座等 辅助设备 辅助设备 包括井口防喷装置 辅助发电和起重设备 空气压缩设备 加热保温 设备等 三 挪威三 挪威 MH 公司公司 Ram Rig 钻机钻机 近几年来 挪威 MH 公司采用其擅长的液压驱动技术及新颖的石油钻机构思方案 研制出 Ram Rig 钻机 已基本上形成系列 大钩载荷为 1500 10000kN 其中大钩载荷为 4400kN 的钻机 顶驱行程为 32m 大钩载荷为 3000kN 的钻机 顶驱行程为 30m 钻机的最高提升速度为 2m s 3 1 应用范围应用范围 Ram Rig 钻机可用于定向井 丛式井和水平井钻井及开窗侧钻等 若安装在海洋 钻井平台上 可起 下水下器具和隔水管等 该型钻机具有灵活组合特性 可满足快 速钻井及各种钻井工艺的需要 如选 1 台 2 台或 3 台钻机组合方式 可完成各种重复 性作业 加快钻井速度和下套管速度 若采用 2 台组合 又称双驱钻机 有两种作业方式 a 以 1 台钻机进行钻井作业 另 1 台起 下水下钻井器具 b 以 1 台钻机完成下套管作业 另 1 台用于接两根套管作业 并将接好的套管排 放整齐备用 图 1 为挪威 MH 公司研制的双驱 Ram Rig 钻机 作业方式为 a 类 3 2 结构特点与工作原理结构特点与工作原理 Ram Rig 钻机由 2 个千斤顶液缸 游动滑轮组件 提升钢绳 平衡器组件 顶驱 特制井架 柴油机或 AC 电动机液压泵动力系统 钻台和底座 钻井控制室 钻井液 循环系统等 10 个部分组成 1 顶驱顶驱 Ram Rig 钻机采用液压驱动顶驱及液压动力源 3 图 1 挪威 MH 公司 Ram Rig 钻机 双驱钻机 2 提升系统结构与工作原理提升系统结构与工作原理 以 2 个长冲程千斤顶液缸作为顶驱上下运动的动力 源 2 个液缸分别固定在井架左右两大腿内侧 2 个活塞杆的上端共同支承游动滑轮组 4 件 在游动滑轮组件上装有 4 个 对中小型钻机 或 8 个滑轮 对大型钻机 有 4 根或 8 根长度相等的提升钢绳 每根分别挂在 1 个滑轮上 钢绳绕过滑轮后 两端均向下 其中 4 个或 8 个钢绳活端与顶驱联接 4 个或 8 个钢绳死端与底座中的平衡器组件联接 平衡器组件对 4 个或 8 个钢绳死端拉力起平衡作用 当 2 个活塞杆向上伸出时 滑轮 向上运动使顶驱也向上运动 当 2 个活塞杆向下缩回时 滑轮向下运动使顶驱也向下 运动 但是由于滑轮系统关系 顶驱的运动速度是活塞运动速度的 2 倍 顶驱的载荷 是 2 个液缸载荷的一半 如大钩载荷为 4400kN 的钻机 其 2 个千斤顶推力载荷为 8800kN 活塞杆伸出行程为 16m 顶驱运动行程为 32m 顶驱的上下运动就实现了钻 井 起下钻柱 下套管 起下水下器具或修井等作业 3 特制井架 特制井架 为使游动滑轮组件通过提升钢绳悬吊的顶驱对准井口和上下运动导 向以及承受顶驱钻井的反扭矩 在特制井架两大腿内侧各有 1 条垂直的导轨 与常规 井架不同的是 特制井架不承受顶驱载荷 而由 2 个液缸承受 此外 立根存放于底 座下面 接立根操作在钻台面低位进行 在井架两大腿内侧下段 固定 2 个千斤顶液 缸 4 钻台和底座 钻台和底座 采用高钻台底座 没有立根盒 立根下接头支承在较低平面上 上接头露出钻台面 起下钻及上卸扣操作均在钻台上进行 5 液压泵动力系统 液压泵动力系统 选用柴油机或电动机驱动液压泵 有 4 台或 8 台液压泵组合 每台液压泵的动力均能给出顶驱的大钩载荷 但提升速度较低 只有在设计液压泵数 量下 才具有设计的提升速度 这样在某几台液压泵同时出现故障时 也能提升钻柱 避免发生井下事故 通过液压泵排出的动力油 进入 8 个立式平衡压力气缸起到补偿 作用 再通过滑轮动作阀进入 2 个千斤顶液缸 实现活塞杆上升或下降动作 该液压 系统还可实现自动送钻 不需要另设自动送钻装置 三 自升式平台采用液压驱动钻机方案分析三 自升式平台采用液压驱动钻机方案分析 从 MH 公司研制 Ram Rig 钻机的应用范围来看 将液压驱动钻井应用在自升式平 台上是可行的 由于自升式钻井平台通常的作业水深为 30 米 120 米左右 可采用 1 台 Ram Rig 形式的钻机 这样可省掉常规海洋钻机的绞车 天车 游车和大绳等件 结构更为紧凑 体积小 质量轻 成本低 技术经济指标先进 采用全液压驱动钻机 无工作火花 钻井更安全 特别是钻天然气井或伴生天然气较多的油井 不会发生着 火事故 可完成钻井 起下钻 下套管或修井等作业 动力消耗较少 现场试验和钻 5 井实践表明 Ram Rig 钻机可提高钻井效率 15 20 自升式平台上用常规海洋钻机 与液压驱动钻机比较如表 1 所示 表 1 自