边际油田液压钻机的设计及Ｇ－１２５钻机的使用

Ｄｅａｎ　Ｅ．　Ｇａｄｄｙ　步卫玲

摘要 G-125 钻机是一种专为边际油田研制开发的经济实用型钻机，它的设计是油田钻机设计的又一次革命。该钻机采用学习曲线和互补技术（联合井口和CT 完井），大幅度地提高了经济效益。此外，它具有易于快速移运和复位的特点。因此，当钻一口井的钻进时间较钻机移运时间短时，采用G-125 钻机尤为适宜。

关键词 钻机；技术特点；自动钻进；顶驱

中图分类号 TE242 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2009）04-0052-03

在许多工作环境中，利用好“成本—效果分析法”已成为当今世界人们所面临的一个新课题。几年来，随着技术日新月异的发展，人们面临的挑战不仅仅与“极端措施”或边缘技术有关，而且还与一些目前不引起媒体注意的市场休戚相关。因为这一市场对能源工业起着十分重要的作用。

目前，众多的石油公司已将目光瞄准了海滨边际油田开采和高风险勘探冒险。因此，研制并设计一种满足要求的钻机迫在眉睫。本文介绍了新型钻机G-125 设计标准，该钻机特别适用于边际油田的开采。此外，本文还对该钻机工作22 个月的情况进行了总结。该种钻机通常在意大利作业，它是一种适应于特殊油田要求而设计制造钻机。

液压操作:

G-125 液压钻机, 它具有操作简便、工作平稳等特点。管子装卸、钻柱旋转、井架和钻台起升均靠液压传动来实现。由于液压油缸控制井架的起升，结果大幅度地降低了高度和重量，此外可在标准路面上运输该钻机。钻机到施工现场，四个液压油缸将钻台顶起。（最大高度为6.1m）钻机的大钳和卡瓦可自动和液动装卸。

1 设计前提

在意大利，有大量的小远景构造，由于它们的预计储量有限，因此这些矿区以前从未开采。

一般说来，油层含有丰富的天然气。天然气垂直深度范围通常为1 200m ～ 3 000m，预计产量为20 000 ～ 70 000m3/ 天。

开采这些远景构造，通常不仅需要小型钻机，而且还要求钻机具有较强的机动性和较少的操作人员。这样，可减少资金和对环境的不良影响.

评估这些要求后, 在THERMIE 计划范围内，“欧共体”提供了部分资金以支持新方案的实施。

该计划分以下几步骤：

1）设立专门的石油公司设计队伍、钻井承包商和钻机制造商。

2）选择一台合适的液压驱动钻机。选用Soilmec 研制的小型钻机，该钻机专用于钻水井。

3）成套使用，使投资最小，并借此验证最初概念的正确性。第一代钻机命名为G-100，并打算把它作为源于工程需要而设计的现行钻机样机。

4）现场测试，通过钻三口井（两口垂直井和一口斜井），来评估钻机的技术状况和可靠性并获取设备效率和设备极限指标、技术规格等，作为以后设计G-125 钻机作参考。测试之后，G-125 于1996 年7 月开始投入使用。迄今为止已在意大利完成了一系列陆上钻井作业。目前Saitre 钻机作业队正在使用G-125 钻机。“艾德科” 钻井承包方与Saign 和Trevi（Soilmec's 母公司）已达成国际性协议。

2 技术特征

该钻机由液压驱动，所有部件装在一个自行封闭的结构内，该结构一般不用拆卸。由于液压动力易于操作且运行平稳，因此人们更愿意用液压作为动力。用液压作为动力可伸缩钻台和竖起井架，装卸管子，旋转钻柱等。用液压油缸来控制井架伸缩，可大大地减少钻机的重量和长度，这样就可在标准公路上运输这种钻机。

现场施工时，在拖车上，由4 个液压油缸实现钻台的升降，使钻台达到合适的高度（高度可达6.1m）。井架的起升由另外的一对油缸实现，上述操作只需45 分钟。同常规的钻机比较，这种钻机的升降操作容易并快捷。在钻机升降的同时，所有液压控制管线均安装完毕。井架能自动竖起，而无须防风绷绳。

竖直的管架系统和一个与钻机配套的摇臂吊车是该钻机的另一个新颖设计。所有管子都能用集装箱从基地贮运到井场。钻机周围共有12 个集装箱，每个集装箱均装有3 排，累计18根3-1/2″的钻杆。钻井深度可超过3 000m。钻机配有自动液压卡瓦和动力大钳。

由于井架配有钢丝绳和滑轮系统，从而使油缸的冲次增倍。井架起升高度可达16m, 可装卸3 排套管和钻杆。此时最大的起升速度为1m/s.

装卸管子时，通常只需要2 个人。

3 顶驱系统

顶驱由4个液压马达来完成，当转速为60rpm 时，扭矩为3 600Kg/m。 连接钻杆时，延伸并倾斜斜撑让顶驱与单根（从小鼠洞引出）相连，随后提升顶驱并与钻杆相连。顶驱有一个用于提升并上紧套管的专用装置，确保钻机能独立安装套管。

套管插入井中同时充满泥浆。整个系统（钻盘和井架）的额定承载能力为160吨。液压系统的特征是“下推”等作用等效20 吨的力。

钻机运行时, 噪音小。在施工现场测量最大合成噪音级为82db，更低的噪音级正在研究之中。4 套隔音柴油发电机能提供1 600kW 的电能。此外，液压钻机不要求标准刹车，标准刹车是典型的噪音来源且不容易消除。钻机装在一个3 轴半拖挂上，重量为42吨。该钻机配有：11 "×5000 PSI 环形防喷器（BOP）；11 "×5000 PSI 封闭/ 全封闭单闸板防喷器；11 "×5000 PSI 双闸板防喷器；13-5/8"×5000 PSI 分流池。钻井时，3 台600 马力的泵工作，充分保证钻机的最佳性能，第3 台泵一般作为备用泵（因此缩短了停机时间），同时也用于固井作业。上述作业需要1 个散装水泥缓冲罐和2 个混砂罐（容积分别为18m3 和7m3），该钻机可单独进行固井作业。钻机还集泥浆系统于一体，泥浆系统由3 个泥浆罐（泥浆罐理论容积为122m3）和一个容积为50 m3 辅助罐组成。该辅助罐既可作水泥罐也可作蓄水池。

泥浆清洗系统包括2 个Brandt ATL1000 振动筛，一个除气器和一个细岩屑联机M/V CD350 离心机。

4 自动钻进

由于采用液压设计，钻井时很容易实现自动钻进。此外，从控制盘上可选择恒定或可变钻压、预设钻井速度或恒定扭矩。司钻应保证设定参数的正确性。可设定报警和自动停止钻进以防异常情况发生。卡钻时，超载提升的预定值和，或扭矩能防止钻柱意外损坏。

一整套传感器控制主钻机功能，联机钻进参数数据采集系统在司钻控制台上显示实时信息，也能报警。钻进数据能在钻井办公室里显示并储存，钻井参数的硬拷贝可从回放或实时数据中复制。相同的数据可实时地反馈到公司钻进数据库中。钻井队至少由10 人组成，每天4 人（钻井技师1 名、机械工1 名、电工1 名、装卸工1 名），实行3 人（司钻1 名、助理司钻2 名）2 班制。

目前，该钻机正按合同要求在钻井。该合同还包括额外的

服务项目（固井和上紧套管）。

5 主要设计优点

1）移运快捷

钻机安装和拆卸能节约时间35% ～ 40%。如果搬移100000m，G-125 在6 天即可完成钻机的拆卸。搬移并安装钻机到新的施工地点。搬移时，需要28 个标准装车。

2）结构紧凑

由于钻机较低，钻机外形尺寸可减小到30m×30m, 垂直管架系统能将包装好的管材从基地运输到井场。将需要的陆地空间减到最小，并缩短在钻机施工现场下套管和油管检测和准备时间。

3）良好的顶驱工作性能

在快钻进期间，液压保持良好工作性能，由于充分利用背部扩孔潜能，所以将起下钻时间降低到最短。

6 现场经验

1996 年5 月，新型G-125 钻机已在意大利北部米兰附近完成了一系列7AGIP 油井的作业任务，这标志着该钻机的工作性能达到了设计要求。Gisolo 1 # 为该钻机所钻的第一口井，该井也是一口丘林地区的垂向探井。总深度设计为3000m, 井眼尺寸为4-1/8″。使用A 3-1/2″的钻柱。就地理原因而言，6-1/8″相位加深从2 400m-2 510m。经测井后，确定停止钻进。各种阶段（相位）12-1/4″、8-1/2″和6-1/8″的钻进参数是满意的。下套管时间和井口操作和常规钻机性能相同。

San Gervasion 2 Dir 井是一口斜井，最大偏斜度为53o。即使是最好的地面，完成钻进总深度为2 400m, 包括下3 个套管钻柱这一任务，计划需要13 天（309h）, 然而，该钻机仅用了8 天(190h)，就圆满地完成了任务。

钻井时间差不多缩短了40%。钻该井时，采用了一个紧凑型（组合型）井口，双层同心管开采时采用2″挠性油管完井。

开采第4 口井（Cortemaggiore 57） 和第5 口井（Barzaniga 1 ）同开采其它井相比，有较大差别。因为不同的井眼直径和采用了其它的试验钻具。

钻第6 口井时，机械钻速（Rate Of Penetration） 从15m/h 增加到35m/h，钻机深度从75m/ 天增加到300m/ 天。此外，法定时间由钻第一口井的450h，而钻最后一口井仅要120h。（包括安装井口/ 防喷器装置、下套管和固井操作、起下钻、停机时间等等。）

同用常规钻机钻井估计成本相比，钻井成倍可下降12%~24%。

目前，G-125 钻机正在Sicily 作业，迄今该钻机已钻了3 口井（ Monteferrante 1 和Acquavena，Fiume Salso 1 Dir）, 第四口井，Comunelli 1 将于1998 年3 月31 日开钻。

7 前景与展望

在操作性能、人事培训和现场等方面正在进行连续优化过程。由于第一台精密的样机良好的工作性能和设计经验。Saitre 已经承担一个开发更好钻机的任务，该新型钻机叫G-200，到1998 年第三季度将投入使用。“G”型钻机的海上应用正处于评估中，它们可能从整体结构的修井机到安装在中间结构和多功能的船上。

8 结论

G-125 型钻机能满足设计要求、并超过了所要求的技术指标。G-125 型钻机设计的关键是减少重量和体积、增加自动化程度并减少施工人员。

操作方和承包方优势互补的协作，为发展新型钻机提供了良好的契机，该钻机能经济有效地钻浅井和中深井。