石油钻机型式与基本参数标准

《石油钻机型式与基本参数》修订标准技术分析1标准制修订回顾70年代我国石油工业蓬勃发展，但装备落后。在这种形势下，1975年原石油工业部与机械工业部联合组织成立了“钻机系列化及链条钻机调查小组”，1978年又成立了“三化小组”，在分析各国钻机标准及美国钻机和API规范的基础上，起草了我国《石油钻机型式与基本参数》标准。1979报国家标准总局，经批准定为中华人民共和国国家标准，标准号为GB1806—79，于1981-01实施。此标准在技术上的显著特点是，在最大钩载参数上突破了以往沿袭原苏联、罗马尼亚标准的作法，这两国标准基本上是根据综合井身结构下套管负荷需要来确定最大钩载；我国这次标准是在有关规范和设计准则要求下，最大限度地发挥钻机绞车本身能力可提供的负荷来确定最大钩载。因此，该标准制订的这一参数比苏、罗标准均要大(见表1)，它较大地提高了钻机对地层和钻井工艺的适应能力。表1GB1806—79与苏76*和罗75*标准的最大钩载对比井深H／m20002500280030003200400045005000600065007000800010000最大钩载W/tfGB1806－79120220300400600苏76*标准120140170200250320400罗75*标准100125200320400500注：*指1976年或1975年标准。首次标准发布以来，至今已进行了2次修订，它们在规范和促进我国石油钻机发展上起到了重要作用。前后标准对比见表2。表2历次钻机标准主要参数对比钻机级别型号GB1806－79ZJ20ZJ32ZJ45ZJ60ZJ80GB1806－861520324560801999修订10／60015／90020／135030／170040／225050／315070／4500120／9000钻深H／m5英寸*钻杆GB1806－79200032004500600080005英寸*钻杆GB1806－86900～15001300～20001900～32003000～45004000～60005000～80005英寸*钻杆1999修订500～800700～14001100～18001500～25002000～32002800～45004000～60005000～80007000～1000041／2＂钻杆500～1000800～15001200～20001600～30002500～40003500～50004500～70006000～90007500～12000最大钩载W／tfGB1806－79120220300400600GB1806－86901352253154505851999修订6090135170225315450675／585900绞车最大输入功率P/hpGB1806－795501000150020003000GB1806－8645070010001500200030001999修订27045055075010001500200030004000滚筒钢丝绳直径d/m(英寸)GB1806－7928.532.532.5或34.534.539.5GB1806－862628.532.534.53841.51999修订22／7／826／129／11／832／11／432／11／435／13／838／11／242／15／852／2游动系统绳数ndmaxGB1806－798／88／1010／1210／1212／14GB1806－868／88／88／1010／1210／1212／141999修订6／68／88／88／108／1010／1210／1212／16，10／1412／16钻台高度h/mGB1806－792.84.2～4.54.5(6)68～9GB1806－863，4.54.5，6，7.56，7.5，97.5，91999修订3，44，55，6，7.57.5，9，10.5，12钻井泵单台功率不小于Pd/hpGB1806－79350，500800，10001000，13001300，16001600GB1806－86350，800800，1000，13001300，160016001999修订35050080010001300160016002美国石油钻机技术基本作法美国在世界石油钻机技术和销售量上均属首位，与国际技术接轨实质上是与以美国为代表的技术作法及采用API规范接轨。我国石油钻机标准采纳了这一趋向。就普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在60年代已达成熟阶段，从那时至70年代其石油机械制造业得到迅速发展。钻机制造公司主要有8大家，统计1973年美国286个陆地和40个海洋钻井公司使用的1891台钻机，这8家所占比例达90%，其中尤以National、Emsco、Ideco公司为甚，它们所占比例分别为，National30.8%，Emscoo13.9%,Ideco10.7%，OilWell8.25%，Mid-Continent8.25%，Wilson7.15%，Cardner-Denver5.15%，Brewster4.85%。美国没有像苏、罗、我国等将诸多因素(参数)合在一起的钻机标准，但各公司均有自已的绞车、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、传动装置、钻井泵、井架和底座等主机标准，API的相关规范和推荐作法，它们均采用。根据钻井公司的要求，将这些主机配套成钻机，很机动灵活。当确定钻机钻深能力时，下列因素都是重要的：井架承载能力;提升系统承载能力；动力机组功率；绞车功率及负荷能力；钻井泵功率；钻台高度及承载能力；转盘开口及承载能力等。上述诸多因素中绞车性能是最基础的因素，它是将动力转换成提供起升负荷能力的源泉，无怪乎美国人把绞车视为钻机。由于钻柱质量是决定井深很重要的出发点，他们的设备标准中唯独绞车标有井深参数。最初是以41／2英寸钻杆为计算井深基础，虽然后来出现5英寸无细螺纹钻杆，其水力和承载性能比41／2英寸钻杆为好，但绞车产品已经形成，所以仍沿用原来的／英寸钻杆所标定的井深。用5英寸钻杆钻井时，额定井深的钻杆质量要增大一些，标定井深要打点折扣。由于绞车使用说明书中均有游动系统绳数与各档载荷能力表和提升曲线，实际钻井作业可根据需要按这些表或曲线来选择载荷和速度。80年代后期，美国很多公司的样本在绞车参数中“41／2”字样已不再注明。几十年来美国钻机的主机在总体上基本没有变化，对比了National公司1976-1977年绞车参数与1998-1999年National-Oilwell两公司合并后公布的绞车参数与性能数据完全一样；Emsco公司也基本如此，两公司绞车载荷参数见表3～12。它们摘至1998-1999年National-Oilwell样本和1986-1987年Emsco公司样本，供参阅。表3National-Oilwell公司绞车载荷参数(表3～8)80B(机械驱动M)、80UE(电动E)(1000hp12000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf615615136899352453625308202189177116*120*6859483239102452272161411458273593945表4110M、110UE(1500hp16000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf8250227205145*145*1082573952103052752481771771239868486412355323291207207143114805773表51320M、1320UE(2000hp20000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf8353300291186*189*11612370477104183663552272301411508655931248642741426426815917310064109表61625M、1625DE(3000hp25000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf8484400341223*250*14815910568981059148941427330518019312782120126915684823183572092271459514114784645550359405239257168109159表7M-3000、E-3000(3000hp30000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf84004002861992001411481006782104884883432392411651771208110012556556398275*277*190205139941161462462444630931121322915510513016694694496344346237255173117145表82040-E(4000hp40000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档高档低档高档悬吊绳数下提升载荷能力8663400*2201331079948226516012925558306185W/tf141040629345208161148693380230表9Emsco公司绞车载荷参数表(表9～12)D-3-Ⅲ(机械驱动M)、D-3-Ⅱ(电驱动E)(1000hp14500ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf6154155105716447343221208198198135*9182604441272510238239162109987353493330122762771801271148462573935表10C-1-Ⅲ(M)、C-1-Ⅱ(E)(1500hp16000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf8266266180120127816954363410321321217145*154*9784664447123713712511681781139776515414418418282189200127109865761表11C-2-Ⅲ(M)、C-2-Ⅱ(E)(2000hp25000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf8346346254167144109857146461041741730520117313210185565612482482353232*200*153117996565145435433982622261721321127373表12C-3-Ⅲ(M)、C-3-Ⅱ(E)(3000hp30000ft)滚筒轴离合器低速高速档号低档Ⅱ档高档低档Ⅱ档高档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力10581581398271*258*1851461268682126736734613132982141691461009514758758519353336241291165112107W/tf16835835572389370266210182124118表示额定井深钻柱质量载荷(下同)我国于1978年曾分别与美国Ideco、National两公司进行过技术座谈，分析这些资料和美国其他公司的绞车和钻机情况后，可以得出他们一般的几点技术作法。a)井深范围下限是额定井深的55%～70%。b)额定井深钻柱质量取41／2英寸钻杆中间壁厚带接头质量27.5kg/m(18.5lb/ft)加钻铤后，平均以30kg/m(20lb/ft)乘以额定井深来计算钻柱质量(见表3～12中带*者)。(苏联新系列、罗马尼亚F系列钻机也以30kg/m计算)。表13k取值游动系统效率对比悬吊绳数Nationalk＝0.972API(Emsco)k