0 引 言

随着油田高效开采要求的逐步提高，对钻机的快速移运性能提出了更高要求^{[1, 2]}。而钻井液系统需配置的设备多而重，并且设备间的管线错综复杂，目前采用轮式移运或步进移运等单一移运方式对单一设备实现移运^{[3, 4, 5]}。但这种单一移运方式存在如下缺陷：运输车次多；移运时拆卸、连接的工作量大；搬家过程中的拆卸、运输、摆放和连接等难免对设备造成磕碰，缩短了设备的使用寿命^{[6, 7, 8, 9]}。

为解决上述问题，研制了多移运方式钻井液模块。该钻井液模块在钻短距离丛式井时，利用步进装置实现短距离整体步进移运；在远距离搬家时，将模块拆分为2部分后采用轮式移运系统实现快速搬家。该钻井液模块移运及安装对接不需要任何吊装设备，拆装方便，对接快速，提高了转场效率。

钻井液模块需配置3台F-1600E泵组、灌注系统、吸入罐、振动筛罐、岩屑处理器、高压管汇、节流压井管汇及泥气分离器等。钻井液模块将所有设备及设备间的管线连接布置在一个大的框架式拖橇上，拖橇外形尺寸超过20 m×20 m。钻丛式井时，整个模块通过底座四角端头的步进装置实现所有设备整体移运，步进装置可实现模块的纵向、横向平移以及沿几何中心旋转移动。远距离搬家时，由于尺寸限制，为获得良好的通过性和较快的移运速度，拆除连接点的内、外锥和连接管线，将模块分为2个单元，利用轮式移运系统实现快速搬家。到达目的地后，对接连接点使2个单元连接成为一个整体，进入钻井工作状态。

步进移运前，只需将模块外围的钻井液、供水和消防管线拆开，操作4套步进装置进行移运。 整体步进移运系统结构如图 1所示。

图 1 整体步进移运系统结构示意图 Fig.1 Structural schematic of overall stepping transport system 1—拖橇体；2—泵组；3—灌注系统；4—步进液压站；5—步进装置；6—高压管汇；7—岩屑输送器；8—泥气分离器；9—节流压井管汇；10—振动筛；11—飘台和管线；12—除气器；13—振动筛罐；14—吸入罐；15—吸入管线；16—钻井液输送系统。

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步进移运装置由鹅颈、行走装置、液压动力源、操作箱、管路总成及连接件等组成。鹅颈与拖座通过销轴连接，安装在拖橇的四角上。模块移运时，先将行走装置旋转至预定行走方向，锁定角度，然后启动液压源，操纵顶升油缸将模块举升到位后，推移油缸推动滚轮小车在滑靴上向前滚动，实现整体移运。推移油缸的行程结束后，顶升油缸将模块下放至地面，并将推移油缸、滚轮小车以及滑靴等连接件整体提起，这时推移油缸将滑靴收回，顶升油缸将推移油缸、滚轮小车和滑靴等连接件整体下放至地面，完成1个移运动作，重复该过程即可实现步进移运。

移运质量781.5 t，设备质量(带钻井液)563.5 t，橇座质量(含步进装置)218.0 t，额定顶升力2 420 kN，最大移运速度12.7 mm/s，最大步距0.76 m，移运尺寸28.2 m×20.4 m×13.4 m。

受运输尺寸的限制，拖橇由4套大梁组成，大梁之间用连接架过渡，大梁与连接架之间采用销轴连接，如图 2所示。为了尽可能减轻质量以及便于各管线和电缆的布置，底座大梁设计成抗弯能力较强的框架结构，大梁为上、下翼板厚度不等(t₁＞t₂)结构，如图 3所示。为了保证结构设计的可靠性，对受力最恶劣的连接耳座、焊缝以及销轴进行受力分析，并且利用有限元分析软件对拖橇结构进行改进。

图 2 拖橇体结构示意图 Fig.2 Structural schematic of skid drag body

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图 3 大梁结构示意图 Fig.3 Structural schematic of beam

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在远距离搬家时，由于钻井液模块外形尺寸偏大(约20 m×20 m)，所以极易受到道路的限制，并且移运速度也无法提高。为了获得良好的通过性及较快的移运速度，笔者将钻井液模块拆分成固控罐单元和泵组单元分别进行轮式移运。2个单元的轮式移运系统结构相似，都由液压提升系统、拖橇体、鹅颈、轮轴总成、牵引座、牵引架以及牵引车组成，具体结构如图 4所示。鹅颈与牵引座之间通过牵引销连接，牵引车通过牵引架与轮轴总成相连^[10]。

图 4 轮式移运结构示意图 Fig.4 Structural schematic of wheeled transportation 1—液压提升系统；2—拖橇体；3—鹅颈；4—轮轴总成；5—鹅颈牵引座；6—轮轴总成牵引架；7—牵引车。

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(1)固控罐移运单元：整体移运质量294.1 t，理论最小离地间隙0.78 m，移运尺寸38.0 m×12.1 m×8.9 m，前、后轮轴距27.0 m，左、右轮轴距4.6 m，轮胎规格36.00-51(沙漠轮胎)，轮胎数量8条，移运最高速度不大于10 km/h。

(2)泵组移运单元：整体移运质量294.1 t，理论最小离地间隙0.78 m，移运尺寸38.1 m×10.0 m×6.4 m，前、后轮轴距27.0 m，左、右轮轴距5.1 m，轮胎规格、数量以及移运最高速度与固控罐移运单元相同。

为了实现整体与分块转换，设备之间的连接采用由壬与伸缩式橡胶接头等结构；拖橇体的连接设为特殊的内、外锥结构，可实现快速对接。2分块橇内各装有1套液压提升系统，用于分块对接和拆分时竖直方向的高度调节。

步进与轮式移运之间的相互转换，可通过4套步进装置及设在橇内的液压提升系统配合实现。

(1)丛式井钻井移动井位时，装上4套步进装置，并连接其液压源，通过步进装置的起升油缸和推移油缸的配合实现整体井位间的移位。

(2)当要远距离搬家时，拆除固控罐单元和泵组单元的连接点，将与泵组底座连接的步进装置移到吸入罐底座上，拆开2单元之间的连接点。

(3)操作步进装置抬起固控罐单元，同时操作泵组单元的液压提升系统使泵组与固控罐单元同步抬起，操作步进装置的推移缸，使固控罐单元逐步远离泵组单元，实现分块。

(4)拆走步进装置，分别操作各单元的液压提升系统，换上轮式移运系统。

(5)挂上牵引车，实现远距离搬家。

(6)到达目的地后，拆走轮式移运系统，在固控罐单元端头换上步进装置，连接好固控罐单元的步进液压管线，并将泵组单元的液压提升系统连接完全。

(7)操作4套步进装置将固控罐单元逐步向泵组单元靠近，当接近时，操作泵组单元的液压提升系统，使泵组单元与固控罐单元高度相同。

(8)操作步进装置的推移缸，使固控罐单元与泵组单元对接，先连接底座上的内、外锥，再连接设备间管线的由壬及法兰等。

(9)最后将固控罐单元内侧的2套步进装置移到泵组单元的位置上。至此，完成了步进移运与轮式移运间的相互转换。

拖橇跨度大、承载重，必须采用分散的多点连接，但是中间点对接时，各点错位不一致。为了保证各点顺利对接，对接点采用特殊的内、外锥结构，如图 5所示。通过分析，对接点两侧受力规定为下侧受拉、上侧受压，采用带有导向的内、外锥与销轴结构，下侧的内、外锥设计为销受力，上侧的内、外锥设计为插板端面受力。对接时，先装配下侧的销轴，再插入上侧的插板，最后装入上侧销轴。

图 5 对接点受力图 Fig.5 The forces on the docking point

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下侧内、外锥侧面为锥面并留有一定的间隙，保证插入方向能有足够自由量，将外锥上、下侧斜面设计为圆弧结构，便于相对旋转，保证了内、外锥顺利对接，如图 6所示。上侧内、外锥侧面采用锥面并留有一定间歇，保证插入方向能有足够自由量，外锥端面接触处设计为插板结构，在蚂蚁台上组装后，根据实际间隙量加工插板，插板端面受压，销轴只起连接作用，如图 7所示^[11]。

图 6 下侧内、外锥结构图 Fig.6 Structural schematic of the lower side of the inner and outer cone

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图 7 上侧内、外锥结构图 Fig.7 Structural schematic of the upper side of the inner and outer cone

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截至2015年11月25日，宝鸡石油机械有限责任公司已完成了3套NDC70钻井液模块步进系统在直行、旋转和偏航等模式的移运试验，同时实现了泵组单元与固控罐单元的拆分及2 m远位置的对接，各项指标均达到试验要求。已发往阿布扎比油田基地的ZJ70DBT3钻机配备的钻井液模块，整体和分块搬家性能良好，获得了用户的肯定，也验证了上述设计方案的合理性和先进性。

(1)多移运方式钻井液模块步进移运时，只需将外围连接拆卸，即可实现钻井液模块整体移运；远距离搬家时，也只需拆分成2个移运单元，即可实现所有设备的快速移运。

(2)由于设备布置在底座之后不再拆卸，所以避免了移运过程中对设备的损伤，延长了设备使用寿命。