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摘要：文章以提高钻机的作业及移运效率为目的，针对常规模块钻机的结构特点，设计开发了一种在不改变钻机主体结构的基础上，能便捷安装和通过不同组件的简单切换，达到提高钻机丛式井作业及钻机整体移运效率的装置。
关键词：移运性；钻机整体移运；丛式井；移运效率
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0099-02
国际钻井作业市场竞争日趋激烈，并且钻井作业成本也随之增高，显然提高采油量和减少钻机的准备时间是降低成本最有效的两种途径。为实现上述的两种措施，就对钻机提出了新的要求，即设备能便捷地实现丛式井钻井作业，以提高采油量降低成本，同时能够实现钻机的快速整体拖装，以降低钻机转移井场时的准备时间。
要实现这个目标，必须解决三个问题：第一个问题是目前各个油田已经持有了大量的常规结构形式的模块钻机，必须将这部分钻机经过简单的改造来达到上述的目标；第二个问题是目前市场上实现钻机普遍使用的能够实现钻机打丛式井的装置和钻机实现整体拖装的装置是2套毫无关联的独立装置，这2套装置体积庞大，安装和拆除的工作强度大、繁琐耗时长，并且安装时还必须严格满足各项如找平、对正等较高的安装要求，我们必须实现结构简化、重量降低、安装便捷等目标；第三个问题是提高装置的利用率，目前的丛式井装置和整拖装置无法通用，钻机在安装了丛式井装置时，必须将钻机整拖装置拆除，反之亦然，我们必须提高这2套装置的通用性和使用效率，以降低用户的配置成本。
1 设计创新点
设计一种可同时实现钻机整体拖装（或钻台整体拖装）并能够通过简单的操作便能实现钻机丛式井自行走操作的装置，此装置必须能够解决下列问题：（1）能够单独拆卸，不需要对钻机自身结构做出大的调整，并且能够实现在同类型、同级别的钻机之间通用；（2）结构形式简单、安装便捷、重量较轻；（3）丛式井装置和整拖装置通用性好，通过简单的安装就能是实现不同的功能。
为实现上述目标，我们设计的运输横梁、整机托运模块、丛式井模块等部件，通过这些部件的组合，我们巧妙地实现了上述目标。
首先是运输横梁（图1），它是最关键的部件，其安装在模块钻机钻台底部基础上，作用就像道桥梁一样将钻台和整机托运模块或者丛式井模块连接在一起。并且运输横梁在工作状态下承担了所有钻机重量载荷，所以该模块必须保证足够的强度，避免意外出现。
运输横梁结构详细描述：件1是和底座基础连接的耳板，此耳板与底座基础主梁上配套设计的穿销孔通过销子连接，使得运输横梁连接到底座基础上；件2是连接整拖模块时，连接顶升油缸的耳板；件3是运输横梁的起吊耳板；件4用于连接整体移运模块或者丛式井模块的标准接口耳板。
图2反映了在整机托运时运输横梁的安装位置，该位置可以根据不同的底座结构受力来调整安装位置。其中件1是顶升油缸；件2是整机拖运轮胎安装架；件3为轮胎车桥；件4是运输横梁；件5是销连接。在初始安装整机移运模块时，状态如图2中“初始状态图”所示，轮胎与钻台基础垂直布置。随后件1顶升油缸开始顶升，随着油缸的伸出，轮胎慢慢向着井口滚动靠近，运输横梁也慢慢被抬升起来，并将连接在一起的底座也抬升起来，起升到位后，件2与件4低处的耳板重合，然后穿销子固定。随后件2模块中的旋转油缸开始伸缩，带动车桥和轮胎开始旋转，最后达到图2中A-A视图的拖装位置。
图3中件1为步进油缸，每个丛式井模块中安装有2套步进油缸，件2为托盘，件3为旋转机构和顶升油缸，件4为模块支架，件5为连接耳板。在初始安装丛式井模块时，如图3中“初始状态图”所示，丛式井模块并不接触地面。安装好后，4个丛式井模块中顶升油缸同时等量顶升，将与钻台基础连接在一起的运输横梁顶升起来，并将整个钻机都顶升离地面。然后4个丛式井模块中的步进油缸开始同时做等量的伸缩运动，从而带动整个钻机开始匀速前进。当步进油缸行程完成后，顶升油缸收回，整个钻机下降直到重新支撑在地面上，此时丛式井托盘脱离地面接触，然后步进油缸收回，达到运动前的初始状态，当顶升油缸重新伸出将钻机再次顶升起来，再由步进油缸重新运动，再次带动钻机整体移动。循环往复，直到钻机到达指定位置后，完成整个钻机移动工作。由于件3中含有旋转机构，能够在丛式井模块的初始状态时使得托盘旋转，从而使得整个钻机可以在使用者需要的方向上行走。而且通过控制油缸可以实现4个模块中的顶升油缸不等量的顶升，从而可以在恶劣的地面环境下帮助使用者保持钻机水平。
2 系统优势
系统采用模块化设计，并且模块间采用标准化接口，可以便利地实现丛式井模块与整拖模块之间的任意切换，从而使钻机实现不同移动功能，不再像常规钻机那样要分别配置实现丛式井移动和整机移动的2套系统，降低了配置成本。
模块均采用标准化接口，增强了模块间的通用性。连接方式简单可靠，不对钻机的结构和性能造成影响，不会另外增加钻机自身重量，系统安装拆卸便捷。并且如果任一单独部件出现故障后，能够迅速地从其他钻机中调换补充，从而提高了部件的使用率，降低了备件的储备。
系统模块可以在钻机作业中便捷的拆卸，并使用到需要使用该模块的其他钻机，从而提高了设备使用率，可以多台钻机配置一套。
丛式井模块即可以实现钻机丛式井位移工作，并且可以在不同的方向上步行，不但不需要常规丛式井机构铺设的钻机导轨，而且也降低了配置成本，减小了工人安装强度，提高了设备使用率。
钻机的整拖模块可以实现轮胎的旋转，从而可以实现钻机在2个方向上的拖行，增强了钻机的灵活性。
钻机的整拖模块中的举升主机模块的顶升油缸采用模块间的连接，避免了常规顶升地面的油缸模式，从而避免了常规顶升油缸直接顶升地面而造成的地面凹陷情况。
3 具体实施方式
首先由2根运输横梁（图1），该横梁横跨钻台的底部基础，横梁2侧的耳板与底座基础穿销连接，横梁两端设有连接耳板，该耳板可以分别和丛式井装置和行走系统连接。所以运输横梁起到了连接底座和另2个模块的作用。
钻机整拖模块（图2），模块端面有配合连接运输横梁的耳板。该模块由承载轮胎、车桥及旋转油缸和顶升油缸等组成。顶升油缸安装在该模块和运输横梁之间，达到钻台举升和下降的功能。在油缸顶升底座时，轮胎与底座横梁成90度垂直布置，随着油缸伸缩，轮胎慢慢旋转，最后车桥与地面平行时，钻台到规定位置，然后操纵旋转油缸来实现轮胎的旋转。旋转油缸能够使得轮胎可以在一定范围内任意旋转，这样就实现了钻机在2个方向的拖行。然后连接配合的连接架和拖车头挂合后，实现钻机整体的拖运。
丛式井系统模块（图3），模块端面有配合连接运输横梁的耳板。该模块由举升油缸、行走油缸和旋转油缸及行走模块组成，由举升油缸将主机整体举升离地面，然后安装在行走模块中的行走油缸前后伸缩已达到钻机的前进和后退，从而实现钻机的整体移动。旋转油缸可以旋转行走模块的方向，使得丛式井系统可以在需要的方向上移动，降低了钻机移动对井场的要求。并且油缸控制系统实现4个丛式井系统模块中的油缸可同步运动，而且可以单独操纵其中任何一个举升油缸的举升运动，从而使得此系统具有在地面条件较差时，依靠举升油缸帮助钻机找平等功能。
4 结语
本实用新型用于模块式钻机打丛式井和钻机整体托运。它由运输横梁、丛式井模块和整拖模块组成，其中各个模块之间采用通用结构设计，使得运输横梁可以在不同的模块间方便地切换来实现不同的功能。并且丛式井模块与整拖模块均能够实现旋转功能，使得操作者能够方便地实现钻机在不同方向上的运动。本实用新型能使钻机整体通过模块件的切换方便地实现钻机的整体移运和丛式井步进2种功能，而且模块拆装便捷，能够方便地将模块使用在不同的地方，降低了配置成本，提供了工作效率。
关键词：移运性；钻机整体移运；丛式井；移运效率
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0099-02
国际钻井作业市场竞争日趋激烈，并且钻井作业成本也随之增高，显然提高采油量和减少钻机的准备时间是降低成本最有效的两种途径。为实现上述的两种措施，就对钻机提出了新的要求，即设备能便捷地实现丛式井钻井作业，以提高采油量降低成本，同时能够实现钻机的快速整体拖装，以降低钻机转移井场时的准备时间。
要实现这个目标，必须解决三个问题：第一个问题是目前各个油田已经持有了大量的常规结构形式的模块钻机，必须将这部分钻机经过简单的改造来达到上述的目标；第二个问题是目前市场上实现钻机普遍使用的能够实现钻机打丛式井的装置和钻机实现整体拖装的装置是2套毫无关联的独立装置，这2套装置体积庞大，安装和拆除的工作强度大、繁琐耗时长，并且安装时还必须严格满足各项如找平、对正等较高的安装要求，我们必须实现结构简化、重量降低、安装便捷等目标；第三个问题是提高装置的利用率，目前的丛式井装置和整拖装置无法通用，钻机在安装了丛式井装置时，必须将钻机整拖装置拆除，反之亦然，我们必须提高这2套装置的通用性和使用效率，以降低用户的配置成本。
1 设计创新点
设计一种可同时实现钻机整体拖装（或钻台整体拖装）并能够通过简单的操作便能实现钻机丛式井自行走操作的装置，此装置必须能够解决下列问题：（1）能够单独拆卸，不需要对钻机自身结构做出大的调整，并且能够实现在同类型、同级别的钻机之间通用；（2）结构形式简单、安装便捷、重量较轻；（3）丛式井装置和整拖装置通用性好，通过简单的安装就能是实现不同的功能。
为实现上述目标，我们设计的运输横梁、整机托运模块、丛式井模块等部件，通过这些部件的组合，我们巧妙地实现了上述目标。
首先是运输横梁（图1），它是最关键的部件，其安装在模块钻机钻台底部基础上，作用就像道桥梁一样将钻台和整机托运模块或者丛式井模块连接在一起。并且运输横梁在工作状态下承担了所有钻机重量载荷，所以该模块必须保证足够的强度，避免意外出现。
运输横梁结构详细描述：件1是和底座基础连接的耳板，此耳板与底座基础主梁上配套设计的穿销孔通过销子连接，使得运输横梁连接到底座基础上；件2是连接整拖模块时，连接顶升油缸的耳板；件3是运输横梁的起吊耳板；件4用于连接整体移运模块或者丛式井模块的标准接口耳板。
图2反映了在整机托运时运输横梁的安装位置，该位置可以根据不同的底座结构受力来调整安装位置。其中件1是顶升油缸；件2是整机拖运轮胎安装架；件3为轮胎车桥；件4是运输横梁；件5是销连接。在初始安装整机移运模块时，状态如图2中“初始状态图”所示，轮胎与钻台基础垂直布置。随后件1顶升油缸开始顶升，随着油缸的伸出，轮胎慢慢向着井口滚动靠近，运输横梁也慢慢被抬升起来，并将连接在一起的底座也抬升起来，起升到位后，件2与件4低处的耳板重合，然后穿销子固定。随后件2模块中的旋转油缸开始伸缩，带动车桥和轮胎开始旋转，最后达到图2中A-A视图的拖装位置。
图3中件1为步进油缸，每个丛式井模块中安装有2套步进油缸，件2为托盘，件3为旋转机构和顶升油缸，件4为模块支架，件5为连接耳板。在初始安装丛式井模块时，如图3中“初始状态图”所示，丛式井模块并不接触地面。安装好后，4个丛式井模块中顶升油缸同时等量顶升，将与钻台基础连接在一起的运输横梁顶升起来，并将整个钻机都顶升离地面。然后4个丛式井模块中的步进油缸开始同时做等量的伸缩运动，从而带动整个钻机开始匀速前进。当步进油缸行程完成后，顶升油缸收回，整个钻机下降直到重新支撑在地面上，此时丛式井托盘脱离地面接触，然后步进油缸收回，达到运动前的初始状态，当顶升油缸重新伸出将钻机再次顶升起来，再由步进油缸重新运动，再次带动钻机整体移动。循环往复，直到钻机到达指定位置后，完成整个钻机移动工作。由于件3中含有旋转机构，能够在丛式井模块的初始状态时使得托盘旋转，从而使得整个钻机可以在使用者需要的方向上行走。而且通过控制油缸可以实现4个模块中的顶升油缸不等量的顶升，从而可以在恶劣的地面环境下帮助使用者保持钻机水平。
2 系统优势
系统采用模块化设计，并且模块间采用标准化接口，可以便利地实现丛式井模块与整拖模块之间的任意切换，从而使钻机实现不同移动功能，不再像常规钻机那样要分别配置实现丛式井移动和整机移动的2套系统，降低了配置成本。
模块均采用标准化接口，增强了模块间的通用性。连接方式简单可靠，不对钻机的结构和性能造成影响，不会另外增加钻机自身重量，系统安装拆卸便捷。并且如果任一单独部件出现故障后，能够迅速地从其他钻机中调换补充，从而提高了部件的使用率，降低了备件的储备。
系统模块可以在钻机作业中便捷的拆卸，并使用到需要使用该模块的其他钻机，从而提高了设备使用率，可以多台钻机配置一套。
丛式井模块即可以实现钻机丛式井位移工作，并且可以在不同的方向上步行，不但不需要常规丛式井机构铺设的钻机导轨，而且也降低了配置成本，减小了工人安装强度，提高了设备使用率。
钻机的整拖模块可以实现轮胎的旋转，从而可以实现钻机在2个方向上的拖行，增强了钻机的灵活性。
钻机的整拖模块中的举升主机模块的顶升油缸采用模块间的连接，避免了常规顶升地面的油缸模式，从而避免了常规顶升油缸直接顶升地面而造成的地面凹陷情况。
3 具体实施方式
首先由2根运输横梁（图1），该横梁横跨钻台的底部基础，横梁2侧的耳板与底座基础穿销连接，横梁两端设有连接耳板，该耳板可以分别和丛式井装置和行走系统连接。所以运输横梁起到了连接底座和另2个模块的作用。
钻机整拖模块（图2），模块端面有配合连接运输横梁的耳板。该模块由承载轮胎、车桥及旋转油缸和顶升油缸等组成。顶升油缸安装在该模块和运输横梁之间，达到钻台举升和下降的功能。在油缸顶升底座时，轮胎与底座横梁成90度垂直布置，随着油缸伸缩，轮胎慢慢旋转，最后车桥与地面平行时，钻台到规定位置，然后操纵旋转油缸来实现轮胎的旋转。旋转油缸能够使得轮胎可以在一定范围内任意旋转，这样就实现了钻机在2个方向的拖行。然后连接配合的连接架和拖车头挂合后，实现钻机整体的拖运。
丛式井系统模块（图3），模块端面有配合连接运输横梁的耳板。该模块由举升油缸、行走油缸和旋转油缸及行走模块组成，由举升油缸将主机整体举升离地面，然后安装在行走模块中的行走油缸前后伸缩已达到钻机的前进和后退，从而实现钻机的整体移动。旋转油缸可以旋转行走模块的方向，使得丛式井系统可以在需要的方向上移动，降低了钻机移动对井场的要求。并且油缸控制系统实现4个丛式井系统模块中的油缸可同步运动，而且可以单独操纵其中任何一个举升油缸的举升运动，从而使得此系统具有在地面条件较差时，依靠举升油缸帮助钻机找平等功能。
4 结语
本实用新型用于模块式钻机打丛式井和钻机整体托运。它由运输横梁、丛式井模块和整拖模块组成，其中各个模块之间采用通用结构设计，使得运输横梁可以在不同的模块间方便地切换来实现不同的功能。并且丛式井模块与整拖模块均能够实现旋转功能，使得操作者能够方便地实现钻机在不同方向上的运动。本实用新型能使钻机整体通过模块件的切换方便地实现钻机的整体移运和丛式井步进2种功能，而且模块拆装便捷，能够方便地将模块使用在不同的地方，降低了配置成本，提供了工作效率。