支持套管钻井的液压钻机

用油田套管边钻边封隔井眼,是一项能够降低钻井成本的重大技术进步。文中概述适合套管钻井的液压钻机及其设计特点和相关设备,包括：（１）套管钻井系统以及４台新一代钻机／操作系统的改进情况;（２）采用模块化和液压动力系统的３台混合型钻机和１台套管钻钻机;（３）可编程逻辑控制系统;（４）绞车、顶驱装置、泥浆泵驱动系统,转盘及电力系统。最后回顾４台新一代钻机的现场作业情况。     

钻机二层台排送管机械手刚柔耦合动力学仿真分析

运用仿真软件Hypermesh及ADAMS建立钻机二层台排送管机械手刚柔耦合模型,模拟机械手夹持管具从收缩状态到井口中心位置的送管过程。对比分析机械手臂架纯刚体、刚柔耦合两种状态和不同臂架驱动速度下机械手末端抓手各方向的位移和位移偏差。为机械手臂架驱动系统的设计选型、臂架的结构设计等提供理论数据支撑,缩短了产品设计开发周期。     

推扶式管柱自动化处理系统研究及发展建议

介绍了推扶式管柱自动化处理系统的主要特点、主要技术参数以及主要设备的油田现场应用情况。根据铁钻工、二层台机械手、动力猫道、司钻集成控制系统和钻台机械手等的现场应用情况,阐述了推扶式管柱自动化处理系统的优化情况,并给出了优化后的应用效果。归纳了推扶式管柱自动化处理系统的主要技术创新点,对当前国内钻机的管柱自动化处理系统设备应用提出了4点发展建议。     

SPR-6钻柱自动排放装置的研制

传统石油钻机在排放和输送钻柱作业过程中需要井架工在二层台从事高空作业,危险系数高,劳动强度大,作业效率低。鉴于此,研制了SPR-6钻柱自动排放装置。该装置主要由上部机械手、下部机械手和电液控制系统等部分组成,通过集中控制,实现上部机械手和下部机械手的同步联动,达到抓取、移动和排放钻柱的目的。试验结果表明,SPR-6钻柱自动排放装置结构设计合理,定位精度高,操作灵活,运行平稳可靠,减轻了工人的劳动强度,提高了钻井作业安全性。该装置实现了钻柱排放作业自动化和无人化操作。     

在役钻机管柱自动化排放装置配套技术研究与应用

在石油钻井作业过程中,起下钻和单根钻进扶管等工作需要井架工在二层台高空作业,内外钳工在钻台面配合作业,实现立根在井口与二层台及立根盒之间移动、排放。为提升钻井效率,降低钻井工人的劳动强度,研究了一种适用于在役钻机的管柱自动化排放装置。该装置利用电动二层台扶管机械手、液压吊卡和钻台面机械手配合作业,可实现立根的自动移送、排放,取得了良好的应用效果。     

海洋钻井平台自动排管系统模型样机设计

二层台自动排管系统是海洋钻井平台自动控制系统的重要组成部分。设计了一套二层台自动排管系统模型样机,主要包括机械系统与控制系统两部分。机械系统包括两个协同动作的机械手,上机械手可完成横向平移、纵向平移、机械臂旋转和升降、机械手夹紧动作等功能,下机械手可完成纵向平移、机械臂前伸和后缩、机械臂旋转、夹持动作等功能;控制系统通过建立上下机械臂之间运动的数学模型,规划了钻杆的运动路径并对上下机械手进行协同控制,可实现立根在井口、排杆区、鼠洞之间的自由运移。现场试验结果表明,该系统能够精确地控制立根的运移,并且大大降低工人劳动强度,提高工作效率。     

立柱式排管机回转角度高精度测量与自动化控制研究

自动化管柱处理装备的规模应用已成为石油钻井装备的发展趋势。回转运动是立柱式排管机、钻台机械手、二层台机械手、自动井架工等自动化管柱处理装置的重要运动形式。目前,立柱式排管机回转角度的测量主要依赖人工控制,精度低,自动化程度很低。基于高精度测量传感器、液压摆线马达、液压伺服比例系统、PLC控制系统等建立了回转角度高精度测量与控制系统。系统所采集的角度信号传输给控制器后,按既定算法,控制比例伺服阀动作,完成精确的定位与控制。该系统可精确地自动控制立柱式排管机的旋转。蓄能器的应用提高了能量的利用效率,降低了成本。采用立柱式排管机回转角度高精度测量与控制技术,提高了自动化程度、作业安全和作业效率,对钻井施工有重要意义。     

海洋钻修机二层台自动排送管系统基本设计

随着海洋钻修井装备智能化、自动化、集成化技术的发展,以二层台自动排送管系统代替井架工实现二层台无人化作业的需求日益增加。根据二层台自动排送管系统的配置及工作原理,采集渤海海域海上平台油水井基础数据,从二层台设计、机械手设计、液压吊卡及气动卡瓦选型设计、集成控制系统设计等4个方面阐述二层台自动排送管系统的基本设计方案,对其在海洋钻修机的推广应用具有重要意义。     

液压驱动钻机技术现状和国内发展建议

通过与传统钻机的比较,分析了液压驱动钻机技术的高效率、高安全性和高适应性的结构特点,认为国内应加大对此类钻机的研究与开发;并结合油田面临的问题,提出国内液压驱动钻机技术的发展建议。     

钻台机械手的研制及应用

随着钻采装备的不断发展,超深井钻机的数量越来越多,在钻井过程中钻台面排放钻具是一项任务繁重的工作,传统依靠人力排放钻具的作业方式已经不能很好地满足油田需求。鉴于此,研制了一种新型钻具排放工具——钻台机械手。钻台机械手采用程序控制和液压驱动的形式实现钻具规定动作的排放。其起升装置采用伸缩式结构,不工作时缩回至钻台面以下,不占用钻台面空间。对其液压调平机构进行了深入研究,得到该机构相关设计参数的最优解以达到调平误差最小的目标,经过动力学仿真软件ADAMS分析验证了其正确性。现场应用中,采用钻台机械手排放立根相比传统人工在钻台面排放立根效率提高了约25%。该钻台机械手对于提高作业效率、降低人工成本、减轻作业强度以及实现大直径钻具机械化排放有重要意义。     

一种新型带压作业设备的研制

针对目前带压作业设备自动化程度和作业效率均较低以及拆装、搬迁和移运费用高等问题,研制了一种新型带压作业设备。该设备由全液压钻机、旋转动力头、井口装置有机组合而成,动力系统、控制系统统一设计,采用车装式、全液压驱动和智能控制,能够完成带压小修、带压大修及欠平衡钻井作业。试验结果表明,该新型带压作业设备结构合理,技术先进,操作灵活,自动化程度高,作业效率高,能够满足井内压力不超过21 MPa的井下作业要求。     

液压修井机液压缸的稳定性仿真

液压修井机利用伸缩液压缸完成起下油管作业,为了满足液压修井机伸缩式液压缸的可靠性设计,必须对液压缸工作的稳定性进行可靠性分析。为此,建立了多级液压缸有限元仿真模型,利用ANSYS软件中的分析结构屈曲和屈曲模态技术,对液压修井机液压缸的工作过程进行了非线性稳定性分析,并根据仿真计算结果提出了该修井机液压缸的优化结构,为设计安全可靠的液压修井机提供了可靠的理论依据。     

XJ40型橇装式电驱动修井机

针对目前油田为各型修井机提供动力的柴油机的工作效率仅为50%,不仅作业成本高,而且还存在噪声污染和排放废气等问题,研制了XJ40型橇装式电驱动修井机。该电驱动修井机采用模块化设计,整机分为调速电动机及控制模块、传动系统模块、绞车及盘式刹车模块、液压控制模块及橇装底盘等5大模块,具有结构简单、占地面积小、操作方便和环保节能等优点。现场试验结果表明,采用该修井机进行一般的修井作业,工作效率比传统的通井机、修井机高10%左右,动力费用约为传统修井作业设备的52.3%,无废气排放,噪声低,满足了现代化施工的环保要求。     

ZJ40CZ车装钻机的研制

采用液压盘式刹车和顶驱等先进技术而开发设计的ZJ40CZ车装钻机,选用高速柴油发动机为行车系统和作业系统提供动力;绞车和转盘采用液力+机械传动方式驱动,绞车为双滚筒,采用液压盘式刹车作为主刹车;井架采用液压油缸起升和伸缩。ZJ40CZ车装钻机可用于复杂地形地区的油井、气井的钻探施工作业,其优越的底盘越野性、较高的作业效率,特别是高移运性,实现了钻机的快速搬家和组装,降低了钻井成本,大大提高了钻机的整体性能,能够满足中深井原油钻探开发的需要。     

齿轮齿条钻机用DQ250Y型液压顶驱研制

为齿轮齿条钻机研制了DQ250Y型液压顶驱,其动力传动系统采用空心轴马达直接驱动主轴,无减速箱及其稀油润滑系统。顶驱上、下运行过程中使用齿条作为导轨,能够主动施加钻压,依靠销轴传感器检测悬重等参数,特别适用于水平井、大位移井的钻井作业。液压控制系统为闭式系统,可两挡切换,实现高低速传动。测试结果表明:各项参数均满足现场使用要求,具有推广前景。     

斜直井修井机抓管装置设计与分析

根据新疆浅层油田作业特点,为配合斜直井修井机完成管柱移送作业,对斜直井修井机抓管装置进行了设计与分析。阐述了抓管装置基本结构和工作原理,油管移送作业靠液压驱动完成。对抓管装置驱动系统建立数学模型,创建运动理论基础。建立了液压抓管钳模型,并用ANSYS软件对其进行静力学分析,通过数据分析对抓管装置的设计进行判定。     

自动化智能液压修井机结构设计

针对目前传统修井机小修作业存在的作业周期长、作业自动化程度低、人工劳动强度大、作业安全性差等问题,设计了一款新型自动化智能液压修井机,通过“‘PLC 程控/ 人控’多单元协调自动耦合控制+ 人机离线操控 ”的控制方式使修井机的各个关键系统相互协同作业,实现油田小型修井作业过程的自动化、无人化操作。该修井机改变了传统修井作业过程中管柱地面卧排的放置方式,采用管柱井口立放、双立根同时起下的工作模式,同时可以兼容单根起下、地面卧排的传统作业工艺, 与传统作业相比缩短了近20%~30% 的修井周期;采用全液压驱动方式,增加液压蓄能系统,通过变载荷变驱动方式的配置达到节能的目的,方便远程控制,同时提高了修井作业的安全性。     

微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统设计

微小井眼连续管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。在分析国内外牵引器研究现状的基础上,设计了一种微小井眼井下电机驱动CT牵引器控制系统。该系统直接利用4个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体。CT牵引器控制系统适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好,牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下的延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

海洋钻修机采用顶驱装置的可行性研究

在简述海洋钻修机采用顶驱的难点及对顶驱的要求后 ,着重分析了意大利Soilmec公司HTD— 2 0 0液压顶驱的结构、技术指标和参数。针对HZJ30海洋钻修机井架采用前开口、直立无绷绳、双节套装式结构 ,自身不具备较强抗扭能力的特点 ,提出安装顶驱需适当加固井架下体 ,在井架上部采用柔性连接 ,在井架下部采用刚性支架的安装型式。最后对海洋钻修机顶驱的使用环境及预计效果做了初步分析。