基于飞轮储能的钻机节能减排技术应用研究

飞轮储能是一种适合钻机调峰、势能回收应用的大能量、高功率的先进储能技术;钻机起下钻脉冲功率特性测试提出的储能技术指标要求是:总功率1000kW,总能量36MJ。基于飞轮储能将势能回收利用配合调峰运行的新方案是:起钻过程中,利用回收空游车势能并经过飞轮储能后可提供3s的加速功率550kW;在拆卸钻杆时柴油机功率输入飞轮储能机组储存,提升钻杆时较长时间投放功率。下钻过程中,回收储存钻杆下放势能,用于提升空游车,富于的能量经飞轮储能机组发电供给钻机的电力系统,下钻过程中停运主柴油机。采用飞轮储能调峰运行后,钻机的动力机组可以采用天然气发动机,节能减排的空间和意义更大。     

MC90Y煤层气车载专用钻机液压控制系统

为进一步提高煤层气钻机的自动化水平,尽量减少司钻的操作,提高设备自检能力,研制了MC90Y煤层气车载专用钻机。该钻机采用电液控制方式,PLC控制器集中控制,起升和旋转系统使用比例容积泵调速,辅助系统采用恒压变量泵提供动力;起升系统采用平衡阀回路设计,实现了正载荷、负载荷和变载荷情况下的平稳运行;采用手柄方位辨识控制,降低司钻的操作复杂性,优化起升和旋转系统的运行;控制系统具有自检、监测和自锁保护等功能,提高了钻机的安全保护能力。测试及现场应用结果表明,该钻机操作便捷,可控性好,运行平稳。     

游车-天车-绞车系统运动及动力学特性探讨

起升特性＂偏软＂、起下钻过程时间长和效率低是钻机普遍存在的一个问题。如果一味保守地选配大一级的电机和相应的电控系统,又会造成电机功率利用率低的问题。为了定量把握由于速度变化而引起的载荷变化规律,找出最大载荷工况,运用了达朗伯原理、虚功原理和质点系动力学普遍方程,推导了n×（n＋1）轮系游车、天车及一级传动绞车系统中电机扭矩TD与顶驱大钩加速度a之间的解析关系式,为选择电机及其控制系统提供依据。     

配用电磁涡流刹车时下钻工况的试验研究

兰州石油化工机器厂试制了DS-45及DS-60型电磁涡流刹车。本文给出通过台架试验得到的DS-45型涡流刹车的技术参数和特性曲线,介绍了这种刹车配在ZJ-45钻机上作下钻工况试验的情况,分析了各种载荷下的下钻速度图及涡流刹车对起升系统动载的影响,证实了在钻机绞车上配用涡流刹车的优越性。     

深水钻井平台钻机大钩载荷计算方法

在浅水平台钻机大钩载荷计算方法基础上,针对下隔水管与防喷器、下套管以及起下钻等作业工况,基于弹性杆振动理论,给出了合理确定深水钻井平台钻机大钩载荷的计算方法.以某深水钻井平台设计工况为例,确定了3000m水深、10000m井深条件下所需的大钩载荷,讨论了平台升沉运动幅值、运动周期以及钻井泥浆密度对钻机大钩载荷的影响,所获得的结论可供深水钻井平台设计和深水钻井作业参考.     

增设电传动系统提高钻机效率

路易斯安娜拉斐特(Lafayette)的动力钻机钻井公司在它的21号钻机上增设了电传动,使其由柴油机驱动的钻机在保持充分的机械效能情况下获得柔性。装备这种辅设系统后的绞车和转盘可以无级变速,从而能够精确地操纵打捞;较好地判断井下钻头工况以及钻具荷重处于电动机功率允许范围内的快速起下钻。传动布置情况传动布置如图所示,图上的黑点区表示只有这台钻机才有的电气部分。     

自走式修井机游动系统仿真模型

为了获得自走式修井机的系统动力学特性,在系统动力学仿真软件ADAMS中建立了修井机游动系统的起升和下钻仿真模型,成功地用Rack-and-Pinion Joint模拟了钢丝绳与滑轮间的缠绕关系,用Single Component Force模拟出了钢丝绳在起升、下钻过程中刚度的变化过程。对仿真模型在额定工况时的起升、下钻过程进行了仿真运算,得到了游动系统中快绳、死绳、各游绳及井架上的最大动载荷和动载系数。仿真结果可用于钢丝绳的选择、井架的设计和使用时参考。该仿真模型中解决钢丝绳与滑轮间的缠绕和钢丝绳的刚度随时间变化的方法也可为研究钻机、矿井提升系统等类似的时变结构系统动力学时借鉴。     

交流变频电驱动钻机起升系统仿真研究

传递函数是线性定常系统求解过程中常用的数学模型,此方法可以方便地求解钻机起升系统的微分方程。以交流变频电驱动钻机为例,对起升系统的不同工况进行了模拟。仿真结果表明,低速电机绞车具有较好的起升特性,能够满足钻机起升的要求。由于Simulink具有很强的灵活性,在仿真的过程中可以结合实际情况,加入系统阻尼、随机载荷等变量,与微分方程求得的结果相比,能够更好地模拟钻机起升过程的实际工况。     

4000m车载钻机钻台的有限元计算与分析

钻台在工作过程中,不仅承受很大的起升载荷和作业载荷,而且由于转盘的旋转以及井底钻压的波动容易引起钻台的强烈振动,对钻台设备造成不利影响,甚至在一定转速范围内无法进行正常的钻井作业。为此,对4000 m车载钻机钻台的多种工况进行了有限元计算及分析,找出了钻台的危险工况、最大应力位置及共振频率,为钻台设计、制造与使用的可靠性和安全性提供了保证或依据,并为同类型结构设计提供了借鉴。     

海洋平台连续起下钻钻机及关键设备研究

针对当前常规海洋自升式钻井平台钻井作业采用间歇起下钻方式存在的起下钻作业时间长、井下复杂情况多等缺点，提出了一种全新概念海洋自升式钻井平台的连续起下钻钻机，完成了连续起下钻作业流程确定、立根长度确定、连续起下钻系统、排管机、集成控制系统等关键技术和设备设计。该钻机配套常规顶驱，通过采用新增连续起下钻系统设备，改进排管机和集成控制系统的方式实现连续起下钻作业，实现在高位进行钻柱提放、管具上卸扣、钻井液收集等功能，最大起下钻速度可达2 160 m/h，与现有钻机相比，能够大幅提高钻井作业效率，降低井下压力波动，技术跨度相对较小，具有较好的可应用实施性。     

液压蓄能修井机节能系统设计

文章根据液压蓄能修井机试验样机设计及现场使用情况．较详细地叙述了该机关键性技术之一——节能系统的组成及设计过程。重点介绍了组合油缸的力档排序、液压驱动系统的操控方式、蓄能系统的功率匹配等中心内容。在论述原理、介绍设计思路的同时，还指出了设计时应如何对该机进行总体把握的分析方法。     

XXJ300/500型液压蓄能修井机管柱起升稳态速度分析

XXJ300／500型液压蓄能修井机与现有常规修井机因为有着完全不同的结构和工作原理，因此它们的速度特性也不一样。常规机械式修井机每一档下的管柱起升速度为常量。XXJ300／500型液压蓄能修井机每一力档下的管柱起升稳态速度随负载的变化而变化，同时与节流阀通流面积有关，随着管柱重力的减小，管柱起升时的稳态速度增加，随着节流阀通流面积的增大，管柱起升时的稳态速度也增加。     

XJ1000型修井机的设计

XJ10 0 0型修井机由自走式底盘和修井专用装置两大部分组成 ,装机功率 74 6kW (10 0 0hp) ,最大钩载 180 0kN。修井机的设计严格按照APISpec规范和我国石油行业标准 ,在总体设计方案、动力配置、并车方式、底盘系统、绞车传动系统和井架结构等方面在吸取国外同类设备优点的基础上 ,结合国内的实际情况加以改进 ,使其在国际、国内石油装备市场上确保通用性和先进性。     

节能型XXJ300/500液压蓄能修井机

针对现有常规修井机存在的能量浪费现象,研制成节能型ＸＸＪ３００／５００液压蓄能修井机。在起升力和速度与常规修井机相等的条件下,节能型修井机装机功率不到常规修井机的三分之一,可回收利用油管柱下放释放出来的部分位能,实现不开机下放油管柱作业。如果配用液压油管钳,不必另设动力源和液压系统,直接接到节能机的液压系统即可工作。由于直接用组合油缸起下油管,不用绞车和井架,油缸运动件的行程是固定的,不会发生碰天车之类的恶性事故。现场试验表明,这种修井机节能效果非常显著,大大降低了修井作业成本,应用前景广阔。     

沙18井使用MR-7000修井机承担加深侧钻工艺论证

以原井眼基本数据为基础，结合地质目的，从工艺上对沙18井使用修井机加深侧钻进行了计算和论证。根据MR-7000修井机大钩载荷(160t)与沙18井设计钻具摩阻分析，该修井机承载能力及扭矩能力可满足该井正常的起下钻及钻进作业的提升能力要求，并具有一定的处理井下事故能力。     

石油物探钻机转速自动调节装置

随着钻井工况和钻机载荷的变化 ,物探钻机发动机的转速波动很大 ,而完全靠人工控制发动机节气门的开度已不能适应发动机转速大幅度频繁波动的要求 ,对此 ,研制了用于石油物探钻机的转速自动调节装置。这种装置利用发动机的点火信号实施发动机转速的自动控制。首先 ,将点火信号通过整形电路变成频率信号 ,然后进行频压变换 ,其电压与转速为线性关系 ,该电压与设定电压 (预期转速 )相比较 ,用比较输出的状态控制伺服电动机的转动自动控制节气门的开度 ,从而实现转速控制。华北油田物探公司两个地震队试用取得了满意的效果     

大型天然气管网调峰方案自动化评价系统

为了对大型天然气管网多个调峰方案进行快速﹑准确的分析﹑评价,并优化该系统的运行,提高经济效益,在大系统控制论和多目标决策思想的启发下,将天然气管道输送理论、综合评价理论和决策支持系统理论有机结合,开发出了"天然气管网调峰方案自动评价系统",包括评价数据库及其管理系统、评价方法库及其管理系统、评价模型库及其管理系统和人机界面系统,具有7项功能:1数据管理;2仿真软件SPS模拟管网工艺参数的调入;3储气调峰能力工艺计算;4储气调峰能力评价;5工况图像显示;6中间与评价成果输出;7评价系统帮助浏览。工程实例应用结果表明,该系统可有效改善输气调度管理决策的环境,提高调峰调度管理决策的及时性和科学性,有助于更新工程技术人员在天然气管网调峰调度管理中的观念和模式、优化调峰调度运行方案、节省经营管理费、缩短调度决策周期、提高天然气管网运行质量。     

石油钻机数字化游车定位控制系统的设计研究

为提高起下钻作业效率与安全性,减轻工人劳动强度,提出计算机辅助起下钻的基本思想,通过制定游车系统定位的控制策略,并对控制策略和控制原理进行深入分析,开发设计了石油钻机数字化游车定位控制系统。对此系统测控软件的模块化组成做了简要介绍,通过对该系统的室内实验和现场测试,结果表明整套控制系统达到设计要求。