全液压海洋地质钻探系统的研制与应用

为解决现有钻探系统整机质量大、机械驱动效率低及船体空间需求大的问题,研制了全液压海洋地质钻探系统。该系统使用集成液压系统为其提升系统、管柱处理系统、海底基盘收放及控制系统提供动力,采用门型井架液缸式钻柱举升系统、升降式液气大钳和双司钻集成控制系统等技术,可满足±1.5 m浪涌海况下定点作业需求。该系统已随广州海洋地质十号调查船出海6次,累计完成约1 000 m钻深进尺,浅海触底取样取心深度最大至水下100 m,接单根及钻进作业200 m平均净时长约为8 h,作业效率比常规作业平台提高约25%,作业人员由常规的7人减少到3人,减轻了现场操作人员劳动强度,取样完整率也得到明显提高。全液压海洋地质钻探系统的研究成功可为同类液压地质钻探系统的设计提供参考,也可为后续的地质调查和科研打下一定的基础。     

被动式钻柱升沉补偿装置气液控制系统的原理

重点介绍了一种被动式钻柱升沉补偿装置的组成、工作原理、操作、气液控制系统原理等。该装置采用气-液控制技术,可实现系统工作压力调节、液压锁紧、机械锁紧、储能器关闭等功能,利用该装置可有效地解决浮式钻井平台作业过程中波浪对钻井设备竖直方向的位置扰动问题,保障了正常的生产。     

60t钻柱升沉补偿装置的研制及应用

针对"海洋地质十号"勘察船钻探系统液压举升式门式井架的结构特点,开发了60 t钻柱升沉补偿装置。该装置采用了倒立油缸直驱技术、双阀组安全控制技术及任意位置悬停技术等多项创新技术。对60 t钻柱升沉补偿装置进行了补偿载荷和静载荷试验,试验结果表明相关设计参数达到了预定设计要求。作为国产首台套投入海洋实战作业的补偿装置,成功完成了在水深100 m、钻探取样深度150 m的作业任务,满足了用户的勘察钻探需求。60 t钻柱升沉补偿装置的成功研制及应用使我国拥有了具有自主知识产权的钻柱升沉补偿装置,推动了我国深水勘探开发用钻井平台关键设备的国产化进程。     

被动补偿装置控制系统关键技术研究及应用

为减轻深海钻井作业中钻柱随波浪产生的升沉运动对水下工作设备下放、作业和回收产生的影响,使钻具能够在比较恒定的钻压下正常作业,研制了DC40/60-Y型被动式钻柱升沉补偿装置。该装置搭建了一套基于Profibus-DP网络的现场设备层到控制层的分布式控制系统,采用CPU+ET200M的主从控制模式,完成数据的实时交换,实现了升沉补偿系统智能化司钻操作,不仅可使全套钻具在钻进时不受海洋波浪升沉影响,还可以减缓平台运动对水下工作设备的影响,解决了水下设备准确下放的技术问题。现场试验结果表明,该装置可实现最大补偿载荷为400kN,最大静载荷为600 kN,最大补偿行程为3 m,最大补偿速度为1 m/s;其配套的电控系统操作简单方便,通信安全可靠,适应能力强。研究成果可为海洋钻井生产提供技术参考。     

海洋钻井绞车补偿系统技术分析

介绍了海洋钻井绞车补偿系统特点、补偿原理、动力配备、电机选型等。该绞车除具备常规的提升下放功能外,还具有主动补偿功能,可解决浮式海洋平台升沉对钻井作业的影响;该方案可替代其他类型的专用升沉补偿装置,具有传动简单、钻井效率高等优点,可减轻整个平台的质量,减少占用空间,减小投资成本。海洋钻井补偿绞车集绞车和补偿装置功能于一身,可广泛应用于浮式钻井平台。     

海洋浮式钻井液压绞车升沉补偿系统设计

为了降低海洋钻井电动绞车补偿系统的能耗、实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制,开展了补偿绞车的节能方法及控制策略研究。针对系统大惯性、大负载的特点,提出一种基于混合动力与液压能量回收的新型液压绞车补偿系统,通过被动液压马达承担钻柱的部分静载荷,通过液压二次调节元件克服运动过程中的其余载荷,同时利用液压蓄能器实现对系统位能与动能的周期性回收与再利用。提出一种基于升沉-送钻双位移闭环控制的软件解耦控制策略;设计了液压绞车补偿系统的串级控制结构;建立了补偿系统的仿真模型并研制了一套补偿绞车原理样机。仿真与实验结果表明,液压绞车补偿系统的解耦控制效果良好,相对于电动绞车补偿系统的节能效果明显。     

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。     

液压勘察船钻机电液复合集成控制系统研制与应用

设计开发了一种全液压勘察船钻机,该钻机采用电液复合驱动控制技术,实现了整套钻探系统的集成化操控。举升系统、顶驱、管子处理系统等主要设备均采用液压控制,功率利用率高,钻井成本低,防爆、安全性好。通过开发电液复合集成控制系统,利用举升油缸取代了传统绞车来完成钻具提升/下放作业,简化了天车,取消了传统绞车和游车,简化了机械传动流程;通过电液控制,实现液压顶驱的无级调速;开发的自动化管柱处理系统,实现机械化工具代替人工进行作业,降低人工成本,减少工人劳动强度;通过配套集成化司钻操控终端,实现多个被控设备的远程监视和操作。该钻机已完成多次海试,并进行了项目的验收,目前正在南海进行取样作业。集成控制系统的研制,实现了勘察船液压钻机装备的国产化,提高了我国在勘察船钻机领域设计和制造水平。     

平台运动对井下钻井液压力波动的影响分析

无隔水管钻井技术通过控制海底钻井液举升泵的转速和流量来控制旋转防喷器内的钻井液液面,进而达到控制井筒压力的目的.针对深水无隔水管钻井系统作业过程中钻井平台的运动响应对井下钻井液压力扰动的问题,建立了钻井平台-升沉补偿-钻柱纵向振动耦合模型和井下钻井液压力计算模型,分析了海洋环境因素对平台运动响应、钻柱升沉运动响应及井底...     

主动补偿绞车动力学特性仿真

主动补偿绞车作为海洋浮式钻井平台的关键设备之一,不仅具备常规的提升下放功能,还具有主动补偿功能,可解决浮式海洋平台升沉运动对钻井作业的影响,保持正常钻进。通过建立补偿绞车分析模型,应用ADAMS软件对补偿系统进行动力学特性分析,获得了主动补偿绞车基于模拟海浪工况的反向试验参数,为提高补偿系统的控制性能、改善系统设计等提供了重要的理论依据。     

海洋液压钻机综合评价模型及应用

海洋液压钻机是以钻机的提升系统和旋转系统的动力源全部由液压泵提供为主要特点的一类钻机。液压设备的传动力矩大,控制简单方便,易于实现自动化、智能化等优点,海洋液压钻机已成为海洋钻修井装备中重要的一员。由于海洋环境的特殊性,海洋液压钻机的故障维修时间长。在钻修作业前,可以通过有效的风险评估手段,提前识别设备风险,及时处理设备故障,提高后续作业效率。基于模糊综合评价法,建立了海洋液压钻机综合评价模型,给出了各个评价因素的权重。通过实例计算表明,评估结果符合现场实际,可为预测设备风险提供参考。     

海上薄油层多分支水平井钻井技术

为提高海上中后期油田的生产能力,针对储量分散、天然能量弱的薄层油藏,决定采用多分支水平井技术提高单井产量和采收率,降低综合开发成本。根据某海域A油田的油藏特点,分析了薄油层钻井作业设备能力有限、工程设计限制多、中靶精度要求高、井眼轨迹控制挑战多、钻井施工风险高、储层保护难度大等问题。通过对平台钻井设备评价改造、井身结构及井眼轨道优化设计、复杂井眼轨迹的精细控制、钻井液优选等方面的研究及应用,成功实施了水平井、分支井、小井眼和薄油层的钻探作业,提高了油田勘探开发整体效益,为今后海上薄油层多分支水平井的钻井作业提供了参考。     

微小井眼钻井技术及应用前景

微小井眼钻井技术是最近几年国外迅速发展起来的一项高效、低成本、安全环保、提高勘探开发效率的钻井前沿技术.微小井眼钻井技术是指井眼直径小于88.9 mm的钻井技术,由于井眼小,使用连续油管钻井,采用新的地震测试技术,易于自动化钻井,因此钻井所需的设备装备减小,停钻时间缩短,生产效率高,能降低勘探钻井成本,降低开发钻井成本1/2,降低海上钻井成本1/2以上.同时产生的少量固体废弃物和处理液也减少了对环境的污染.但微小井眼钻井的配套技术及装备还不是很完善.微小井眼钻井技术的使用范围十分广阔,能够用于定向钻井、欠平衡钻井,地层测试,钻浅层开发井,钻深层勘探孔或其它敏感环境,可在超低水下、海上及陆上边远地区和一些恶劣自然环境条件下进行作业.微小井眼技术独特的应用是在储层或储层附近进行信息检测或通过探测储层如何流动来追踪油气回收作业.低的钻井成本将会使微小井眼钻井技术在今后得到广泛的推广应用.     

钻柱升沉补偿试验台控制系统设计

为实现海洋钻井用升沉补偿装置的国产化,采用相似原理设计了海洋钻井平台钻柱升沉补偿试验台控制系统。该系统采用电液比例换向阀控制不对称液压缸模拟海浪升沉,可对升沉运动进行钻柱补偿控制;由于控制部件采用的电液比例换向阀存在死区,系统采用PID和死区补偿控制算法,较好地实现了海浪模拟和补偿控制。为保证升沉给定和跟踪控制精度,软件采用VB调用API函数,可对采样时间间隔进行精确控制。试验数据表明,该控制试验台可满足浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统控制要求。     

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目前的钻井基本上处于地面开环控制状态，它的频繁起下钻使钻井效率降低、成本提高，甚至难以实现设计的井眼轨迹。随着钻井的位移和井深不断增加，能够解决上述问题的井眼轨迹闭环控制已成为钻井行业的前沿课题。可控偏心器是结合了微电子、信息、液压、控制等技术开发的一种智能导向工具。通过它构成的井眼轨迹闭环控制系统能够实现井眼轨迹的自动控制，从而提高井眼轨迹控制精度，降低钻井成本。为此，文章根据可控偏心器的导向机理，提出了带可控偏心器的井眼轨迹闭环控制系统及控制策略；探讨了可控偏心器冀片缸压合矢量的闭环控制方法，通过仿其实验验证了其可行性，对可控偏心器的现场应用具有重要的指导意义。     

智能钻井技术现状与发展方向

随着大数据、人工智能等数字化技术与自动化钻井技术的不断融合发展,钻井作业正在由自动化转向智能化。智能钻井技术具有学习、记忆和判断功能,能够实现部分钻井作业的自主决策和控制,减少现场作业人员,大幅提高作业效率和安全性。通过介绍智能钻井技术及其组成,分析了国外智能钻井技术现状与发展趋势,结合中国智能钻井技术发展现状,提出了智能钻井技术攻关方向,包括框架规划与标准体系、数据实时测量技术、信息高速传输技术、自动控制系统、钻井智能决策分析系统和智能钻井一体化技术。     

8 000 m四单根立柱自动化钻机研制

目前,石油钻机多采用三单根立柱进行钻井作业,管柱处理多以手动操作为主。为了提高钻井效率、降低钻井成本、改善工人作业环境、提高钻井作业安全性,研制了8 000 m四单根立柱自动化钻机。从钻机总体方案、关键系统方案、关键技术及试验等方面对该钻机进行技术分析。通过试验证明,8 000 m四单根立柱自动化钻机适应能力强、自动化程度高、作业效率高、作业安全。该钻机为石油勘探开发提质增效提供了有力的装备保障,具有良好的推广价值。     

自动化管子处理装置在海洋钻井作业中的应用

在现代海洋钻井过程中,管子处理作业占的比例大。安全快速、稳定高效、作业连贯的管材钻具处理系统是保证钻井平台（钻井船）整体安全稳定的前提条件,同时也是提高海上钻井作业效率、降低钻井成本的重要措施。在论述海洋钻井作业要求及管子处理装置的研究发展过程及其应用的基础上,以美国国民油井公司管子处理装置为例,详细阐述了海洋钻井作业中管子处理系统的各个作业流程及装置结构特点。