复合储能控制系统在钻机制动能量回收中的应用

石油钻机在工作过程中由于制动能量无法回收利用,造成了能量的巨大浪费。采用储能单元可以在电机制动时回收能量,在电机负载增加时作为辅助动力源进行电能补充。然而,这类设备的储能单元易损坏、整体采购成本高,不利于在石油钻井行业推广应用。鉴于此,对钻机原有电控系统进行扩展,加入控制单元和储能单元,提出制动能量回收利用方案和复合储能单元的改良设计,并设计了该系统的控制策略、保护策略和储能单元的模糊控制。通过实际应用证明该系统可以改善电能的质量和降低生产成本,对制动能量的有效回收利用效果明显。最后指出该复合储能控制系统在石油钻井行业的应用前景十分广阔。     

基于双储能元件的钻机制动能量回收应用研究

石油钻机工作过程中产生的再生制动能量和公共直流母线的冗余能量不能有效回收利用,只能经能耗制动消耗掉,造成能源的浪费。为此,提出采用能量回收和再应用的方式解决此类问题。通过分析钻机对储能控制系统的需求及对几种能量回收方法的比较,提出采用双储能控制系统的制动能量回收方法。现场应用结果表明:双储能控制系统的引入既减小了正常钻井过程中冲击载荷和制动能量对控制系统的影响,也可确保对冗余能量的有效回收利用,降低发电机的燃油和保养费用;减少了对发电机的功率需求,进而减少前期的采购费用,间接减少了后期设备的折旧和维护费用。该系统的引入全年可节省单个钻机成本43.2万元以上。     

ABS在液压盘式刹车中应用的可行性研究

汽车ABS防抱死刹车系统具有防滑防抱、制动相对距离短及能减轻轮胎磨损等优点。为此,将汽车ABS控制策略引入到钻(修)井机液压盘式刹车系统设计中,构建了具有手动/自动操作方式且能实现ABS控制策略的液压盘式刹车的新型液压控制系统,并对具有ABS系统与无ABS系统的盘式刹车分别进行液压系统与下入工况制动动力学仿真对比分析。分析结果表明,选择适当的ABS系统占空比,可以更接近无ABS系统刹车时间与角位移,并获得较好的压力调节波形,调整ABS控制策略可使系统获得理想的刹车时间与刹车制动力矩,从而能够较好地满足修井机起升系统作业过程的复杂要求。     

DQ-40LHTY-X斜直井顶驱的研制与应用

为了满足斜直井的钻井需要,研制了DQ-40LHTY-X斜直井顶驱装置。该顶驱与ZJ20DBX斜直井钻机配套使用,主要由机械传动部分、液压辅助系统及电气控制系统等部分组成,具有顶驱一体化分体游车、滚轮承载机构、上置式钻井液截止阀、液压马达制动回转机构、倾斜扶正固定装置及浮动缓冲装置等设计特色。厂内试验表明,该顶驱达到了最初的设计要求。     

钻机盘式刹车制动力矩特性的理论研究

钻机绞车刹车系统的制动特性是合理设计和使用刹车装置的理论基础。从分析盘式刹车制动力矩与制动钳缸油压的关系、制动钳缸油压与司钻操作手柄转角的关系入手，分析了影响盘式刹车制动力矩的因素，推导出它们之间的函数关系。研究表明，盘式刹车制动时，制动力矩随时间的变化规律与盘式刹车本身的结构和几何尺寸、司钻的操作方式及司钻阀凸轮半径的分布规律有关。紧急制动时，可认为制动力矩是阶跃变化。     

为什么刹车系统用油不用水?

正众所周知,气囊、安全带、主动刹车这些主被动配置可以给汽车提供安全服务。但是,很多人不知道的是汽车自身的一些零件也是行车安全的重要因素,例如一个关乎安全的汽车零部件——刹车系统。刹车油是汽车液压制动系统中传递制动压力的液态介质,使用在采用液压制动系统的车辆中。刹车油又称制动液或迫力油,是制动系统制动不可缺少的部分。那么问题来了,为什么刹车油不是"水性液体",而是"油性液体"呢?这么润滑的东东放     

XJ250修井机液压盘式刹车液压控制系统仿真分析

以XJ250修井机液压盘式刹车的液压控制系统为研究对象,通过分析液压盘式刹车的液压控制系统结构,建立了基于全局流量与液压缸活塞运动方程的数学模型;构建了液压控制系统的AMESim仿真模型,设置了模型参数及仿真参数。以典型的正弦曲线液压源信号及激励电磁阀信号变化仿真研究工作制动液压控制系统响应性能,以阶跃开关信号突然开启模拟分析紧急制动液压系统响应。得到了工作制动及紧急制动过程中液压控制系统主要阀口处液压动态响应曲线,仿真结果与实际运行情况相符。该仿真分析为修井机液压盘式刹车液压控制系统性能的改进与完善提供了参考。     

盘式刹车试验装置的研究

石油钻机刹车系统的制动力矩与制动表面压力、摩擦表面的摩擦系数和制动半径存在确定关系。在此基础上,研制了由机械、液压、控制和测试４部分组成的盘式刹车试验装置。在装置上进行ＺＪ５０型钻机盘式刹车系统的试验研究。试验中,尽可能地将实物用于试验台。结果表明,该装置可对在用钻机盘式刹车系统的主要元器件进行检验,为进一小研究提供了条件。     

中低渗透储集层压驱提高采收率机理

针对压裂、渗流、驱油相结合的压驱技术研究需求,研发了压驱储能及反向压驱回注实验系统,模拟了压驱过程中压驱剂的渗流-储能-洗油-返排作用机理。研究表明：压驱技术将压驱剂直接输送至中低渗透储集层深部,可有效避免压驱剂在近井地带的黏度损失与黏附滞留,具有扩大波及体积、提高洗油效率、补充地层能量并将零散分布的剩余油汇集采出的效果。渗透率较高的储集层,压驱见效快,为降低成本,可直接采用高压注水压驱。渗透率较低的储集层吸水困难,采用表面活性剂压驱可有效降低储集层渗流阻力,提高储集层吸水能力与开发效果。地层能量亏空程度是影响压驱剂有效波及范围的主要因素,地层能量亏空越大,化学剂渗流距离越远,有效波及体积越大,采收率提高幅度越大;地层增能作用对提高采收率的贡献最大,是压驱技术提高采收率的关键。     

抽油机液压刹车制动装置的研究与应用

抽油机刹车系统是作业及维护、保养、检修工作时,确保员工人身安全的重要安全制动装置。目前,刹车系统存在较大安全隐患。研究了抽油机刹车安全制动系统的分类及工作原理,分析了存在的安全隐患,提出采用抽油机液压刹车制动保险销装置。应用效果表明新设计提高了刹车系统安全制动性能。该技术解决了抽油机传统刹车装置存在的问题,并获得了国家专利。     

《石油钻机液压盘式刹车》标准技术分析

液压盘式刹车作为石油钻机的关键装置,其质量的好坏直接关系到钻井作业能否安全实施。因此,急需制定一个高水平的石油钻机液压盘式刹车标准。阐述了将制动力矩确定为液压盘式刹车型号主参数的根据和技术内涵,确定了石油钻机液压盘式刹车型号的表示方法。介绍了液压盘式刹车的制动方式、制动力矩的确定方法及制动力矩公式中载荷的取值方法,得到了SY/T6727—2008《石油钻机液压盘式刹车》标准的基本参数。     

超低渗透油藏水平井储能压裂机理研究与现场试验

针对超低渗透油藏部分水平井生产一段时间后,出现单井产能降低的问题,开展了超低渗透油藏水平井储能压裂机理研究与现场试验。根据岩石破坏机理,进行了室内储能压裂模拟试验,利用声发射信号检测储能压裂对试件内部的破坏情况,并采用有限元法计算近井地带地应力变化情况。试验及数值模拟结果表明:在高孔隙压力作用下,天然裂缝面错动痕迹明显,憋压过程中试件内部产生了大量微破裂;压裂后焖井过程中,一段时间内地应力场受到影响。研究表明,压裂前注入适量的驱油压裂液,压裂后焖井进行渗吸扩散,可以有效补充地层能量,同时结合优化后的体积压裂重复改造技术,能够进一步增大压裂改造体积和裂缝复杂程度。该技术对能量亏空、裂缝闭合导致的低产水平井提高产量具有较好的适应性,可为同类超低渗透油藏重复压裂提供技术参考。      

随钻恒扭器的研制及现场应用

钻井过程中扭矩的波动容易导致钻柱自激振动、井下钻具扭断,甚致使顶驱或转盘憋停、螺杆钻具滞动,进而导致频繁的上提钻具以及泵压的大幅波动,影响钻进效率。为此,研制了随钻恒扭器,并将其在塔河油田进行了现场应用。随钻恒扭器主要由密封机构、储能机构及压扭转换机构组成,具有过载卸载及减振保护功能。工作时压扭转换机构会在大扭矩及差速的作用下发生转动,并使储能机构产生压缩,此时下部钻具会被提升一定距离,释放部分反扭矩,整个过程中部分扭矩被储存到储能机构并随着反扭矩的减小而逐步释放。现场应用结果表明,随钻恒扭器对钻井扭矩可以起到"消峰填谷"的作用,有利于稳定泵压,减少失速,有效保护钻头。     

Cr3+对碱/表面活性剂/聚合物复合体系性质影响

在由1.4 g/LHPAM、2.5 g/L石油磺酸盐、12 g/L Na2CO3组成的ASP污水溶液中分别加入0、17.5、35、70、140 mg/L(以Cr3 计)醋酸铬,在45℃下考察铬加量对驱油液多项性能的影响.加入铬交联剂使ASP驱油液的表现黏度～放置时间(0～20 h)曲线、界面张力～放置时间曲线、黏度～剪切速率曲线、储能模量～角频率曲线、损耗模量～角频率曲线均整体上移,铬加量越大则上移幅度越大.其中油水界面张力在放置时间≤5天时均在超低值范围(10-3 mN/m),5天后加Cr3 17.5 mg/L的ASP的界面张力低于不加铬的体系.通过～1.27 μm2的均质人造岩心的阻力系数特别是残余阻力系数,随加铬量的增加而大幅度增大.VK=0.89、K≈1.0 μm2的层内非均质人造岩心在水驱后注入ASP时压力升高幅度随加铬量的增大而大幅增大,转水驱后注入压力的下降幅度则相差不多;水驱后注入0.38 PV不加铬和加Cr3 140 mg/L的ASP液,采收率增值分别为29.8%和34.1%,注入0.1 PV无铬ASP 0.18 PV加铬(140 mg/L)ASP 0.1 PV无铬ASP使采收率增值达到39.4%.图5表4参11.     

钻机气控带式刹车制动特性及模型研究

在分析气控带式刹车工作原理的基础上,建立了刹车的数学模型,并对刹车的制动特性做了试验研究。对所建立的数学模型进行了辨识,并利用AMESim软件对所辨识的模型做了仿真分析。试验和仿真结果表明,所建立的气控带式刹车数学模型正确,刹车的制动特性表现为:加压阶段和泄压阶段均存在压力滞后现象,而泄压比加压的滞后时间要长;加压过程是一个非线性化的过程,给定固定加压值时,制动压力增加的速度先快后慢形成一个短暂的压力平稳过程,最后缓慢达到目标压力值。     

钻井绞车超级电容储能系统仿真研究

石油钻机绞车工作过程中,直流母线电压波动较大,不可避免对钻机微电网产生冲击;且产生的再生能量也只能经制动耗能电阻消耗掉.超级电容的储能特点完美契合了钻井绞车再生能量产生的短时和高循环性,可实现钻井绞车能量回收及再利用.基于此,通过MATLAB/Simu-link对钻井绞车超级电容储能系统试验模型进行建模,采用双向DC-...     

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。     

新型液压提升钻修机

新型液压提升钻修机采用长液压缸作为基础提升装置，其主要组成部分有：柱塞缸、游动架、提升钢丝绳、平衡装置、柱塞导向装置、顶驱和液压系统。与常规钻修机相比，该新型钻修机因省去了铰车、游车和井架而重量轻、体积小，且立根排放可在钻台平面内进行，因而提高了甲板的承载能力。本机的液压系统中安装有储能器，在进行提升作业时，可对系统中的振动进行有效的补偿。另外，柱塞式钻机可减小维修作业和作业人员。     

油气同采方式下气顶油藏原油侵入状况的判断与调整

东海西湖凹陷AC气顶油藏采用利用天然能量、同一套井网同时开采气顶和油区的开发方式,动态跟踪过程中难以判断原油侵入气顶状况。基于物质平衡原理,推导出了计算原油侵入气顶体积的公式,并构建了原油侵入指示曲线(原油侵入气顶体积百分数-生产时间关系曲线),该曲线与X轴交点即为原油侵入气顶的起始时间,曲线单调性反映流体的移动方向,斜率则反映移动速度。利用本文方法对AC气顶油藏原油侵入情况进行了分析,结果表明在原油采出程度为4.3%时,原油即已快速侵入气顶。综合AC气顶油藏采气速度的敏感性分析、现场系统试井结果,认识到通过降低采油速度可降低生产气油比,从而达到降低采气速度遏制原油进一步快速侵入气顶的目的,最终现场实施效果明显。本文方法对指导同类气顶油藏的开发具有重要的借鉴意义。     

DQ40Y顶驱装置液压系统设计

为了满足小型钻机和修井机的需要,研发了DQ40Y液压顶驱装置。主要介绍了DQ40Y顶驱装置的液压系统设计。其主泵系统采用P/Q控制模块,通过对系统压力和流量的线性调节,实现了对钻井扭矩和速度的控制;动力马达具有摆角可调功能,通过改变马达排量,可调节钻井扭矩和钻速;循环冷却系统采用备份设计,方便了系统的维护与保养;辅助系统吸取了交流变频电驱动顶驱的成功经验,沿用了其液压系统。厂内性能试验结果表明,该液压系统基本达到了最初的设计要求,为DQ40Y顶驱装置进入市场奠定了基础。