适用于在役陆地钻机的自动化立根排放系统

传统钻井作业中,起下钻时需要井架工在二层台高空作业,钻工在钻台面配合作业,按先后顺序移动立根的上部和下部,实现立根在井口与立根盒之间移动。 提出了一种适用于在役陆地钻机的自动化立根排放系统总体方案,利用二层台扶管机械手和钻台面提管机械手同时作业,简化起下钻操作流程,实现立根的快速移运。     

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。     

立根自动排放系统轨迹分析及优化算法设计

在存取钻井立根过程中需要钻台设备与二层台设备的各个机械臂、马达配合完成。分析其运动轨迹,有些立根盒能否存放依赖于其他立根盒位置的存取情况。分析了钻井立根排放系统的空间运动轨迹;以运行路径最短为目标,设计了一套优化存取立根的算法,实现了立根自动优化排放,并进行了初步验证。     

实现离线操作的自升式平台钻台面改造设计

顶部驱动作业方式可提高钻井效率,但是钻机在进行接单根作业时不能进行钻进作业。为了充分利用钻机,大型的海上平台设置了双井架或一个半井架,但双井架和一个半井架并不适用于井口区域十分有限的传统自升式平台。为此,对自升式平台钻台面进行改造设计。改造设计方案主要包括钻台面外挂小平台设计和自升式平台常用塔形井架前开口改造设计。完成钻台面改造后,在开钻前仅需要准备少量立根置于立根盒内,在钻进的同时,于外挂小平台上完成离线接立根动作,并利用新增滑轨运送至井架内部立根盒内。离线操作功能的实现大大减少了开钻前的准备时间以及钻进过程中的停钻接立根时间,提高了钻井作业效率。     

钻台自动化机械手装置的研制

为了减轻钻井工人的劳动强度,提高起下钻的作业效率和安全性,研制了钻台自动化机械手装置。该装置主要由底座、伸缩臂、液压油缸、固定支腿及控制阀组等组成,它通过旋转、伸缩和夹持机构及相应的控制系统,可由1名钻工操作实现起下钻作业时立根的自动排放。现场试验表明,该装置大大减轻了钻井工人的劳动强度,增强了钻井作业的安全性。     

钻井管柱自动输送装置的研制与应用

为有效解决目前我国石油钻井现场在钻杆、钻铤及套管等钻井管柱上、下钻台作业过程中存在的钻工劳动强度大、危险系数高及效率低等问题,成功研制出钻井管柱自动输送装置。该装置采用成对抓取机械手与双摇杆起升结构实现对钻井管柱的自动抓取与输送。钻井现场试验结果表明,该装置可在手动与无线遥控2种操作模式下,成功实现钻井管柱在地面与钻台面之间的自动、安全、高效、往复输送,从而取代钻工完成起、下钻井管柱的高强度作业,提高作业效率。     

海洋钻井平台立柱式排管机设计

排管机用于在钻台排放架与井口之间往返自动抓取与排放钻杆,是海洋钻井平台钻杆自动排放中最为繁忙的装置。介绍了立柱式排管机总体机械结构组成及主要技术参数、液压系统原理及控制方式。设计的排管机适合于双联井架钻机,具有操作灵活可靠、运动稳定、操作空间大等优势,适合深水半潜式钻井平台及钻井船钻台立根自动排放操作。     

GC 2L4型钻井管柱自动化处理系统研制

为提高钻井作业效率、降低操作人员劳动强度,提高操作安全性,同时为了提高钻机的自动化、智能化水平。研制了GC 2L4型钻井管柱自动化处理系统,通过配置举升式动力猫道、自动井架工、液压吊卡、铁钻工等机械化设备,与顶驱装置配合实现钻杆、钻铤、套管等钻井管柱的机械化输送、机械化建立根、立根自动化排放等作业,实现高效、安全、低作业强度的管柱自动化处理作业模式。通过钻机集成双司钻智能控制平台,实现管柱处理系统的自动化远程集中控制。     

双小鼠洞离线建立根系统在陆地钻机的应用

针对目前陆地钻机建立根存在的效率低及成本高的不足,提出了一种不占用井口的双小鼠洞离线建立根系统。该系统采用双小鼠洞钻台面布局,斜直两用环保型小鼠洞管不仅可以满足不同钻井工况的需求,而且能够缓冲钻杆下放的冲击力及收集钻杆携带的钻井液;采用内部安装轴向推力轴承的十字转向滑轮能够实现给定范围内的整体侧摆转向,可解决钻台面钻杆移运距离较大时出现操作困难、钢丝绳严重偏磨以及钢丝绳缠扭等问题。现场试验结果验证了该系统的高效性和可行性。双小鼠洞离线建立根系统实现了建立根与钻井同时进行,缩短了作业等待时间,提高了作业效率。     

TZT160B型拖挂钻台设计

为了解决3000m拖挂钻机的钻台在移运和钻井作业中存在的问题,研制了TZT160B型拖挂钻台。该钻台主体为整体式两轴半挂车型式,由上下两体套装组成,两体之间靠管柱导向实现高度升降,用销轴定位,上体框架固定转盘和存放立根,下体框架制作成为一带导向柱的可牵引车架,车架后部通过销轴与垂直方向可升降的双桥刚性非独立悬挂连接。作业时,用液压支腿把钻台整体支起,卸去悬挂与车架的活承载销,让车架落下直接接触钻台基础;需行车时,用液压支腿把车架支起,连上悬挂即可拖走。TZT160B型拖挂钻台较好地解决了3000m以下浅井钻井作业与频繁搬家的矛盾。     

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。     

下沉式钻台机械手研制与应用

随着钻机自动化水平的不断提高,当前钻井过程中钻台面管柱的处理方式和设备已经不能满足钻井作业自动化需求。研制了一种新型下沉式钻台机械手。对钻台机械手的结构、原理、技术特点、技术参数等进行了阐述,并对钻台机械手的伸缩、回转、升降等动作进行了动态特性研究,为执行机构的选型计算提供依据。经油田批量化使用,验证了该设备的功能,使用效果良好。     

陆地钻机钻杆自动排放系统设计

钻杆自动排放系统主要用于海洋钻井,陆地钻井应用较少。为了减少陆地钻机起下钻作业时间,降低工人劳动强度,增加 钻井安全性能,提高钻井效率,针对陆地钻井常用井架,初步设计研究出一种结构简单、操作方便、能全程实现自动控制的三坐标钻 杆排放装置系统。该系统主要由主夹钳及平移系统、辅助夹钳及平移系统、竖直（Z向）滑道系统、以PCL-839和IPC为主的控制系统4 部分组成,安装在钻井平台和二层台之间,主要适用于陆上钻井常用的任意A型、K（或Π）型井架的钻井系统,能实现在起下钻和接 单根等作业流程中钻杆的自动夹持、提升、下放、平移等轨迹全程无人数字自动控制,是目前比较先进的钻杆自动排放系统     

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     

自动化水密封试验装置在石油井控装备检测中的应用

水密封试验装置广泛应用于钻采设备、井口装置以及井下工具的检测，自动化水密封试验装置通过计算机操作，实现开机、升压、卸压、生成试验报告等自动控制和远程控制功能，不仅保证了水密封试验的可靠性，而且提高了工作效率。同时采用工业级摄像机远程监控系统．使工作人员远离高压区域，保证了人身安全。     

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。     

梯子梁自动焊接生产线设计

针对目前梯子梁生产采用的手工焊接质量不稳定、易产生缺陷的现状,设计了一种基于PLC控制的梯子梁自动焊接生产线,以实现多种批次梯子梁的全自动生产。本研究提出了生产线设计中存在的主要问题及解决思路,并对关键位置的设计进行了阐述。通过对短节自动上料装置、钢筋传送速度匹配装置及梯子梁自动剪切装置的设计,实现了全自动下料、焊接和成品出料功能,保证了生产线的全自动生产。生产实践表明,所设计的生产线能够实现步进焊接和自动连续生产,生产的梯子梁外观平整,焊接点的稳定性及抗剪性能满足技术要求,生产效率高。     

ZCZJ2×3Y-2000型液体钻井液助剂自动加药系统研制

为提高钻井液配置及维护的质量和自动化水平,研制了ZCZJ2×3Y-2000型液体钻井液助剂自动加药系统。该自动加药系统由多仓储液罐、输液计量泵、质量流量计、搅拌器、控制阀及定量配料控制系统等组成,进液计量泵将液体原料桶中的液体钻井液助剂吸入储液罐中暂存。钻井液配制或维护时,定量配料控制系统设定加药参数后,一键式操作可实现出液计量泵将钻井液助剂自动精准输送至泥浆混合系统。该装置的成功应用为钻井液自动精准调控奠定基础,显著提高钻井液配制及维护的自动化和现场HSE水平。