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。     

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。     

修井用钻台机械手设计与仿真

修井作业过程中,需要对管柱进行大量的起下、排放作业,劳动强度大、安全风险高。钻台机械手能够实现管柱在操作平台与排放架之间的移送操作,可有效提高作业效率,降低劳动强度,提升修井作业自动化水平,为此研制了一种专门用于修井作业的钻台机械手,并对钻台机械手的结构、主要技术参数、技术特点进行了阐述。采用静力学分析方法对臂架各构件进行受力分析,验证臂架满足强度理论要求;运用ADAMS软件对臂架伸展推扶管柱过程进行运动仿真,为钻台机械手臂架轨迹控制及变幅油缸计算选型提供依据,验证了钻台机械手水平推力及推扶半径满足技术参数要求。修井用钻台机械手的成功研制及推广应用,促进了大修自动化管柱处理系统的发展。     

石油钻机钻台基础设计方法探讨

就石油轮机在工作过程中钻台基础所受载荷种类的不同及载荷组合等情况，以确定出基础底面最大设计载荷，并对钻台基础的设计提出了较具体的计算方法。     

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。     

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。     

3000m车装钻机折叠式钻台立柱断裂研究

中国石化集团江汉石油管理局第四石油机械厂生产的ZJ30型车装钻机在中东某国作业时,钻台后侧2根立柱出现大尺寸开裂,经焊接修复仍有裂纹产生,直接威胁到使用安全。对立柱强度进行了理论校核;并到事故现场切取样品,做理化性能和冲击韧性试验,结果均满足材料性能要求。经现场观察和断口特征分析,未拔连接销而在顶部起吊是产生裂纹的力学因素。进行该工况下的有限元力学分析和模拟起吊试验,计算及应力测试结果均证实了现场的判断。国际权威鉴定机构Modu Spec通过对钻台制造全过程的检查,认为用户不正确的吊装方式是立柱产生裂纹的根本原因。     

9000m海洋钻机移动装置的研制

目前的钻台移动装置无法满足深井和超深井钻机模块的移运要求。为此,对重载滚动式钻台移动装置结构和配套技术进行研究,制定了有轨滚动式移动装置总体方案,即在平台上布置专用轨道,由液压传动系统控制分布在钻台四脚的4组移动棘爪总成推动钻台在轨道上移动,采用重载滚轮小车推动棘爪总成在轨道上滚动式移动,同时确定了主要技术参数,研究了装置的步进机构、液压控制技术及滑板的加工制造等关键技术。厂内模拟试验时,该滚动式移动装置模块移动速度约550 mm/min,同步控制精度1.9%,单个支腿移动质量330 t;平台试验时,9 000 m海洋钻机模块移运过程简单,平稳可靠,同步控制精度约2.4%,移动速度约540 mm/min。     

ZJ50/3150DB高钻台移动式人工岛钻机

为满足在月东人工岛B岛狭小空间内进行丛式钻井作业,以及钻机在作业和移动时对安装在井槽内抽油机的无障碍安装及避让要求,研制了ZJ50/3150DB高钻台移动式人工岛钻机。该钻机主机模块和固控模块中振动筛罐安装在各自的滑轨上,采用液缸推动实现井间移位,其他模块设备固定在原位,通过管线排与主机区连接。创新设计了大跨距高钻台轨道滑移结构的底座,内部空间可满足钻机井口防喷器和11.0m高链条式抽油机安装要求。钻机采用了钻井液回流装置技术,实现了主机与振动筛罐分步滑移下的无缝衔接。现场应用结果表明:钻机的各项性能均符合设计指标,满足人工岛气田边钻边采和批量钻井的需求。所得结论对海洋及人工岛的开发具有重要意义。     

钻井双壁钻具研制与应用

为解决在充气钻井液欠平衡压力钻井时，使用常规井下动力钻具和随钻测量仪器进行井眼轨迹控制中遇到的技术难题，研制了双壁钻具。详细介绍了合理解决双壁钻具高压钻井液流道直径、气道直径和钻具强度等问题的方法，根据具体情况制定了特定的扣型，确定了双壁钻具的具体参数。现场试验表明，使用充气钻井液进行欠平衡钻井时，应用双壁钻具可使井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响，能进行正常的井眼轨迹控制。     

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。     

快钻电缆桥塞的研制与应用

河南油田非常规页岩油气资源储量丰富,对水平井多级分段压裂技术需求迫切。为此,研制了快钻电缆桥塞。该桥塞主要由丢手机构、密封机构、锚定机构和防转机构组成,桥塞通过金属卡瓦牙实现可靠锚定,通过采用复合材料制作的卡瓦主体,减少了金属用量,提高了可钻性。对桥塞的复合材料进行了力学性能试验、易钻性试验和化学稳定性试验,同时对研制的桥塞进行了现场试验。试验结果表明:该桥塞在水平井能够可靠下入,桥塞坐封、丢手、锚定和密封均可靠,能够被快速钻除,满足非常规油气资源的开发要求。快钻电缆桥塞的研制成功促进了国内分段压裂技术在非常规油气资源开发中的应用。     

涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究

涡轮钻具是一种重要的钻井工具,涡轮叶型线特征是其水力性能设计与分析的关键因素。在分析涡轮钻具水力工作原理的基础上,研究了涡轮钻具水力性能设计研究现状,详细比较分析了涡轮钻具水力性能设计的理论方法、计算机建模与仿真及水力性能试验分析方面的研究现状与发展水平,提出了计算机辅助设计及理论分析。与试验修正相结合的综合研究方法是涡轮钻具水力性能设计与分析的重要方法,对涡轮钻具水力部件的主要问题与发展趋势进行了展望,为涡轮钻具的水力设计提供参考。     

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。     

斜井钻机钻具处理机械手设计

斜井钻机钻具处理机械手用于排管架与井口之间往返自动夹持与递送钻具,是斜井钻机钻具传输中最为关键的设备。为此,设计了斜井钻机钻具处理机械手。该机械手主体采用复式四连杆机构,包括主臂、副臂、长摇杆、短摇杆以及主臂与副臂之间连接的副臂液缸。液压系统采用开式循环系统,利用电机带动变量泵为系统提供1个流量可以变化的动力源;系统输出的最大工作压力为21 MPa,最大流量120 L/min。试验结果表明,机械手可实现井架倾角从45°到90°的斜井钻机在井口快速对扣作业,具有操作灵活可靠、运动平稳、拆装方便等优势。     

F型新型钻具浮阀研制与应用

为解决G型钻具浮阀阀芯的阀盖与其阀座的端面密封在弹簧自动复位时始终存在着的渗漏现象,研制了新型F型钻具浮阀.新型F型钻具浮阀的阀芯,采用了密封箭锥面的金属密封形式,其密封性能较之G型钻具浮阀阀芯采用的端面密封有了显著的提高,特别是在静水压力试验时的密封性能,增加了密封件的寿命及安全性能.     

海上油基钻屑热脱附装置研制与应用

油基钻屑环境危害大,经济价值高,处理难度大,国内外研究方向聚焦在实现油基钻屑的无害化处理、资源化利用和经济效益最大化。对油基钻屑处理技术的优缺点进行分析,优选出热脱附法是适合海上平台油基钻屑处理的技术路线。研究了热脱附技术,制定出技术路线图,并制造出第1代热脱附装置,在南海A平台开展测试,测试结果显示,单反应釜设计,处理速度慢,反应釜故障对整个系统影响大; 装置故障率高,处理效率低; 装置集成度低,安装周期长,占地面积大。针对以上问题,将装置改造升级为第2代热脱附装置:增加岩屑箱翻转架,提高上料速度; 双反应釜设计,提高处理速度; 装置集成为制氮装置撬、上料装置撬、热脱附装置撬、尾气处理撬、冷凝换热装置撬5大撬块,并在南海B平台应用。结果显示,占地面积由150 m²减小为120 m²,安装周期由7 d缩短至3 d,装置运行86 d,共处理1 116.4 t油基钻屑,平均日处理量13.0 t/d,最大日处理量21.7 t/d,处理后干渣含油率在1.3%～1.7%。