海洋模块钻机滑轨防止划痕技术研究

海洋模块钻机是海洋石油钻井平台的重要组成部分,目前投入使用的数量已达50台之多。滑轨是承担海洋模块钻机滑移作业的关键部件,在实际滑移过程中,多次出现了滑轨划伤的现象。本文针对上述情况,搜集整理了滑轨划伤的典型实例,对滑轨划伤的原因进行了分析,提出对应的防止划痕技术,以确保钻机滑轨结构的安全性和可靠性。     

4000 m轮轨+滑轨丛式移运低温钻机的研制

为满足俄罗斯北极圈附近极地低温地区的油气勘探开发需要,研制了4 000 m轮轨+滑轨丛式移运低温钻机。钻机主要运用了低温结构件技术、双模式轨道同时移动的丛式井移运技术、加热及保温等技术,满足极地低温地区丛式井钻井工艺要求。钻机由2移运模块组成,井架、底座和绞车等钻台区部件组成的主机模块整体采用滑动摩擦的滑轨方式移动;钻井液处理、钻井泵、电控和气源等部件组成的配套辅助模块采用滚动摩擦轮轨方式移动,2模块共用钻机机具液压站液压动力同时移动,满足丛式钻井及过井口设备的工艺要求。钻机配套2节套装伸缩式井架,利用液压油缸起升,井架可整体利用半挂车拖挂运输。另外钻机具有钻井液吹扫和棘爪自锁等多项自动化操作功能。钻机在常规试验和联调试验中,各项性能指标均达到了设计要求。该低温钻机性能先进,工作效率和搬家的适用性高,具有广阔的市场推广前景。     

文昌9-2/9-3钻机模块针对滑轨划痕问题的技术改进

海洋模块钻机滑移中,出现滑轨划伤的现象。本文对滑轨划伤提出处理方案,通过在文昌的实际应用,解决钻机滑轨的划痕问题。     

ZJ50/3150DB型自行式钻机

介绍了5 000m及5 000m以上新型自行走钻机大模块快速搬家的新理念和新设备,分析了ZJ50/3150DB型自行式钻机运输单元划分、液压缸起升底座和新型单轴绞车的结构特点和控制性能。该钻机可实现大吨位、高重心钻机部件安全方便地运输和安装。     

基于ANSYS Workbench的海洋模块钻机基座多目标优化设计

针对海洋平台模块钻机基座焊接工艺复杂、焊接变形不易控制等问题,以渤海某7 000 m模块钻机为例,基于API等相关规范,通过ANSYS Workbench有限元软件构建了基座局部结构响应面模型,以SACS软件对模块钻机进行整体计算提取的杆件内力作为输入条件,采用响应面设计和多目标遗传算法对基座结构尺寸及厚度进行了优化分析,并参考海洋工程结构板材特点给出了设计推荐值,结果表明优化后的基座在降低设计重量的同时其结构强度也满足规范要求。本文优化方法具有较高的经济性与可行性,可用于海洋模块钻机基座等关键结构的优化设计。     

海洋模块钻机滑移系统结构设计

采用设置滑移垫板的方法可以解决海洋模块钻机滑轨损伤问题,垫板的安装及更换需要对钻机结构进行顶升工况计算,本文建立了钻机结构整体分析模型,通过整体计算提出了顶升工况结构计算方法,具有一定的指导意义。     

MZJ20DB集装箱式煤层气钻机

针对国内煤层气勘探开发的作业特点,设计研制了模块小、质量轻、拆卸及安装快捷的MZJ20DB集装箱式煤层气钻机。该钻机模块采用集装箱式结构,主要由集装箱式多节套装井架、底座、主机橇、电控房、发电机房和固控罐等组成;满足山地复杂路况的运输要求,各模块尺寸控制在长10 m、宽3 m以内,质量控制在20 t以内;整体布局合理紧凑,井场面积40 m×20m;采用集成化设计,共15个模块,仅为常规2 000 m钻机运输模块的;符合煤层气开发的低成本要求。主机设计有液压整体平移装置,满足煤层气钻机打丛式井的要求。     

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。     

7000 m极地轮轨钻机固控系统的研制

国内极地轮轨钻机所配套的固控系统目前并没有系统性研究和较为成熟的方案。鉴于此,结合国内外极地轮轨钻机固控系统配套要求,研制了7 000 m极地轮轨钻机固控系统,并优化和完善了固控系统配套方案、设备布局和工艺流程等。7 000 m极地轮轨钻机固控系统通过采用模块化设计,各模块功能独立,实现了模块间连接方式简单、快捷;罐体底部采用保温结构,罐体内部布置蒸汽加热管线,实现了固控系统在低温环境下的正常工作;岩屑输送系统采用两种工作模式,满足岩屑现场运输及排放要求。该系统在北极圈附近的钻井作业过程中,其保温棚内部实际温度达到5℃以上,各模块间密封可靠,底橇保温性能良好,能够确保钻井作业的正常进行。现场使用结果表明,该固控系统设计满足低温环境作业要求,适应俄罗斯及极地地区冻土层丛式井作业,其系统布局和钻井液处理工艺流程满足现场钻井需要。     

低温轨道钻机固控系统的研制

根据低温钻机对配套设备性能的要求,研制了适合俄罗斯7 000 m低温轨道钻机配套的低温固控系统。该固控系统采用多层模块结构,在空间上分为上、中、下3层,依次为顶棚、中间层、钻井液罐。下层钻井液罐底座带有与地面轨道配套的高强度合金钢滚轮,可以实现系统整体移动,工作时通过锁紧机构连接成一个整体,并实现空间内部温度不低于10℃。系统对钻井液采用5级净化处理,能在-45～50℃环境下对钻井液进行配置、贮存、循环和净化等,且保证在-60℃环境下能无损储存。试验及应用情况表明,该固控系统能够满足丛式井作业快速移动和7 000 m低温轨道钻机的配套需要。     

基于S7-300软冗余的钻机自动送钻控制系统设计

我国首台人工岛7000m深环轨移动模块钻机于2008年2月在冀东南堡油田1号人工岛顺利开钻,该钻机应用的基于S7-300软冗余钻机自动送钻控制系统,现已通过现场验收。该自动送钻系统添加了1套PLC控制系统,系统有手动和自动2种工作模式。自动送钻监控系统主要包括自动送钻恒钻压控制、电子防碰、游车位置精确定位与动态演示、故障识别报警与处理等模块。监控系统采用了基于西门子公司S7-300PLC的软冗余方案,PLC处理器成双使用,当主处理器出现故障时备用的处理器会按照监控程序和数据交换处理程序实现数据同步,完成自动切换。现场应用表明,该系统操作简单,切换方便,提高了钻机控制自动化水平和生产管理水平,确保了钻机的平稳、安全、高效运行。     

出口美国Nabors ZJ70/4500DB钻机设计研制

为适应国际钻井装备市场发展要求,加快国产石油钻机国际化进程,设计研制了出口美国NaborsZJ70/4500DB钻机。介绍了该型钻机的设计方案和技术参数,重点分析了钻机具有动力配置大、控制性能好、模块化程度高、橇装移运性好、可靠性高、配套齐全、制造工艺严格、试验程序和方法科学等设计制造特点。在此基础上,提出我国石油钻机制造业应转变企业管理模式、全面培养提高技术人员素质、不断提高钻机制造水平及钻机总体配套能力的发展建议。     

9000m交流变频钻机的研制

针对目前国外9000m钻机技术水平落后,不能实现自动化、智能化操作,无法满足现代超深井、复杂井以及欠平衡钻井等复杂工况要求的状况,研制了我国首台9000m交流变频钻机。该钻机采用全数字交流变频和直流控制技术相结合,钻机的传动、控制及井架、底座等关键技术和集成技术达到了国际陆地钻机领先水平。现场应用表明,该钻机的各项性能指标达到了设计要求和现代钻井工艺要求。     

电动变频钻机

交流变频钻机是为满足油田深井勘探开发需要而开发的电驱动钻机,钻机基本参数符合SY/T5609—1999《石油钻机型式与基本参数》的规定,主要配套部件符合API标准,满足并适应国内外陆地、沙漠、浅滩等地区的钻井条件及工艺要求,适用于以41/2in钻杆,钻井深度为4000～7000m的油气勘探和开发。在实际使用方面,交流变频钻机得到用户的充分肯定,性能先进,安全可靠,自动化程度高,满足HSE的要求。钻机的技术性能和可靠性达到国际先进水平。该系列钻机的成功研制体现了我国在钻机方面自主创新的能力,扩大了我国钻机的影响力,增强了我国石油装备制造的整体实力,取得了显著的经济效益和社会效益。     

40DB钻机在导管架平台的应用

为了适应阿塞拜疆里海油区导管架平台的实际情况,对40DB钻机进行了改进设计。钻机的控制系统采用PLC控制技术和现代数字化通信技术,实现数控、电控、气控、通信的一体化设计,提升钻机的自动化水平。钻机主体带动绞车后台底座及猫道可沿导轨整体平移,平移距离最远达80 m。导轨的设计考虑了通用性,使得钻机可以在不同平台上实施钻井作业。井架采用节省空间的自升起升方式,猫道可实现提升钻杆的功能,钻机主体、钻井泵组、固控系统和发电机组等部件的安装位置受力分布要满足平台桩腿承载力的要求。现场应用结果表明,改进设计的40DB钻机各系统运行稳定,达到预期的设计目标。     

某海洋修井机钻具对中超限值问题

分析某海洋修井机钻具与转盘中心对中偏差超限值的问题,收集平台设计、建造、运行过程中的数据并对修井机在不同井位时相关结构的变形数据进行校核,在确认导管架桩基承载力和上部组块杆件的强度仍满足要求后,提出对已发生变形的滑轨进行整体更换并重新调平的方案,经过测试确认所提方案满足修井作业的要求。     

轻型钻机模块化应用技术

在分析了国内钻机模块化技术应用方面同国外钻机的差距后 ,提出了适合中国国情的橇装模块化钻机的设计方案 ,即在符合SY/T5 6 0 9- 1999《石油钻机型式与基本参数》条件的基础上 ,使井架、底座、动力机橇的设计与橇装模块化技术相吻合。实际应用表明 ,南阳石油机械厂根据这种思路研制的ZJ30 / 170 0橇装模块化钻机具有良好的移运性及经济性。     

80m山地钻机的开发与应用

本文介绍了80 m山地钻机开发设计的技术特点和野外试验结果。通过对80 m山地钻机的主机动力结构的创新设计、井架及滑架的优化设计、新型空压机的匹配设计、钻具设计及工艺研究,成功地解决了钻井能力与钻机重量之间的矛盾、钻井速度与钻井深度之间的矛盾。野外试验表明:80 m山地钻机的钻井能力符合设计要求,满足山地施工需要。     

ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机的研制

为了实现钻机的自动化、智能化操作,满足中深井、复杂井以及欠平衡钻井等复杂工况的要求,研制了ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机。该钻机主要由绞车、液压盘式刹车系统、变频电动机、减速器、自动送钻系统、转盘及传动装置、井架、钻台、半拖车、控制系统等部分组成。试验及应用情况表明,该钻机最大钩载达到设计要求,可满足114mm钻杆4000m的钻井能力;钻机结构简单、安装方便、搬运快捷、稳定可靠,能适应恶劣环境下的钻井要求。