钻机的模块化设计--系列专题之三

针对用户提出的多样化产品要求,很多行业开展了产品的模块化设计。文章介绍了模块的特征,模块化设计的方法和步骤。近年来．石油钻机用户也日益提出多样性、适应性的需求,对钻机这一流动性作业的大型机械系统如何“量体裁衣”?如何加速装卸运输过程?文章介绍了钻机的模块划分及绞车模块化方案,最后提出了钻机装卸运输的模块化技术措施。     

石油钻机数字化游车定位控制系统的设计研究

为提高起下钻作业效率与安全性,减轻工人劳动强度,提出计算机辅助起下钻的基本思想,通过制定游车系统定位的控制策略,并对控制策略和控制原理进行深入分析,开发设计了石油钻机数字化游车定位控制系统。对此系统测控软件的模块化组成做了简要介绍,通过对该系统的室内实验和现场测试,结果表明整套控制系统达到设计要求。     

ZJ50DBS直升机吊装钻机

为满足山地、丛林、沙漠腹地等公路运输难以到达的偏远地区的油气勘探开发需要,研制了ZJ50DBS直升机吊装钻机。钻机整机采用机电数字一体化设计,主要实现数字控制,初步具备自动化、智能化和信息化功能。钻机结构采用模块化设计,其中93%的模块质量小于2.5 t,余下7%的模块质量小于2.7 t,小于现有直升机吊装钻机模块的质量,使用小型直升机即可完成钻机所有部件的吊运,降低了对运输工具的要求。钻机动力和控制系统采用成熟技术,工作平稳可靠,各项性能指标均达到了设计要求。     

轻便钻井装备现状与发展对策

目前全国共有钻机1000台左右,平均新度系数仅为0.4,4000m以上的大型钻机多,1000～3000m轻型钻机少,电动钻机少,大部分钻机的技术性能与国际先进水平有一定差距,不适应国际钻机市场对钻机的要求。美国钻机制造技术处于国际领先水平,钻机主要采用电驱动和顶部驱动装置,模块化、轻型车载或拖挂式广泛使用。今后钻机发展趋向于多样化、小型化和安全性。中国钻井装备要想参与国际市场竞争,必须尽快研制适应国内外市场竞争的轻型钻机,应具有高度模块化、移运性能好、功能实用、工作可靠、操作简便、自动化程度高、工人劳动强度小等特点。国内生产厂家要严格按照API规范进行设计和制造,自主设计与引进消化相结合,保持整机的先进水平和价格优势,参与国际竞争。     

2250kN海洋钻修机模块设计

为配套海上采油平台而设计了2 250 k N海洋钻修机模块。2 250 k N海洋钻修机模块在设计上充分满足平台布局要求紧凑性和模块化的要求,采用联合驱动的传动系统设计也满足用户对钻机模块经济性的要求。井架结构设计打破常规,采用从基段两侧进钻杆的方案及自升式结构,可满足钻机在不同区位作业的便捷性要求。绞车采用交流变频联合驱动的传动形式,底座采用大模块化的结构形式,从而满足CEPI和CEPJ固定式采油平台钻机作业区域小和移动跨距大的需求。该钻机设计中采用的一些新方法可降低固定式平台钻修机模块的建造成本,亦可缩短建造周期。     

3000m自动化钻机控制系统开发与应用

为了在3 000 m及以下小型陆地钻机上使用自动化控制系统,在简要论述在3 000 m钻机上实现集成控制技术存在难点的基础上,概述了集成控制方案,开发设计了3 000 m自动化钻机控制系统,分析了3 000 m自动化钻机控制系统的关键技术及创新点,即全直驱设备控制系统、防碰防震和安全互锁技术、无线通信技术、远程诊断系统和带诊断功能的人机交互技术。现场应用结果表明:3 000 m自动化钻机的自动化程度高,模块化结构强,人机界面操作方便。全直驱设备在现场的首次应用对今后直驱控制系统的进步具有指导意义。     

新型超长单根可变位钻机的技术进展

可变位钻机的应用始于 1990年 ,现被誉为“超长单根可变位钻机”。这种钻机能够进行斜位、垂直、定向和水平井的钻井。根据现场实际应用情况和各方面的需求 ,Precision钻井公司换代新产品在不断创新的基础上广泛采用了PLCs系统、液压千斤顶系统和模块化设计 ,使得新型可变位钻机的用途更加广泛 ,更易于遥控 ,更安全 ,更便于整体移运或模块化移运 ,从而可大大提高浅井钻井施工的综合效率。简要回顾了可变位钻机的发展历程 ,重点介绍了产品的性能特点 ,并与其它常规钻机的性能做了对比。     

支持套管钻井的液压钻机

用油田套管边钻边封隔井眼,是一项能够降低钻井成本的重大技术进步。文中概述适合套管钻井的液压钻机及其设计特点和相关设备,包括：（１）套管钻井系统以及４台新一代钻机／操作系统的改进情况;（２）采用模块化和液压动力系统的３台混合型钻机和１台套管钻钻机;（３）可编程逻辑控制系统;（４）绞车、顶驱装置、泥浆泵驱动系统,转盘及电力系统。最后回顾４台新一代钻机的现场作业情况。     

山地模块化地面钻机关键技术研究

针对山地复杂地形矿区,大型车载式地面钻机无法直接驶入钻场施工的难题,研制了山地模块化地面钻机。对该钻机的倍程式给进机构、给进机构液压系统、双马达动力头和可翻转式提引卸扣器等关键技术进行了研究,采用理论计算、结构设计和模态仿真分析等方法,实现了给进油缸小行程情况下给进行程的放大、给进速度的稳定可调以及动力头旋转在高低速模式下无级变速等功能,提高了山地模块化地面钻机加接钻杆工效。同时,在钻机整体方案设计时采用了模块化设计的思路,可实现钻机的模块化拆解搬迁,大大提高了钻机适用性。山地模块化地面钻机能够用于山地复杂地形及通行路况差的煤矿区地面施工,可降低施工成本,提高钻进效率。该钻机为山地复杂地形矿区地面钻井施工提供了装备支撑,并为以后同类型设备和技术研究提供了参考依据。     

国外钻机技术现状及我国的发展策略

概述了近几年来国外钻机技术的发展现状,指出国外钻机的发展趋势是高度自动化和智能化、高度模块化和移运便捷化、能力配置强大化、钻机形式多样化以及小型化和轻型化,同时介绍了激光钻机、海底钻机和齿轮齿条钻机的技术现状。对于我国钻机技术的发展,提出以下建议:①陆地深井超深井钻机宜加速完善、快速升级;②继续发展大模块拖挂钻机;③重视研发液压钻机;④大力发展连续管钻机;⑤适度发展斜井钻机和直升机吊装钻机;⑥搞好极地钻机开发;⑦加速研发深水海洋钻机。     

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。     

自动化钻机管柱输送控制系统的研制

为确保自动化钻机管柱输送系统的稳定性与安全性,提高管柱输送的效率与定位精度,达到管柱无人自动化高效输送的目的,研制了自动化钻机管柱输送控制系统。该系统通过DP数据交互实现动力猫道控制主站与输送机械手控制从站的融合;软件程序采用模块化的设计方法,各模块相互独立;输送机械手主臂采用主臂粗调与主臂精调联动互补方法进行速度控制,实现二者输出特性的互补。现场应用结果表明:自动化钻机管柱输送控制系统硬件运行稳定,有效避免了外部电气故障对控制部分的干扰与破坏;软件各模块间的抗干扰能力强、程序运行良好;管柱输送用时45 s,定位精度高于0. 2°,一次输送交接成功率大于95%,实现了管柱无人化高效自动输送。该控制系统各项技术指标均满足现场作业要求,具有广阔的应用前景。     

基于西门子3项控制技术的海洋钻机控制系统

概述了HZ19—2/3海洋钻机模块的结构及其与陆地ZJ70D系列钻机的区别。介绍了西门子(SIEMENS)人机界面(HMI)、可编程序控制器(PLC)、PROFIBUS-DP现场总线技术在海洋7000m直流电驱动钻机控制系统中的应用;电控系统的设计特点及网络控制系统软件、硬件的构成;监控系统的功能,控制系统的优点。HZ19—2/3海洋钻机通过了美国船级社的认证,2套钻机控制系统运行半年多来,性能优良,易于操作,对确保海洋钻井平台钻井安全、经济地运行起到了良好作用,标志着国产海洋钻机技术水平和开发能力有了新的提高。     

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。     

从ZJ45L钻机的优劣论机械传动钻机的研究方向

简述了我国石油钻机的现状, 认为我国石油钻机的设计制造水平上了一个新台阶。新型ＺＪ４５Ｌ型钻机是在吸取了国内外先进技术的基础上设计制造的机械传动钻机。这种钻机在模块化设计、整体密封式并车链条箱传动、井架、底座以及气动控制等方面具有明显的优点, 但也有许多尚需改进之处。最后根据ＺＪ４５Ｌ型钻机的优劣, 提出了机械传动钻机和旧钻机的改造升级以及研制新型钻机的基本方向。     

70DS型电动钻机泥浆泵动力系统改造

对电动钻机电气控制系统的简单增容．一直是施工现场所面临的重要问题。从钻井生产中所遇到的实际问题出发，设计出了一套可以满足实际生产需求的电动钻机钻井泵用动力切换装置。是解决问题的有效办法。该设备成本低、使用方便。值得推广使用。     

海洋轻型可搬迁式小模块化钻机钻井设备配套合理性研究及分析

通过对中海油康菲PL19—3钻机模块钻井设备的合理性和优越性分析,说明可搬迁式小模块化钻机在将来海洋石油发展上起到的重要性和推荐形式。     

轻型可搬迁式海洋钻修机模块划分方案研究

轻型可搬迁式海洋模块化钻修机模块划分方案是钻机设计的关键技术之一,模块划分情况直接影响到整个钻机的设计和建造。按照蓝疆号浮吊、滨海108浮吊和芝罘岛号浮吊的吊装能力,对SZ36-1Ⅱ模块钻机进行不同的模块划分方案分析。从建造的难易度、经济性以及搬迁的可行性等方面进行对比,确定适合轻型可搬迁式海洋模块钻机模块划分的方案,并对模块钻机的海上安装顺序进行了简要介绍。     

从ZJ45L钻机的优劣论机械传动机的研究方向

简述了我国石油钻机的现状,认为我国石油钻机的设计制造水平上了一个新台阶。新型ＺＪ４５Ｌ型钻机是在吸取了国内外先进技术的基础上设计制造的机械传动钻机。这种钻机在模块化设计,整体密封式并车链条箱传动,井架,底座以及气动控制等方面具有明显的优点,但也有许多尚需改进之处。最后根据ＺＪ４５Ｌ型钻机的优劣,提出了机械传动机和旧钻机的改造升级以及研制新型钻机的基本方向。     

中深井陆地钻机井架底座结构和发展方向

介绍了目前4000～7000m陆地钻机常用的井架底座结构形式，指出中深井钻机井架底座的发展方向是液压缸起升、模块化设计、井架和顶驱一体化设计，与先进的钻机移运技术相结合，减轻质量、提高移运性、减少安装工作量和安装时间。并对发展我国新型液压旋升式井架底座提出了建议。