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。     

石油钻机集成控制虚拟仿真培训系统的研制

石油钻机配套设备种类繁多,各设备操作方式多样,出于安全和效率等方面的考虑,司钻人员上岗前必须对钻机设备的操作进行培训。为此而研制了石油钻机集成控制虚拟仿真培训系统。该系统采用可编程控制技术和工业网络通信技术,将变频系统、仪表系统、顶驱系统和视频监控系统等组成集成控制系统。搭建了石油钻机智能化、集成化和信息化控制平台,引领了钻机集成控制的发展方向。系统采用集成控制与虚拟现实技术,通过主、副司钻一体化座椅实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,是一种全新、安全、高效的石油钻机司钻操作培训系统。该系统的研制对引导用户体验未来高度集成化、自动化和智能化的控制系统有着重要意义。     

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。     

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。     

石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议

为了提高钻井速度,缩短钻井周期,开展了石油钻机自动化和智能化技术研究,形成了一整套管柱自动处理系统技术,实现了管柱输送、建立根、立根排放和井口作业的自动化和智能化。同时进行了钻机集成控制系统的研究,采用现代先进技术,将石油钻机变频系统、仪表系统、顶驱系统、视频监控系统和管柱处理系统等组成集成控制系统。应用"一键多能,多键协作"的理念实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,完成了双司钻集成控制平台开发。克服了常规钻机配套的各子系统相互独立、配置重复的缺点,搭建了石油钻机自动化和智能化控制平台。最后对石油钻机未来的发展方向提出了几点建议。     

ZJ40CDY斜井齿轮齿条钻机液压顶驱的研制

为满足斜井齿轮齿条钻机的特殊作业要求,研制了ZJ40CDY斜井齿轮齿条钻机。其中配置的DQ250Y液压顶驱采用低速大扭矩空心轴马达直接驱动主轴进行钻井作业,配备管子处理系统以高效完成管具处理。其主马达液压控制采用闭式系统,两挡切换,可实现转速和扭矩的精确控制。另外还通过增加吊环倾斜支撑臂,有效解决了斜井作业时顶驱吊环后摆问题。现场试验结果表明,该顶驱的各项性能指标均符合设计要求,能很好地满足斜井齿轮齿条钻机的工况要求。该产品的研制成功为特种作业钻机配置适用顶驱提供了新选择。     

ZJ40/2250DBG低温轨道钻井装备的研制

为满足俄罗斯油气田丛式井低温钻井作业的需求,研制了ZJ40/2250DBG轨道钻井装备。该钻井装备主要由轮轨式移运装置、底座、井架、钻井液净化系统、机泵组、控制系统以及井口工具等组成。整套装备和附属设备安装于交互式可续接的专用轨道上,通过装备自身液压动力驱动,按照设定的方向整体沿轨道滚动平移,实现作业区内丛式井的钻井作业。该装备利用工业网电动力,经交流变频驱动绞车、转盘、钻井泵和顶驱系统,其井架及底座均配套液压+机械式专用调平机构,确保钻机工作时井口对中。钻机适用于-45℃低温作业,与常规拖拉式和步进式钻机相比,其移位速度更快、工作效率更高。     

深水平台钻机技术现状与思考

介绍了深水平台钻机的关键设备——绞车、井架、管子处理设备、转盘、顶驱、钻井泵、升沉补偿装置的技术和特点。对全球深水平台钻机的数量、分布以及设计、制造公司的情况进行了统计。分析了我国深水平台钻机的技术现状,并指出了其与国外的差距。提出应开展深水平台钻机作业流程、水下设备、绞车、钻井泵、转盘等常规设备的海洋化、升沉补偿装置、定位系统、集成控制技术等方面的研究,以促进我国深水平台钻机的发展,适应市场需求。     

钻机自动化管具处理系统研究

传统的钻机管具处理方式耗费时间长、安全风险高、劳动强度大。鉴于此,针对管具处理系统的模块化和自动化等方面展开研究,开发了一种由管具处理机械手、自动化钻杆盒和电液控制系统等组成的钻机自动化管具处理系统。该系统由PLC按设定的程序进行顺序控制,自动完成排管、抓管和送管等一系列操作,与顶驱、动力大钳和自动卡瓦配合基本实现由1名操作人员通过计算机控制管具处理的全过程。现场应用结果表明,自动化管具处理系统可以显著减轻工人的劳动强度,施工由4~5人减少至1~2人,实现了管具处理的井架无人化和井口无人化作业,操作灵活,性能优越可靠,具有广阔的应用前景。     

钻机液压小绞车两地控制液压系统设计

钻机液压小绞车是用来提升和下方钻井工具的专用设备。在钻井施工过程中,有时需要在司钻房外的坡道大门处对液压绞车进行操控,这就要求绞车的液压控制系统必须满足两地控制。通过对液压绞车工作原理的分析,提出了绞车两地控制液压系统设计的关键点。为了满足液压绞车两地控制的要求,在一种液压控制梭阀设计的基础上,又设计了绞车两地控制的液压系统。通过在现场实际作业工况下开展应用,该控制液压系统的功能性得到了验证。     

小直径连续管作业设备电液集成控制系统优化

鉴于目前国内排水采气设备的现状以及橇装式小直径连续管排水采气作业设备的需要,研发了小直径连续管作业设备电液集成控制系统。该系统以达到小直径连续管作业设备微型化总体结构为目标,对液压系统采用模块化、集成化设计;对电器控制系统采用自动化设计;对数据采集系统采用数字化设计和显示。通过模拟井试验,证明该系统结构紧凑,操作简便,自动化程度高,应用效果好。     

新型小型化顶驱关键技术研究与应用

随着页岩油气非常规资源勘探开发不断深入和智能钻井技术的不断发展,对钻井动力设备的要求越来越高,文章研发了适用于40钻机的新型小型化顶驱设备,对小尺寸顶驱主机设计、低故障率的电液控制系统设计、主轴旋转控制技术等关键技术开展了攻关与研究。首创采用单编码器双通道的控制方式,建立了矢量调速闭环控制模型,创新的设计了承载梁扶正机构新型提升系统,实现了顶驱小型化、扁平化的目标,减少了0.55 m的顶驱高度。通过在47口井的现场应用,验证了装备的可靠性。相比于常规钻机顶驱提高了约30%的钻完井综合作业效率,提高了40钻机作业能力,已成为大庆油田中浅层定向井、页岩油气藏水平井施工的重要钻井动力设备,具有较好的推广应用前景。     

海洋模块钻机钻井仪表和电控系统集成优化技术研究

随着海上油气开采的不断深入,模块钻机自动化程度越来越高,开展钻井仪表和电控系统集成优化研究具有重要意义。介绍了海洋模块钻机控制技术现状,并在此基础上进行深入研究,提出了一套以PLC控制技术为基础,将钻井仪表系统、泥浆泵控制系统、绞车电控系统及顶驱电控系统集成为一体化电控系统的优化方案,可为同类海洋模块钻机的设计提供借鉴。     

海洋平台连续起下钻钻机及关键设备研究

针对当前常规海洋自升式钻井平台钻井作业采用间歇起下钻方式存在的起下钻作业时间长、井下复杂情况多等缺点，提出了一种全新概念海洋自升式钻井平台的连续起下钻钻机，完成了连续起下钻作业流程确定、立根长度确定、连续起下钻系统、排管机、集成控制系统等关键技术和设备设计。该钻机配套常规顶驱，通过采用新增连续起下钻系统设备，改进排管机和集成控制系统的方式实现连续起下钻作业，实现在高位进行钻柱提放、管具上卸扣、钻井液收集等功能，最大起下钻速度可达2 160 m/h，与现有钻机相比，能够大幅提高钻井作业效率，降低井下压力波动，技术跨度相对较小，具有较好的可应用实施性。     

LZ900/73-3500型连续管复合钻机研制

现有的连续管钻机不能使用常规管柱进行作业。依托国家科技重大专项课题,研制了LZ900/73-3500型连续管复合钻机,突破了轻量化注入头、下沉式滚筒、三折叠液压导向器、伸缩式门型井架、电液一体化集成控制系统等关键技术。现场试验表明,该钻机既可使用连续管,也可使用常规管柱,可进行钻前准备、井筒处理、钻进以及钻后完井作业。采用模块化结构,一体化运行,提高了侧钻井全过程的作业效率,并降低劳动强度、节省成本。     

DQ40BC交流变频顶部驱动钻井装置研制与应用

在借鉴DQ70BS顶驱成功经验和成熟技术的基础上,开发了DQ40BC交流变频顶部驱动钻井装置。这种装置是一种机电液信息一体化的钻井设备,由动力水龙头、管子处理装置、导轨与滑车、液压传动与控制系统、电气传动与控制系统,以及辅助装置等部分组成,满足4000m钻机的使用要求。武-1井是采用多项世界先进钻井测井技术的羽状分支井,新研制的DQ40BC顶驱在该井首次使用,在钻井作业中表现优异,经受了严峻的考验,圆满完成了钻井任务。     

不同类型水下生产控制系统设备可靠性对比分析

为了给海上油气田开发方案的制定提供参考依据,有必要对比分析不同类型水下生产控制系统设备的可靠性。以直接液压控制系统、先导液压控制系统、复合电液控制系统为研究对象,分析三种不同类型水下生产控制系统的结构组成及功能特点,采用可靠性框图方法建立了三种不同类型水下生产控制系统设备的可靠性模型,并根据设备或部件的串并联关系计算了三种类型的水下生产控制系统设备的可靠度。分析结果表明:直接液压控制系统中液压控制板的可靠度最低,先导液压控制系统中SCM的可靠度最低,复合电液控制系统中MCS的可靠度最低;复合电液控制系统可靠度最低,直接液压控制系统可靠度最高。因此,应针对薄弱环节进行性能改进,提高水下生产控制系统的可靠性,并在满足系统响应速度、水下生产系统布局等要求的前提下,优先选择可靠性高的水下生产控制系统。     

ZJ30/1800DB自动化钻机的研制

为了提高钻机自动化、智能化操作水平,提高操作安全性,改善作业环境,研制了ZJ30/1800DB自动化钻机。该钻机通过配置动力猫道、轨道式铁钻工、二层台自动井架工和液压吊卡等管柱自动化处理设备,并采用钻机集成控制系统和双司钻智能控制平台,实现钻杆、钻铤和套管等钻井管柱的输送、建立根以及管柱排放的自动化作业,形成了自动化、安全、低作业强度的钻具处理模式。试验结果表明:该钻机输送系统和建立根系统可完成最大φ340 mm的管柱处理要求,立根排放系统可完成最大φ203 mm钻铤及钻杆的排放要求。该钻机的研制成功可为国内自动化钻机的设计研发和现用钻机的自动化改造提供思路。     

齿轮齿条钻机用DQ250Y型液压顶驱研制

为齿轮齿条钻机研制了DQ250Y型液压顶驱,其动力传动系统采用空心轴马达直接驱动主轴,无减速箱及其稀油润滑系统。顶驱上、下运行过程中使用齿条作为导轨,能够主动施加钻压,依靠销轴传感器检测悬重等参数,特别适用于水平井、大位移井的钻井作业。液压控制系统为闭式系统,可两挡切换,实现高低速传动。测试结果表明:各项参数均满足现场使用要求,具有推广前景。     

不压井设备用平衡绞车控制系统研究与开发

结合不压井设备的现场工况和实际作业特点,研制出一种新型的平衡绞车控制系统。该控制系统可实现不压井设备的举升系统,在上提及下放油管的不同工况下,平衡绞车带管柱及重物的随动控制功能,并实现在起下不同位置时,平衡绞车对起下管柱及重物速度的精确控制及随动悬停。