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。     

井架排管机器人研制

排管机器人用于在二层台排放架与井口之间抓取与排放钻杆,是钻井平台钻杆自动排放系统中最为繁忙的装置,在提高钻井安全性及经济性方面发挥着重要的作用。介绍了井架排管机器人的总体机械结构及主要技术参数、液压控制原理。本设备适合于X-Y型排管架结构,具有结构简单、操作灵活可靠、运动稳定、操作空间大等优势,适合于陆地橇装钻机平台、海洋钻机平台立根自动排放操作。     

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。     

二层台机械手伺服驱动和控制系统开发

为解决极寒地区石油钻机二层台机械手液压驱动装置控制精度低、响应滞后、系统运行特性易受外界环境影响及维护成本高等问题,全新开发了一种二层台机械手伺服驱动和控制系统代替常规液压驱动装置。基于CoDeSys平台开发了伺服装置的多机构协同运动控制程序,并基于常规钻机控制系统所用的PORTAL软件平台开发了上位机操作系统,实现了对外数据的无缝对接和内部变量的实时处理。应用PROFINET总线网络实现了所有控制模块的数据实时、稳定传输。在油田现场应用过程中,安装该系统的二层台机械手加、减速操作与设备动作呈线性关系,动作响应时间短于1 s,控制精度达到±2 mm,完成一个循环周期的工作时间短于43 s,无噪声、无污染。该伺服驱动和控制系统的研发满足了二层台机械手的使用需求,适用于油田作业工况,达到现场工艺要求。     

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。     

在役钻机管柱自动化排放装置配套技术研究与应用

在石油钻井作业过程中,起下钻和单根钻进扶管等工作需要井架工在二层台高空作业,内外钳工在钻台面配合作业,实现立根在井口与二层台及立根盒之间移动、排放。为提升钻井效率,降低钻井工人的劳动强度,研究了一种适用于在役钻机的管柱自动化排放装置。该装置利用电动二层台扶管机械手、液压吊卡和钻台面机械手配合作业,可实现立根的自动移送、排放,取得了良好的应用效果。     

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。     

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。     

海洋钻修机二层台自动排送管系统基本设计

随着海洋钻修井装备智能化、自动化、集成化技术的发展,以二层台自动排送管系统代替井架工实现二层台无人化作业的需求日益增加。根据二层台自动排送管系统的配置及工作原理,采集渤海海域海上平台油水井基础数据,从二层台设计、机械手设计、液压吊卡及气动卡瓦选型设计、集成控制系统设计等4个方面阐述二层台自动排送管系统的基本设计方案,对其在海洋钻修机的推广应用具有重要意义。     

修井机二层台排管机械手虚拟样机设计

为减少修井机二层台井架工的工作强度,设计了一套二层台排管机械手,用于替代人工完成危险的高空起下钻作业。借助仿真分析软件ANSYS Workbench,分析了机械手在取管、送管过程中危险时间点时主要结构件的受力状况,以便及早发现和解决问题,为后续设计中的动力选型、结构改进提供数据支撑,并缩短了设计周期。     

橇装式钻机钻具排放机械臂设计与仿真

为适应小型橇装式钻机钻具排放自动化技术的发展需要,采用现代机械设计理论和UG三维设计软件,以大庆-30钻机为研究对象,设计了新型橇装式钻机钻具排放机械臂,并应用UG软件对机械臂的机构模型进行了运动仿真分析。该机械臂由底座、回转支承、支撑臂、前伸臂、连杆、变幅液压缸和末端机械手等组成,采用铰链式四连杆结构设计,运动副都为转动副,承受压力小,不易磨损,并且占据平台空间小,不妨碍其他作业;同时机械臂组成机构多为杆,造型简单,易于后期加工获得较高的精度。仿真分析结果表明,末端机械手在运动时基本沿工作方向水平移动,速度平缓,满足立根的排放和接单根工作要求。     

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。     

钻机二层台管柱自动化系统研究与前景分析

本文针对二层台安全自动取排管系统优化升级技术研究技术进行研究,并对现有设备进行升级和改造,研究一套专门用于钻机二层台管柱安全自动取排管系统,通过论证、研究确定总体实施方案、总体目标,进而对各项任务进行系统的研究,确定二层台安全自动取排管系统优化升级技术研究技术的方案及技术指标,再结合现场应用实际需求,确定钻机二层台管柱安全自动取排管系统的优化升级设计方案,该系统具有远程控制、控制精准高、多重互锁及多重安全监控等特点,可以最大限度地保障现场二层台管柱取排管工作的安全性和可靠性,减轻井架工的劳动强度。     

宝鸡石油机械有限责任公司

<正>宝石机械研制的管柱自动化系统适用于3 000～9 000 m各种钻深的钻修井机,涵盖了单根、双单根、三单根、四单根作业模式,产品作业地涉及国内外多个区域,并延伸到海洋。管柱自动化系统主要设备包括:(1)动力猫道,主要有拉升式、鼠洞举升式、大门举升式和水平动力猫道4种形式;(2)铁钻工,主要有伸缩式和轨道式两种形式,最大卸扣扭矩可至200KN·m;(3)二层台排管装置,按照立根排放方式主要有悬持式、推扶式、组合式三种形式,推扶式     

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。     

管子自动排放系统

据PetroleumEngineer报道，一美国Varco公司研制成一科SRS－2型星形管子排放系统，兼有铁钻工功能，除了起下钻作业外，还能将钻杆立根和钻挺从立根盒移到井口或从井口移回立根盒，在起下钻时不需要井架工和台面钻工。这套系统包括1根可正反旋转180”的立柱总成、2根移放臂（上     

推扶式管柱自动化处理系统研究及发展建议

介绍了推扶式管柱自动化处理系统的主要特点、主要技术参数以及主要设备的油田现场应用情况。根据铁钻工、二层台机械手、动力猫道、司钻集成控制系统和钻台机械手等的现场应用情况,阐述了推扶式管柱自动化处理系统的优化情况,并给出了优化后的应用效果。归纳了推扶式管柱自动化处理系统的主要技术创新点,对当前国内钻机的管柱自动化处理系统设备应用提出了4点发展建议。     

SPR-6钻柱自动排放装置的研制

传统石油钻机在排放和输送钻柱作业过程中需要井架工在二层台从事高空作业,危险系数高,劳动强度大,作业效率低。鉴于此,研制了SPR-6钻柱自动排放装置。该装置主要由上部机械手、下部机械手和电液控制系统等部分组成,通过集中控制,实现上部机械手和下部机械手的同步联动,达到抓取、移动和排放钻柱的目的。试验结果表明,SPR-6钻柱自动排放装置结构设计合理,定位精度高,操作灵活,运行平稳可靠,减轻了工人的劳动强度,提高了钻井作业安全性。该装置实现了钻柱排放作业自动化和无人化操作。     

陆地钻机用二层台管具排放系统设计

根据目前钻井施工对管具排放作业安全性和作业效率的要求,结合当今管具排放技术领域的发展趋势,提出了一种紧凑型管具排放自动化系统的设计方案。该系统由机械臂总成、机械手总成、滑车总成、纵向传动系统总成、走台总成等子系统组成,可直接安装在现有陆地钻机的二层台上。系统采用全液压驱动方式,具有轻便、结构紧凑、作业效率高、现场施工安全性好、安装与拆卸方便、维护成本低以及与现有钻机适应性好等特点,可满足钻机起下钻作业时管具的夹持、提升和排放等作业需要。     

大型结构物同步位移控制系统

大型结构物的称重、顶升、平移、旋转是通过对多个液压千斤顶同步控制得以实现。大型结构物往往存在重量分布不均、支点跨距大、结构刚度不同等特点。在称重、顶升、平移过程中需要进行计算机同步控制,实现结构物的平稳顶升、下降、平移、旋转。大型结构物同步位移控制系统以工控机为核心,基于现场总线技术对压力传感器、位移传感器、液压比例控制系统等设备进行网络监控,与对多个支点同步协调控制和结构物精确称重的基础上,成功地完成了大型结构物的称重、顶升、平移、旋转多例工程。该系统已在工程中被广泛应用。