适用于中低高度钻台的液压动力猫道系统设计

液压动力猫道一般适用于较高的钻台,而且适用钻台高度固定,调节范围有限;起升方式多为钢丝绳牵引式,稳定性差;需要人力辅助,未实现完全意义上的自动化。鉴于此,设计了一种适用于中低高度钻台的液压动力猫道系统。该系统采用刚性机械结构进行举升,对应不同举升高度,满足中低高度钻台举升要求;对旋转臂结构进行优化,使得系统更加稳定可靠;通过钻具架翻出机构,实现全自动化机械操作运移钻具。试验中,系统的举升液压缸运行平稳,举升高度误差在0.1 m范围内,这表明系统满足KY720钻机钻台高度举升要求,具有较好的应用前景。     

多适用性管柱自动化上下钻台装置设计研究

常规的动力猫道仅针对一种特定高度钻台,无法满足多种不同类型钻台的需求,而且自动化程度较低。设计了一种新型管柱自动化上下钻台装置,可适用于多种不同高度和类型的钻台,其自身和移运管柱的重力施加在其底座上而非钻台面上,实现了管柱上下钻台作业的全自动化。该装置主要包括可伸缩底座、第一输送单元、第二输送单元、支架总成等部件,无需与钻机底座连接,可自动调节管柱进入钻台面的角度,保护管柱接头。另外,还集成了提升大钩,可在地面和钻台之间搬运套管钳、稳定器、接头等工具。该装置的应用将会降低工人劳动强度,提高管柱上下钻台的效率和安全性。     

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。     

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。     

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。     

560kW快速移运钻机的研制

为提高钻机的快速移动性能,满足石油装备市场对快移钻机的需求,研发了560 k W全配套快速移运钻机。该钻机模块高度集成,具有现场拆装方便快捷和移运迅速等优点。该钻机配备整体拖挂钻台,可液压起放台体和钻台整体,司钻房和防喷器等可随钻台一起实现快速整体移运。钻井泵、电控系统及固控系统采用半拖挂车结构设计,可实现外围配套的快速移运及安装。在中东地区作业,拖挂钻台移运速度15 km/h,整套设备在10 km井场移运用时11 h,整体使用效果良好。该钻机的研制成功为钻台及外围配套,乃至成套钻机的快速移动设计积累了经验,也为类似设备的设计和使用提供了借鉴。     

ZJ30/1700CZ钻机钻台固有振动特性分析

采用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂开发设计的XJ30／1700CZ轻便钻机的钻台固有振动特性进行了分析。通过对钻台的结构分析建立了钻台固有振动分析有限元模型，给出了其固有振动频率计算结果。计算结果的分析表明，该钻机在不同设计转速下进行钻井工作时，钻台不会发生共振现象，并对该钻机的结构设计及使用提出了建议。     

录井现场信号远程传输的改进

在某录井现场为给钻台和公司代表提供实时的钻井工程和泥浆气测参数的视频传输，最初采用的方法是用_台模拟终端专门提供图形和参数的界面，然后用一个分屏器分别把视频信号传给钻台和公司代表办公室，即用视频信号线连接终端输出口和分屏器输人口，再分别用两根足够长的视频信号线连接分屏器两个输出口，另外两端分别扯出仪器房布置好线路并分别连接到钻台和公司代表办公室的两台显示器。由于从仪器房往钻台扯线需要大概20～30m的长度，往公司代表办公室扯线要40～50m的长度，因此还要保证视频信号线足够长。这种连接方法缺点很多，首先两根室外的视频线很粗、很长、重量大，使得布置起来很不方便，收起来的时候还占用较大空间。另外线路破损后修复较困难，买新的价格又很贵，更关键的问题是分屏器在使用几口井后就会烧坏内部元件而毁坏，买新的同样价格很贵。     

基于双犹豫模糊语言的自升式平台钻台布局研究

钻台设备布局的合理性决定了钻井平台的作业质量、效率和安全性。为实现钻台布局的量化表征和决策,在犹豫模糊语言和直觉模糊语言的基础上提出了双犹豫模糊语言决策方法,给出了权重未知情况下的钻台布局多属性决策方案。综合考虑钻台布局的技术性、经济性和可靠性,通过计算钻台各设备的属性权重,得到了各布局方案的量化评价指标,最终确定了平台的最优布局方案。     

自升式平台钻台锁紧装置载荷计算与受力分析

为避免平台在意外情况下倾斜时钻台滑移坠海事故的发生,在分析自升式钻井平台钻台结构特点的基础上,提出采用丝杠螺母锁紧方式进行钻台锁紧方案,并开展了钻台锁紧装置载荷计算与受力分析研究。以锁紧丝杠螺母为研究对象,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立其有限元分析模型,对平台在维持倾斜状态以及突然发生倾斜时锁紧装置的受力和承载进行计算分析。分析结果表明,在平台维持15°倾斜状态时,装置能有效锁紧钻台;平台突然发生倾斜时,运动惯性力随着倾斜速度加快而明显增大,当倾斜15°所用时间长于2.22 s时,装置能保证钻台的锁紧。     

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。     

TZJ40(B)直立井架拖挂钻机的研制

针对常规车装钻机井架需采用绷绳固定,对井场地质要求高,占用井场空间大,不能满足丛林、山地、丘陵、沙漠等特殊地区油气开发需要的问题,研制了TZJ40(B)直立井架拖挂钻机。该钻机配套井架为双节套装直立式可伸缩K形井架,前开口、无绷绳、液压伸缩、液压起放,井架与钻台直接连接,钻台增加了侧面支撑与台体斜撑,保证了井架的稳定性。有限元分析及试验表明,该钻机的最大钩载达到设计要求,各项指标均符合API相关规范,可满足114mm钻杆4000m的钻井能力。     

张力腿平台模块钻机井架设计及风动力学分析

针对流花油田TLP平台示范开发工程项目,开展了张力腿平台模块钻机关键设备应用研究。在分析3 150 kN井架设计要求的基础上,确定了井架的主要技术参数和结构方案,即采用单斜瓶颈式塔形结构,有效高度46.6 m。应用SACS有限元分析软件,在钻井作业工况、风暴载荷和拖航工况3种工况下对井架的强度和稳定性进行计算分析。结果表明,在钻井作业工况下,UC值最大为0.96,位于绞车侧井架上部立柱,小于允许值1.0。井架材料的综合利用率较高,结构设计满足API SPEC 4F规范要求。利用SACS软件对井架进行模态分析,井架低阶固有频率超过1 Hz,不属于风敏感结构。当风暴作用频率接近3.2 Hz 时,可能对井架产生共振破坏。     

浅海平台修井机井架设计

鉴于浅海修井作业工况与陆地修井作业工况存在较大差别，在设计浅海修井机井架时需考虑其特殊性。在对浅海平台修井机井架的工况特点和使用要求进行分析的基础上，采用了具有一定大门高度的三段式塔形井架结构，并用船舶甲板油漆涂料进行防腐。论述了此类井架的静强度计算方法和稳定性计算方法，以及电算试验方法。对计算结果和试验结果进行了对比，结果相吻合。     

基于传递矩阵法的齿轮齿条钻机纵向振动分析

将齿轮齿条钻机简化为线性链式连续多体系统,基于传递矩阵法建立了齿轮齿条钻机各个结构纵向振动的传递矩阵,运用矩阵乘法建立了钻机纵向振动的传递矩阵。分段计算了小车在井架不同高度和1~3km井深时纵向振动的1阶共振频率,并将模型的计算结果与软件的仿真结果进行了对比分析。研究结果表明:齿轮齿条钻机的系统振动频率主要取决于钻柱长度;井架的高度及升降小车在井架上的运动对钻机系统频率的影响很小,不会改变钻机系统的稳定性。研究结果对齿轮齿条钻机作业有一定指导作用。     

第七代超深水海洋平台钻机双井架的等强度多目标优化

为了解决第七代超深水海洋平台钻机双井架结构笨重、安全系数小、变形大和材料使用率低等设计不合理的问题,基于等强度理念对双井架进行了优化设计：参照API Spec 2C-2004标准并采用有限元法,分析了双井架在典型工况下不同杆件截面参数时的应力、位移变化规律;以双井架质量、最大应力、最大位移和不同高度段的应力差异程度为优化目标,采用单因素与响应曲面法进行杆件截面参数优化,获得了最优截面参数组合。研究结果表明：①初步设计的双井架在风暴自存工况下安全系数小于API Spec 4F-2013要求的1.67,最大位移大于规范允许值l/400,在井架的下支柱和顶部横杆处最危险;②双井架应力随高度升高而减小,在设计双井架时应偏向从低到高考虑杆件截面强度;③双井架最终优化方案满足各典型工况要求,较之于原方案,质量、最大应力、最大位移和不同高度段应力的最大偏差率分别降低16.18%、29.25%、29.35%、67.67%,提高了材料利用率。结论认为,采用单因素与响应曲面法相结合的等强度多目标截面参数优化方法,对于双井架结构参数优选和相关井架设计具有指导意义。     

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。     

ZJ30自紧绷绳钻机的研制

在XJ550自紧绷绳修井机的基础上,对ZJ30钻机进行了自紧绷绳创新设计。取消了传统的4根防风载绷绳设计,其风载绷绳固定在井架基础及折叠钻台绷绳支座上、内负荷绷绳固定在车架上、二层台交叉绷绳固定在折叠钻台绷绳支座上。主要优点是不再需要设置锚坑锚桩,因而占用的作业区域小,实现了钻井作业环保、安全、快捷、高效的目标。     

钻机井架的可靠性分析

对ZJ30/1700DB型钻机井架进行了静力结构分析,得到井架的应力和位移分布,由此分析该井架是否满足可靠性的基本要求。井架结构的可靠指标β能较好地反映出井架的承载能力,计算出井架的最小β值可判断井架的可靠性;井架整体失效概率采用失效函数计算,并分析出保护井架安全工作的措施。     

在用井架计算机模拟试验

使用年久的井架 ,会在其杆件和联结部位产生各种各样的缺陷 ,直接影响钻井作业的安全。为了正确评定在用井架承载能力 ,提出了一种井架计算机模拟试验中等效处理计算机数值模型的方法。以现场载荷试验的实测数据为基础 ,修正计算机中结构分析采用的井架数值模型 ,得到逼近被测井架真实结构的计算机数值模型 ,然后利用该模型在计算机上进行井架逐级加载试验。实例测试和计算机载荷模拟试验表明 ,这种方法可使井架的试验和分析更加全面、准确、可靠 ,而且适用于各种类型的井架。