陆地超深井四单根立柱高效钻机

目前传统陆地石油钻机多采用立柱长度为28. 5 m的三单根立柱进行钻井作业,为了实现超深井的钻井提速提效,采用立柱长度约38. 0 m的四单根立柱进行钻井作业,可以提高游车高速运行区段,减少钻机起下钻频次,提高钻井效率。从井架高度、绞车滚筒容绳量、井架起升系统、立根靠放可靠性及钻井钢丝绳选型等方面对四单根立柱钻机关键技术进行分析,得出解决关键技术的可行方法。现场应用结果表明:超深井四单根立柱钻机明显提高了钻井效率,缩短了钻机周期,比三单根立柱钻机全井起下钻综合提速15%左右。四单根立柱钻机的研制成功为复杂深井的钻井提速提效提供了新的技术支撑,其应用前景十分广阔。     

四单根钻机立柱排放稳定性非线性屈曲分析

四单根超深井钻机采用四单根立柱进行钻井作业,能够缩短起下钻时间和钻井周期,降低复杂事故发生的概率。为保证四单根钻机立柱排放的稳定性,从非线性的角度出发,采用有限元非线性屈曲计算方法,对不同规格尺寸的四单根立柱排放稳定性进行分析。分析结果表明:同一类型立柱,随着钻具直径的增大,其变形量逐步减小,稳定性越来越好;?127.0 mm及以上规格钻杆和加重钻杆、?158.8 mm及以上规格钻铤,采用四单根立柱,?127.0 mm以下常用钻杆和加重钻杆、?158.8 mm以下常用钻铤,采用三单根立柱,钻机增加三单根二层台;立柱的稳定性分析结果与现场实际变形相符。所得结论可为四单根钻机立柱的排放方案制定提供参考。     

4单根立柱钻机钻柱靠放分析

9 000 m 4单根立柱钻机采用陆地4单根超高立柱钻探模式替代3单根立柱钻探模式。对不同规格及长度钻杆靠放的稳定性及刚度进行了分析,依据钻杆排放特点建立了3单根立柱和4单根立柱有限元模型,分析了钻杆的轴向应力和最大侧向变形,并计算了不同规格立根从井口中心移位到根盒所需的扶(推)力,提出了4单根立柱排放方案。分析结果表明:直径大于127.0 mm的钻杆和直径大于120.7 mm的钻铤在4立根时按常规排放方式即可;直径不大于127.0mm的钻杆和直径不大于120.7 mm的钻铤需采用悬挂方式进行排放,或接3单根或2立根靠放在钻杆腰部支撑台上。所得的钻柱排放结论可为超高井架设计提供借鉴。     

超深井钻机创新技术及其发展趋势

针对塔里木盆地等复杂的地质结构区域,研发了适用于超深复杂井的8 000 m钻机和四单根立柱9000 m超深井钻机,对钻机关键部件进行了创新设计,对高承载井架和底座进行了优化,全新设计了采用压实股钢丝绳的一体化单轴绞车。采用了转矩和承载能力更大的转盘及其驱动装置、大功率高压钻井泵、智能化顶驱和兼容性强的顶驱下套管装置等。现场应用表明,相比于常规8 000、9 000 m钻机,设备成本可降低20%左右,钻井生产运行费用降低37%,而9 000 m四单根立柱钻机可降低起下钻作业时间20%以上,并在一定程度上规避了常规钻机在复杂地层压力控制难的问题。阐述了超深井钻机的优势和亟待解决的问题。     

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。     

我国管柱自动化钻机技术研究及发展方向

概述了钻机管柱自动化处理系统的技术现状,介绍了悬持式、推扶式、举升式和组合式管柱自动化处理系统的结构和性能特点。着重对国内目前已研制成功的4种管柱自动化钻机在现场应用及工业性试验等方面的情况分别做了描述。结合钻机自动化发展技术,提出今后石油钻机自动化技术将会朝着一键操作高效化、井下地质专家系统智能化和设备远程控制井场无人化3个方向发展。     

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。     

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。     

海底钻机及其研究进展

为节省钻井成本及避免海洋环境和恶劣天气对钻井作业的干扰,提出了海底钻机的概念。阐述了海底钻机的原理,介绍了国外2种海底钻机的结构、运作程序以及钻机关键设备的功能,对比分析了海底钻机与常规浮式钻井装备预期的经济效益。最后针对海底钻机国产化提出建议:国内应加强对海底钻机材料及自动化程度的跟踪研究;在石油工程相关领域的技术研发和装备制造过程中可以借鉴海底钻机模块化设计技术、加工制造技术、水下安装技术、智能作业技术以及远程控制技术等;国内可以从用于深水海底自动取样、浅钻设备入手,开始关键设备的研发试验。     

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。     

8000 m直流电驱动钻机绞车设计与分析

根据塔里木地区的井深特点,研制了8 000m直流电驱动钻机.分析了绞车的传动原理、功率配置原则.超深井钻机的提升能力和效率是重要考核指标,因此重点分析了该绞车的提升特性曲线.现场试验证明：该绞车满足了塔里木地区的钻井要求,效率高、安全、可靠、钻井成本低.     

石油钻机用防喷器装卸系统研制及应用

针对现代新型电驱动钻机的设计理念及现场要求,研制出了全液压控制、1人单工位操作就可完成钻机防喷器组吊装对中工作的防喷器装卸系统。介绍了该系统的结构、技术原理、实施方案,并着重从液压控制上对系统进行了详细的分析。现场试验及使用情况表明:该系统完全适应当前电驱动钻机的要求,利用该系统安装和拆卸防喷器组,省时、省力、安全、高效,具有较好的推广应用前景。     

钻井机械模块化设计研究

以模块化设计理论为基础，论述了用该理论设计钻井机械的基本思路。按总体功能将钻井机械分解成一些具有特定功能的模块。提出了用面向对象的框架结构实现模块库知识表达的方法，针对面向对象的Ｃ＾＋＋语言介绍了模块化设计时的知识组织策略，以及建立模块库所要补充的几个类定义。给出了模块化设计钻井绞车的一个实例。     

ZJ50/3150JD型钻机的研制与应用

ZJ50/3150JD新型机电复合驱动钻机继承了兰石ZJ45J型钻机成本低、操作维护简单的优点,同时解决了机械统一驱动钻机转盘转速与泥浆泵冲次相互制约、转盘动力爬台、驱动路线长等问题。该钻机结构简单、高效节能、自动化程度高,安全性、移运性好,是一种经济实用、性价比高的新型钻机。     

5000 m沙漠钻机固控系统的研制及应用

5 000 m沙漠钻机配套的固控系统普遍存在的问题是系统冗余性能较差、零排放系统不达标以及无法实现快拆和快装。为此,对该固控系统进行了优化设计。优化了管路设计,保证了混合泵、灌注泵吸入性能和冗余功能;快速开关海底阀的设计省力、省时、方便、快捷,利用海底阀实现罐间液位的快速平衡和搬家前的快速清罐。改进了振动筛罐的结构,满足了同一口井交替使用水基钻井液和油基钻井液工况,快速切换钻井液而不影响正常钻井。多功能钻井液储备系统的钻井液罐的通用性设计,满足油区的调配要求;同时自混合功能省去了搅拌器,节约能源、降低成本。已经有34套固控系统参与到沙膜钻机的钻井作业中,最多的已经完成15口井的作业,最少的也已完成1口井。油田现场应用结果表明:固控系统性能稳定、搬家便捷、操作方便,完全满足中东沙漠地区的使用环境。     

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。     

连续油管钻机现状和发展趋势

在总结连续油管钻井发展历程的基础上,对常规连续油管钻机、复合连续油管钻机和连续油管旋转钻机的结构形式和工作原理进行了介绍,并对连续油管钻机的发展趋势进行了分析。分析认为,连续油管钻井技术能实现安全、高效、低成本开发油气藏的目的,具备易于实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势。预测连续油管钻机将成为21世纪的主要钻井装备。     

ZJ70L型钻机动力系统技术改造方案

塔里木地区的油气埋藏深,地质构造复杂,要求钻井设备有充足的功率储备。ZJ70L型钻机配有3台1000kw的柴油机,不能满足塔里木地区的钻井需要。对ZJ70L型钻机动力系统进行技术改造,即,增加1台柴油机,将三联动整体传动箱改为四联动整体传动箱,以提高钻井效率和钻机处理井下事故的能力。