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。     

8 000 m四单根立柱自动化钻机研制

目前,石油钻机多采用三单根立柱进行钻井作业,管柱处理多以手动操作为主。为了提高钻井效率、降低钻井成本、改善工人作业环境、提高钻井作业安全性,研制了8 000 m四单根立柱自动化钻机。从钻机总体方案、关键系统方案、关键技术及试验等方面对该钻机进行技术分析。通过试验证明,8 000 m四单根立柱自动化钻机适应能力强、自动化程度高、作业效率高、作业安全。该钻机为石油勘探开发提质增效提供了有力的装备保障,具有良好的推广价值。     

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。     

柴油机—钻机工作稳定性分析

在分析柴油机工作特性和钻机工作机载荷—速度特性的基础上,阐述了柴油机驱动钻机系统的稳定工作条件,指出影响整个系统稳定工作的主要因素是柴油机扭矩外特性刚度、柴油机的调速方式和钻机工作机特性载荷指数。     

钻杆立柱排放机械手设计及有限元仿真分析

为减轻石油勘探钻井过程中起吊排放钻杆立柱时的劳动强度,提高生产效率,设计了钻杆立柱排放机械手。设计了齿轮齿条传动与蜗轮蜗杆传动相组合的平移回转机构,以及平行四边形四连杆机构和变型椭圆仪机构相组合的伸缩机构,并对伸缩机构进行了受力分析,确定了伸缩机构运动过程杆件受力变化情况。对机械抓手进行了原理设计和力学分析,建立了机械抓手三维实体模型,并进行了运动分析和有限元强度分析。分析结果表明,伸缩机构各杆件受力极限值得到确定;机械抓手运动符合设计要求,最大变形量为0.13 mm,最大工作应力约为124 MPa,小于材料屈服极限,满足设计要求。     

深海球阀屈曲稳定性影响因素数值模拟分析

为保证深海球阀在压差和其他外载荷存在时不发生局部屈曲失稳或整体屈曲失稳现象,对深海球阀阀体屈曲稳定性影响因素进行了研究。利用ABAQUS有限元数值模拟软件,基于屈曲理论和稳定性理论,分析内压、阀杆孔洞和壁厚等因素对深海球阀阀体的屈曲稳定性影响。模拟结果表明:内压的存在使阀体可承受更大的外压载荷;阀杆对阀体孔洞具有补强作用,带阀杆阀体的临界载荷大于无阀杆阀体的临界载荷且小于完整圆柱壳的临界载荷;随着壁厚的增大,临界载荷值也增大。研究结果可为其他深海类阀门屈曲稳定性分析提供参考。     

3200m钻机前开口井架整体稳定性分析

用局部结构具有柱型铰的三维空间刚架系统的力学模型和线弹性稳定理论,对3200m钻机前开口井架的整体稳定性进行的分析计算表明,井架的最小安全系数为2.83,大于许用安全系数2.2,能确保井架的稳定性,为前开口井架提供了设计数据。     

受初始几何缺陷影响的管线管非线性屈曲分析

采用弹塑性有限元法,结合非线性屈曲理论,分析了受初始几何缺陷影响的管线钢管在内压作用下的非线性屈曲。在分析中考虑了内压和管体缺陷等因素的影响。结果表明,考虑几何缺陷的有限元模型能够较好地模拟实物试验的屈曲载荷和屈曲形态。     

基于ANSYS的钻机滑靴接触非线性分析

钻机轨道式移动装置在使用钢制滑靴移运过程中易出现导轨损伤,影响钻机整机工作效率。为此,采用ANSYS软件对钻机移动装置导轨大梁与滑靴进行了非线性接触分析。通过3种工况研究了该接触问题的主要影响因素及其各自的影响程度。研究结果表明:运用ANSYS的接触分析方法模拟滑靴与导轨大梁之间的接触,可获得较理想的结果;滑靴的弹性模量是滑靴与导轨大梁接触分析的主要因素;滑靴与导轨大梁之间的摩擦因数对大梁的应力、滑靴与大梁的接触摩擦应力也有一定的影响;相比之下,弹性模量比摩擦因数的影响更大。所得结论对钻机导轨及滑靴的设计有一定的指导意义。     

陆地钻机立根排放系统研究现状分析

在介绍国内外陆地钻机立根排放系统发展现状的基础上,对立根排放系统进行了技术分析,主要包括悬持式、推扶式、悬持与推扶相结合3种立根排放系统,并对3种立根排放系统进行了对比,其主要不同在于对井架载荷的影响、工作效率与安全性以及钻机配套适应性。开发立根排放系统需攻克的关键技术有排放模式及载荷分析、控制系统设计以及系统安全性设计。最后建议加快悬持与推扶相结合的立根排放系统开发,并注重系统的安装、维护和搬家方便性。     

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。     

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。     

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。     

自动化管子处理装置在海洋钻井作业中的应用

在现代海洋钻井过程中,管子处理作业占的比例大。安全快速、稳定高效、作业连贯的管材钻具处理系统是保证钻井平台（钻井船）整体安全稳定的前提条件,同时也是提高海上钻井作业效率、降低钻井成本的重要措施。在论述海洋钻井作业要求及管子处理装置的研究发展过程及其应用的基础上,以美国国民油井公司管子处理装置为例,详细阐述了海洋钻井作业中管子处理系统的各个作业流程及装置结构特点。     

海洋钻机钻杆自动排放系统控制方案设计

对钻杆自动排放系统驱动装置的液压及电气控制方法进行了设计和分析,绘制了电气及液压控制原理图,并合理选择了主要电气和液压元件。