司钻房爆炸载荷场景下的人员安全撤离分析方法

为有效降低井喷失控场景下人员的应急疏散风险,提出针对司钻房控制室爆炸载荷的安全撤离分析方法。首先,根据司钻房控制室载荷设计规范和布局,确定司钻房的爆炸载荷阈值;然后,运用多能法初步估计爆炸载荷阈值对应的等效气云体积,并构建井喷失控场景平台爆炸仿真模型,借助逆推法确定爆炸载荷的可燃气云体积阈值;最后,针对井喷重组分气体扩散过程的危险气云体积变化曲线,确定不同场景下的可用安全疏散时间T A,通过对比所需安全疏散时间T R,判断人员能否安全撤离。结果表明:所提方法可以针对多种井喷场景下的人员安全撤离给出指导建议,其中,井喷速率和风速对T A有显著影响,当风速增至7 m/s时可以保证司钻人员的安全撤离,而井喷速率的增加则会显著降低T A,当井喷速率>390 m/s时,会威胁司钻人员的安全撤离。

深水司钻法压井模拟计算

针对深水钻井井控的特点,考虑油、气相变,建立了深水司钻法压井过程中的多相流控制方程,并给出了具体的求解方法。模拟计算结果表明,随着循环流量的增加,节流管线摩阻迅速增加,而且不同尺寸节流管线摩阻之间的差距也随着循环流量的增加逐渐增大;动态安全余量随着泥浆池增量的增大而减小;第1及第2循环周的最大循环流量随着节流管线内径的减小而减小。第1循环周的最大流量随着泥浆池增量的增加而减小,而泥浆池增量对第2循环周最大流量的影响不大。在压井过程中,节流压力随着循环流速的增加而降低,实际应用时需要优化设计。

遗传-蚁群算法求解司钻控制室操纵器布局优化

在传统的计算机辅助司钻控制室布局设计中通常采用交互式输入和修改,不能以全局最优化的思想支持布局设计全过程,故将遗传-蚁群算法引入司钻控制室布局设计中.根据人的认知特性规律,总结出布局原则,并建立相应的数学模型,将布局原则以目标函数变量的形式作用于布局优化过程.从工业设计的角度,研究了面向司钻控制室操纵器空间几何位置布局优化的适应度函数、信息素和启发信息的表达形式,建立了遗传-蚁群算法应用于司钻控制室操纵器布局优化设计过程中的流程.以某型钻机控制台上的操纵器布局设计为例,进行了多目标优化计算,实现了布局原则量化并与算法结合,提高了设计效率.

深水司钻压井法安全压力余量及循环流量计算

深水司钻法是一种适应于深水井控的压井方法。针对深水钻井和井控的特点,给出了动态安全压力余量的求解方法以及静态安全压力余量的推荐值,并在此基础上给出了井控安全循环流量的求解方法。结果表明:在井深和钻井液密度窗口一定条件下,动态安全压力余量随着水深的增加而增大,随着泥浆池增量的增大而减小;节流管线尺寸一定时,两循环周的最大流量随水深的增加而增加;水深一定时,两循环周的最大循环流量随着节流管线内径的减小而减小;随泥浆池增量的增加,第一循环周的最大流量减小,而第二循环周最大流量不变;由于海水的低温会使节流管线摩阻增大,随着海水温度的降低,第一及第二循环周最大流量降低。

钻机司钻房电气柜正压防爆系统的分析与设计

分析了钻机司钻房电气柜的几种防爆形式,认为正压防爆形式最适合司钻房多个电气柜的防爆设计要求。阐述了司钻房正压防爆系统的设计原则及设计方法,并对组装完成的正压防爆系统进行了调试和试验。试验结果表明,司钻房电气柜正压防爆系统设计理论计算满足GB3836·5的要求,即司钻房符合用电设备在一级二区的防爆要求。最后指出了司钻房电气柜正压防爆系统设计制造过程中应注意的问题。

基于Fuzzy AHP的司钻控制房人机界面评价

为了对石油钻机司钻控制房人机界面进行科学的评价,在确定其评价指标的基础上,运用Fuzzy AHP(模糊-层次分析)综合评价法实现了定性指标的定量转换,建立了石油钻机司钻控制房人机界面评价模型,克服了评价的主观性。根据上述理论编制了评价系统,避免了评价过程中的大量人工数学计算。研究表明,利用该方法建立的评价系统可以方便有效地实现对石油钻机司钻控制房人机界面的评价。

钻机司钻集成控制系统技术现状及发展建议

当今的钻机司钻功能较传统钻机司钻大为增加,并可实时监测所有设备状态参数和钻井工艺参数。介绍了国外公司司钻集成控制系统的性能特点,包括NOV公司的Cyberbase系统和AMPHION系统、AXON公司的RigScope系统、CAMERON公司的OnTrack系统、JELEC公司的DID系统及BENTEC公司的infoDRILL系统。之后简要分析了我国司钻集成控制系统的发展现状和技术特点,就我国的司钻集成控制系统发展提出了3点建议,即应用物联网技术、大数据后台计算技术和"一健式"智能控制技术,使我国的司钻集成控制系统性能达到或超过国外同类产品。

浅谈我国石油钻机司钻控制系统存在的问题

从设计心理学和人机工程学的角度对国产石油钻机司钻控制系统进行调查,发现普遍存在问题。本着“以人为本”的设计理念,对设计发展方向提出一些建议。

深水井控司钻法压井模拟

陆地上的井控方法和压井模型目前已经比较完善,但在深水井控过程中,特殊的地层条件和长节流管线的存在,压井过程中时常因套管鞋处的地层破裂造成压井过程的失败。由于特殊的管路条件和温度环境,深水压井过程中的立压和套压的变化也不同于陆地,气体进入节流管线后套压迅速增大,这给井控的操作带来了较大的困难。在考虑了节流管线摩阻、气体的压缩系数及温度等参数变化对套压、立压的影响的基础上,以常规陆地司钻法为基础,介绍了深水压井排量的优化选择方法,通过计算机模拟给出了整个压井过程中的立压和套压变化曲线。这种改进的“深水司钻法”符合深水井控条件,对现场压井施工具有指导意义。

深水钻井司钻法压井过程中立管压力和地层受力变化规律

深水钻井地层破裂压力低、钻井液密度窗口窄,溢流时采用司钻法压井,往往未控制溢流却又诱发井漏事故。因此采用深水司钻法压井时地层受力显得尤为重要。考虑节流管汇影响,利用流体动力学,建立了深水钻井司钻法压井立管压力和地层受力计算模型,分析了深水司钻法压井中立管压力和地层压力变化规律,给出了司钻法压井过程中累计泵入长度对应的立管压力、套压、地层受力变化曲线,结合地层破裂压力极限值,确定压井过程中最优压井排量。对于压井排量和钻具组合相同的情况,司钻法压井时,套管鞋越深,套管鞋处地层受力越大;深度大的套管鞋位置出现最大压力时间要早于深度小的套管鞋位置;当天然气柱顶部达到井深某处时,某处地层受力最大;当天然气柱顶部达到井口时,套管压力最大,并且地层受力最大值总是早于套管压力最大值。

试论我国石油钻机司钻控制人性化设计

在对国内外石油钻机司钻控制房设计调查的基础上,指出我国石油钻机司钻控制系统存在的问题,将工业设计中"以人为本"的设计理念引入石油矿场设备设计中。提出具体的人性化设计方法,即对用户进行充分的设计调查以寻找用户对司钻操作的认知,建立中国数字人体模型作为满足人生理需要的设计依据,根据人机工程学理论并考虑人的心理认知,通过计算机辅助人机设计确定人性化操作空间,为建立国产石油钻机司钻控制房设计规范奠定了基础。

修井机司钻作业生物力学仿真与姿态舒适度评价

为更加准确地评价修井机司钻人员作业姿态舒适度,在生物力学分析软件AMS中构建了第50百分位的中国成年男子人体数字模型,并对司钻作业主要动作进行了逆向动力学仿真。以该动作相关肌群的肌肉激活度为评价指标,以坐高、靠背倾角、脚踏位置为变量,运用MATLAB软件对仿真结果进行拟合处理,分别构建了司钻作业姿态舒适度定量评价模型,为修井机人机工程评价及操作舱人机布置改进设计提供了可靠依据。

司钻法自动化压井系统试验研究

自动化压井是指计算机能够按照一定的控制原则独立完成压井的1种方法。为了验证自动化压井系统的可行性和平稳性,开展了多种不同程度的试验井气侵模拟,利用自动化压井系统进行司钻法自动化压井操作试验,成功实施了司钻法第1循环周压井。研究结果表明:自动化压井系统能够实时获取和分析溢流参数,迅速准确生成压井施工单,对节流控制箱实施远程控制并完成节流阀开度的调整;在不同气侵程度下,自动化压井系统能够按照压井设计曲线将立压稳定控制在目标值附近;在气侵气体向上运移和排出井口的过程中,井底压力波动远小于人工压井所产生的压力波动。该项研究基本验证了自动化压井系统在钻井井场应用的可行性。

基于CATIA V5的钻机司钻控制房人机分析

在对ZJ70D石油钻机的司钻控制房进行设计调查的基础上,运用CATIA V5的人机分析模块,根据产品性能并按照有关国家标准,建立了司钻控制房模型和中国成年人数字人体模型。运用男性第10百分位数字人体模型对ZJ70D钻机司钻控制房内的作业空间进行人机分析,从上肢空间伸展范围、姿态评估和RULA等几个方面进行评价,发现该型号钻机司钻控制房设计存在的问题,并对司钻控制房的设计提出了一些建议。

石油钻机司钻工作空间设计

在对国产石油钻机司钻控制房调查的基础上,本着"以人为本"的设计理念,结合人机工程学理论,对司钻控制系统中的显示、操纵装置进行了分析,并给出了便于人操作的合理空间尺寸。

司钻控制房视觉工效评价研究

针对传统视觉工效评价中人工计算和作图误差的问题,在分析人体视野特性的基础上,引入了汽车视野设计原理中的眼椭圆和H点,结合计算机辅助人机工程设计技术,建立了石油钻机司钻控制房视觉工效评价模型。以CATIA作为二次开发平台,采用VB编制了司钻控制房视觉工效评价系统,实现了准确和快速定位不同百分位数人体模型眼位。最后,通过实例说明了系统的实用性,满足了司钻控制房人机界面布局可视化评估的要求。

石油钻机司钻的H点研究

司钻控制房作为石油钻机的核心控制单元,其设计的好坏直接影响到司钻操作方式,从而影响整台钻机的生产效率和安全问题。针对国内司钻操作控制界面没有规范和行业标准,结合汽车界面规范SAE,提出石油钻机司钻H点的概念和相应的计算方法。H点的建立提供了人在舒适操作时尺寸定位的基准点,以此可以推出人的眼椭圆位置,确定人观察范围和手臂运动的最大伸及范围,对司钻控制房人性化设计具有重要的意义。最后通过计算机仿真证明计算结果与仿真结果吻合。

基于模糊理论的司钻控制房人机界面的综合评价

针对国内某厂生产的ZJ70D型钻机司钻控制房,应用模糊数学理论初步建立了司钻控制房人机界面的多层次综合评价模型,用分值集合来取代隶属函数,从人的生理和心理因素角度对司钻控制房人机界面设计进行了综合评价,有效解决了人机界面复杂因素定量化评价的问题。通过对某司钻房人机界面改进前后的方案对比和实践证明,该方法可行,效果良好。

石油钻机司钻控制房正压防爆系统分析与设计

结合石油钻机司钻控制房的使用特点,论述了整体正压防爆系统的设计原则及防爆流程规划。通过设计计算确定送风系统的风量、风压及风道尺寸,得到了整体正压防爆系统的基本参数,从而验证了司钻控制房整体正压防爆的可行性。

半潜式钻井平台司钻虚拟操作系统设计

虚拟现实技术为在虚拟的数字世界中给人类营造真实的自然场景、生成人类想要表现和操作的对象提供了极为有效的技术手段和方法,由于其在经济性和安全性方面突出的表现,使其成为目前处理高端复杂系统相关难题的有效解决方案。本文提出的半潜式钻井平台司钻虚拟操作系统设计的主要目标是设计用于深水钻机司钻操作培训的虚拟操作培训系统,以解决深水半潜式钻井平台司钻操作的培训难题。