钻具粘滑现象分析及软扭矩系统在长北气田的应用

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而"憋停",当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放,这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动,容易引发金刚石钻头崩齿,从而缩短钻头寿命,也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效。钻具的粘滑跟井下钻具组合和所钻地层岩性有关。粘滑现象是一种阈值现象,即低于临界转速粘滑就会发生。软扭矩系统针对粘滑现象作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑。该系统在长北气田进行了推广应用,从源头上消除了钻具粘滑现象,保护了钻头和井下仪器,应用效果良好。

软扭矩系统

软扭矩旋转系统是用来防止由于钻柱共振和卡钻而引起钻柱或下部钻具组合扭断的。该系统对钻柱的辰皮和旋转振荡波产生一种电抗方式，缓冲释放钻柱的抗扭振动，以避免瞬时的过高扭矩而造成钻具扭断。该系统在各种条件下的缓冲工作性能是根据整个旋转系统建立的一个数学模型的确定的，系统有微处理器辅助调节功能，主要由处理控制器、司钻控制盘、传感器及一些连接部件组成，介绍了该系统的工作原理、特征。

基于Profinet网络的软扭矩控制系统

软扭矩控制系统采用高性能PLC和现场网络总线PROFINET作为主控装置,配以钻机电控系统交流变频装置,结合钻井过程动态参数,完成钻井过程防卡钻、防脱扣以及提高钻井效率等功能,同时该系统也能快速消除钻柱扭转的振动振幅,在钻井过程中保持速度稳定。

基于二自由度预测模型的软扭矩控制方式

针对软扭矩控制方法在控制钻杆钻井过程中难以预测角位移和角速度的情况,提出一种基于二自由度预测模型的软扭矩控制方式。该方法采用扭摆模型来分析非线性振动规律,建立钻杆钻进方程,利用钻杆在不同位置转动惯量的不同,将三自由度钻柱模型简化为二自由度钻柱模型,并将两种模型在模拟数据中进行比较。实验表明,该软扭矩控制方法方式可以简化并替代复杂的非线性运动方程,具有更高精度的控制结果,从而实现更高的性能。

北石第二代顶驱软扭矩系统升级介绍

软扭矩系统可以广泛应用于各个钻井现场,特别是在钻井扭矩波动较大的钻井现场。利用相关软件及参数,软扭矩系统可以有效的降低钻进扭矩的波动、提高钻井效率、降低钻井卡钻风险。钻井防止钻头出现“粘、滑”现象,对保护钻具、顶驱传动部件都有积极作用。北石第二代软扭矩系统由壳牌授权,在适用范围以及使用方便性上有了很大的改进和提升。本文以GW145队钻井现场为例,一开始使用EP软扭矩,但是EP软扭矩由于设计原因在某些工况下无法正常使用。由于GW145队钻井现场的高钻压,高转速导致EP软扭矩系统使用效果并不明显,转速和扭矩波动甚至超过顶驱正常钻进导致现场无法继续使用。

软扭矩技术在现场钻井作业中的应用介绍

在钻井作业过程中,粘滑振动容易引起钻具损坏或脱扣,加剧钻头磨损和卡钻等现象发生。软扭矩系统针对粘滑现象的作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑,在顶驱上设置软扭矩系统,监测井底钻具情况,并保持井底钻具的匀速转动。本文结合粘滑振动的基本原理、危害,介绍软扭矩系基本原理、功能、应用情况及其旋转控制系统的升级整改。

海洋钻机电气控制系统设计及关键技术

针对海洋钻机作业过程中存在着送钻控制自动化程度低、缺乏柔性扭矩的预测与控制、软泵控制技术未实现工程化、海浪升沉补偿技术依赖进口等技术问题,根据海洋钻井平台的特殊作业环境和结构特点,给出了海洋钻机电气传动控制系统的基本构成,并以70DBF电驱动钻机为例设计了海洋钻机的动力控制系统、传动控制系统和PLC网络控制系统.同时,对其关键技术,如自动送钻、软扭矩、软泵控制、谐波治理、主动升降补偿技术等进行讨论.实际运行结果显示,此电控系统运行可靠,可满足海上7 000m海洋钻机的生产需要.

基于模型参考粘滑振动自适应控制系统设计

粘滑振动是钻柱系统在钻进过程中最易于发生的振动模式且破坏性极强,粘滑振动一旦发生将导致钻进效率大幅降低,钻头损坏,钻杆断裂等故障。本文针对这一问题,首先建立了粘滑振动模型,基于该模型,设计了基于模型参考自适应控制方法的控制器,该控制器采用钻头转速控制模式。并在MATLAB中搭建了该控制器的simulink框架图,完成了仿真实验。最后研制了控制设备,且完成了井上实验。实验表明,所设计的系统能有效抑制粘滑振动。证明了本文建立的粘滑振动模型的正确性和控制系统的稳定性。

我国石油钻机控制技术现状与后续发展思考

从电力拖动技术、逻辑程序控制技术、管柱自动化技术、网电及直驱传动技术和司钻远程集中操作技术等方面阐述了目前国内石油钻机控制系统在自动化、智能化和信息化方面的技术现状。对照国外钻机新技术发展对控制系统的新功能要求,提出了国内钻机存在的融合集成化水平不高、"软扭矩"等核心技术掌握不深入、信息化程度有待提升以及管柱自动化装备原始创新不足等问题。最后,结合未来钻井作业对石油钻机高效和智能等趋势要求,提出了加快管柱自动化装备创新研究、开展钻井专家优化系统研究及建立大数据故障诊断系统等后续发展建议。

海洋钻机电气控制系统设计及关键技术

现如今我们国家在海洋钻机运作方面存在着例如送钻控制自动化程度低、缺乏柔性扭矩的预测与控制、海浪升沉补偿技术依赖进口、软泵控制技术未实现工程化等一系列的技术难题,所以我们按照海洋钻井这个平台独特的结构特点和工作环境,总结归纳出了海洋钻机电气传动控制系统的基本组成。并且我们以70DBF电驱动钻机为参照设计制作出了传动控制系统、海洋钻机的动力控制系统和PLC网络控制系统。与此同时,我们又对其关键技术,例如常见的谐波治理、自动送钻、软泵控制、软扭矩、主动升降补偿技术等问题进行了进一步的研究讨论。最终实际结果显示,这套海洋钻机电器控制系统可以达到海上7000m海洋钻机的工作要求。在最后又对海洋钻机作业过程中所存在的一些常见问题进行了深度探讨。