石油钻井平台装备电动化进程及趋势

针对国内外电驱动管柱自动化作业装备开展技术研究,分析了美国Canrig公司钻台机器人、排管机器人、电动铁钻工、输管机器人,美国NOV公司钻台机器人及其相关自动化作业系统,法国道达尔公司巡检机器人7类产品的功能、特性等;论述了国内电动扶管手、二层台机械手、指梁、巡检机器人等技术和应用现状。通过技术对标分析得出:国内外石油钻机装备均向智能、高效、绿色化发展,钻井作业由传统人力操作逐步向自动化、智能化转变;国外装备在小体积大功率驱动、防尘防水、防爆防盐雾、多轴协同等关键技术突破方面优于国内,而其在产品多样性以及应用推广方面与国内差距明显。建议国内基于电传动系统的特点,突破传统理念,研发新型高效装备;以及在装备自主决策、故障诊断等方面加大技术攻关力度。研究结果可为我国石油钻井装备技术发展提供参考。

机液并联驱动的工程钻机功率分配分析及工程试验

为实现工程钻机动力系统功率的合理分配,提出机液并联驱动系统的功率分配方式。通过分析该系统的工作原理,得出其传动部分的输出转速、转矩及总传动比的特性曲线;在此基础上,运用键合图理论建立系统功率键合图的物理模型,并推导出该系统的状态方程。基于系统功率流及能量的传递,辨识出系统的功率流及能量的传递由系统分配参数与外负载共同决定。通过构建系统各负载的数学模型,经数值计算得出各负载的关系曲线,结合AMESim软件对仿真模型进行数据分析及钻机工程试验,得出机液并联驱动系统在中高转速有着良好的输出特性,此时,系统的功耗低,钻机钻凿效率高。经分析,应用于钻机的机液并联驱动系统及功率分配方式可满足工程基础开挖的需求,同时为工程装备的动力系统设计提供理论支持和技术借鉴。

15000 m顶部驱动钻井装置的研制

为满足超深层油气勘探开发对钻井装备的需求,结合北京石油机械有限公司系列顶驱的研发经验,研制了15000 m顶驱。依据15000 m钻机的技术参数确定了主要技术参数;根据钻井工艺要求,设计了总体结构方案;应用模块化设计、理论计算和有限元分析等方法,对关键模块进行了结构优化,分析了实时监测与维护技术、一键式协同控制技术和自动润滑技术。台架性能试验结果表明:该装置的各项性能指标均符合设计要求,启停、运行平稳,控制精准,装配合格,自动化和智能化水平高,能很好地满足15000 m钻井工况要求,有效提升了钻井作业效率和安全性。研制结果可为超深层钻井技术与装备的进一步研究和应用提供技术借鉴。

ZJ50DB型石油钻机直驱转盘驱动装置研制及应用

转盘驱动装置是石油钻机的核心部件之一。常规的转盘驱动装置是高速交流变频电机,其通过齿轮减速箱驱动转盘工作。文章研制的ZJ50DB型石油钻机直驱转盘采用低速大扭矩交流变频电机直接驱动转盘工作,取消了大型传动机构齿轮减速箱,简化了传动方式,减少了中间故障点,降低了维护保养成本,整体尺寸小,质量轻,方便拆装和运输。

隔水导管打桩新技术研究与应用

针对现有浮吊等大型海洋作业资源不能满足渤海地区钻井打桩作业需求的问题,研究了隔水导管打桩新技术。该项技术包括:采用"生活支持平台+模块钻机"作业模式进行隔水导管打桩作业;配合"边钻边完"钻井技术实现打桩作业优化设计;研制了特殊螺纹扣实现隔水导管安全、快速连接;打桩作业过程采用实时水下监控等措施保证打桩作业准确、高效。该项技术已在锦州25-1南油气田A平台获得了成功应用。

一种基于全液压动力头钻机的钻进参数检测方法

针对与深孔钻机相配套的钻进参数检测仪(钻参仪)滞后发展的问题,提出一种适合全液压动力头钻机的全面钻进参数检测方法,并对钻具悬重、钻压、功率、扭矩、孔深、机械钻速、流量等主要钻进参数的检测机理进行了阐述。利用此方法,开发出了一套全液压动力头钻机高精度钻参仪系统,野外应用表明,提出的检测方法切实可行。

中低温地热钻机适应性技术方案研究

地热能源作为化石能源的绿色替代品,已在世界范围内进行了不同规模的开发和利用,钻机作为地热资源钻采的主要装备,面临着开发适应性和资源回报率平衡的挑战。欧美部分国家高温地热资源丰富,采用先进的自动化油气钻井钻机开发并用以发电;我国用于市政供暖的中低温地热资源分布较广,将油气或水文钻机进行适应性技术改进,使其钩载、功率等具备中低温地热井高效钻井成井能力,并使用网电驱动、模块集成、隔音降噪等技术使作业成本更低、城区地形适应性更强、更环保。

硬点可调式悬架垂向加载试验台的分析设计

电动汽车独立悬架-导向机构与分布式轮边驱动系统的设计呈现高度集成化的趋势,针对独立悬架-轮边驱动一体化系统的研发要求,面向独立悬架垂向动力学匹配设计和车轮定位参数测量等功能,考虑悬架的实际结构,设计了一种底盘硬点可调式独立悬架综合性能试验台。其中引入6自由度Stewart动平台,以实现车身硬点的位姿可调,显著增强了台架的通用性,采用龙门式导轨和云台实现硬点的准确定位。仿真与试验结果表明,该试验台能很好地反映独立悬架-轮边驱动一体化系统的垂向动力学特性与悬架运动规律,为其进一步分析与优化提供试验条件。

顶驱钻机用不压井起下钻装置的实验研究

不压井起下钻装置是全过程欠平衡钻井的一项关键装备,原理是井口带压条件下,利用游动卡瓦与固定卡瓦的反复卡紧、松开,实现钻柱的安全提升和下放,但该装备安装和拆卸工序繁琐、操作时间长,工序复杂。为便于安装和拆卸、简化操作程序、提高不压井起下钻的效率,设计了一种在顶驱条件下的新型不压井起下钻装置。该装置安装在旋转防喷器壳体之上,在起下钻时利用顶驱的自重克服钻具的上顶力,上卸扣时依靠该装置卡瓦卡住钻具防止上顶,交互使用实现不压井起下钻的目的。开展的数值模拟与室内实验研究表明,该装置操作简便,抗上顶力15 t,在井口带压5 MPa,钻具不会发生屈曲失效,安全性能可靠。研制出的顶驱钻机用不压井起下钻装置将为全过程欠平衡钻井应用提供另一种经济、有效的装备,具有良好的推广应用前景。

JY5160TXJ10型车载式电驱修井机

针对XJ10型牵引式电驱动修井机存在的可操作性差、技术含量及作业效率低,另外需用履带式拖拉机牵引移运,会对道路产生破坏,转弯半径较大,井场占地面积大等问题,研制了JY5160TXJ10型车载式电驱修井机。该修井机采用车载式结构,电驱动、液力机械传动,电、气、液联和集中控制,具有移动性能好、传动平稳、操作方便、节约作业费用等优点。现场试验及应用表明,JY5160TXJ10型车载式电驱修井机能顺利完成修井作业,且作业效率较XJ10型牵引式电驱动修井机有很大提高;每台每月可完成定额作业33井次,创造产值13.2万元。

基于IPC、PLC、PROFIBUS的电动钻机智能控制系统

论述了基于IPC、PLC、PROFIBUS的智能控制系统在国产 70 0 0m交流变频电动钻机中的应用 ,介绍了智能控制网络系统软件、硬件的构成 ,涉及钻机动力监控、绞车自动化控制、转盘软扭控制、软泵控制、自动送钻、电子防碰、一体化仪表、电液气联控、电视监控、智能司钻控制等多个方面。将钻井作业的各种监测控制、预警提示等高度集成于网络中 ,实现了对系统各装置的远程数据传输和状态监控。改变了传统的钻井作业监控模式 ,优化控制和监测整个钻井过程 ,为钻井工艺创建了一个数字化、信息化、网络化。

基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究

交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。

国内外石油钻井装备的发展现状

在对国内外石油装备资料进行广泛调研的基础上,详细介绍了国内外石油钻机发展的新趋势及交流变频调速电驱动石油钻机、液压钻机、快速移运钻机等新型石油钻机的性能及参数。介绍了国内外电驱动和液压驱动两大类型新型顶部驱动钻井装置、钻井泵等设备的最新发展现状及大功率三缸钻井泵、液压泵和六缸钻井泵等新型钻井泵的性能及参数。从国内外石油装备的发展现状看,石油装备正在向型式多样化、技术先进化、设计人性化趋势发展,据此提出了我国发展石油钻井装备的建议。

冻结和注浆顶驱钻机控制系统设计

针对目前煤矿冻结、注浆使用的转盘钻机存在打钻效率低、自动化水平低和处理事故能力差等问题,设计出一种基于可编程控制器(PLC)且采用人机界面技术的冻结和注浆顶驱钻机控制系统,介绍了顶驱钻机控制系统无极调速、自动上卸扣、自动送钻、监控报警和处理事故功能的具体实现过程及其工作原理;同时介绍了控制系统中关键设备司钻台的结构原理。系统测试结果表明,该控制系统大幅节约了打钻时间,提高了钻进效率,处理事故能力明显提高。

全液压顶驱钻机背钳的设计及运动仿真分析

针对大陆科学钻探接卸钻杆进行上卸扣操作复杂繁琐、夹持稳定性差等问题,设计了一种适应于科学钻探全液压顶驱钻机的新型背钳装置。该装置具有夹持力大、对钻杆损伤小、工作性能稳定、双向浮动等特点,解决了钻进过程中频繁倒杆问题,快速完成上卸扣操作作业,极大地缩短了辅助作业时间。并利用ADAMS动力学仿真软件,对夹紧机构进行了运动仿真分析,验证了机构设计的合理性。

电动钻机制动系统的选型设计

电动钻机制动系统配置不当或系统失灵,就会造成重大事故。介绍了制动系统中电磁刹车、SY—PS型液压盘式刹车以及单气室型EATON气动推盘式刹车的主要参数,并在给出制动系统制动力矩计算及刹车配置的基础上,进一步探讨电动钻机能耗制动单元及绞车制动系统的配置,最后提出交变电动钻机制动系统中能耗制动充任主辅刹车的新概念,并指出制动系统散热的注意事项。

深孔取心钻进用高速顶驱式钻机

回顾总结了汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目钻探装备的研制和改造过程,详细描述了2种高速顶驱式岩心钻机的总体方案、应用效果和存在问题,简要分析了高速顶驱钻进、顶驱/转盘双回转钻进以及交流变频电驱动技术在深部复杂地层钻探领域的应用前景,对建立我国深部钻探装备体系具有一定的参考价值。

在海洋修井机上安装顶驱装置的可行性研究

介绍了顶驱装置的工作机理和结构特点,重点分析了在HXJ100型海洋修井机上安装VARCO TDS-10SA型顶驱的可行性,包括动力配置、平台布置、井架高度和井架截面尺寸等方面。完成了安装顶驱后反扭矩的计算和井架力学分析,并提出了井架结构的改造方案。

交流牵引传动能量互馈试验台的研究

提出了一种交流牵引传动互馈试验平台,分析了它的组成、功能和工作原理,研究了互馈试验台的双变流机组-电机联合控制特性。试验结果证明系统具有高效节能、控制灵活、性能优越等优点。

XJ40型橇装式电驱动修井机

针对目前油田为各型修井机提供动力的柴油机的工作效率仅为50%,不仅作业成本高,而且还存在噪声污染和排放废气等问题,研制了XJ40型橇装式电驱动修井机。该电驱动修井机采用模块化设计,整机分为调速电动机及控制模块、传动系统模块、绞车及盘式刹车模块、液压控制模块及橇装底盘等5大模块,具有结构简单、占地面积小、操作方便和环保节能等优点。现场试验结果表明,采用该修井机进行一般的修井作业,工作效率比传统的通井机、修井机高10%左右,动力费用约为传统修井作业设备的52.3%,无废气排放,噪声低,满足了现代化施工的环保要求。