Upgrading, Transforming, and Standardizing of Offshore Oil Drilling Equipment in China

This paper discusses the development of China's oil exploration & drilling equipment, and it focuses mainly on the domestication, industrialization, and standardization of fixed offshore drilling rigs primarily constructed by CNOOC. Considering the manufacturing of and application of deepwater drilling equipment in China, the authors put forward suggestions regarding industry policies and the standardization of China's offshore engineering equipment.

液压钻机钻杆扭矩释放系统设计与优化

钻杆是液压钻机的关键工作部件。针对钻杆扭矩释放需求,设计了一套液压和电控系统。在构建机-电-液仿真模型的基础上,对液压系统和控制算法进行了性能测试和系统优化。通过样机试验验证了设计及仿真的正确性,为液压钻机钻杆的系统设计提供了新的解决方法。

复杂山区微型钢管桩钻机的研制与应用

针对川藏铁路供电工程中复杂山区输电线路挖孔基础埋深较大、大部分依赖人工挖孔基础,施工作业人员工作安全隐患大且效率低下的问题,研制一种微型钢管桩钻机。基于川藏铁路供电工程山区的地理特性,对钻机运用模块化结构设计的理念,采用机液复合驱动系统和轻量化自行式底盘的设计方案,具有运输便捷、移动灵活、能耗低和钻进工作效率高等优点。分别在平原地区和高原山区对钻机展开试钻,以验证钻机的性能,测试获取发动机的外特性数据。试验结果表明:钻机的各项性能指标符合预期,成孔效率高,满足微型钢管桩基桩设计的要求;确定钻机的工作范围为2 700~3 200 r/min时,柴油机的输出特性和燃油经济性较好。钻机的成功研制,解决了复杂山区挖孔基础困难的问题,有效推进了山区输电线路机械化施工。

自动化钻机辅助连续换杆装置设计

针对自动化钻机钻杆仓储存的钻杆数量有限,工人装填钻杆劳动强度大、换杆效率低的问题,设计了一款自动化钻机辅助连续换杆装置。介绍了总体设计思路、关键结构设计及装置的工作原理。装置移动灵活、安全性好、工作可靠,无需人工进行装填钻杆,最大限度的解放劳动力,缩短了作业辅助时间,提高钻机的换杆效率。

海洋修井机提升系统问题原因分析及优化措施

某海洋修井机提升系统钢丝绳在一次振击作业时发生断裂,更换新钻井钢丝绳后,在作业后进行滑移钢丝绳更换作业检查时,再次发现钢丝绳出现多处不同位置、不同程度的变形情况。经对同规格、同类型天车海洋修井机进行提升系统检查,发现同样存在钢丝绳变形问题。针对钢丝绳断裂、变形情况频现的状况,对天车滑轮系统、井架结构、死绳固定器等进行了全面检查,分析出导致钢丝绳出现问题的本质原因,优化了天车滑轮系统的设计,并对天车滑轮系统进行了现场改制。改制后天车滑轮系统未再出现过钢丝绳断裂、变形等问题,改进效果良好,消除了海洋修井机提升系统设计不足,提高了提升系统作业安全性能。

HXJ110海洋钻修机井架设计及强度分析

根据海洋采修一体化平台对修井机的技术要求,以及海洋特殊环境状态,设计开发了HXJ110海洋钻修机。利用ANSYS软件对该钻修机井架的作业状态、预期状态、突发状态和安装状态分别进行了有限元分析。分析结果表明,最大应力位于井架背扇底横梁一单元,最大应力值为184.3 MPa,该单元材料为Q345,屈服极限345 MPa,安全系数1.87,大于API标准的安全系数1.86;起升状态时,最大应力发生在井架下体侧斜梁一单元,最大应力值为180.7 MPa,该单元材料为Q345,安全系数1.91,大于API标准的安全系数1.67。该项分析结果可为其他海洋平台钻修机的设计开发提供参考。

顶驱钻井装置的计算机仿真

初步研究了机械系统计算机建模、仿真和分析的常用软件Pro/E,ADAMS和ANSYS及它们之间的接口标准,总结出一套实用的借助这些软件和接口做机械系统建模、仿真和分析的路线图和总体框架;对顶驱钻井装置建模、仿真和分析中应注意的问题做了阐明;对顶驱钻井装置中换杆机构做了设计研究,集成了连杆连续柔性模块和连杆离散柔性模块,对其做了初步的仿真和分析;对顶驱钻井装置中起升系统做了等效弹簧模型和集成了钻柱离散柔性模块,并进行了初步的仿真和分析;建立了顶驱装置开钻时的模型,并集成了导轨连续柔性模块,做了初步的仿真和分析。

海洋可搬迁模块钻机可行性研究

随着海洋边际油田的开发及钻修井工艺技术的不断进步和勘探开发难度的日益增大,对平台模块钻机设备的经济性、轻型化和可靠性、可搬迁性及安全性要求更加严格。研究了将数控交流变频技术应用到海洋钻机上,则会使整个钻机质量减轻、平台占用空间减小、操作简单,提高效率,降低成本,更能满足海洋边际油田的开发及钻修井工艺技术的要求。

海洋钻修井机绞车滚筒有限元分析及优化设计

针对海洋钻修井机绞车轻量化的要求,利用Ansys软件对某海洋钻修井机滚筒体和滚筒轴进行了有限元分析,得到了最大位移及应力分布。结果表明,最大钩载工况下其强度和刚度满足要求。通过Ansys软件对滚筒结构尺寸进行优化,得到符合绞车工作要求的最优的滚筒尺寸,结果表明优化的结构也满足强度及刚度要求。文中提出的滚筒结构优化方案可用于指导生产实际。

深井钻机钻杆自动传送装置载重臂的机械结构设计

以油田普遍使用的深井钻机钻杆自动传送装置为研究对象,对比分析国内外几种成熟的7000 m钻机使用的深井钻机钻杆自动传送装置,设计新型深井钻机钻杆自动传送装置,目的在于提高钻杆等管状钻具的输送效率和安全性。通过实验法,研究钻杆运送过程的受力情况,计算出装置最大受力位置和工作角度,设计深井钻机钻杆自动传送装置的总体结构。采用Solid Edge软件对载重臂等关键部件进行力学仿真计算、校核并制作样机测试系统,对相关数据进行运行操作,进一步优化结构设计,确定最优设计方案。

海洋钻修机滑轨标准化研究及应用

平台滑轨是海洋钻修机在海洋石油平台上实现不同井口对中作业功能的关键部件。在役海上平台滑轨设计形式及规格型号标准化程度较低,导致海洋钻修机及配套零部件互换性差。文章论述了渤海油田目前在役海洋平台现有的滑轨结构形式,统计并分析了其设计数据情况,阐述了不同滑轨结构的优缺点。根据提高海上平台滑轨对不同海洋钻修机设备及配套零部件的互换性及互适性原则,提出了平台滑轨相应的设计改进方法及海洋钻修机平台滑轨标准化设计的建议,可以作为今后相关设备部件设计时的参考依据。

海洋平台钻机集成监控系统可靠性冗余设计

针对海洋平台钻机司钻房内的控制系统结构庞大、控制方式繁杂、操控不便等问题,提出一种3网4层监控系统的网络架构。针对海洋平台钻机的高可靠性、高可用性和高安全性的要求,提出一种基于西门子S7-400H的动态容错冗余监控系统设计方案。对海洋平台钻机监控系统的各网络层进行冗余设计。基于信息通道结构建立海洋平台钻机监控系统的信息通道结构模型,并进行可靠性分析,结果表明该系统具有较高的可靠性。

全液压坑道钻机自动上、下钻杆装置液压系统设计及仿真分析

全液压坑道钻机作为煤矿井下瓦斯抽放的主要设备,对其进行自动化升级具有重要意义。按照常规钻机的传动方式和设计方法,该自动上、下钻杆装置采用了负载敏感液压系统。介绍了自动上、下钻杆装置的工作过程,设计了自动上、下钻杆装置的液压系统,运用AMESim建立了液压系统的仿真模型。仿真结果表明,自动上、下钻杆装置的双夹持系统、顶杆和送杆系统均满足设计要求,可为常规钻机自动化升级改造提供理论基础。

ZYWL-4000SY双履带全自动钻机优化设计

针对第一代ZYWL-4000SY型双履带遥控全自动钻机结构强度不足、夹持器打滑、上下钻杆效率低等问题,对多个关键部件进行优化,提高了结构强度与刚度,延长了部件使用寿命;对主多路阀流量、系统控制方式等进行优化,提高了液压系统执行效率与精度,简化了管路;对电液控制系统和并行工序进行优化,提高了自动上、下钻杆效率。现场应用表明,优化设计大幅提高了钻机的可靠性与施工效率。

适用于海底钻机的保压绳索取心钻具设计

以维持保压钻具内天然气水合物稳定性为研究目的,针对现有大口径保压钻具存在钻孔直径大、岩心样品直径小、钻具结构复杂、钻具质量重从而不适用于海底钻机使用工况要求的实际问题,对保压钻具的结构重新进行设计并进行了室内保压试验。结果表明:该小口径薄壁保压钻具的尺寸合理、结构紧凑,能够满足海底钻机使用工况要求;室内保压试验表明当压力维持在10 MPa以下的压力值时,6 h以内压力下降15%左右;而当压力维持在10~30 MPa之间的压力值时,6 h以内压力下降10%。该保压钻具在上述压力区间内使用满足设计和使用要求。

定向钻机用辅助上钻杆机构设计

针对煤矿井下定向钻机用大直径钻杆预拧紧依靠人工操作劳动强度大、安全风险高的问题,提出了一种定向钻机用辅助上钻杆机构设计方案,对其结构设计要点进行了详细说明。通过受力分析得到了摩擦轮上钻杆机构传动简图,并对其传动参数进行了计算和校核。该辅助上钻杆机构结构简单、体积小,过载时可以打滑保护钻杆丝扣,为定向钻机上钻杆问题提供了一种解决方案。

矿用千米定向钻机动作识别方法

目前矿用千米定向钻机的行走、钻进等各项操作均由司钻工人手动操作实现,智能化水平低,且缺少对千米定向钻机动作类型与液压泵站振动状态二者关联性的研究,远程识别千米定向钻机动作类型困难。针对上述问题,提出了一种基于经验小波变换(EWT)和模糊C均值(FCM)聚类算法的矿用千米定向钻机动作识别方法。首先利用EWT方法分析千米定向钻机执行5种不同动作(千米定向钻机启动和动力头不带钻杆旋转、带钻杆旋转、带钻杆向前慢速钻进和带钻杆向前快速钻进)时液压泵站3个关键部位(电动机、液压泵和联轴器)的频率特征信息,分别选取每处振动特征最明显方向上的振动信号构成动作识别原信号组。然后结合EWT分解和相关系数选取规则提取动作识别原信号组中包含钻机动作信息的特征量,并确认不同特征量的权重,构建标准识别特征量。最后利用FCM聚类算法得到待识别动作特征量与5种动作识别标准特征量之间的隶属度,实现对千米定向钻机动作类型的智能识别。以ZYL-17000D型矿用千米定向钻机为研究对象,对基于EWT和FCM聚类算法的矿用千米定向钻机动作识别方法的可靠性进行实验验证,实验采集了电动机、液压泵、联轴器的轴向、水平径向、垂直径向等方向在5种动作下的振动数据,结果表明:钻机执行不同动作时,其电动机、液压泵和联轴器振动信号的经验小波函数表现出了不同的特征,其中液压泵轴向振动信号特征量的聚类性能最好,根据提取的特征量在不同动作下的差异性可实现对动作类型的识别。基于测试数据的动作识别结果表明,该方法能够有效识别千米定向钻机的动作类型,且在隶属度大于0.9的条件下,识别准确率达96.8%。

全液压坑道钻机自动上、下钻杆流程设计

全液压坑道钻机配套钻杆以螺纹联接为主,上、下钻杆流程在很大程度上决定了钻机的工作方式。与人工上、下钻杆相比,自动上、下钻杆流程复杂、动作较多。运用对象模型的方法对自动接扣、卸扣流程进行了详细的解析。根据流程的特点增设一个可摆动的夹持器,实现螺纹联接按设计顺序拆卸,根据常规钻机的特点设计了一套自动接扣、卸扣流程,为钻机实现自动化提供了理论依据。

海洋钻修机二层台自动排送管系统基本设计

随着海洋钻修井装备智能化、自动化、集成化技术的发展,以二层台自动排送管系统代替井架工实现二层台无人化作业的需求日益增加。根据二层台自动排送管系统的配置及工作原理,采集渤海海域海上平台油水井基础数据,从二层台设计、机械手设计、液压吊卡及气动卡瓦选型设计、集成控制系统设计等4个方面阐述二层台自动排送管系统的基本设计方案,对其在海洋钻修机的推广应用具有重要意义。

钻机模块在我国海上固定式平台上的应用(上)

详细介绍了我国海上固定式平台模块钻机的应用、集成创新、海上安装和项目管理等,对我国海上固定式平台模块钻机的国产化提出了建议。