第七代超深水海洋平台钻机双井架的等强度多目标优化

为了解决第七代超深水海洋平台钻机双井架结构笨重、安全系数小、变形大和材料使用率低等设计不合理的问题,基于等强度理念对双井架进行了优化设计:参照API Spec 2C-2004标准并采用有限元法,分析了双井架在典型工况下不同杆件截面参数时的应力、位移变化规律;以双井架质量、最大应力、最大位移和不同高度段的应力差异程度为优化目标,采用单因素与响应曲面法进行杆件截面参数优化,获得了最优截面参数组合。研究结果表明:①初步设计的双井架在风暴自存工况下安全系数小于API Spec 4F-2013要求的1.67,最大位移大于规范允许值l/400,在井架的下支柱和顶部横杆处最危险;②双井架应力随高度升高而减小,在设计双井架时应偏向从低到高考虑杆件截面强度;③双井架最终优化方案满足各典型工况要求,较之于原方案,质量、最大应力、最大位移和不同高度段应力的最大偏差率分别降低16.18%、29.25%、29.35%、67.67%,提高了材料利用率。结论认为,采用单因素与响应曲面法相结合的等强度多目标截面参数优化方法,对于双井架结构参数优选和相关井架设计具有指导意义。

5000m(ZJ50/3150DBT)全拖挂钻机

宝鸡石油机械有限责任公司针对中东市场用户需求研发了5000m(ZJ50/3150DBT)全拖挂钻机,主要采用单元模块化设计,单元模块整体移运,模块间实现快速连接和拆卸。钻机的主机模块可整体直立移运及井架、底座分体移运,填补了国内空白,在正压送风司钻控制房、钻井泵液力端的液压快速拆卸等技术处于国际先进水平。根据用户现场长时间的使用情况,钻机的快速移运性能可大幅减少搬家时间,增加钻机的有效工作时间。该钻机打破了欧美装备制造商对中东地区石油钻采装备高端市场的长期垄断,提高了我国拖挂钻机的整体技术水平,增强了国际竞争力。

超高强度钻井钢丝绳

超高强度钢丝绳以钻机轻型化需求为基础,以ZJ90、ZJ80钻机用绳为目标,通过对钢丝绳结构和性能研究,开发出全新性能的EEIP级压实股钻井钢丝绳。该产品与同规格普通钻井钢丝绳相比,实测破断拉力提高12%以上,疲劳性能提高70%,磨损性能提高1倍,在工作载荷和安全性能不变前提下适当减小钢丝绳直径,同时减小了钻井卷筒的尺寸和质量,实现钻机轻型化,超高强度钢丝绳开发为我国轻型化钻机的研制提供坚实的技术基础。

一体式油套管头井口装置

常规的套管头、油管头和采油(气)树换装过程不仅费时费力还存在安全隐患,为此研制了一体式油套管头井口装置。设计时将套管头和油管头集成为一体,在作业过程中不需要更换井口装置和地面设施就可完成钻井、试油、完井等作业,减少了井口、防喷器组和节流压井管汇重新安装、试压及起下钻具或油管柱的工序。该油套管头采用API Spec 6A法兰连接,具有体积小、操作方便、密封性能好、悬挂能力强等特点。塔中351H井和岳101-95-X1井的现场试验结果表明,应用该装置可缩短钻井周期6d左右,每口井节约钻井费用100万元以上,井控安全风险降低60%以上。

9000m海洋钻井包

为了勘探开发海洋深井油气资源,宝鸡石油机械有限责任公司在已有陆地9000m深井钻机的基础上研制了9000m海洋钻井包。采用现代设计方法,对陆地钻机常规深井井架、大功率绞车等主要部件通过结构改进及材料优选方式,将各单元设备重量进行优化,实现钻井包总体重量控制;针对海洋钻井工艺要求,在重载滚动式钻台滑移装置、整体正压防爆司钻房等方面进行技术攻关,形成系列创新,在海洋深井井架设计制造技术、重载钻台滚动式滑移技术、大通径分流器研制技术、司钻房整体正压技术等填补了国内空白。首套9000m海洋钻井包2012年初正式交付用户,已在国外完成钻井数十口,历经3年多考验,各设备运转正常,性能可靠。9000m海洋钻井包性价比良好,实现批量化产出,打破了国外在海洋深井钻机方面的技术垄断。

FFH75×500Z分流器

为满足国内海洋深水油气田的开发和科学钻探井的需要,针对9000m海洋钻井包建造业务研制出满足自升式平台配套需要、拥有自主知识产权的分流器系统,掌握了分流器设计、制造、试验等方面的关键技术。FFH75×500Z分流器配有4种规格的高强度、抗撕裂胶芯,满足在3.45MPa额定工作压力下的使用要求;其支撑壳体通径为1194mm,适配于转盘ZP-495;分流器的返出口采用开放式密封技术,靠外部液压作用实现密封间隙配合,易于安装密封且装配紧固可靠。配套的分流器试压工具,可同时满足现场胶芯拆装与分流器试压的要求,简化了现场操作。现已投产销售6台,通过CCS认证,配套用于迪拜自升式平台。

8000m交流变频(直流)电驱动钻机

针对塔里木山前地区钻井特点以及下？273mm套管时需要钻机钩载达500t以上的现状,宝鸡石油机械有限责任公司研制了最大钩载为585t的8000m交流变频（直流）电驱动钻机,可用交流变频电驱动或者直流电驱动两种型式,采用48m高“K”型井架、10.5m旋升式底座,JC80DB绞车可采用2挡和4挡结构,结构新颖,性能先进。经过现场工业性验证,钻机的提升系统、旋转系统、控制系统、动力系统和循环系统设计的性能指标、质量指标完全满足现代钻井作业需要,对塔里木山前特殊井深要求表现出优越性能,填补了7000~9000m井深之间的空白,完善了石油钻机系列。