深井超深井钻井装备技术现状与发展趋势探讨

为助力我国深层超深层油气资源高效勘探开发,文章分析了深井超深井对钻井装备提出的挑战,论述了美国Nabors、斯伦贝谢和NOV等公司的自动化钻机、管柱自动化装备、储能节能与能源管理系统、司钻集成控制系统、智能决策与支持平台等7类产品的功能、特性;并对国内管柱自动化钻机、一键式人机交互7 000 m自动化钻机、12 000 m特深井自动化钻机、管柱自动化装备、储能节能与能源管理系统、司钻集成控制系统、钻井辅助决策与支持系统等产品发展和应用现状进行了阐述。通过技术对标分析得出:我国石油钻井装备取得了长足的进步,但从工程需求和应用上看还存在许多不足,与国外先进技术相比还有不小差距。建议国内各装备制造厂家顺应国家“碳达峰、碳中和”目标和数字化转型、智能化发展趋势,从参数强化、钻机全面自动化、装备运维数智化、司钻操控值守化和钻井作业绿色化等方面开展关键技术攻关。

钻井液冷却装置技术发展现状及展望

随着国内油气钻井向着万米深井开发,钻井过程中井底温度越来越高,因此需要对钻井液降温冷却以保护井下工具仪器。而国内钻井液冷却装置普遍存在设备超大、超高以及设备冷却降温幅度不大的现状。本文从介绍国外钻井液冷却装置技术现状出发,阐述了国外钻井液冷却装置技术现状;同时结合国内钻井工况,重点分析了国内自然冷却、开式冷却、闭式冷却和强制冷却4种钻井液冷却装置的工作原理、优缺点和适应范围。结合国内钻井技术发展现状,为保障冷却装置降温效果,结合道路运输和环保要求,分析了冷却装置降温机理研究、工程适应性、应用局限性和装置可靠性等关键技术难题,提出了冷却装置技术研发思路,为开发研制适应性强、可靠性高和冷却效果显著的装置提供参考。

陆地石油钻井装备技术现状及发展方向探讨

为了促进我国陆地石油钻井装备的持续发展和技术进步,对国内外钻井装备的典型产品和先进技术进行了分析与论述,包括国外的全液压自动化钻机、连续运动钻机、高效自动化钻机、未来智能钻机,以及我国近年来研制的深井超深井四单根立柱钻机、系列管柱自动化石油钻机、超长单根和双单根立柱自动化钻机、稳压力大排量钻井泵、大吨位直立移运钻机、丛式井轨道式极地钻机等。研究结果表明,国产钻井装备与发达国家相比仍然在钻井工具配套研究、自动化产品应用研究、智能化装备深层次开发以及核心元器件攻关研究等方面存在着较大差距。在此基础上,提出了未来石油钻井装备将逐渐向标准化配置、深井特深井钻井、特殊地层地貌钻井、快捷绿色环保节能钻井和高效自动化及智能化方向发展等5点建议。

海洋钻井装备技术现状与发展思路研究

为了助推海洋钻井装备的持续发展,重点对发达国家钻井平台建造能力及建造水平、平台建造数量和钻探深度、高端钻井装备最新成果及我国在钻井平台自主设计、半潜式平台建造技术、钻井装备自主开发、水下关键装备研究等现状进行了详细分析。分析结果表明,我国在海洋装备研发设计能力、大型钻井平台配套开发能力、产品设计实践经验、水下关键装备开发研究、海工试验基础条件和平台整体集成控制研究等方面与国外仍存在着较大差距。在此研究基础上,提出了未来海洋钻井装备将逐渐向多类型和多领域、适应超深水高风险和复杂地层、向环境保护和绿色产品及智能化和水下钻井技术发展4点发展思路,并结合实际提出我国应认真做好海洋钻井装备发展规划、努力做好海洋装备基础研究工作、由浅入深做好钻井系统配套开发、集中攻克一批关键卡脖子技术等4点发展建议。

钻井泵十字头表面耐磨性增强技术及对比分析

钻井泵的十字头易磨损失效,目前主要采用表面改性技术来提高其耐磨性能。针对巴氏合金浇注、电弧喷涂、等离子喷焊和高速激光熔覆4种表面改性技术,从磨损机理、涂层结合强度、涂层材料及质量等技术角度对其进行对比分析。分析结果可为钻井泵十字头的表面耐磨技术评价体系建立及其应用提供参考。

增材制造技术在油气装备制造业的应用现状与展望

增材制造技术是一种能够快速实现数字模型实体制造的先进制造技术,在复杂小批量零件生产方面具有优势,已经在制造业中得到广泛应用。介绍了增材制造技术的分类,分析了增材制造技术在油气装备制造业中的应用现状,并对未来发展进行了展望。

海洋钻井隔水管张紧器技术分析

从海洋钻井隔水管张紧器的技术现状入手,深入研究了滑轮钢丝绳式和直接液缸式2种典型隔水管张紧器,重点介绍了2种张紧器结构和技术特点,并结合国内实际情况,建议选择滑轮钢丝绳式张紧器作为初期研发目标,从小到大,由浅入深,循序渐进,最终达到自行开发研制目的,实现海洋隔水管张紧器系统国产化、系列化,并进一步满足海洋石油勘探开发需要。

海洋钻井隔水管系统用卡盘装置技术研究

卡盘装置可保障海上油气作业安全,提高工作效率和钻井效率,在安装、拆卸、支撑和悬挂隔水管系统的过程中起着关键作用。在介绍卡盘装置功能和技术现状的基础上,分析了踏板式、门式、旋转支撑臂式和伸缩支撑臂式卡盘的结构和性能特点。指出液压自动控制卡盘装置将是该产品今后的主流发展方向,具体的发展方向有2个:一是将液压控制的按钮做成可穿戴式装备,由钻井工作者直接控制卡盘动作;二是在卡盘设计过程中将应力、应变监测设备与远程遥感测控装置相结合。最后就该装置的发展提出了若干建议。

深水钻井防喷器系统关键设备技术研究

深水钻井防喷器系统在保障海上油气作业安全,保护海洋环境和人身安全中起着关键作用。目前,国内深水钻井防喷器系统研制正在起步阶段,为了能提高国产深水钻井防喷器系统关键设备技术水平,在介绍深水钻井防喷器系统中关键设备的国内外技术现状基础上,重点对典型深水防喷器系统中深水BOP组和控制单元的关键设备进行了研究。分析了深水防喷器系统中其关键设备的主要特征,并对其组成和功能进行了说明。结合国内实际情况,提出了深水钻井防喷器系统研究建议。

勘探三号平台钻井隔水管升级改造技术研究

为了进一步提高勘探三号钻井平台在海上的钻井作业能力,对勘探三号平台钻井隔水管进行了升级改造技术研究。对需要升级改造的钻井隔水管的技术特点、使用现状及其升级改造后所要达到的性能指标等进行了全面分析,重点介绍了需升级改造钻井隔水管单根和伸缩装置的性能检测方法、技术改造方案和试验研究内容,最后指出该项目性能检测方法合理,技术改造方案正确,试验结果达到了预期目的。研究内容为我国类似海洋装备国产化发展提供了理论依据,也为我国大力开发海洋水下装备奠定了基础。

海底勘探装备技术研究

在海洋资源勘探、调查以及水下相关装备与设施安装的设计处理过程中,需要对目标海域,尤其是沉积物层覆盖区域进行全面精准深层的勘探调查。为此,介绍了国外几种典型海洋勘探装备技术,归纳了其工作特点及适用范围。在此基础上,重点研究分析了一种可适应深海沉积物的新型海底勘探装置。论述了该装置的主体结构、工作原理、关键部件及主要技术优势。这对促进我国海洋资源勘探设备的技术发展与更新具有一定的指导意义。

自升式钻井平台的技术现状和发展趋势

自升式钻井平台是深海油气勘探开发的重要装备之一。在对自升式钻井平台的结构形式进行分析和归纳之后,介绍和讨论了自升式钻井平台的国内外技术现状,重点对当前占技术领先地位的Le Tourneau公司、Friede&Goldman公司和MSC公司的典型产品进行了分析研究,并对该项技术的国内现状做了简要说明,最后指出自升式钻井平台将向作业走向深水化、性能趋向自动化和智能化、功能实现多样化等方向发展。

新型自动化技术在钻机及钻井中的应用展望

随着“中国制造2025”宏伟目标的提出和生产需要,我国对石油钻探装备的自动化、智能化需求日益迫切,减轻工人劳动强度和提高作业安全性成为今后追求的目标。针对几种典型的智能控制技术在石油行业的应用进行了介绍,包括VR技术在钻采装备操作培训中的应用,AI技术在钻井作业和装备中的应用,ROV新技术的应用,以及大数据和物联网在钻井及装备中的应用。分析得出新型自动化技术在该领域的应用效果较好,起到了降低成本、提高效率和安全性、提升行业自动化和智能化水平的作用。但该技术尚属起步阶段,应学习借鉴已有成功经验,并结合自身特点发展专项技术。与此同时,该技术在助力行业提质增效保安全方面仍有巨大的发展空间,还应解决伴随信息技术而产生的数据安全问题。

大变形软材料接触摩擦的在线测试装备与技术分析

我国高档密封件与液压件产品几乎全部依赖进口,国家重大技术装备及国防装备等配套零部件行业的许多问题与摩擦学有十分重要的关系,基础件摩擦学又是国际上的研究热点与发达国家的竞争高地.在本文中阐述了国内外关键机械零部件的接触界面原位在线测试的研究进展,及其在大变形软材料密封系统中的应用,综述了摩擦润滑中迁移状态实时在线观测技术、聚合物密封界面在线观测技术和国内在摩擦过程的微区域原位研究等进展,还分析了特殊与极端工况条件下大变形聚合物密封的性能测试、可靠性寿命分析以及多工况联合测试的技术进展,分析和讨论了高性能密封件行业的基础共性难题,最后进行了总结与展望.

伺服驱动技术及其在钻修井装备中的应用研究

针对钻修井装备中对降低人员劳动强度、提高作业安全性、提高装备自动化程度等要求的提高,提出了基于交流永磁同步伺服电机(PMSSM)驱动的钻修井装备解决方案,详细阐述了PMSSM的基本原理、主要特点、适用于钻修井装备的PID三闭环控制策略,并针对钻修井装备的工况特点提出了PMSSM的选型方法。最后,分析了基于防爆型PMSSM驱动的机械臂在油田的应用情况,结果表明,该驱动方式达到现场防爆、防护和连续作业的要求,可满足钻修井装备作业工艺需求,具有一定的应用前景。

钻井多次循环开关阀技术现状及发展建议

多次循环开关阀可在钻柱的某一特定位置多次进行流体通道的切换,广泛应用于水平井、大位移井中解决岩屑床堆积、地层漏失等问题,还可保护下方工具(MWD、LWD、涡轮、螺杆等)不受流体排量及流体性质的损害。介绍了国内外多家公司研制的多次循环开关阀,并进行了技术对比分析。提出了多次循环开关阀的几点发展建议。

海洋钻井隔水管处理系统技术现状与关键技术

加大隔水管处理系统技术研究力度,快速实现该系统的国产化对推动我国海洋石油装备的全面发展意义深远。在介绍国内、外隔水管处理系统发展现状的基础上,对隔水管处理系统进行了技术分析,主要包括卧式隔水管处理系统和立式隔水管处理系统,并将两者进行了对比,其主要不同为存储方式对平台结构的影响、工作效率与安全性、隔水管移运吊机和存储指梁。我国要开发具有自主知识产权的隔水管处理系统,需攻克的关键技术有隔水管移运载荷分析、控制系统设计及系统安全性设计。建议我国从立式隔水管处理系统入手,研究试制其重要单元设备,逐渐形成系统开发,并最终达到成套开发的目的。

海洋钻井隔水管系统用挠性装置技术研究及发展趋势

深水海洋钻井隔水管系统用挠性装置是海洋钻井隔水管系统中的关键装置之一,能够有效补偿隔水管系统在波、浪、流等环境载荷作用及船体运动时产生的较大局部偏转角度,有效减少该处局部弯曲应力。针对海洋钻井隔水管系统用挠性装置的功能和技术现状进行了介绍;重点对国外专业公司所研制的上、中、下3种不同类型的挠性装置进行了深入研究和分析,剖析了其结构特点、性能参数和适用范围。给出了海洋钻井隔水管最大设计指南及提高挠性装置使用寿命的工程方法。提出了海洋钻井隔水管挠性装置的发展趋势及若干建议。

石油钻机集成控制系统技术研究

随着自动化钻机的大面积普及,分散式操作已不能满足油田现场要求,集成化控制系统因操作安全性高、远程集中控制、操作方便及易扩展等特点,成为自动化钻机的主流配置。在人工智能、大数据、物联网和边缘计算等新一代信息技术的飞速发展下,钻机集成控制系统也在不断革新。为了促进我国石油钻机集成控制系统的快速发展和技术进步,首先调研了NOV、斯伦贝谢及ACS等国外钻机制造商的集成控制系统技术现状,从系统组成、特点和性能等方面进行了论述;然后对宝石机械、青岛天时及宏华集团等国内钻机制造商的集成控制系统进行了技术调研分析。研究结果表明:我国钻机集成控制系统在智能化方面与国外存在较大差距,主要表现在智能化钻井软件相对匮乏。最后,提出了我国石油钻机集成控制系统将会向数据共享、自动化钻井、故障检测及诊断3个方向发展。研究结果可为我国钻机技术智能化发展提供参考。

一种基于振动分析的钻井泵故障诊断方法

介绍一种振动分析方法在钻井泵上的实际应用方案。采用压电式振动加速度传感器采集泥浆泵振动数据,经采集板卡频谱变换后输出时域波形、频域波形、包络谱波形和一系列特征值,边缘计算网关进行数据初步处理提取各故障敏感特征,特征量上传平台后触发告警规则,实现实时数据的智能诊断。积累足够数据后,根据大量案例数据统计分析建模,实现钻井泵的准确监测和状态预测。