海洋模块钻机钻井仪表和电控系统集成优化技术研究

随着海上油气开采的不断深入,模块钻机自动化程度越来越高,开展钻井仪表和电控系统集成优化研究具有重要意义。介绍了海洋模块钻机控制技术现状,并在此基础上进行深入研究,提出了一套以PLC控制技术为基础,将钻井仪表系统、泥浆泵控制系统、绞车电控系统及顶驱电控系统集成为一体化电控系统的优化方案,可为同类海洋模块钻机的设计提供借鉴。     

CANRIG顶驱外部故障报警的分析

CANRIG 1150E-500是加拿大生产的直流电驱动顶驱,无快速接头,通过接线盒端子连接,电缆接头在安装过程中需要单根逐一连接。所有的外部故障通过PLC进入整流器后,仅显示为两个外部故障报警消息,故障判断困难。介绍了顶驱直流电控系统外部故障报警的基本原理,并推荐按顶驱外部故障、供电与操作以及线路等方面进行外部故障检查,可缩短外部故障的诊断时间。采用文中方法进行指导维修,使维修人员快速熟悉外部故障报警消息的产生原理,有的放矢进行外部故障诊断,同样对其它顶驱电控系统的维修也具有一定的指导作用。     

DQ70型顶驱钻井装置动力驱动系统研究

阐述了我国顶驱钻井装置的研究状况及存在的问题,分析了顶驱装置的实际工况。根据钻机对顶驱装置的要求,探讨了DQ70型顶驱钻井装置的动力驱动系统方案,设计了顶驱电机及其减速机构,并在实验室进行了试验。结果表明,该系统性能稳定,运行平稳,可靠性高。     

电动钻机控制系统及顶驱控制系统的谐波干扰及其抑制

在电动钻机控制系统及顶驱控制系统运行过程中出现的谐波干扰现象,轻者干扰SCR房和顶驱电控系统的正常运转,重者会烧毁SCR房和顶驱电控系统内重要的控制模块。通过对各种工况下的600V（220V）电压波形拍照,找出了产生谐波干扰的根源。由此提出了减少和消除谐波干扰的具体方案。     

顶驱钻井系统在胜利油田海洋钻井中应用的展望

本文对顶驱钻井系统的主要优越性进行了介绍,并针对胜利油田海洋钻井现状对其钻井平台增配顶驱钻井系统的经济效益进行了评估。     

顶驱型钻杆水泥头的研制及应用

随着钻井技术发展,顶驱钻机应用得到推广,特别是深井、超深井及海洋平台钻井,而固井作业配套顶驱式钻杆水泥技术相对滞后,为解决顶驱固井技术高效、安全及旋转技术难题,研制了顶驱型钻杆水泥头,该水泥头主要由旋转密封单元、胶塞预置及投放单元、憋压球投放单元、胶塞指示单元等组成。地面性能试验结果表明,顶驱型钻杆水泥头满足现场应用需求。顶驱型钻杆水泥头在巴基斯坦EUP油田进行了现场应用,带压旋转6h,不停泵投球,胶塞投掷及指示动作均顺利完成,满足了现场使用需求。顶驱型钻杆水泥头的研制,为满足当前固井作业需求提供了保障。     

顶驱钻井系统在胜利油田海洋钻井中应用的展望

本文对顶驱钻井系统的主要优越性进行了介绍，并针对胜利油田海洋钻井现状对其钻井平台增配顶驱钻井系统的经济效益进行了评估。     

顶驱钻井技术

自８０年代初引用顶驱以来，顶驱钻井系统已明显地提高了钻井效率。直到１９９２年，随着世界上首部轻便顶驱的问世，顶驱的应用已主要集中于永久性安装的海上钻井。１９９２年以后，陆地钻机使用顶驱已成倍增长。本文论述了通过提高钻井效率顶驱钻井的开拓应用如何为作业者和承包商产生竞争性的益处。并试图建立一个基准，以确定顶驱在哪些方面能完全证明具有经济效益，文中举了两则实例。     

TESCO 900ECI顶驱B电机故障案例分析及修复过程

加拿大生产的TESCO顶驱是钻井生产现场常见的顶驱型号之一,本文从实际案例出发,对TESCO顶驱B电机无输出扭矩故障提出了合理的分析诊断依据和修复办法。     

VARCO顶驱常见故障诊断及解决方法

VARCO TDS-11SA型顶驱系统的常见故障、特殊故障及报警信息进行了分析并做出合理的诊断,找出了故障原因,以便有效及时地解决问题,尽快恢复钻井,将故障的经济损失降到最低。     

应用顶驱系统提高钻井效率和安全性

详细介绍了顶驱系统钻井的优点，在钻井过程中使用顶驱系统，能够达到降低成本、增加安全性的目的。     

南海东部模块钻机顶驱系统的Bow-Tie风险管理模型

针对南海东部模块钻机顶驱系统的风险分析及控制问题,采用故障模式和影响分析(FMEA)方法对模块钻机顶驱系统进行研究,并对顶驱系统各故障模式的风险进行评估;根据各类顶驱故障的RPN值,基于最低合理可行(ALARP)原则,确定顶驱系统潜在故障模式的"风险优先等级及可接受度"划分标准,为高、中、低风险故障模式控制措施的制定提供依据;结合顶驱系统的FMEA分析结果和风险优先控制等级分类情况,分析了顶驱系统故障的Bow-Tie安全措施,建立了南海东部模块钻机顶驱系统的Bow-Tie风险管理模型。该模型可视化强,通过故障前预处理和故障后控制措施可以较好地控制顶驱系统的风险,为顶驱系统的现场管理提供依据。     

TDS—11SA顶驱编码器故障的诊断与处理

TDS—11SA顶驱为Varco公司最新顶驱型号,编码器的投入和矢量控制方法的采用使该型号顶驱对输出扭矩和转速可以根据需要进行连续调节和设定,因此编码器的作用非同小可。介绍了钻井现场编码器发生故障时的诊断和处理方法,结合现场实际,在无编码器替换的情况下临时短接DTI板,短接后整个顶驱系统进入正常工作状态。事实证明此方法对解决现场应急情况是可行的,而且不会影响系统的任何功能。     

国外钻机顶部驱动钻井装置的发展趋势

随着机电液一体化的控制技术、变流变频、PLC程序控制技术的不断发展,以及现代钻井技术要求的不断提高,对顶驱的结构、控制系统功能提出了新的要求。为了改进钻机顶驱装置的设计,提高钻井能力、可靠性、可操作性和安全性,着重从安装远程监控系统的顶驱、轻型电动机顶驱、大功率顶驱、取消齿轮箱的顶驱以及国外的TDS-3和TDS-4顶驱几个方面,介绍了其发展情况,并对顶驱制造厂家提出建议,以使制造的顶驱能充分满足钻井工艺要求,同时保证顶驱的先进性、经济性和可靠性。     

顶部驱动钻机的虚拟样机开发

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的产品设计开发和评估手段。顶驱虚拟样机系统可以对顶驱进行基于物理的三维动态仿真和虚拟环境下的性能分析 ,并可对顶驱虚拟样机系统数据进行管理。介绍了顶驱虚拟样机的总体技术 ,给出了顶驱虚拟样机的体系结构及功能结构 ;描述了顶驱虚拟样机建模、装配、运动分析和动力分析以及数据管理等软件模块的构成和功能及其解决方案。对虚拟顶驱钻井装置样机系统的研制将改变我国石油机械的产品研制思路 ,为新型顶驱钻井装置的设计、制造提供崭新的计算机平台。     

减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施

顶驱的出现导致了顶驱钻井法的诞生,进而逐步代替了传统转盘钻井法。通过顶驱钻井法和传统转盘钻井法的钻柱连接时间、起下钻时间、取放方钻杆操作时间、倒划眼操作时间等的比较,证明顶驱钻井法能节省钻井时间,并总结出减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施。     

新型直驱式顶部驱动钻井装置

为解决顶驱因故障停机时间长而带来的系列问题,研制了新型直驱式顶部驱动钻井装置,并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型号的直驱式顶驱,可达到4 000～12 000 m的钻井作业深度。该顶驱主要由动力水龙头和管子处理器组成,采用大功率交流变频电动机驱动,无级变速控制,多功能人机界面操作;提升系统采用双载荷通道隔离设计,中心管主轴设计有特殊组合轴承,可承受钩载,同时也具备抗钻柱纵向振动功能。DQ2250DBZ顶驱在国外应用13口井,经受了-30℃严寒考验,最大连续钻井扭矩达到了35 kN·m,创下日钻进1 016 m的记录。DQ450DBZ顶驱在国内川东70563钻井队现场作业,最大连续钻井扭矩28 kN·m,上卸扣扭矩30 kN·m,水平井造斜段始为4 593 m,造斜88°,总进尺达6 500 m。     

工具面动态控制钻井系统的室内研究

常规钻井作业中,造斜段一般使用弯角马达滑动钻进完成,易产生工具面漂移,传统方法对工具面调整时需要停钻,易引起作业效率低和卡钻等问题。为此,设计了工具面动态控制钻井系统,并完成软件控制和顶驱角度精确定位系统研制。钻井系统主要由现场监测系统、软件控制系统和顶驱精确定位系统组成。通过实时监测工具面,软件控制系统可自动判断工具面偏移情况并发送指令至顶驱精确定位系统,定位系统调整顶驱角度,从而实现滑动钻进过程中工具面的自动控制。室内试验结果表明,电机无论是在空载、带载还是正反转情况下,顶驱角度精确定位系统的定位精度都控制在2°以内,响应时间不超过4 s。     

TDS-11SA型顶驱系统故障树分析

顶驱系统是近20a发展起来的新型钻井驱动装置,目前对顶驱系统的研究已经基本成熟,但是针对其可靠性的研究有待进一步提高。利用故障树分析方法对VARCOTDS-11SA型顶驱系统进行了故障分析,绘制出顶驱系统故障树,求出其最小割集、最小径集和结构函数,并对其重要度进行排序,找出其薄弱环节,为设计和实际应用顶驱系统提供了参考依据,为进一步开发顶驱系统故障分析系统提供了条件。     

顶部驱动系统在苏丹钻井作业中应用

钻井顶部驱动系统(简称顶驱系统)即在钻柱顶部提供旋转动力代替常规转盘旋转,完成钻井作业的系统。河南油田引进的钻井顶部驱动系统系由美国Varco公司生产,主要包括:顶驱主机TDS-9S, 控制系统VEH, VDC司钻台、电缆以及动力源系统,见图1。