ZJ40/2250JD钻机的研制与应用

根据辽河油田自身和与辽河类似油田区块的特点,研制了可用于钻丛式井的ZJ40/2250JD钻机。该型钻机井架采用垂直分段起升方式,占地面积小;配置节能发电机组,可以节约燃油30%;配置自动钻进系统,可以实现自动送钻;配备先进的钻井监控系统和钻井仪表系统,司钻在控制房内对钻机进行操作,降低了劳动强度,改善了工作环境;采用机电复合驱动方式,生产和运行成本低,性价比高,具有广阔的市场前景。     

海洋钻井集中控制司钻房的设计与试验

海洋钻井集中控制司钻房集电、气、液及仪表控制于一体,是海洋石油钻机的控制中枢,其性能的好坏直接关系到整座平台钻机的生产效率。鉴于此,通过开展对海洋司钻房总体结构方案研究,设计了正压通风系统、集成控制系统和显示系统。根据设备生产的工艺流程,开发了人机界面的应用软件,实现了集中控制钻井作业和管具移运作业控制功能;优化了司钻控制房内部结构和布局,降低了司钻操作劳动强度,提高了生产效率。试验验证结果表明:该司钻房设计合理、安全可靠、运行平稳,具有明显的创新性和实用性,满足海洋移动平台设计要求。该司钻房实现了在工作环境、生产效率和安全性3方面的重大改进,特别适用于控制集中和自动化程度要求高的钻井平台上作业,并具有较大的适用范围。     

MZJ10煤层气钻机的研制

针对我国煤气层钻机多采用水源钻机和物探钻机,而且比较简陋,装机功率小,运行效率低和搬迁费用高的问题,根据煤气层开采的特殊性,研制了MZJ10煤层气钻机。该钻机为车装式、全液压驱动和控制,钻井所需的提升下压功能、旋转功能、循环功能、辅助设备和井口工具等全部实现了液压传动和控制,操作简便,自动化程度高。试验表明,在1000m钻井过程中,各系统运行平稳,各项性能指标符合设计要求。     

一种钻机智能化天车防碰系统

针对目前钻机天车防碰系统人工设置刹车高度、在固定位置进行报警时干扰司钻正常操作的情况,研制了一种钻机智能化天车防碰系统。该系统是由旋转编码器、控制系统、刹车控制器件、刹车执行机构、绞车等组成的闭环控制系统,能根据设备参数、使用工况及游车运行速度,在最合适的高度进行报警,提醒司钻刹车。系统具有试刹功能,能方便司钻对刹车系统性能进行定期检测,确保刹车系统安全可靠。     

石油钻机集成控制虚拟仿真培训系统的研制

石油钻机配套设备种类繁多,各设备操作方式多样,出于安全和效率等方面的考虑,司钻人员上岗前必须对钻机设备的操作进行培训。为此而研制了石油钻机集成控制虚拟仿真培训系统。该系统采用可编程控制技术和工业网络通信技术,将变频系统、仪表系统、顶驱系统和视频监控系统等组成集成控制系统。搭建了石油钻机智能化、集成化和信息化控制平台,引领了钻机集成控制的发展方向。系统采用集成控制与虚拟现实技术,通过主、副司钻一体化座椅实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,是一种全新、安全、高效的石油钻机司钻操作培训系统。该系统的研制对引导用户体验未来高度集成化、自动化和智能化的控制系统有着重要意义。     

ZJ50/3150LDB-1型钻机研制

为适应现代钻井的需要,在总结ZJ50/3150LDB型钻机特点的基础上,研制了ZJ50/3150LDB-1型钻机。该钻机操作安全,结构简单,性能稳定可靠;能够在不倒绳的情况下实现1次穿绳、2次起升;司钻偏房与前台底座一起起升;绞车高、低速采用电控摘开、挂合,反应速度快;转盘采用电机独立驱动,是一种具有市场发展潜力的钻机。     

DQZJ-20Y液力传动钻机驱动特性分析

DQZJ—20Y液力传动钻机采用液力机械变速箱,传动柔和,适应外载荷变化的能力强,可实现无级变速变矩及反转制动。现场试验表明,钻机功率利用率高,起升速度快;反转制动特性减轻了带刹车的载荷;变矩特性加强了处理事故的能力。通过液力变矩器驱动钻井泵可同时保护原动机和工作机;在保持柴油机额定转速的条件下,可实现泵压的全过程控制。针对散热装置、倒挡离合器和过滤器等方面暴露的问题提出了改进意见。     

交流变频电驱动钻机起升系统的模拟

为了进一步探讨交流变频电驱动钻机起升系统的动态特性,采用ADAMS仿真软件,对ZJ30/1700DB型交流变频电驱动钻机起升系统进行了模拟计算与分析.建立了系统模拟模型,分别对基本载荷、考虑钻柱和井壁摩擦时的钻机起升系统以及考虑系统弹性时的钻机起升系统进行了动态模拟,得到了大钩载荷、大钩速度以及绞车滚筒角速度的模拟结果,并通过模拟得到了起升系统起升过程的动载系数.模拟结果表明:钻机在起升过程中存在着动载,动载系数随着起升条件的改变而改变;在起升过程中由于钻柱与井壁产生摩擦,使起升过程的平稳性变差,使大钩载荷增加,滚筒、大钩速度呈现出明显的不均匀;考虑起升系统弹性后整个系统在起升过程中振动增大,在实际控制过程中必须要认真对待;控制系统的灵敏性、准确性也影响起升系统的动载系数.为减小起升时的动载系数,可采用直接控制电机特性的方法,有效减小起升动载荷.模拟结果对进一步继续深入研究电驱动钻机及其绞车特性和产品设计都具有一定的参考价值.     

SCB60煤层气钻机在贵州煤层气中的应用

专用煤层气钻机的使用是提高煤层气开发速度和降低开发成本的有效途径。重点介绍了SCB60煤层气钻机在贵州的煤层气勘探中的应用情况,主要有以下几点:①道路行驶,该钻机具有通过性强、上下坡能力强和续航能力强等特点,它运行平稳、安全可靠,最高时速达70 km。②钻井,主要从地质结构、井身结构、钻具组合、钻井参数、钻机工作状态参数和钻井工艺特点等方面展示了钻机的优越性能。该钻机操作灵活,移运方便,为成井下套管、取心、扩孔等工序工艺提供了便捷的操作环境,提高了钻井效率和成井质量,降低了成本。最后对该钻机在使用中暴露出的问题提出了相应的改进措施。     

SCB60煤层气钻机的研制

为了提高我国煤层气钻井装备的技术水平,研制了SCB60煤层气钻机。这种新型钻机采用全液压顶驱技术,钻井可使用空气、钻井液和泡沫多种循环介质,从而实现多工艺钻进技术。该钻机为车载式钻机,底盘车和钻机所需的液压动力共用1台发动机,专用底盘车、伸缩式桅杆井架、可翘式动力头、换杆器、液压传动及控制系统的设计,实现了煤层气钻机所需要的专用功能。样机的试验表明,该钻机具有通过性好、提升能力强、钻井效率高、安全环保、运行平稳可靠和操作维修方便等特点,可大力推广应用。     

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、智能化的设备管理平台     

基于传递函数方法电动钻机起升系统的理论分析

应用多自由度弹性振动的分析方法,建立了ZJ30DB型交流变频调速电驱动钻机起升系统的理论模型并得到了其动力学微分方程组,采用传递函数的方法得到了数值解及仿真结果。结果表明,ZJ30DB型交流变频电驱动钻机起升系统具有较好的起升特性,能满足起升过程的要求,钻机起升加速时间约3 s。理论分析得到的钻机起升系统动载系数为1.98,而现场实测得到的起升动载系数为1.34。二者产生差别的原因在于理论模型的误差、钻机本身具有的软特性和人为操作因素等。理论分析和试验结果对进一步深入研究电驱动钻机及其绞车特性和产品设计都具有一定的参考价值。     

交流变频电动钻机电控系统的完善

通过对新疆石油管理局在用的ZJ30DBT、ZJ50DB、ZJ70DB交流变频电动钻机在配套和应用中存在的电控系统标准不统一、绞车在大载荷时无法悬停、转盘倒转、控制系统容错冗余性能差、一体化钻井仪表参数滞后需频繁设置修改等问题的分析和研究,对9000m交流变频电动钻机及其它交流变频电动钻机电控系统进行了完善设计。实施了绞车电动机采用带编码器矢量闭环控制系统;转盘采用防倒转控制和取心稳速控制;控制系统采用硬件和软件双冗余;一体化钻井仪表能实时准确显示参数指导司钻操作等完善措施,并提出电控系统成套的硬件和软件标准有待统一,在系统的标准化方面需开展工作的建议。     

深水工程勘察船钻机研制

在海洋油气资源勘探、钻探以及水下生产系统安装和运行过程中,需要对局部海域的海底地形地貌、地质特征和水文参数等进行全面精细的探测调查。为此,研制了深水工程勘察船钻机。该钻机采用变频控制、游车升沉补偿和绞车补偿相结合的补偿方式、遥控大通径顶驱等先进技术,具有适应3 000 m水深、取样深度200 m的能力,并有较高的可靠性和自动化水平。但是,我国深水海洋钻机与国外钻机相比还有一定的差距,为此,提出应研制海洋特殊钻井装备和加大产品试验投入的发展建议。     

2000m全液压齿轮齿条钻机

为适应井深2 000 m以内定向井、水平井和侧钻井等特殊钻井作业需要,开发了全液压齿轮齿条钻机。钻机的电控系统采用现场总线控制技术,用PLC来控制、监测钻机的主要部件;液压系统采用基于电液闭环比例技术,实现对液压泵、液压马达的控制,并完成动力头的提升和下放、旋转等功能;钻机还配套了管子处理装置,从管排架上抓取钻杆并将其送至井口。这种钻机具有结构紧凑、移动性好、工作可靠及成本较低等优点,具有广阔的市场前景。     

石油钻机司钻的H点研究

司钻控制房作为石油钻机的核心控制单元,其设计的好坏直接影响到司钻操作方式,从而影响整台钻机的生产效率和安全问题。针对国内司钻操作控制界面没有规范和行业标准,结合汽车界面规范SAE,提出石油钻机司钻H点的概念和相应的计算方法。H点的建立提供了人在舒适操作时尺寸定位的基准点,以此可以推出人的眼椭圆位置,确定人观察范围和手臂运动的最大伸及范围,对司钻控制房人性化设计具有重要的意义。最后通过计算机仿真证明计算结果与仿真结果吻合。     

4500米钻机提升系统静动态载荷测试的初步分析

本文论述了对国产ZJ—45J型钻机提升系统静动态载荷进行综合测试的结果。通过计算、绘制曲线和载荷谱及验算等手段,整理分析了七个方面的测试数据:(1)判明了提升各部件的安全系数;(2)说明了提升动载(包括振动)相对于时间的变化规律、求得各动载系数;(3)证明了滚筒的角速度、角加速度与提升动载之间的关系;(4)测得了各档的实际换挡载荷,得出不同的功率储备系数;(5)根据所测提升钢丝绳的动拉力取得单滑轮效率值和游动系统效率值;(6)测定有关提升钻柱重量与柴油机转速、钻柱提升线速度的关系及300吨钩载下井架顶部下沉量等;(7)测定绞车刹带在下钻对的动拉力,判明沿刹带周边拉力的分布规律及下钻动载系数。     

基于S7-300软冗余的钻机自动送钻控制系统设计

我国首台人工岛7000m深环轨移动模块钻机于2008年2月在冀东南堡油田1号人工岛顺利开钻,该钻机应用的基于S7-300软冗余钻机自动送钻控制系统,现已通过现场验收。该自动送钻系统添加了1套PLC控制系统,系统有手动和自动2种工作模式。自动送钻监控系统主要包括自动送钻恒钻压控制、电子防碰、游车位置精确定位与动态演示、故障识别报警与处理等模块。监控系统采用了基于西门子公司S7-300PLC的软冗余方案,PLC处理器成双使用,当主处理器出现故障时备用的处理器会按照监控程序和数据交换处理程序实现数据同步,完成自动切换。现场应用表明,该系统操作简单,切换方便,提高了钻机控制自动化水平和生产管理水平,确保了钻机的平稳、安全、高效运行。     

40DB钻机在导管架平台的应用

为了适应阿塞拜疆里海油区导管架平台的实际情况,对40DB钻机进行了改进设计。钻机的控制系统采用PLC控制技术和现代数字化通信技术,实现数控、电控、气控、通信的一体化设计,提升钻机的自动化水平。钻机主体带动绞车后台底座及猫道可沿导轨整体平移,平移距离最远达80 m。导轨的设计考虑了通用性,使得钻机可以在不同平台上实施钻井作业。井架采用节省空间的自升起升方式,猫道可实现提升钻杆的功能,钻机主体、钻井泵组、固控系统和发电机组等部件的安装位置受力分布要满足平台桩腿承载力的要求。现场应用结果表明,改进设计的40DB钻机各系统运行稳定,达到预期的设计目标。