陆地超深井四单根立柱高效钻机

目前传统陆地石油钻机多采用立柱长度为28. 5 m的三单根立柱进行钻井作业,为了实现超深井的钻井提速提效,采用立柱长度约38. 0 m的四单根立柱进行钻井作业,可以提高游车高速运行区段,减少钻机起下钻频次,提高钻井效率。从井架高度、绞车滚筒容绳量、井架起升系统、立根靠放可靠性及钻井钢丝绳选型等方面对四单根立柱钻机关键技术进行分析,得出解决关键技术的可行方法。现场应用结果表明:超深井四单根立柱钻机明显提高了钻井效率,缩短了钻机周期,比三单根立柱钻机全井起下钻综合提速15%左右。四单根立柱钻机的研制成功为复杂深井的钻井提速提效提供了新的技术支撑,其应用前景十分广阔。     

四单根立柱钻机关键技术研究与提效分析

四单根立柱钻机采用四单根一立柱的钻井模式,通过加长钻柱立根,降低起下钻频次,增加立根高速运行时间,实现钻井综合作业效率的提高。与常规三单根钻机相比,四单根钻机在超长井架设计、大容绳滚筒缠绳技术保障及超长钻柱立根稳定排放等方面存在较多难题。鉴于此,详述了四单根立柱钻机所具备的各项关键技术,并结合9 000 m四单根钻机提出超深井四单根钻机关键技术和保障钻井效率提高的综合措施,措施后,与三单根立柱钻机相比,其钻井综合作业效率最高提速23. 97%,平均提速19. 00%。研究内容可为四单根钻机进一步推广应用和深井与超深井钻机钻井综合提效提供技术基础。     

超深井钻机创新技术及其发展趋势

针对塔里木盆地等复杂的地质结构区域,研发了适用于超深复杂井的8 000 m钻机和四单根立柱9000 m超深井钻机,对钻机关键部件进行了创新设计,对高承载井架和底座进行了优化,全新设计了采用压实股钢丝绳的一体化单轴绞车。采用了转矩和承载能力更大的转盘及其驱动装置、大功率高压钻井泵、智能化顶驱和兼容性强的顶驱下套管装置等。现场应用表明,相比于常规8 000、9 000 m钻机,设备成本可降低20%左右,钻井生产运行费用降低37%,而9 000 m四单根立柱钻机可降低起下钻作业时间20%以上,并在一定程度上规避了常规钻机在复杂地层压力控制难的问题。阐述了超深井钻机的优势和亟待解决的问题。     

四单根钻机立柱排放稳定性非线性屈曲分析

四单根超深井钻机采用四单根立柱进行钻井作业,能够缩短起下钻时间和钻井周期,降低复杂事故发生的概率。为保证四单根钻机立柱排放的稳定性,从非线性的角度出发,采用有限元非线性屈曲计算方法,对不同规格尺寸的四单根立柱排放稳定性进行分析。分析结果表明:同一类型立柱,随着钻具直径的增大,其变形量逐步减小,稳定性越来越好;?127.0 mm及以上规格钻杆和加重钻杆、?158.8 mm及以上规格钻铤,采用四单根立柱,?127.0 mm以下常用钻杆和加重钻杆、?158.8 mm以下常用钻铤,采用三单根立柱,钻机增加三单根二层台;立柱的稳定性分析结果与现场实际变形相符。所得结论可为四单根钻机立柱的排放方案制定提供参考。     

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。     

我国超深井钻机研发技术再跃新台阶

2012年10月22日,我国首台具有自主知识产权的4单根立柱9 000m超深井钻机在宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称宝石机械)通过出厂验收。4单根立柱9 000m超深井钻机的研制成功,填补了我国陆上4单根立柱钻机的空白,标志着我国超深井钻机研发技术再上新台阶。此钻机是宝石机械为"新疆大庆"建设量身打造的"尖兵利器"。该钻机有2项技术和装备实现创新,填补了国内空白,拥有18项专有技术和专利技术。新疆塔里木盆地库车山前地区是天然气的富集区,也是中国石油天然气集团公司建设"新疆大庆"的主战场之一。该地区地     

9000 m智能钻机关键技术

国内9 000 m钻机研制发展迅速,在钻深能力和变频驱动方面已经达到国际水平,但智能自动化关键技术的整合应用仍然落后。鉴于此,通过回顾国内超深井钻机发展历程以及国外装备自动化发展趋势,指出了国内高端钻井装备与国外存在的差距,主要介绍了9 000 m智能钻机研制关键技术。9 000 m智能钻机融合快速移运技术和人性化设计理念,首次将拖挂技术应用于9 000 m钻机,可实现不同运输条件下的多状态快速移运;将人性化理念贯穿于钻机设计环节,最大程度为作业人员提供安全、健康、环保、舒适的作业环境。9 000 m智能钻机的研制成功在一定程度上促进了高端钻井装备的国产化进程。     

四单根立柱超深井钻机井架液压辅助起升机理

ZJ90/6750DB-S四单根立柱超深井钻机的井架是国内最高的K型井架,超高重载特性使得其起升难度非常大;同时钻机的自动化升级改造,配套多套自动化装备,进一步增加了井架的重力、起升重力矩和难度。为更好地解决四单根立柱钻机井架起升难题,利用有限元方法开展了井架起升载荷及井架起升强度计算分析,在不改变井架主体结构尺寸的前提下,提出了通过增大初始起升角度来降低井架最大起升载荷的方案,并成功研制了液压高支架以辅助井架起升。现场应用情况表明:液压高支架辅助井架起升安全可靠,解决了升级后四单根立柱钻机重载超高井架的安全起升难题。研究结果为超高重载井架的起升作业提供了重要的理论和实践支撑。     

深井超深井钻完井技术现状、挑战和“十三五”发展方向

"十二五"期间,为解决塔里木、四川等盆地超深油气藏勘探开发所遇到的深井超深井钻完井难题,中石油研制了一批具有自主知识产权的重大装备、工具、仪器、工作液等,包括:①8 000 m钻机、四单根立柱超深井钻机、5 000/7 000 m钻机管柱自动化处理装置、精细控压钻井技术与装备、双燃料/高可靠性钻机动力机组、气体/欠平衡钻井装备等6项深井超深井核心装备;②自动垂直钻井工具、涡轮钻具、高效PDC钻头、系列复合钻头、水力脉冲提速工具、钻井井下安全监控系统、顶驱下套管装置等7项核心工具;③高温高密度水基钻井液、油基钻井液、高温大温差固井水泥浆、韧性水泥浆体系等4项钻井液和水泥浆体系。研究认为,"十三五"期间深井超深井钻完井所面临的挑战包括:深井超深井高温、高压、窄密度窗口、井筒完整性等,以及降本增效的巨大压力,亟待在深井超深井高效运移钻机、高效破岩钻头和辅助工具、井筒完整性、井下宽带信息传输技术等方面开展攻关并力争取得技术突破。结论认为:上述研究和试验成果有力地提升了中石油超深井钻完井的能力和水平,将对中石油油气勘探开发业务起到重要的支撑作用。     

DM13.7/4.5型动力猫道研制与应用

在整个钻井过程中,管柱输送效率严重制约石油钻井效率及成本,尤其在超深井更为明显。依据陆地石油钻机向超深井、自动化、智能化发展实际需求,研制了9 000 m超深井石油钻机用DM13.7/4.5型动力猫道。该装置采用电控液技术方案,主要由基座、支撑臂、运移臂、坡道等组成,通过检测系统、速度控制系统、安全保护系统实现了管柱从井场的管子堆场与钻台之间一键式自动输送作业。通过现场试验,该装置输送139.7 mm(51/2英寸)管柱循环周期为80～100 s,可承运4.5 t的钻铤及609.6 mm(24英寸)套管,运行平稳,降低了人工作业强度,提高了管柱输送效率,提高了作业安全性,有效提升了钻井作业的自动化、智能化水平。     

在役钻机管柱自动化排放装置配套技术研究与应用

在石油钻井作业过程中,起下钻和单根钻进扶管等工作需要井架工在二层台高空作业,内外钳工在钻台面配合作业,实现立根在井口与二层台及立根盒之间移动、排放。为提升钻井效率,降低钻井工人的劳动强度,研究了一种适用于在役钻机的管柱自动化排放装置。该装置利用电动二层台扶管机械手、液压吊卡和钻台面机械手配合作业,可实现立根的自动移送、排放,取得了良好的应用效果。     

渤海绥中36—1 J区快速钻井中固井作业及其特点

本文总结了渤海绥中36—I J区快速钻井中固井作业的主要技术特点。该丛式井钻井项目的平均井深 1876 m,平均建井周期 3.17 d,15口井总进尺 28 140m。在固井作业中,首次使用了无钻机时间固表层作业、长裸眼单级双封固井和防腐液一次替入等三项创新技术,油层套固井采取了十项关键技术,保证了作业质量,提高了作业效率,油层固井质量一次合格率达到100％,质量全优。     

12000m钻机盘式刹车系统的研制与应用

由于12000m钻机刹车系统的可靠性和安全性尤为重要,所以研制了一种安全可靠、技术先进和适合现场使用的12000m钻机盘式刹车系统。该盘式刹车系统的技术参数根据12000m钻机绞车的主要技术参数确定,还创新性地采用了刹车间隙自动调节机构、刹车片自动回位装置等技术,有效地解决了刹车间隙自动调节问题和刹车片的偏磨问题,提高了刹车系统的安全性。在川科1井的应用表明,该盘式刹车系统运行状况良好,安全可靠。     

自动化钻机向智能化发展的关键技术分析

总结了我国石油钻机在自动化方面的技术现状,包括自动化钻机总体技术、自动排管技术、司钻集中控制技术以及钻机远程信息化监测技术等。分析了自动化钻机技术发展过程中面临的技术瓶颈,包括系统作业效率问题、自动化工具稳定性及作业成功率问题、检测环节瓶颈问题、数据零散并缺少系统分析整理问题等。对自动化钻机向智能化方向发展所涉及的关键技术进行了阐述,并提出开展全新流程方式的钻机总体技术开发及电动化钻井机器人装备开发等发展建议。     

9000m交流变频钻机的研制

针对目前国外9000m钻机技术水平落后,不能实现自动化、智能化操作,无法满足现代超深井、复杂井以及欠平衡钻井等复杂工况要求的状况,研制了我国首台9000m交流变频钻机。该钻机采用全数字交流变频和直流控制技术相结合,钻机的传动、控制及井架、底座等关键技术和集成技术达到了国际陆地钻机领先水平。现场应用表明,该钻机的各项性能指标达到了设计要求和现代钻井工艺要求。     

轻型钻机模块化应用技术

在分析了国内钻机模块化技术应用方面同国外钻机的差距后 ,提出了适合中国国情的橇装模块化钻机的设计方案 ,即在符合SY/T5 6 0 9- 1999《石油钻机型式与基本参数》条件的基础上 ,使井架、底座、动力机橇的设计与橇装模块化技术相吻合。实际应用表明 ,南阳石油机械厂根据这种思路研制的ZJ30 / 170 0橇装模块化钻机具有良好的移运性及经济性。     

海洋钻机钻杆自动排放驱动装置方案设计

海洋钻机起下钻需要井架工爬上二层台进行手工操作,危险性高,时间长,效率低。在总结国内外钻杆自动排放系统的基础上,提出一种行走式驱动装置方案,驱动方式简单,易于自动化控制,能够大幅增加操作的安全性,降低劳动强度,提高钻机的工作效率,具有较好的发展前景。     

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。     

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。