7000m连续起下钻及连续循环智能钻机技术研究

针对常规深井钻机在钻井作业过程中,普遍存在的总起下钻时间长,井下复杂情况多,自动化程度低,劳动强度大,以及钻井成本高等诸多问题,提出了一种连续起下钻及连续循环智能钻机方案,并对该钻机的总体方案、连续循环、起下钻、管柱处理及集成控制等关键技术进行了详细描述。该连续起下钻及连续循环智能钻机可用于陆地、海洋半潜式和浮式平台等多种环境,其主要优点是提高钻井效率和作业安全性,大幅降低钻井成本,具有很高的适应性、经济性和先进性。     

海洋钻井平台立柱式排管机设计

排管机用于在钻台排放架与井口之间往返自动抓取与排放钻杆,是海洋钻井平台钻杆自动排放中最为繁忙的装置。介绍了立柱式排管机总体机械结构组成及主要技术参数、液压系统原理及控制方式。设计的排管机适合于双联井架钻机,具有操作灵活可靠、运动稳定、操作空间大等优势,适合深水半潜式钻井平台及钻井船钻台立根自动排放操作。     

深水半潜式钻井平台钻机选型

深水钻机是半潜式钻井平台关键设备,如何选择,配置深水钻机系统是设计与建造我国第六代半潜式钻井平台首要问题.从深水钻机并行和离线操作能力与配置、作业效率、可变载荷及专利影响等方面论证了深水海洋钻机模式选型问题.常规深水海洋钻机、离线钻机和双井架钻机结构特点、应用情况以及离线操作配置分析表明,离线作业配置越完整全面,作业效率提升越大.以甘特图和深水钻井实例详细分解、探讨双井架钻机作业机理,即在工序之间进行并行作业和工序内进行离线作业.对比分析3种深水海洋钻机钻单井、钻多井及完井作业效率,发现双井架钻机相对离线钻机和常规钻机可大幅度提高作业效率,但双井架钻机系统质量增加,且受专利影响,成本增加.采用增量净现值模型综合各种影响因素分析表明:双井架钻机总体优干离线钻机.图7表5参17     

走向深蓝 中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部

正钻井事业部是中国石油集团海洋工程有限公司下属的从事海洋石油勘探开发钻井服务的专业队伍。现有钻井平台15座,其中自升式钻井平台12座、坐底式钻井平台2座、模块钻机1部,曾租赁管理半潜式钻井平台参与南海天然气水合物试采项目,具有1 200 m水深钻完井作业服务经验。     

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。     

自升式钻井平台就位风险评估与安全控制系统建设及应用

自升式钻井平台就位风险识别与安全控制是钻井作业关键技术之一。中海油将信息技术与自升式钻井平台就位风险评估与安全就位控制技术紧密结合,建成了自升式钻井平台就位风险评估与安全控制系统。主要介绍了该系统的基本内容,分析了其主要技术手段、功能及现场应用情况。现场应用表明:该系统实现了自升式钻井平台智能化选型,能有效降低作业风险,提高作业效率,降低自升式钻井平台就位作业风险,对提高油田开发效益具有重要意义。     

LZ900/73-3500型连续管复合钻机研制

现有的连续管钻机不能使用常规管柱进行作业。依托国家科技重大专项课题,研制了LZ900/73-3500型连续管复合钻机,突破了轻量化注入头、下沉式滚筒、三折叠液压导向器、伸缩式门型井架、电液一体化集成控制系统等关键技术。现场试验表明,该钻机既可使用连续管,也可使用常规管柱,可进行钻前准备、井筒处理、钻进以及钻后完井作业。采用模块化结构,一体化运行,提高了侧钻井全过程的作业效率,并降低劳动强度、节省成本。     

2250kN海洋钻修机模块设计

为配套海上采油平台而设计了2 250 k N海洋钻修机模块。2 250 k N海洋钻修机模块在设计上充分满足平台布局要求紧凑性和模块化的要求,采用联合驱动的传动系统设计也满足用户对钻机模块经济性的要求。井架结构设计打破常规,采用从基段两侧进钻杆的方案及自升式结构,可满足钻机在不同区位作业的便捷性要求。绞车采用交流变频联合驱动的传动形式,底座采用大模块化的结构形式,从而满足CEPI和CEPJ固定式采油平台钻机作业区域小和移动跨距大的需求。该钻机设计中采用的一些新方法可降低固定式平台钻修机模块的建造成本,亦可缩短建造周期。     

石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议

为了提高钻井速度,缩短钻井周期,开展了石油钻机自动化和智能化技术研究,形成了一整套管柱自动处理系统技术,实现了管柱输送、建立根、立根排放和井口作业的自动化和智能化。同时进行了钻机集成控制系统的研究,采用现代先进技术,将石油钻机变频系统、仪表系统、顶驱系统、视频监控系统和管柱处理系统等组成集成控制系统。应用"一键多能,多键协作"的理念实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,完成了双司钻集成控制平台开发。克服了常规钻机配套的各子系统相互独立、配置重复的缺点,搭建了石油钻机自动化和智能化控制平台。最后对石油钻机未来的发展方向提出了几点建议。     

HXJ180MB变轨距海洋轻型钻机的开发与应用

目前中海油天津分公司调整井作业量大,钻井船资源紧张,采用搬迁修井机到其它平台钻井作业的方式费用高、周期长。鉴于此,研制了HXJ180MB变轨距海洋轻型钻机。该钻机的下移动座设计为跨距可调式,可满足不同海洋平台导轨跨距要求;上、下移动座采用平行及垂直2种布置形式的切换,可增强该钻机对不同海洋平台的适应性;上移动座3面甩钻设计可满足不同海洋平台甩钻区域要求。至今,该轻型钻机已在中海油天津分公司顺利实施了4口调整井作业,包括采用垂直布置方式完成了1口平台极限井位的调整井作业。     

CTR120/300复合连续油管钻机研制与试验

连续油管钻井技术是20世纪90年代从北美地区迅速发展起来的一项高效、低成本、安全环保的钻井技术。四川宏华石油设备有限公司成功研发了国内首台复合连续油管钻机,名义钻井深度（Φ114.3 mm钻杆）2 000 m。钻机的主要设备由移动运输性好的3台拖挂单元组成：连续油管井架底座拖挂单元、连续油管滚筒拖挂单元和机械手拖挂单元。该钻机将连续油管装置和带动力水龙头的常规钻井装置集成在一起,既能进行常规钻杆钻井,又能进行连续油管钻井。钻机配备的全套自动化管子处理装置、轻便铁钻工、自动液压卡瓦等机具,极大地减少了钻台面的作业量,降低了劳动强度。钻井试验结果表明,CTR 120/300复合连续油管钻机总体性能符合设计要求,与常规钻井相比具有起下钻速度快、机械钻速高、钻井液连续循环等优点,但还需要进一步加强井下工具和钻井工艺的研究,以加快其在国内的推广应用和发展     

陆地钻机钻杆自动排放系统设计

钻杆自动排放系统主要用于海洋钻井,陆地钻井应用较少。为了减少陆地钻机起下钻作业时间,降低工人劳动强度,增加 钻井安全性能,提高钻井效率,针对陆地钻井常用井架,初步设计研究出一种结构简单、操作方便、能全程实现自动控制的三坐标钻 杆排放装置系统。该系统主要由主夹钳及平移系统、辅助夹钳及平移系统、竖直（Z向）滑道系统、以PCL-839和IPC为主的控制系统4 部分组成,安装在钻井平台和二层台之间,主要适用于陆上钻井常用的任意A型、K（或Π）型井架的钻井系统,能实现在起下钻和接 单根等作业流程中钻杆的自动夹持、提升、下放、平移等轨迹全程无人数字自动控制,是目前比较先进的钻杆自动排放系统     

萨哈林亚极地海域自升式钻井平台的优选

在萨哈林亚极地海域,海上钻井面临着气温、海况、环保、运输等诸多问题,在自升式钻井平台市场上并非每一条平台都具备在该海域钻井作业的能力。选择一条适合区域特点的平台是钻井作业成功的关键。通过对区域内自然条件、工程条件、环保要求和运输方式等的研究分析,得出了萨哈林亚极地海域自升式钻井平台优选的关键性指导参数与流程并在平台优选实际过程中进行了应用。结果表明该优选方法符合区域条件特点,能有效保证所选平台的工作质量。     

ProfiBus现场总线技术在钻井平台的应用与故障分析

ProfiBus现场总线作为一种常用的现场总线技术已广泛应用于工业自动化领域,随着科学技术不断发展,包括海洋石油钻井领域在内的工业生产越来越智能化、自动化,当今主流的石油钻井平台已经实现高度自动化。该文简述ProfiBus 现场总线技术在海洋石油钻井平台上的应用情况,并以发生在勘探七号自升式海洋石油钻井平台顶驱控制系统的某次ProfiBus通讯故障为例,阐述故障现象,分析查找故障原因和排查方法,旨在为今后高度自动化的海洋石油钻井平台作业中类似设备的故障预防、故障原因分析、故障查找和排除提供借鉴。     

川渝井下作业现场井控技术要点及溢流关井程序探讨

井下作业工况纷繁复杂,其井控条文详尽繁多,最核心的井控技术要点在于:在任何时候,任何工况下,都能及时迅速地将井控制住。文中把井下作业近四十种工况归纳为十大类,并针对其特点,提出了现场井控技术要点。对于在井下作业的四大类工况(旋转作业、起下油管或钻杆、起下钻铤或工具、空井或绳索作业)中发生溢流,其关井程序采取常规的半软关井。对于低压井、浅井、浅气层井及液压系统出现故障的井可采取硬关井。     

连续循环阀气体钻井技术及其现场试验

目前气体钻井面临大出水地层生产时效低,中断循环后可能引起井壁垮塌、卡钻等井下复杂,充气钻井井底压力波动大、井控风险高等问题。为此,介绍了新研制的一种基于连续循环阀的钻井系统的技术原理以及现场试验情况。该系统主要由连续循环阀和地面控制系统两个部分组成,钻进中将连续循环阀接在钻杆上,接单根、起下钻时,通过连续循环控制系统切换循环通路,实现井下连续循环。在宁211井氮气钻井和月005 H1井充气钻井2口井现场试验的结果表明,接单根作业井底压力恒定,缩短了重新建立正常循环的时间,实现了接单根和起钻作业过程中的连续循环,初步证实了连续循环系统的可靠性与工艺的可行性。连续循环钻井技术在充气钻井过程中的试验成功,标志着该项技术从单一循环介质迈向了两相循环介质的新台阶,可为钻井液条件下的欠平衡井、窄密度窗口井、大位移井、长段水平井安全高效钻井提供新的技术手段。     

可更换钻头套管钻井工具及工艺研究

采用常规钻机、利用转盘驱动的简易套管钻井技术由于受钻头寿命的限制，只能用于一只钻头钻至设计井深的情况，为此，研制开发了转盘驱动的可更换钻头套管钻井系统。该系统由起下工具、井下锁定工具串及坐底套管3部分组成。进行套管钻进时，井下锁定工具串锁定在坐底套管上，需更换钻头或井下锁定工具串时，往套管内部下入起下工具并解锁锁定装置，起出井下锁定工具串，更换完毕后，再将井下锁定工具串从套管内送入井底，锁定在套管柱末端的坐底套管上，起下过程中可保持钻井液的循环和钻柱的转动。该系统在吉林油田2口井上进行了试验，井下锁定工具串的下入成功率达到100％，并实现了套管正常钻进，但由于打捞矛无法进入到井下锁定工具串的打捞孔中，致使2口井都没有正常起出井下锁定工具串。详细介绍了可更换钻头套管钻井系统的组成、原理、施工工艺及现场试验情况。     

钻井隔水导管临界载荷及弹性稳定性研究

从海上钻井实际出发,假定隔水导管为一端嵌固、一端铰支约束的典型受力杆件,根据能量守恒准则和弹性稳定性理论,推导出了在有端部集中载荷及自重均布载荷联合作用下其临界载荷的计算方法,并对不变刚度结构和变刚度结构两种不同组合形式的隔水导管的临界载荷进行了实例计算与分析。对于自升式平台钻井隔水导管,采用本文提出的模型及方法求解其临界载荷,这在原理上和技术上都是可行的;在现场作业中,采用本研究方法中的变刚度结构隔水导管组合形式是可操作的。这些研究成果对于进一步提高海上钻井作业的安全性以及合理使用现有设备和降低成本均具有一定的指导意义。     

基于西门子3项控制技术的海洋钻机控制系统

概述了HZ19—2/3海洋钻机模块的结构及其与陆地ZJ70D系列钻机的区别。介绍了西门子(SIEMENS)人机界面(HMI)、可编程序控制器(PLC)、PROFIBUS-DP现场总线技术在海洋7000m直流电驱动钻机控制系统中的应用;电控系统的设计特点及网络控制系统软件、硬件的构成;监控系统的功能,控制系统的优点。HZ19—2/3海洋钻机通过了美国船级社的认证,2套钻机控制系统运行半年多来,性能优良,易于操作,对确保海洋钻井平台钻井安全、经济地运行起到了良好作用,标志着国产海洋钻机技术水平和开发能力有了新的提高。