干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 深井数字化电控钻机研制及产业化

Arid

	深井数字化电控钻机研制及产业化
	王庆群; 徐军; 周思柱; 陈新龙; 刘洪亮; 彭太锋; 杨立群; 何江海; 张振勇; 李建平; 熊先杰; 陈健; 荀永明; 李光金; 罗天保; 刘琼; 潘浩; 马伟; 刘锐华; 王成章; 吴光斌; 金宗祥; 林育森; 文必雄; 黄勇; 黄家文; 梁开勇; 周俊堂; 冷北阳; 李石良; 陈国华; 许菊荣; 张国友; 肖海燕; 高建华; 郭艾斌; 孙元秀等
完成单位	中国石化集团江汉石油管理局第四机械厂
登记(发布)日期	2013
中文摘要	“深井数字化电控钻机研制及产业化项目”为湖北省重大科技专项资金项目,项目编号:2010AAA001;项目起止时间：2011年1月至2013年12月。 (1)技术原理：利用钻机钻出孔眼,钻机驱动或井下动力钻具驱动钻头破碎岩层;通过钻井泵将高压钻井液送入井内,将岩屑携带出井口,再通过循环系统将泥浆处理后反复循环使用;通过绞车和游动系统悬持钻具,从而控制钻头上部施加的压力;井控系统控制钻井液的压力,用于平衡地层压力;钻井的控制系统和钻井参数仪用于整个钻井过程的控制和监控。 (2)主要性能指标：名义钻深范围：φ127mm(5")钻杆： 4000～6000m、φ114mm(4 1/2")钻杆 4500～7000m;最大钩载：4500kN;绞车额定功率：1470kW(2000hp);井架型式及有效高度：前开口型,45m;钻台高度：10.5m 该成果在设计过程中针对目前钻机存在的问题,采用三维设计、仿真模拟等手段,形成了井架、底座不倒绳连续起升结构设计技术、PLC冗余及双总线网络架构设计技术、井架远程遥控起升及位置监控装置设计技术、钻机专用升降机研制技术、防喷器组机械化拆安装置设计技术。使用范围：满足钻机在承载能力极低的沼泽和沙地作业的要求,充分考虑了导轨的承载面积、钻机的重量、钻井时的扭矩和振动、风载等因素,移动能力强,可在导轨下沉、结冰、有一定的坡度时推动钻机向前或拉钻机向后调整钻机井口对中,主机工程作业适应性强。井场作业采用轮轨式,能满足井场丛式井和井场间整拖的作业要求,实现钻机主机与配套部分在丛式井井间整体高效移运,并有利于采用整体保温、供暖措施,满足低温等特殊环境的作业需求。整拖技术采用自走或牵引的履带式与轮式,能满足钻机在极地地区(主机与配套一体化移运),沙漠地区,高原地区、高寒地区等的长距离及短距离移运及快速转场要求。技术的成熟程度和能力：技术研究开发上,进行了成熟的防震动防漂移设计,在工作时将钻机与导轨可靠连接为一体,产生力和扭矩分跨传递,避免了钻机因受力分布不均引起的震动。进行了大承载能力设计,使平衡梁结构车轮轨受力均匀,轴承支撑的滚动摩擦,摩擦力小,搬迁效率高,可实现大吨位钻机整体移动。考虑钻机在作业时,对车轮设计了卸载系统,可以使用垫片将钻机支撑在导轨的两侧台肩上,车轮与导轨面分离,保证钻机的稳定性,延长了车轮和导轨的使用寿命。企业处于荆州石油机械产业集群中心,配套设施完备成熟,配套开发、试验、辅助、生产等能力的成熟度高,保障基础好,产业群集中度高,实力强,稳定性好。建立钻机大型规范的装配试验场、电控试验室,进行了井架、底座、绞车等核心部件的载荷试验、电控系统试验、钻机成套设备的调试运转试验、工业性试验等,验证成套钻机主要技术性能指标,研发手段全面且成熟度较高,朝着研制出具有国际先进水平的深井数字化电控钻机坚实迈步该项目已成功研制了7000m深井数字化电控钻机,开发了井架、单根穿绳、底座不倒绳连续起升结构、石油钻机专用升降机构、低温高压管汇、自动管子处理系统、钻机振动分析技术、防喷器组机械化拆安技术和整机井间移运技术,整机移运方便,整机安装时效高,钻机的自动化程度高且适应性强,该项目产品已成功应用于我国新疆油田并批量出口到委内瑞拉,使用效果良好。研用了重载高速绞车等关键装置,采用了液压盘刹、自动送钻、数控精加工和绞车跑合技术研究或试验;完成和采用了钻井高压管汇控制元件研制的有限元技术。安全可靠经济及节能环保：为实现了钻机的安全、快速高效和全方位移动,研制了整机步进式移运装置;为提高了钻机控制系统和钻机数字化的可靠性、安全性,研究了PLC冗余及双总线的网络集成控制技术和网络架构,采用电网智能供配电和高压管汇有限元信息控制技术,能进行成熟可靠的钻机信息及诊断专家系统;研发了钻机管柱自动处理系统,减轻了操作人员的劳动强度、提高了施工安全性。由于钻机的移运是使用是钻机液压源为动力,该液压源同为冗余设计,配备有两台液压泵,任意一台均可实现钻机的移运,钻机移运的执行元件为液压缸,运动平稳,并可通过压力表随时监测到钻机的移动阻力变化,移到异常情况可方便排除。由于钻机的移运系统使用滚动轴承,所有的润滑均采用密闭式润滑脂润滑,动力为液压系统的电机,不会产生任何有害物质。针对钻机在极地等高寒地区的作业需求,研究经济适用可靠的保温结构和供热方式,建立专业的钻机的热平衡数学模型及软件分析计算,开发深井固控系统集成配套技术,确保人员得到防护,设备正常运行,钻井作业要求得到满足。依托项目实施,企业已经建设了核心技术与产品的试验装置,建成绞车空运转试验台1套,井架、底座载荷试验场1个、钻机集成与成套装配场1个,形成绞车生产线、井架生产线,扩大了相关产品的生产制造能力,年产大型深井钻机10余台套。已经生产ZJ70D钻机9台套,全部发往油田现场作业。同时带动了系列钻机的研究及发展,如ZJ50DB-ST钻机13台套,ZJ40DB钻机4台套,完成产值约4亿元,带动湖北省石油装备产业链的发展,培育了一批石油装备制造厂家,产生了积极的经济效益和社会效益。基本完成年销售收入4～6亿元产业的目标。该项目自实施以来,形成了5000－7000米深井数字化钻机,目前产品已实现批量化生产,完善了工厂的产品系列,提高了工厂大型钻机的配套供货能力,已初步显现良好的经济及社会效益性,不但为工厂带来持续性的订单,带动湖北省石油装备产业发展和技术升级,而且将我国先进的石油钻机设备出口到俄罗斯、非洲、南美洲等国家,增加我国石油装备在国际市场的占有率,扩大我省对外贸易。由于该项目的成功实施,建立了成套试验检测设施,解决核心装置的制造能力问题,对现有结构件、机械加工、热处理、绞车、整机组装等生产线进行改造,形成了以四机厂为主导的荆州区石油钻采装备产业集群,与国内120多家外协厂家建立了供货渠道,形成了完整的产业链,实现了可持续发展。带动湖北省石油装备产业链的发展,培育了一批石油装备制造厂家,产生了积极的经济效益和社会效益。
中文关键词	深井 ; 电控数字化 ; 连续起升
成果类型	应用技术
中图法分类号	TE922
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001566797
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243273
推荐引用方式 GB/T 7714	王庆群,徐军,周思柱,等. 深井数字化电控钻机研制及产业化[Z]. 应用技术,2013.