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GC 2L4型钻井管柱自动化处理系统研制.pdf

  • 上传人:first2
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  • 上传时间:2021-09-08
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    GC 2L4型钻井管柱自动化处理系统研制 L4 钻井 管柱 自动化 处理 系统 研制
    资源描述:
    年 第卷 第期 第页 石 油 矿 场 机 械 OILFIELDEQUIPMENT ,() : - 文章编号: - () - - GC L 型钻井管柱自动化处理系统研制 黄悦华, , 刘春宝, 王耀华, 买成华, 邢广亮, 王翠, 白丙建, (宝鸡石油机械有限责任公司, 陕西 宝鸡;国家油气钻井装备工程技术研究中心, 陕西 宝鸡) 摘要: 为提高钻井作业效率、 降低操作人员劳动强度, 提高操作安全性, 同时为了提高钻机的自动 化、 智能化水平。研制了 型钻井管柱自动化处理系统, 通过配置举升式动力猫道、 自动井 架工、 液压吊卡、 铁钻工等机械化设备, 与顶驱装置配合实现钻杆、 钻铤、 套管等钻井管柱的机械化 输送、 机械化建立根、 立根自动化排放等作业, 实现高效、 安全、 低作业强度的管柱自动化处理作业 模式。通过钻机集成双司钻智能控制平台, 实现管柱处理系统的自动化远程集中控制。 关键词: 钻井; 管柱; 自动化处理系统 中图分类号:文献标识码:doi: - Development of GC L String Automatic Processing System H , , W , M , , W , B B , (Baoji Oilfield Machinery Co,Ltd,Baoji,China; National Oil & Gas Drilling quipment Research Center,Baoji,China) Abstract: , , - , 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 场进行了相关性能方面的试验, 取得了良好的试验 效果。为了进一步验证改进设计的效果, 还需要在 油田现场进行大量的配套应用, 为报警装置的进一 步优化提供可靠依据。另外, 为了适应大管径连续 管技术发展, 还需在目前的基础上研发配套的报警 装置, 为大管径连续管技术的发展提供技术支持。 参考文献: 贺会群连续油管技术与装备发展综述石油机械, ,() : - 邓平, 王定亚, 杨建武, 等连续管钻机技术研究及开发 建议石油矿场机械,() : - 杨高, 张士彬, 刘寿军, 等连续管注入头驱动液路系统 设计及优化石油机械,() : - 邹鸿江, 袁学芳, 杨向同, 等连续油管拖动喷射酸压工 艺在和田河气田的应用钻采工艺,() : - 李文彬, 苏欢, 王珂, 等连续管检测系统及设计方案 石油矿场机械,() : - 高春游浅析连续油管技术在油田开发中的应用 中国化工贸易,() : 吕选鹏, 周承富, 陈辉, 等连续油管技术在页岩气勘探 开发中 应 用 前 景 石 油 矿 场 机 械,() : - 霍军, 郝健连续油管起出指示器: 中国,Z - - 钱显毅传感器原理与检测技术M北京: 机械工业 出版社, 收稿日期: - - 基金项目: 中国石油天然气集团公司科研开发项目“米全自动化钻机” (B - ) 作者简介: 黄悦华( -) , 男, 陕西临潼人, 高级工程师, 主要从事石油钻机设计及技术管理工作, - : - 。 万方数据 , , - , , , , , - H , , Keywords:; ; 常规钻机的管柱处理作业基本是由常规猫道与 坡道, 风动绞车、 液压钻杆钳以及套管钳等机械化工 具, 并在多人操作及人力辅助配合下完成的。随着 陆地钻机机械化、 自动化、 智能化需求的日益提高, 依靠人力辅助简易的机械化工具已不能满足“ 提速、 提素、 提质” 的需求。管柱自动化处理系统属于一种 新型的钻井装备, 钻机通过配套管柱自动化处理系 统进行钻井作业, 可大幅缩短接单根、 建立根、 起下 钻等管柱处理作业时间, 从而达到提高钻井作业效 率和安全性 的目的。 目前, 国内钻井装备制造商已陆续研制出了动 力猫道 、 二层台井架工、 铁钻工、 液压吊卡等管柱 自动化处理系统单元设备。宝鸡石油机械有限责任 公司与大庆钻探工程公司于 - 共同研制出了 国内首套适合于小型陆地钻机配套使用的 型钻井管柱自动化处理系统, 该管柱自动化处理系 统包括举升式动力猫道, 二层台自动井架工、 翻转式 液压吊卡、 轨道式铁钻工以及双司钻集成控制系统 等设备( 子系统) , 可与顶驱装置配合完成钻杆、 钻 铤、 套管等钻井管柱的机械化输送、 机械化建立根、 立根自动化排放等作业, 实现高效、 安全、 低作业强 度的管柱自动化处理作业模式, 有效解决了目前国 内小型陆地钻机普遍存在的管柱处理劳动强度大、 作业危险性高、 作业效率低、 易发生人身安全事故的 现状。 技术分析 系统设计介绍 型钻井管柱自动化处理系统是充分结 合常规ZB型钻机的结构形式而进行的全新设 计。钻机地面管子堆场配置了举升式动力猫道( 含 液压排管架) 、 钻台面配置了铁钻工、 液压吊卡, 二层 台配置了自动井架工, 钻机司钻控制房配置了双司 钻集成控制平台。各部件在钻机上的安装位置如图 所示。 举升式动力猫道;双司钻集成控制平台; 液压吊卡;自动井架工;铁钻工。 图 型钻井管柱自动化处理系统总体布局示意 工作原理 系统基于常规钻机管柱处理作业原理, 即单根 管柱在地面管子堆场区域与钻台面区域之间的双向 输送作业, 钻台面小鼠洞井口建立根, 井口与二层 台指梁间的立根排放的基本作业流程原理。通过配 置举升式动力猫道、 二层台自动井架工、 液压吊卡、 铁钻工等机械化设备配合钻机游吊系统及顶驱装 置、 联合双司钻集成控制平台监视与控制, 实现钻 杆、 钻铤、 套管等钻井管柱的机械化输送、 机械化建 立根、 立根自动化排放等作业。 主要技术参数( 如表) 表GC L型钻井管柱自动化处理系统主要技术参数 处理管柱直径( 英寸) () 处理最大管柱长度 处理最大管柱质量 铁钻工最大转矩 () 自动井架工最大悬持载荷 自动井架工带载作业半径 技术特点 机械化及自动化程度高 该管柱自动化处理系统 配套的单元设备( 如 第卷第期黄悦华, 等: 型钻井管柱自动化处理系统研制 图所示) 配合作业可实现管柱由地面管子堆场 到钻台区之间的机械化输送, 在井口或鼠洞机械化 建立根以及立根在井口和二层台指梁区的自动化排 放等。完全替代了传统钻井管柱处理作业过程中的 依靠人力“ 拖、 拉、 拽” 等繁重的、 高危险、 低效率的工 作, 全部实现机械化、 自动化作业, 大幅降低了作业 人员的劳动 强度, 改善作 业 环境, 提高 了作 业 的 效率。 图举升式动力猫道状态 图举升式动力猫道状态 图二层台自动井架工 图铁钻工和液压吊卡 智能化及集成化程度高 系统配套的双司钻集成控制系统 和远程电子 双司钻智能控制平台, 可实现管柱自动化处理系统 单元设备的整体监控及自动化控制。通过主、 副司 钻一体化操控座椅实现对设备的集中操控, 双司钻 集成控制系统除具有常规钻井设备控制功能之外, 还可完成钻杆、 钻铤、 套管等钻井管柱的机械化化输 送、 建立根、 立根排放等作业的智能化集中控制 , 形成高效、 安全、 低作业强度的管柱自动化处理作业 控制模式, 大幅提高了钻机的自动化、 智能化、 集成 化水平。 关键技术 适合小型陆地钻机的管柱自动化处理系统配 套技术 在常规ZB型钻机的基础上, 设计集成了 适合小型陆地钻机的管柱自动化处理系统。该系统 配套了适合于两种钻台高度的举升式动力猫道, 低 位安装, 可实现X - Y作业模式的二层台自动井架工 排管。配备具有直线移动功能的轨道铁钻工以及具 有自动翻转功能的液压吊卡等关键设备。适合小钻 台的高度集成化的双司钻集成控制平台, 解决了小 型陆地钻机应用的多种机械化设备配套技术难题。 多设备联合高效作业技术 系统采用可编程控制技术、 工业网络通讯技术、 集成控制技术, 通过主、 副司钻一体化座椅实现管柱 自动化处理系统所有设备的集中控制与监视, 如图 所示。上位工控机、 自动化级() 、 数字传 动级和司钻操作台通过FB - 网络连接, 构成三级网络系统, 如图所示。最终实现多设备 联合高效作业。 石 油 矿 场 机 械年月 图 双司钻控制平台 图自动控制环形网络 双司钻集中远程控制技术 双司钻集成控制系统通过采集各设备设置的位 移传感器、 旋转编码器等传感器的信号对系统各设 备的动作运行轨迹进行精确控制、 并针对设备轨迹 存在重叠进行必要的安全逻辑互锁控制, 确保各设 备安全、 高效作业, 如图所示。 图司钻集成控制界面 图 司钻集成控制界面 厂内试验 单设备功能及型式试验 该项试验的目的是检验各设备功能及能力, 试 验采用了双司钻集成控制操作模式、 本地应急控制 台操作模式, 验证了各设备是否能按设计要求实现 功能要求, 并且按设备的参数设计要求进行了相应 的型式试验, 试验结果表明各设备均能按相应指令 进行工作, 满足设计参数要求。 设备联合调试试验 该项试验目的是为模拟油田现场管柱处理作业 流程的联动试验, 主要测试项目为井口模拟接单根、 鼠洞建立根以及二层台立根自动化排放等试验, 所 有设备及子系统均参与了此项试验, 同时与常规管 柱处理作业流程进行的周期对比试验, 整个联动试 验过程中各设备运行平稳, 衔接可靠、 且作业效率明 显高于常规人工作业, 满足设计要求。 结论 ) 型钻井管柱自动化处理系统采用 机、 电、 液一体化设计理念, 通过电液联合控制模式, 各设备操作灵活可靠, 可实现钻机地面排管区、 二层 台区域的无人值守以及管柱处理作业的机械化、 自 动化操作, 可大幅降低作业人员的劳动强度, 提高现 场的作业安全性。 )该管柱自动化处理系统完成了厂内的全部 型式试验及联调试验。下一步将发往油田进行整个 系统的工业性试验。根据工业性试验的效果及时进 行设备及系统的优化改进, 以便于设计定型及量产。 )该项目的实施对于国内小型陆地钻机的机 械化、 自动化、 智能化的发展具有重要意义, 具有良 好的社会效益和广阔的市场前景。 参考文献: 于兴军, 孙志刚, 魏培静, 等国内石油钻机自动化技术 现状与建议石油机械,() : - 赵淑兰, 李文彪, 聂永晋, 等动力猫道技术国内外现状 和发展趋势石油矿场机械,() : - 常玉连, 姜开勋, 樊岩松, 等钻修井作业中管柱处理系 统的技术发展石油机械,() : - 张鹏飞, 朱永庆, 张清锋, 等石油钻机自动化、 智能化 技术研 究和 发展 建 议 石油 机械,() : - 白丙建, 谭刚强, 栾苏, 等陆地钻机钻杆自动处理系统 方案设计石油矿场机械,() : - 第卷第期黄悦华, 等: 型钻井管柱自动化处理系统研制
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