鑽井平台作業自動裝置

『壹』 KZDB、XD-DB型交流變頻電驅動頂驅式岩心鑽機

KZ30DB、XD-35DB型交流變頻電驅動頂驅式岩心鑽機,由中國地質裝備總公司和汶川科學鑽探工程中心、核工業地質局等單位合作研製,是一種具有我國自主知識產權的新型電動頂驅式岩心鑽機。鑽探施工能力N口徑分別為5000m、3500m。該鑽機由工業電網提供動力源,採用模塊化交流變頻電驅動單元作為提升、回轉、送鑽、打撈等執行系統,採用全轉矩控制、全機械化作業、全數字化操作的工作模式,融合機、電、液、氣、電子及信息化技術為一體,服務於孔深3500m的礦產勘探及能源鑽采深部鑽探作業。

(一)鑽機系統設計

1)採用重載K型鑽塔,承載1350kN,導軌行程25m,實現18m立根鑽進。

2)頂部驅動鑽井系統直接在井架上部驅動鑽柱,並沿井架內導軌上下移動,通過交流變頻絞車實現減壓鑽進功能,完成回轉鑽進、鑽井液循環、接立根/單根、上卸扣、倒劃眼等操作。

3)採用以AC-VFD-AC交流變頻方式驅動鑽機主要執行部件(絞車、頂驅、繩索卷揚、轉盤)的電機。實現頂驅、絞車等部件全程無級調速,取消機械換擋,傳動簡單、可靠。

4)採用全數字化交流變頻控制技術,通過電傳系統PLC、觸摸屏和氣、電、液及儀表參數一體化設計,實現頂驅、絞車、繩索卷揚、轉盤等部件的智能化控制,並可實現遠程鑽進參數的監控。

(二)鑽機主要結構

鑽機主要結構部件包括K135鑽塔、2.0鑽井平台、電驅頂驅系統、電驅主絞車(含盤剎)、電驅繩索絞車(含盤剎)、電控系統、司鑽房、井口自動化裝置、泥漿泵及固控裝置等。

1.鑽塔、平台

採用K型鑽塔,鑽塔凈空高度31m,最大鉤載1350kN(5×6游車繩系),平台高度2.0m,立根盒容量4000m。鑽塔結構如圖2-14所示。

圖2-14 K型鑽塔結構示意圖

2.頂驅系統

直驅電驅動高速頂驅作為核心部件(圖2-15),具備回轉、泥漿循環、加接單根、起下立根、擰卸絲扣等功能。該頂驅獲國家發明專利,專利號:ZL201310367876.4。機械部分包括以下3部分:

圖2-15 頂驅結構

1)托架-滑車總成,由托架與多組滾子組成。確保頂驅沿著導軌高速運動或者慢速給進的運動限制及抗扭功能。

2)電機-水龍頭總成,由變頻電機組件與水龍頭組件組成。

3)自動擺管裝置,由提吊側擺機構與背鉗擰卸機構組成。側擺機構負責從平台拾取鑽桿單根,或從二層台抓取立根;背鉗擰卸機構負責單根鑽桿或鑽桿立根與頂驅主軸之間的絲扣擰卸。

3.主絞車

主絞車採用300kW交流變頻電機,通過減速機、捲筒離合器輸出扭矩與速度到捲筒,再通過天車、游車實現對頂驅的提升與下放;主捲筒通過電機編碼器、制動單元實現能耗制動及零速懸停,通過液壓盤剎實現安全制動;通過捲筒編碼器可以精確測定頂驅系統在鑽塔凈空內的運行位置;通過過卷防碰、井架防碰實現對捲筒的安全制動。主絞車結構如圖2-16所示。

圖2-16 主絞車結構示意圖

送鑽裝置包含:送鑽變頻電機通過大速比送鑽減速機、送鑽離合器、減速機、捲筒離合器輸出扭矩與轉速給主絞車捲筒。

主絞車具有以下特點:

1)傳動方式:交流變頻電驅動,氣胎離合。

2)控制方式:閉環控制,可實現零位懸停。

3)安全模式:過卷防碰,井架鋼絲繩防碰,電子防碰。

4)剎車模式:主剎車為液壓盤剎,輔助剎車能耗制動。

5)制動形式:駐車制動、工作制動、緊急制動(失電)。

6)送鑽控制:小功率變頻電機實現自動送鑽,可實現3000N調壓精度。

7)控制顯示:氣源、潤滑油壓力、游車位置與游車速度的顯示與報警。

8)互鎖功能:主電機與送鑽電機啟動互鎖。

4.繩索取心絞車

繩索取心絞車(圖2-17)最大拉力:25000N;最高繩速:200m/min;鋼絲繩直徑:8mm;容繩量:4000m。該型絞車獲國家發明專利,專利號:ZL201310368723.2,其設計特點及功能優勢如下。

圖2-17 繩索取心絞車

(1)設計特點

1)傳動方式:交流變頻電驅動,電磁離合器;

2)控制方式:閉環控制,可實現零位懸停;

3)剎車模式:主剎為液壓盤剎,輔剎為能耗制動;

4)排列方式:自動排繩、自動換向;

5)控制顯示:可檢測繩長、繩速、張力。

(2)功能優勢

1)具有電磁離合,可實現無動力自由下放;

2)具有液壓盤剎,可實現安全制動;

3)具有排繩、張力、繩長等裝置,提高打撈成功率。

5.電控系統(AC-VF-AC)

電控系統由動力部分、變頻驅動部分以及各執行單元三部分組成。動力裝置為網電變壓器或柴油發電機組;變頻驅動裝置為VFD房(Variable-frequency Drive),包含頂驅電機、絞車電機、送鑽電機、繩索絞車電機、轉盤電機的變頻器以及綜合控制裝置(包含可編程邏輯控制器PLC);執行單元包含各部件的變頻電機、感測器、編碼器、動力電纜及控制電纜。控制系統布局圖如圖2-18所示。

6.鑽機操作間

鑽機操作間是整個鑽井現場的「司令部」,如圖2-19所示。主要組成部分為電氣控制部分和數字化操控界面。除此之外,包含現場多點視頻監控、獨立檢測系統、現場通信裝置等。

操作間實現了集中、智能、舒適、安全操控的功能。電氣控制部分(元件面板)完成回轉、升降轉速、扭矩設定,加桿、擰卸、剎車等啟停及作業流程;數字化界麵包括觸摸屏、顯示屏等,其功能是在各個人機界面中顯示工藝參數及設備運行參數並可進行設定。

7.工作室

除操作間的人機操作界面外,還配有遠程監控工作室,設置了鑽進參數工控機,可實時監視鑽機各個部件的運行狀態及主要的鑽進工藝參數,包括鑽進界面、網路布局、裝置布局、趨勢圖、操作記錄、數據記錄等,不僅可以實時記錄設備運行參數、工藝參數、操作記錄等,而且可以存儲備份並遠程傳輸。

圖2-18 電控系統布局圖

圖2-19 鑽機操作間

8.輔助裝置

為配合頂驅取心鑽進工藝和單吊卡作業的完整流程,配備了液壓吊卡、動力鉗、氣動卡盤三個機械化井口作業專用輔助裝置,以提高作業效率、降低人工勞動強度。

1)液壓吊卡(圖2-20):用於提吊大直徑繩索取心鑽桿加接單根、立根,協助起下鑽作業,可實現自動開合、自動插銷、自動鎖緊。該吊卡獲國家發明專利,專利號:ZL201310367854.9;

2)動力鉗:用於大直徑大扭矩繩索鑽桿自動擰卸的動力裝置;

3)氣動卡盤:用於孔口自動夾持大噸位大直徑繩索鑽桿的裝置(圖2-21)。

圖2-20 液壓吊卡

圖2-21 氣動卡盤

(三)鑽機主要技術參數

KZ30DB、XD-35DB型電動頂驅鑽機主要技術參數見表2-8。

表2-8 KZ30DB、XD-35DB型電動頂驅鑽機主要技術參數

續表

(四)鑽機應用實例

XD35DB型鑽機,於2012年8月～2013年5月,在江西崇仁相山大型鈾礦田為「中國鈾礦地質第一科學深鑽」提供裝備支撐,實現全孔連續取心2818.88m,終孔口徑Ф122mm;創造了國內S114大口徑繩索取心鑽深紀錄。

自2012年7月起,KZ30DB型鑽機用於設計孔深3350m的四川綿陽汶川科學鑽探四號孔(WFSD-4)施工,採用電驅動轉盤鑽進工藝。

『貳』 海上鑽井平台非常大，猶如四十層樓，它是怎樣在海上完成組裝的

海上鑽井平台似乎是“漂浮”在海面上，但真實情況並非如此。這種平台可以分為三類：第一種是鑽井平台下方有“長腿”，被固定在海底；第二種；雖然平台是漂浮著，但是被許多根錨鏈固定住，屬於半潛式平台；第三種，平台確實漂浮在海面上，在底部帶有動力裝置，對抗海水的流動，使平台固定在某一位置，這種平台技術最為先進。

插樁定位 ，通過樁腿的升降在海底“紮根”，並確保船體始終“探出水面”，穩如泰山，學名叫自升式鑽井平台 。如果這種平台想要移動，那麼就需要小船（學名叫拖輪）拖著走，拖航狀態下，平台船體漂浮，樁腿高聳。抵達目標井位後，鑽井平台找好位置就開始下放樁腿，重量逐漸由浮力支撐轉變為樁腿支撐。在這個過程中，船體上升，離開水面 ，為確保站得住、立得牢，平台將逐步為樁腿周圍的壓載艙注水，使樁腿深深紮根海底。這個過程通常要持續數十個小時。完成壓載後，船體上升至合適高度，正式啟動鑽完井作業。

出於經濟性考量，許多半潛式鑽井平台同時配備動力定位系統和錨泊定位系統，通常淺水時用錨泊定位，深水時用動力定位，或以錨泊定位為主，大風浪時使用動力定位協助等方式，實現勘探作業的最優性價比。

『叄』 海上石油鑽井平台上組成設備有哪些

沒有更詳細的了。
主要用於鑽探井的海上結構物。上裝鑽井、動力、通訊、導航等設備，以及安全救生和人員生活設施。海上油氣勘探開發不可缺少的手段。主要有自升式和半潛式鑽井平台。
①自升式鑽井平台
由平台、樁腿和升降機構組成，平台能沿樁腿升降，一般無自航能力。1953年美國建成第一座自升式平台，這種平台對水深適應性強，工作穩定性良好，發展較快，約占移動式鑽井裝置總數的1／2。工作時樁腿下放插入海底，平台被抬起到離開海面的安全工作高度，並對樁腿進行預壓，以保證平台遇到風暴時樁腿不致
下陷。完井後平台降到海面，拔出樁腿並全部提起，整個平台浮於海面，由拖輪拖到新的井位。
②半潛式鑽井平台
上部為工作甲板，下部為兩個下船體，用支撐立柱連接。工作時下船體潛入水中，甲板處於水上安全高度，水線面積小，波浪影響小，穩定性好、自持力強、工作水深大，新發展的動力定位技術用於半潛式平台後，工作水深可達900～1200米
。半潛式與自升式鑽井平台相比，優點是工作水深大，移動靈活；缺點是投資大，維持費用高，需有一套復雜的水下器具，有效使用率低於自升式鑽井平台。

『肆』 雙作業鑽機

為滿足高效開發非常規油氣資源的需要，未來陸地鑽機的重要發展方向之一是進一步提高鑽機的運移性，發展各式各樣的快速移動式鑽機，為提高鑽井效率，降低鑽井成本和風險，未來鑽機的兩個重要發展方向是提高鑽機自動化水平和作業效率，將出現全自動鑽機（智能鑽機），海洋鑽井將發展和推廣應用雙作業鑽機。

F1.1 技術概況

雙作業鑽機是鑽井作業及其輔助作業可同時進行的鑽機，Transocean公司於1995年獲得了雙作業鑽井方法的專利。

目前雙作業鑽機主要有3種類型。

F1.1.1 離線鑽機

離線鑽機又稱一個半井架雙作業鑽機，有主、輔兩座井架，主井架高一些，用於鑽井作業；輔井架低一些，用於鑽井的輔助作業。由於兩座井架一高一低，故稱之為一個半井架雙作業鑽機。輔井架的作業是脫離開主井架，稱為「離線」作業。美國Enertech公司、挪威Aker Solution公司和新加坡Keppel集團公司單獨或聯合設計生產離線鑽機。

F1.1.2 雙井架雙作業鑽機

雙井架雙作業鑽機的「雙井架」並不是指在平台甲板上安裝兩台獨立的井架，而是將二者融為一體，一台用作主井架，一台用作輔井架，各有一套提升系統、頂部驅動裝置、管子處理系統；「雙作業」是指在進行正常鑽進的同時，可以並行完成組裝、拆卸鑽柱以及下放隔水管柱、套管柱和下放與回收水下器具等離線作業。到目前為止，國外已有挪威Aker Solution公司、美國國民油井華高公司（NOV）、新加波Keppel集團公司和Semb Corp海洋公司、荷蘭Huisman設備公司等推出了雙井架雙作業鑽機。按驅動方式，雙井架雙作業鑽機分為液壓驅動和電驅動兩種，如：Seadrill公司擁有配置挪威Aker Solution公司Dual RamRig^TM雙井架雙作業鑽機（液壓驅動）的West Venture號半潛式鑽井平台和Transocean公司擁有配NOV雙井架雙作業鑽機的Dhinubhai Deepwater KG2號鑽井船。

F1.1.3 雙作業箱式鑽機

荷蘭Huisman設備公司為深水半潛式鑽井平台和鑽井船設計了一種雙作業箱式鑽機，井架內裝有兩台主動式升沉補償式絞車。為確保安全，還為絞車配備了被動式升沉補償系統。井架的提升力達10682kN。井架兩側各有一個旋轉式鑽桿排放架，鑽桿立根高度增至41m。該鑽機的額定鑽深能力達12192m。採用這種井架可減少半潛式鑽井平台和鑽井船的尺寸，顯著提高鑽井作業效率（圖F1.1）。

圖F1.1 雙作業箱式鑽機

F1.1.4 雙作業箱式鑽機

Huisman設備公司為Noble鑽井公司設計了4艘深水鑽井船，配備的鑽機均是Huisman設備公司設計的額定鑽深能力為12192m的雙作業箱式鑽機。這4艘鑽井船均在建造中，其中額定作業水深為3657m的2艘HuisDrill 12000型鑽井船（圖F1.2）由新加坡吉寶公司建造，交付時間為2011年；額定作業水深為3048m的另2艘Huisman Globetrotter型鑽井船由STX大連集團建造，交付時間為2011年和2013年。

圖F1.2 HuisDrill 12000型鑽井船

Huisman設備公司還設計了配備雙作業箱式鑽機的半潛式鑽井平台（圖F1.3）。

F1.2 應用現狀

雙作業鑽機因能顯著提高海洋鑽井作業效率，已得到推廣應用。據不完全統計，截至2008年一季度末全球在用及在建的、作業水深大於2250m的半潛式鑽井平台55座，鑽井船41艘，其中應用雙作業鑽機分別是28座和25艘，分別佔51%和61%。由此可見，雙作業鑽機已經成為第六代深水浮式鑽井裝置的主流配置。

圖F1.3 JBF 14000型半潛式鑽井平台

F1.3 發展前景

與普通單作業鑽機相比，雙作業鑽機可提高鑽井效率20%以上，雙井架雙作業鑽機總體優於離線鑽機。未來20年，雙井架雙作業鑽機將得到進一步發展，結構將更加多樣化，自動化程度和作業效率更高，在超深水浮式鑽井裝置上的配置率將越來越高。