油田鉆井平臺自動(dòng)甩鉆具裝置典型結(jié)構(gòu)分析

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1、油田鉆井平臺自動(dòng)甩鉆具裝置典型結(jié)構(gòu)分析 油田鉆井平臺自動(dòng)甩鉆具裝置典型結(jié)構(gòu)分析 [摘 要]隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，對鉆井的要求也越來越高，鉆桿自動(dòng)化操作系統(tǒng)采用機(jī)械、液壓、控制等技術(shù)，用機(jī)械裝備代替人工操作，是實(shí)現(xiàn)平安、健康鉆井和提高鉆井效率的有效途徑。本文介紹了油田內(nèi)外鉆桿自動(dòng)化處理系統(tǒng)各種典型結(jié)構(gòu)，比照了不同的排放和傳送方式，得出它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 [關(guān)鍵詞]鉆桿排放 鉆桿傳送 典型結(jié)構(gòu) 中圖分類號：S776.032 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X46-0032-01 在鉆機(jī)鉆桿升降過程中需要進(jìn)行將鉆桿送

2、到鉆臺或?qū)@桿送下鉆臺的往復(fù)操作。傳統(tǒng)的鉆桿排放操作方式需要工作人員與鉆桿直接接觸，由司鉆、鉆工、井架工等人員密切配合，稍有不慎便可能造成事故。這是一個(gè)重復(fù)性高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高且生產(chǎn)效率低的過程，需要多人合作共同完成。據(jù)國際鉆井承包商協(xié)會統(tǒng)計(jì)，在鉆井作業(yè)中30% ～52% 的傷亡事故發(fā)生在鉆桿升降過程中，并因此耽誤了大量的鉆井時(shí)間。 鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)能夠代替人工完成以上過程。在鉆井起下鉆作業(yè)過程中，該系統(tǒng)承當(dāng)對鉆桿夾持、提升、下放、平移和回轉(zhuǎn)等操作 實(shí)現(xiàn)鉆具在鉆臺與地面之間的自動(dòng)輸送、排放、儲運(yùn)等；還可與動(dòng)力輔助鼠洞、鐵鉆工配合完成單根接成立根操作， 不再需要人工直 接

3、參與，從而讓鉆工遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域。鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了平安操作水平、降低了平安風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也提高了鉆桿排放的自動(dòng)化水平和工作效率，是實(shí)現(xiàn)平安、健康鉆井和提高鉆井效率的有效途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，利用鉆桿自動(dòng)排放裝置，可節(jié)省鉆桿升降時(shí)間的25%。 . 鉆桿操作系統(tǒng)：按照功能可以分為：鉆桿排放.即在鉆臺排放架上排放鉆桿套管等；鉆桿傳送，即在水平鉆桿架、鉆臺排放架和井口之間傳送鉆桿和套管等。 1 鉆桿排放系統(tǒng) 鉆桿排放通常通過鉆臺排放架實(shí)現(xiàn)，用以存儲立根。排放架的分類根據(jù)排放架指梁的形式可分為星型、平行型和X―Y 型。 1.1 星型 最早的鉆桿排放系

4、統(tǒng)采用星型結(jié)構(gòu)， 多應(yīng)用于小型鉆機(jī)。在該系統(tǒng)中，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)排放架旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)。立柱配合排放架只需旋轉(zhuǎn)一定角度便可以在井口與排放架之間移送鉆桿。這種排放架不需要另外設(shè)計(jì)軌道，特殊的指梁結(jié)構(gòu)不需要為每個(gè)立根設(shè)計(jì)獨(dú)立的固定裝置.結(jié)構(gòu)緊湊，可大大節(jié)省所占空間，傳送操作簡單，易于控制。缺點(diǎn)是整體旋轉(zhuǎn)，需要大的驅(qū)動(dòng)功率，鉆桿排放數(shù)量有限，不利于鉆臺平衡。故多用于小型鉆機(jī)。 1.2 平行型 大型鉆機(jī)廣泛采用此種形式。因?yàn)樗梢源娣泡^大數(shù)量的鉆桿及套管等. 而且可以與臥式鉆桿操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完美的配合。其指梁可以調(diào)節(jié)，能滿足不同直徑管柱的要求。采用此結(jié)構(gòu)后，可以在軌道上同時(shí)安裝2套排放

5、系統(tǒng)，并且2套系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，互不影響，特別適用于雙井架鉆機(jī)。這種排放架需要與平行導(dǎo)軌配合，鉆桿獲取位置變化，控制較星型復(fù)雜。同時(shí)需要獨(dú)立的立根鎖定裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 1.3 X―Y 型 目前大多數(shù)鉆桿排放系統(tǒng)采用此種結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)存放鉆桿數(shù)量大，但結(jié)構(gòu)及控制過程復(fù)雜。同樣每根鉆桿需要獨(dú)立的立根鎖定裝置。需要更多的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。 2 鉆桿傳送系統(tǒng) 鉆桿自動(dòng)傳送操作過程是指鉆井時(shí)，鉆桿起重設(shè)備將水平放置的鉆桿起升、移送至鉆桿傳送設(shè)備上，經(jīng)傳送后至鉆臺入口處。然后，位于鉆臺的操作系統(tǒng)起升鉆桿，并結(jié)合鉆臺上的滑軌、動(dòng)力鼠洞和鐵鉆工，將單根鉆桿接成立根

6、， 然后由鉆臺操作系統(tǒng)將立根送入立根盒存儲以備使用或直接送往井口。鉆井結(jié)束后可以由上述鉆桿自動(dòng)操作設(shè)備按反向程序，將立根送回至地面上，至此，完成了整個(gè)鉆桿的自動(dòng)化操作循環(huán)過程。鉆桿傳送系統(tǒng)按照功能可分為：水平起重設(shè)備、鉆桿輸送設(shè)備和鉆臺傳送系統(tǒng)。 2.1 水平起重設(shè)備 水平起重設(shè)備主要作用是在地面排放架與鉆桿輸送設(shè)備間進(jìn)行鉆桿傳送。按結(jié)構(gòu)形式可分為折臂起重機(jī)、門橋式起重機(jī)和懸臂起重機(jī)。鉆桿傳送中應(yīng)用較多的為前兩種。 折臂起重機(jī) 折臂起重機(jī)，主要由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、折臂機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和末端夾持器等組成。通過對塔身、關(guān)節(jié)臂以及末端回轉(zhuǎn)裝置等機(jī)構(gòu)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對

7、末端夾持機(jī)構(gòu)的精確定位，實(shí)現(xiàn)鉆桿的夾取及搬運(yùn)。該類型起重機(jī)塔身固定在平面上。對安裝的定位精度要求相對較 低工作時(shí)不需要沿平面作水平移動(dòng)，因此產(chǎn)生的動(dòng)載荷相對較小。同樣起重過程中載荷有塔身承當(dāng)， 對塔身有較高的強(qiáng)度要求。另外還需考慮整體的抗傾覆穩(wěn)定性。 門橋式起重機(jī) 門橋式起重機(jī)，起重機(jī)的兩腿上安裝有滾輪和齒輪，水平面上裝有滑軌，可以通過液壓馬達(dá)駙動(dòng)腿上的齒輪與軌道上的齒條嚙合來實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的整體移動(dòng)。起重機(jī)通過大車行走機(jī)構(gòu)的平面移動(dòng)、小車行走機(jī)構(gòu)的平面移動(dòng)、提升機(jī)構(gòu)的垂直上下直線運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn) x、y、Z三坐標(biāo)定位功能。該起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，工作范同較

8、大，穩(wěn)定性好。但缺點(diǎn)是尺寸較大，占據(jù)空間大，受軌道行程和起重機(jī)跨度的限制。 2.2 鉆桿輸送設(shè)備 鉆桿輸送設(shè)備的作用是將由起重機(jī)移動(dòng)的鉆桿傳送到鉆臺人口， 常用的設(shè)備有自動(dòng)化貓道機(jī)和帶式鉆桿輸送機(jī)。 自動(dòng)化貓道機(jī) 自動(dòng)化貓道機(jī)，南貓道機(jī)本體、鎖車機(jī)構(gòu)、尾部起升機(jī)構(gòu)等組成。它以鑲嵌在貓道中的V型槽作為鉆具的運(yùn)動(dòng)軌道. 靠設(shè)置在貓道下的動(dòng)力裝置。推動(dòng)鉆具沿著貓道的v 型槽滑動(dòng)，最后，尾部起升機(jī)構(gòu)升起配合將鉆桿從貓道機(jī)上移出， 實(shí)現(xiàn)鉆桿在貓道和鉆臺之間的相互傳遞 。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.傳送過程快速、平安、平穩(wěn)。缺點(diǎn)是鉆具與V 型槽之間的摩擦大，

9、對鉆具的保護(hù)不夠。 帶式鉆桿輸送機(jī) 帶式鉆桿輸送機(jī)，其功能與貓道機(jī)相似。該系統(tǒng)使用一種防油污的多層橡膠帶來實(shí)現(xiàn)鉆 桿的水平傳送，在輸送機(jī)的尾部安裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒，另一端安裝有一個(gè)張緊筒。通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，從而使傳送帶運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)鉆桿的傳送。該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可以快速連續(xù)地傳遞鉆桿，并且輸送帶在工作過程中會對鉆桿起到很好的保護(hù)作用。不需要安裝鉆桿護(hù)絲。缺點(diǎn)是會出現(xiàn)鉆桿從傳送帶滾落的現(xiàn)象，平安性低，對工作環(huán)境要求較高。 3 鉆臺傳送系統(tǒng) 鉆臺傳送系統(tǒng)承當(dāng)對鉆桿進(jìn)行夾持、提升、下放、平移和回轉(zhuǎn)等操作，實(shí)現(xiàn)鉆桿在鉆井平臺、立根盒及井口之間的自動(dòng)傳送，還可

10、與動(dòng)力輔助鼠洞、鐵鉆工配合完成單根接成立根操作。按結(jié)構(gòu)可分為立柱式排放系統(tǒng)、橋式排放系統(tǒng)和機(jī)械手式排放系統(tǒng)。 3.1 立柱式排放系統(tǒng) 立柱式排放系統(tǒng)，主要由立柱、2個(gè)機(jī)械手臂及2個(gè)小車機(jī)構(gòu)組成。小車機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)沿水平導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)和繞立柱自身軸線在180范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。2個(gè)機(jī)械手臂上下安裝在立柱上.同樣具有2個(gè)自由度，機(jī)械手臂末端裝有夾持器.可以抓住鉆桿，同步實(shí)現(xiàn)上下和前后的傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單，占據(jù)空間小，工作范圍廣，易于自動(dòng)化控制。缺點(diǎn)是需要在鉆臺上安裝導(dǎo)軌。小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率要求大，除此之外還需考慮整體的抗傾覆穩(wěn)定性。 3.2 橋式排放系統(tǒng) 橋

11、式排放系統(tǒng)，橫梁的兩端可以在支撐架的軌道上平行移動(dòng)，中間垂直柱形結(jié)構(gòu)可以隨著小車在橫梁上作直線移動(dòng)，柱形結(jié)構(gòu)可以繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手可以沿柱形結(jié)構(gòu)上下移動(dòng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作易于實(shí)現(xiàn)，操作過程簡單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是系統(tǒng)尺寸較大，占據(jù)空間大，同時(shí)不易于實(shí)現(xiàn)接立根的功能。 3.3 機(jī)械手式排放系統(tǒng) 機(jī)械手式排放系統(tǒng)，安裝在排放架上，用機(jī)器人控制原理實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的精確控制。系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)排放操作，占據(jù)空間小，質(zhì)量輕，但工作半徑小.控制復(fù)雜，通常需要與鉆臺其它排放系統(tǒng)配合使用。 4 結(jié)束語 鉆桿自動(dòng)操作代替了傳統(tǒng)的用鋼絲繩提吊和甩下鉆桿的鉆桿上、下鉆臺的高危險(xiǎn)操作，并結(jié)合液、氣、電和微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)鉆具在鉆臺與地面之間的自動(dòng)輸送、排放、儲運(yùn)等。同時(shí)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示和記錄作業(yè)工序、設(shè)備狀況以及對鉆具的定位和系統(tǒng)化管理。它的應(yīng)用能夠使人員遠(yuǎn)離惡劣的工作環(huán)境.并且使控制過程更精確，對提高鉆井平安性、經(jīng)濟(jì)性等方面都具有重大的意義。 參考文獻(xiàn) 【1】 蔡文軍.鉆柱自動(dòng)化排放技術(shù)開展現(xiàn)狀[J].石油機(jī)械，2021，36：7l一74.