ZJ301800DB自开云电竞愿化钻机的研造

　　跟着石油工业的高速发达和钻井本事的不息前进，钻井承包商都欲望正在加快进尺的同时还能保护功课安笑，减轻工人的劳动强度，故越来越多的钻井设置都采用主动化把持本事，通过智能把持器和须要的奉行机构取代高强度的体力做事

　　海表已浮现了极少对照榜样的主动化钻机，如德国Bentec公司的主动化钻机、英国坐蓐的RAD钻机、英国BP公司与阿拉斯加本事公司研发的轻型主动化钻井体例(LADS)[2-4]。这些钻机配套的管柱经管设置和钻机集成把持本事一经很成熟。历程多年的迅速发达，国内的设备坐蓐商也已研造出局部主动化东西，如四川宏华石油设置有限公司研造的LM-120型铁钻工和钻柱输送安装，中石油勘察开拓磋议院开拓的陆地钻机用二层台管具排放体例，三一重工股份有限公司的SPX168高空智能呆板手，南阳二机石油设备(集团)有限公司的动力猫道，烟台杰瑞石油设备本事有限公司坐蓐的高空智能排管体例等[5-8]。这些设置只可完成局部担柱的主动化经管性能钻机设备，未酿成集成配套和集成把持本事，与海表主动化钻机比拟另有较大差异。2016年1月，宝鸡石油呆板有限义务公司与大庆钻探工程公司协同研造出ZJ30/1800DB主动化钻机。该钻机通过装备动力猫道、二层台主动井架工、液压吊卡和轨道式铁钻工等管柱主动化经管设置，采用集成把持本事完成了钻杆、钻铤和套管等钻井管柱的输送、筑设根以及管柱排放等功课的主动化，完成了高效、安笑及低功课强度的钻具经管功课，有用途置了目前陆地钻机一般存正在的钻具经管劳动强度大、功课垂危性高、功课出力低以及易产生人身伤亡变乱的题目开云电竞。该钻机的告成研造可为国内主动化钻机的计划研发和现用钻机的主动化改造供给思绪。

　　ZJ30/1800DB主动化钻机是正在普遍搜集用户见解，总结大庆油田现有钻机利益的底子上研造的，由主机模块、钻井泵模块、发电机模块和固控体例模块等构成，配主动化管子经管体例。钻机总体结构如图 1所示。

　　ZJ30/1800DB 主动化钻机采用AC-DC-AC驱动办法，由1台800 kW柴油发电机组或电网作主动力，发出600 V、50 Hz的调换电经变频单位(VFD)变为可调频的调换电，分裂驱动绞车和转盘的调换变频电动机。绞车由1台700 kW的电机驱动、1台22 kW的应急电机驱动，转盘由1台400 kW的电机独立驱动。钻井泵由1台1 100 kW的电机驱动。电动把持采用一对一办法，即1套VFD 柜把持1台调换变频电动机。井架采用前启齿两节伸缩式构造(见图 2)，有用高度33 m，起放为后倒式，采用3级液缸起升，上段井架伸缩依托钻机绞车动力擢升游吊体例及伸缩大绳完成。井架与顶驱集成计划，可领导游吊安装和额定载荷为1 800 kN的顶驱起升、下放和移运。二层台及主动井架工均低位安设，随井架沿途起升和伸缩。

　　底座采用高、低台面模块化举升式构造(见图 3)，前台高5.0/3.3 m，后台高0.9 m。以2个船座为底子，通过钻台模块及绞车模块等连成一体，完全构造紧凑，拥有优良的完全移运性。底座前台通过4个单级液缸笔直起落可完成钻台的2种高度。

　　管柱经管体例采用电、气、液一体化计划，通过电液把持形式，完成钻机管柱经管功课的呆板化。体例由管柱输送体例、筑设根体例、立根排放体例和井口呆板化东西把持体例等构成。体例与顶驱安安装合功课，完成钻杆、钻铤和套管等钻井管柱的输送、筑设根以及管柱排放等功课的呆板化，进而完成高效、安笑、低强度的管柱经管功课形式。管柱输送体例蕴涵动力猫道和液压排管架，完成地面排管架与钻台面之间的管柱输送。筑设根体例蕴涵液压卡瓦、翻转式液压吊卡和铁钻工，完成管柱由单根贯穿为立根或由立根拆卸为单根。立柱排放体例蕴涵主动井架工和二层台主动指梁，完创设根正在二层台和井口间的通报与排放。

　　钻机采用先辈的悉数字化调换变频把持本事，通过电传动体例PLC和触摸屏及气、电、液、钻井仪表参数的一体化计划，完成钻机警能化司钻把持。

　　(1) 主圈套键分井架和底座2大模块，井架模块合键蕴涵天车、油吊、顶驱和立管等，底座模块合键蕴涵绞车、转盘、组合液压站和铁钻工等。各模块正在搬场时能够一车式运输，为钻机搬场撙节车次，并免除各模块设置的拆卸。

　　(2) 底座的绞车后侧设有放拖支架，正在井场内移运时，可将井架放到正在上面，使得井架和底座可领导统统安设设置，如游吊安装、顶驱、绞车、转驱、轨道大钳、液压站和管汇等正在做事处所举行完全拖移，避免了钻机正在井场内移运时对设置挪位或拆卸，由此大幅擢升了钻机转场出力。

　　(3) 钻机主机配导轨式移运安装，井架和底座可知足高位领导满钻具轨道式移运条件，免除了丛式井功课井口移运时的钻机拆装经过及搬运经过，降低了钻机搬运和安设出力，减轻了工人劳动强度。

　　(4) 二层台与主动井架工安设后，完全低位安设正在井架上，可随井架沿途起升，极大便利了主动井架的现场安设。二层台与主动井架正在运输时可行动一个单位，沿途运输，淘汰了运输车次。

　　贯串钻机管柱输送及排下班艺流程，拟订了总体计划，通过多种管柱主动化设置配合，完成了人力解放，将钻井经过中国来依托工人“拖、拉、扛拽”等体力做事由设备了主动化把持体例的呆板化东西来完成，完成了钻杆、钻铤和套管等钻井管柱输送、筑设根以及立根排放等功课的呆板化、智能化，大大刷新了钻井功课的做事情况，低浸了劳动力本钱，降低了功课安笑性。

　　钻机配套集成把持体例和长途电子双司钻智能把持平台，可完成管柱的主动化经管及钻机设置的完全监控主动化把持[9-10]。通过2套主、副司钻一体化操控座椅完成对设置的操控，除拥有老例钻井功课性能以表，还可落成钻杆、钻铤及套管等钻井管柱的主动化输送、筑设根、管柱排放等功课，酿成高效、安笑、低强度的钻具经管功课形式，大大降低了钻机的主动化和智能化水准。

　　位于司钻房的司钻集成把持台采用一体化司钻座椅(包罗左、右多功好手柄、把持键盘、性能开合、急停按钮以及轨迹球等)通过手柄及键盘等的操作，完成对集成把持设置操作的性能。

　　铁钻工和动力猫道除能够依托副司钻正在司钻房内把持操作表，还能够完成正在40 m(间隔吸收天线)周围诈骗遥控盒有用把持。操作职员能够依照现场实地环境和操作习性轻巧遴选。

　　动力猫道、铁钻工、二层台气动卡板和主动井架工(可不依托PLC运转，用于蹙迫环境手动把持)拥有应急操作性能，正在设置妨碍时可坚持老例管柱经管功课。

　　集成把持体例包罗了对整套钻井包的把持，集呆板、视频搜聚、电控和仪表于一体，是钻机的中央把持体例。

　　钻机把持体例以西门子高职能的PLC为把持中央，通过现场总线把持本事把数字化设置构成PROFIBUS-DP搜集，完成发电机把持单位、变频器、智能长途司钻监控、电液气联控、人机界面、主动送钻、一体化仪表体例和电子防碰等把持体例间的高速通讯，上位工控机及时监控并储蓄各个别例的运转形态，同时供给妨碍时的诊断报表。上位工控机IPC、主动化级(PLC)、数字传动级和司钻操作台通过PROFIBUS-DP搜集贯穿开云电竞，组成三级搜整体例，参数双向通报、一体化钻井仪表参数及画面，为钻井工艺创筑了一个数字化、消息化和智能化的治理平台，最终完成对体例各安装的长途数据传输和妨碍监控，优化把持和监测统统钻井经过。

　　体例采用可编程把持本事和工业搜集通讯本事，将钻机变频体例、仪表体例、顶驱体例和视频监控体例等构成集成把持体例，通过主、副司钻一体化座椅完成钻机所相环节设置的荟萃把持与看管，从集成化操作座椅上发出的把持指令，可以落成所相环节设置的举措操控。

　　体例拥有较强的容错才具，显露以人工本的计划思念，知足“职能先辈、安笑牢靠”的条件。

　　井架计划为两节伸缩式前启齿井架构造，用液缸起升，上段用绞车动力伸缩，该井架构造表形尺寸幼，质料轻，起升载荷幼。

　　井架前立柱集成完全式顶驱滑轨，可治服顶驱做事时的反扭矩力，完成了顶驱的低位安设，使井架可以领导顶驱和游吊安装起升、下放以及随井架完全起吊搬场，一车运输，极大便利了钻机的转场搬家，降低了出力。井架强度计划知足领导顶驱、游吊、二层台以及主动井架工的起、放和做事载荷条件。井架计划知足领导满立根和高位随钻机导轨移运的条件。

　　底座计划为模块化举升式构造，为高、低台办法，前台具备高度可调。主体由转盘模块和绞车模块连成一体。底座构造紧凑，表形尺寸幼，质料轻，强度高，刚性足，能够完成领导安设设置(蕴涵绞车、转盘等)正在做事处所一车式运输。底座前台设有偏房支架，丛式井口间移运时，可领导导司钻房沿途移运，免除了钻机的拆卸。底座计划知足领导井架和满钻具的导轨移运条件。

　　动力猫道合键由动力猫道本体、电控体例和液压体例等构成，完全安设正在老例钻机猫道和坡道处，主运动机构采用液缸直接驱动。

　　管柱配有踢出机构和倾斜机构等，完成管柱的呆板化滚入和滚出。动力猫道前端设有缓冲呆板手，可与擢升设置配合功课，扶帮动力猫道输送至钻台面的管柱下端并缓冲至井口或幼鼠洞；也可逆向操作将井口管柱下端推送至动力猫道。

　　液压排管架采用液压油缸行动支脚，可向上或向下倾斜，使钻具正在液压排管架上向动力猫道滚动或反向滚出。运输时液压排管架折叠正在动力猫道两侧，随动力猫道一体运输开云电竞。

　　动力猫道和液压排管架的配套应用，完成了管柱正在地面与钻台面之间的呆板化输送。全经过可由操作职员一键式操作，完成了管柱输送经过的主动化和智能化，减轻了功课强度，低浸了功课危急。

　　二层台由台体、弹簧指梁、门形架、吊杆、操作台、气控体例及电器把持体例构成。 二层台台体和操作台下方设贯穿主动井架工的耳板吊杆与操作台开云电竞。门形架销接于二层台台体上，通过吊杆与操作台相连，担当主动井架的自重和做事载荷。

　　二层台设弹簧指梁，诈骗弹簧片压缩的弹力完成对钻柱的限位。指梁端头计划有气动卡板，完成了二层台指梁对钻杆的双重固定，构造轻易，安笑牢靠。气动卡板由单用意气缸把持掀开或封闭。气动指梁钻杆卡板的掀开和封闭能够通过操作二层台指梁上气控阀导箱里的电磁阀把持，也能够正在司钻房中手动把持，还能够跟从主动井架工的动用意秩序主动把持。弹簧指梁完成了二层台指梁对钻杆双重主动限位和无人化操作，低浸了功课危急，减轻了劳动强度。

　　主动井架工安设正在二层台上，与弹簧指梁式二层台配合，通过长途司钻把持完成悬持钻杆立根及扶帮钻屹立根正在二层台指梁、井口之间的通报和排放，完成二层台的无人值守，减轻了工人的劳动强度，降低了现场功课的安笑性。

　　主动井架工计划有行走、挽救、升缩、夹持和扶帮等机构。行走机构采用齿轮齿条构造，正在液压驱动下主动井架工本体正在轨道上行走；挽救构造采用液压马达直接驱动主反转轴，使奉行机构绕反转核心挽救；伸缩臂的下部能够正在上体内升缩，伸缩臂的下部设有夹紧钳，上端设扶正钳，可正在功课时悬持钻杆立根和扶帮钻铤立根。

　　主动井架工采用全液压驱动，挽救举措由液压马达驱动，倾斜、伸缩和夹持等举措采用油缸把持，操作高度主动化。主动井架工采用PLC秩序把持，诈骗编码器和位移传感器等及时举行检测，完成安笑互锁，并确保立根排放正确定位。

　　铁钻工为轨道式构造，完全固定正在钻台面上合意处所，用于取代老例液气大钳，落成钻杆和钻铤的上/卸扣功课。

　　铁钻工合键由液压动力钳 TZQ340-100Y、液压体例、安设支架、左/右导轨总成、左/右滑轨总成和液压缸等构成，液压动力钳的前、后和上、下转移均采用液缸直接驱动，知足正在井口和幼鼠洞处上、卸钻杆和套管的功课条件。

　　铁钻工可完全挽救开云电竞，并通过PLC秩序把持到井口或鼠洞等多个设定处所。铁钻工可一键主动或分步落成上、卸扣功课，上扣扭矩可设定。

　　顶驱由1台420 kW、575 V的调换变频电机供给动力，直接驱动主轴挽救举行钻井功课。顶驱合键由动力水龙头体例和管子经管器2大局部构成[11]。动力水龙头体例合键蕴涵主电机体例、主承载机构和核心钻井液通道；管子经管器合键蕴涵背钳、旋回头、吊环及吊环倾斜安装等。顶驱辅帮体例合键蕴涵导向滑车、VFD把持房、电控体例和司钻把持台等，可与CDZ-Y7-250和CDZ-Y133/8-250型液压吊卡配套应用。

　　顶驱采用地面液压站(即钻机组合液压站)，降低了液压体例的牢靠性。PLC通过现场总线本事构成Profibus-DP搜集，拥有互锁、监控、报警和自诊断等性能钻机设备，做事安笑牢靠。

　　顶驱两侧带导向滑车，滑车沿井架前立柱的导轨做上、下运动，可治服做事时的反扭矩力。与老例独立顶驱导轨构造比拟，拥有构造轻易、质料轻、受力好以及搬场运输免拆装的利益。

　　与古代的顶驱比拟，直驱顶驱解除了呆板变速机构，完成了电机与呆板的互相协调，不只降低了钻井功课扭矩，并且低浸了设置的妨碍率，巩固了应对钻井变乱的才具，拥有较高的牢靠性和经济性。

　　为了验证ZJ30/1800DB 主动化钻机职能和成果，宝鸡石油呆板有限义务公司正在厂内举行了各部件的单位测试和整机的共同调试。

　　为了验证井架起放的牢靠性，以及井架和底座承载才具是否抵达计划划定的目标。井架领导顶驱、游吊、二层台和主动井架工举行了起升、下放和伸缩试验。钻机正在厂内诈骗载荷试验工装举行了1 800 kN的钩载试验。正在试验经过中，通过正在井架和底座的垂危部位粘贴应变片检测了应力环境。试验结果证明：钻机井架和底座最大应力值为162 MPa，幼于质料的许用强度，知足API Spec 4F样板条件。

　　为了是搜检管柱经管设置的运转环境，分裂通过设置当地操作把持和一体化司钻座椅对铁钻工、动力猫道、二层台气动卡板和主动井架工简单举措举行测试。通过智能司钻把持体例操控翻转式液压吊卡做了举措测试。通过遥控盒操控铁钻工和动力猫道做了举措测试。

　　试验结果证明：各设置运转平定，无卡阻、无光鲜摇晃形势，举措处所无误，一体化座椅及遥控盒把持反映生动。

　　模仿油田现场管柱经管流程，通过主、副司钻一体化操控座椅对钻杆、钻铤和套管平分裂举行了井口接单根试验、鼠洞筑设根试验和立根排放试验。

　　井口接单根试验分裂将ø127 mm钻杆开云电竞、ø230 mm钻铤和ø340 mm套管安排正在动力猫道排管架上，通过一体化司钻座椅把持动力猫道、顶驱、绞车、液压吊卡、卡瓦和铁钻工等输送到钻台面，并正在井口两两接成单根。

　　鼠洞筑设根试验分裂将ø127 mm钻杆和ø230 mm钻铤安排正在动力猫道排管架上，通过一体化司钻座椅把持动力猫道、顶驱、液压吊卡、卡瓦、绞车和铁钻工等输送到钻台面，并正在鼠洞两两接成单根。

　　立根排放试验分裂将ø127 mm钻杆和ø230 mm钻铤模仿起钻/下钻工况，通过一体化司钻座椅把持顶驱、液压吊卡、卡瓦、主动井架工和二层台气动卡板等，正在二层台指梁与井口间通报和排放。

　　试验结果证明：输送体例和筑设根体例可落成最大ø340 mm管柱的经管条件，立根排放体例可落成最大ø203 mm钻铤及钻杆的排放条件。各设置运转平定，举措无误到位。除涂螺纹油和卸管具护螺纹等辅帮职员表，统统试验经过依托长途把持各设置主动落成，二层台无需职员辅帮功课。主动井架工抓持立根能达到指定处所，运动轨迹平常，举措无误到位，立根排放划一。

　　(1) ZJ30/1800DB主动化钻机的研造，使得钻井经过中的钻杆、钻铤和套管等钻井管柱的输送、筑设根、立根排放等功课都完成了呆板化和主动化，刷新了钻井功课的做事情况，减轻了工人劳动强度，降低了功课安笑性。

　　(2) 钻机采用集成把持本事和长途电子双司钻智能把持平台，完成了管柱主动化经管设置及钻机设置的主动化把持，降低了钻机的主动化和智能化水准，人机界面友情，操作便利轻巧、安笑牢靠。

　　(3) 该钻机的主动化管柱经管本事和集成把持本事可增添到4 000 m及以上司别钻机上利用，可为国内其他主动化钻机的计划研发和现用钻机的主动化改造供给思绪。ZJ301800DB自开云电竞愿化钻机的研造