談鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：對(duì)于鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)，其對(duì)促進(jìn)鉆井效率以及優(yōu)化勞動(dòng)條件等方面具有顯著作用。特別在條件惡劣以及成本高的鉆井平臺(tái)方面，運(yùn)用該系統(tǒng)能夠使傳統(tǒng)體力勞動(dòng)方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，同時(shí)節(jié)省鉆井成本。對(duì)此，本文對(duì)國(guó)外相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，對(duì)單根接立根設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，最后提出了旋轉(zhuǎn)V形門系統(tǒng)與移動(dòng)V形門系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：鉆井鉆桿；自動(dòng)操作；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我國(guó)南海油氣資源非常豐富，相關(guān)部門數(shù)據(jù)顯示，油氣當(dāng)量達(dá)到了500億噸。而周邊其他國(guó)家為了滿足自身需要，開(kāi)始競(jìng)相開(kāi)采，致使我國(guó)每年流失超出500萬(wàn)噸油氣資源，占我國(guó)年產(chǎn)量1/4，因此，我國(guó)油氣資源開(kāi)采工作較為嚴(yán)峻。但是，我國(guó)在海洋油氣開(kāi)采技術(shù)方面的研究時(shí)間較短，在具體開(kāi)采作業(yè)中存在一定困難，所以需要積極開(kāi)展相關(guān)研究工作。

1國(guó)外相關(guān)設(shè)計(jì)分析

1.1PLS系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一種鉆桿自動(dòng)堆放和夾取裝置，廣泛用于自動(dòng)鉆井平臺(tái)中，主要型號(hào)涵蓋PLS-3以及PLS-5等。在鉆研上獨(dú)立進(jìn)行安裝，高度形成在11m左右，提升臂旋轉(zhuǎn)范圍達(dá)到90°，和井口、貓道等處于同一直線上。其主要是將鉆桿單根貓道機(jī)角度進(jìn)行垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)變，同時(shí)，放置于鼠洞上方，垂直鉆桿系統(tǒng)開(kāi)展單根接立根的離線操作予以配合，不會(huì)對(duì)鉆進(jìn)作業(yè)造成影響，促使鉆臺(tái)效率和安全性得到充分提升。

1.2VDM系統(tǒng)

在鉆臺(tái)井架V形門位置進(jìn)行安裝，舉升形成最高值為27m，舉升荷載最大值為100kN。VDM系統(tǒng)和鉆桿傳送裝置引導(dǎo)機(jī)、動(dòng)力鼠洞進(jìn)行配合，能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)接立根工作，無(wú)須采用垂直鉆桿系統(tǒng)。鉆桿舉升水藻通過(guò)系統(tǒng)中鋼絲繩以及絞車實(shí)現(xiàn)。絞車涵蓋盤式制動(dòng)以及AC變頻馬達(dá)等裝置組成，通過(guò)這些裝置能夠?qū)μ嵘恢门c速度控制效果進(jìn)行充分優(yōu)化。同時(shí)，該系統(tǒng)中還設(shè)置了一臺(tái)張力絞車，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，若是主絞車無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以通過(guò)張力絞車實(shí)現(xiàn)舉升操作，防止提升裝置發(fā)生墜落事故。

1.3PRM系統(tǒng)

對(duì)于PRM系統(tǒng)，其運(yùn)行模式一種涵蓋兩種，這也是PRM系統(tǒng)和其他系統(tǒng)最大的差異之處，同時(shí)，該系統(tǒng)并不在V形門位置進(jìn)行安裝，屬于柱形系統(tǒng)，該技術(shù)較為成熟，在鉆井平臺(tái)中應(yīng)用較為廣泛。PRM系統(tǒng)在水平/狀態(tài)下，能夠進(jìn)行水平/垂直系統(tǒng)功能相關(guān)操作，促使鉆桿在垂直狀態(tài)和水平狀態(tài)中進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換。若是將該系統(tǒng)切換到垂直狀態(tài)，則能夠?qū)α⒏M(jìn)行垂直傳輸，并可以展開(kāi)單根接立根離線操作。

2鉆桿單根接立根設(shè)計(jì)

2.1鐵鉆工、單鼠洞與PRM結(jié)合方式

PRM涵蓋兩種運(yùn)行方式，能夠進(jìn)行垂直鉆桿和水平/垂直鉆桿的操作，所以能夠借助單動(dòng)力鼠洞、鐵鉆工和貓道機(jī)結(jié)合方式對(duì)單根接立根展開(kāi)離線操作，使V形門系統(tǒng)可以省略。

2.2鐵鉆工、夾管器、單鼠洞與VDM結(jié)合方式

貓道機(jī)導(dǎo)向裝置和VDM系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)第1單根進(jìn)行抓取，并在鼠洞中放置，鐵鉆工和VDM系統(tǒng)配合進(jìn)行第2單根抓取，之后和鼠洞內(nèi)單根展開(kāi)上扣操作。之后VDM將2節(jié)單根抓取，向夾管器中輸送，運(yùn)用VDM將第3單根抓起，并放置于鼠洞，同時(shí)，將夾管器中單根抓起，和鐵鉆工進(jìn)行配合，同鼠洞中的單根展開(kāi)上扣作業(yè)，即將立根上扣完成[3]。

2.3鐵鉆工、雙鼠洞、VDM結(jié)合方式

貓道機(jī)導(dǎo)向裝置和VDM系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)第1單根進(jìn)行抓取，并在第1鼠洞中放置，鐵鉆工和VDM系統(tǒng)配合進(jìn)行第2單根抓取，之后和鼠洞內(nèi)單根展開(kāi)上扣操作。后VDM將2節(jié)單根抓取，向第2鼠洞中輸送，運(yùn)用VDM將第3單根抓起，并放置于第1鼠洞，借助VDM對(duì)第2鼠洞中單個(gè)進(jìn)行抓取處理，同時(shí)，和鐵鉆工進(jìn)行配合，同第1鼠洞中的單根展開(kāi)上扣作業(yè)，即將立根上扣完成。對(duì)于鐵鉆工、雙鼠洞、VDM設(shè)計(jì)，其與2.2中設(shè)計(jì)方案的特性較為相似，然而，并不需要設(shè)置夾管器，而是需要雙鼠洞。

2.4鐵鉆工、PRS、單鼠洞與PLS結(jié)合方式

運(yùn)用PLS系統(tǒng)對(duì)貓道機(jī)中第1單根抓取，并放置于鼠洞中，完成第2單根抓取操作之后向PRS中傳送，鐵鉆工和PRS配合，之后開(kāi)展上扣操作。通過(guò)PRS將2節(jié)單根提起，運(yùn)動(dòng)PLS對(duì)第3單根進(jìn)行抓取，放置于鼠洞中，鐵鉆工和PRS配合，對(duì)前2節(jié)單個(gè)和鼠洞中的單根進(jìn)行上扣處理，及將立根上扣工作完成。此方案需要和垂直鉆桿系統(tǒng)進(jìn)行配合，非常復(fù)雜煩瑣，然而，PLS鉛錘方向具有小尺寸特點(diǎn)，空間占比非常小。

3V形門系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1移動(dòng)V形門系統(tǒng)

移動(dòng)V形門系統(tǒng)涵蓋導(dǎo)軌、夾具手、液壓缸、提升臂、移動(dòng)小車以及升降架等部分構(gòu)成，見(jiàn)圖1。1～15分別為鉆臺(tái)、鉆桿、貓道機(jī)、井架V形門、導(dǎo)軌、移動(dòng)小車、平移液缸、升降架、提升液缸、提升臂、伸縮液缸、夾具手、井口和動(dòng)力鼠洞。其伸縮功能、升降系統(tǒng)以及縱向旋轉(zhuǎn)等和旋轉(zhuǎn)V形門系統(tǒng)相同，其平移液缸能夠通過(guò)移動(dòng)小車對(duì)提升臂進(jìn)行左右移動(dòng)操作，通過(guò)滾輪使升降架和移動(dòng)小車接觸。該系統(tǒng)在井架V形門偏右位置安裝，并結(jié)合和其平行的鼠洞進(jìn)行單根接立根工作。通過(guò)上圖能夠發(fā)現(xiàn)，貓道和井口呈直線分布于V形門中間位置，動(dòng)力鼠洞偏右，和井口不在同一直線。夾具手、提升臂貓道機(jī)鉆桿進(jìn)行抓取，使鉆桿提升，同時(shí)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，使其能夠保持垂直，通過(guò)平移液缸，促使移動(dòng)小車對(duì)鉆桿和提升臂進(jìn)行右移操作。該系統(tǒng)在動(dòng)力鼠洞14中放置第1單根，在15中放置第2單根，通過(guò)鐵鉆工協(xié)助把抓取的第3單根和第2單根展開(kāi)上扣操作，之后上提第2單個(gè)和第1單根展開(kāi)上扣，促使接立根操作進(jìn)一步完成。兩動(dòng)力鼠洞和鐵鉆工處于同一執(zhí)行，能夠移動(dòng)。

3.2旋轉(zhuǎn)V形門系統(tǒng)

在V形門內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)V形門系統(tǒng)安裝，主要涵蓋導(dǎo)軌、液壓缸、夾具手、提升臂、升降架等部分，見(jiàn)圖1。1～10分別為：井架V形門、伸縮液缸、夾具手、鉆桿、頂部夾管器、升降架、旋轉(zhuǎn)液缸、提升臂以及導(dǎo)軌。該系統(tǒng)主要借助液壓絞車促使升降架工作，實(shí)現(xiàn)鉆桿升降目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)通過(guò)提升液缸能夠?qū)μ嵘圻M(jìn)行縱向旋轉(zhuǎn)操作，旋轉(zhuǎn)范圍為90°，通過(guò)伸縮液缸能夠?qū)崿F(xiàn)前后伸縮目標(biāo)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)液缸可以進(jìn)行橫向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)V形門操作系統(tǒng)中，井口、動(dòng)力鼠洞以及貓道等在同一中心線，其功能主要是對(duì)鉆桿單根進(jìn)行抓取，使其從貓道機(jī)部分轉(zhuǎn)變成垂直狀態(tài)，同時(shí)，向動(dòng)力鼠洞中傳送，開(kāi)展單根接立根作業(yè)，或是向井口傳送。在鉆桿被貓道機(jī)以及其他傳送裝置送達(dá)鉆臺(tái)后，該系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行抓取上提處理，通過(guò)提升液缸對(duì)提升臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，促使鉆桿能夠處于垂直狀態(tài)，并在動(dòng)力鼠洞中放置，借助同樣操作方式對(duì)第2單根激進(jìn)型抓取冰河鼠洞單根展開(kāi)上扣操作，之后對(duì)2節(jié)單根進(jìn)行上提處理，借助旋轉(zhuǎn)液缸促使提升臂旋轉(zhuǎn)到合適角度，向頂部夾管器傳送鉆桿，之后借助同樣方法對(duì)第3單根進(jìn)行抓取處理，并在動(dòng)力鼠洞中進(jìn)行放置，對(duì)升降架進(jìn)行上升操作，將2節(jié)單根取回，同時(shí)，和第3單根進(jìn)行上扣處理，及結(jié)束單根接立根，立根拆卸時(shí)，只需對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行反向操作即可。移動(dòng)V形門系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)V形門系統(tǒng)之間的特色存在一定差異，然而，兩者設(shè)計(jì)目的與完成的功能一致。對(duì)于旋轉(zhuǎn)V形門，動(dòng)力鼠洞數(shù)量是1個(gè)，并且鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，然而，需要將夾管器安裝于井架上部；而移動(dòng)V形門需要將兩個(gè)鼠洞安裝于鉆臺(tái)上，不需要將夾管器安裝于井架上，使得井架結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。以對(duì)夾具手夾住的鉆桿運(yùn)動(dòng)形式角度分析，在移動(dòng)系統(tǒng)中，需要將滾輪組件和平移液缸安裝于升降架中，所以，其升降架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

4結(jié)語(yǔ)

在自動(dòng)化鉆臺(tái)中，鉆桿自動(dòng)體系屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將鉆井人員直接與鉆桿接觸的工作替代，充分保證鉆井人員安全，并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠在半自動(dòng)與全自動(dòng)之間進(jìn)行切換，可以通過(guò)PLC進(jìn)行編程控制。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)鉆桿操作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，保證鉆桿運(yùn)移的精確性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。當(dāng)前，在社會(huì)發(fā)展推動(dòng)下，為我國(guó)鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展提供良好條件與空間，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)該積極借鑒國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)，以減少我國(guó)研發(fā)工作的彎路。

參考文獻(xiàn)：

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作者：白珊珊 單位：大慶鉆探工程公司機(jī)械修理廠工具分廠