液压系统在石油钻机中的应用研究

液压系统在石油钻机中的应用研究

摘要：随着石油钻采的不断发展，钻井施工难度日益加大，很难满足井下石油钻采作业强度和效率的需要。在对国内外石油装备资料进行广泛调研的基础上，详细介绍了石油钻机关键设备中钻孔器、防喷器、泄油器和油管牵引器的液压系统。为推动国产石油钻采系统关键设备技术水平的提高，在分析井下石油钻采关键设备中液压系统的主要特征并对其组成和功能进行评述的基础上，对国内外液压系统在石油钻机上的应用现状进行综述。结合国内外研究进展，提出了井下石油钻采关键设备中液压系统向高可靠性、高劳动强度、高工作效率和低故障率方向发展的建议。

关键词：石油钻机；液压系统；应用

引言

油气勘探与开发的过程中应用到的成套钻井设备被称为石油钻机，提升系统作为其中的核心结构在钻井过程中起到不可或缺的重要作用，提升系统需要在提升与下放钻头的过程中对钻头所实施的钻压进行控制，同时还要对井壁的套管进行下放并加固，为促进石油钻机系统的未来发展，将根据上述内容对石油钻机提升系统展开分析。

1液压式提升系统

由于液压式提升系统还没有进入全面推广的阶段，只有少数的陆地钻井与海洋平台使用的是液压式提升系统，并且基本上设备与应用经验大部分来自发达国家。将针对其中四个液压式提升系统进行分别阐述。（1）意大利Drillmec公司所研发的液压钻机A-HEAD375，该类型液压式提升系统主要采取伸缩式井架与油缸进行上下运动，钻探过程中天车与井架一同升降并且运用两个单根与一个立根相互配合的方式进行起下钻，整体大钩载荷可以达到340t，而钻井深度可以达到6000m，具备较高的机械自动化程度，在钻机内部运用垂直钻杆架代替原本的二层台存放钻杆，大大提升了钻井效率和安全性。（2）辽宁陆海石油装备研究院有限公司所研发的液压钻机，其提升能力可以达到315t，并且钻井深度可达5000m，该液压式提升系统提升行程约为16m，并且主要运用单根的方式进行起下钻，钻机的整体也可以进行移动安装，可以将一套器械运用于多个石油钻探场次，在总体结构上还借鉴了意大利Drillmec公司的液压钻机结构形式，向国际先进水平靠拢。（3）HerrenknechtVertical公司所研发的海洋平台钻井包DeepDrillingRigTerraIn-vnder250CL，该海洋平台钻井包最大钩载荷可以达到250t，整体井架高度大约在30m，所采用的是液压式提升系统，总行程为17.5m，并且采用的是单根的方式进行起下钻开采，目前这种海洋平台主要被运用在自升式钻井平台当中。（4）Frigstad公司研发出当今世界上最先进的第七代半潜式钻井平台D90，其所采用的作业方式主要是双井口井架配合AK-ERMH液压提升系统的结构来进行开采，或者是运用双井口井架配合NOV液压提升系统相互配合的方式来进行钻探开采。过程中采用液压缸将游动滑车进行顶升从而对顶驱的上下运动起到控制作用，而两个井口井架则作为游动滑车的轨道支撑，在运行过程中双井口井架并不负责承担主载荷。

2液压系统在石油钻机中的应用

2.1液压猫头控制

石油钻机中的液压猫头控制最早使用液压自动控制系统，在液压自动控制系统中使用了交流变频电机驱动技术，电、液、气一体化技术，石油钻机在一定程

度上可以达到自动化作业水平，促进了液压自动控制系统在石油钻机产业中的应用，极大丰富了石油钻机产业的应用形式。液压自动控制系统没有应用到液压猫

头控制前，通过手动的方式将多路阀门切换到电液换向阀门的位置，结合开关给

电的方式是液压猫头控制的主要方式。液压自动控制系统应用到液压猫头后，石

油钻机上先后在设备生产中使用了液压猫头拉力系统和液压猫头的控制比例系统。该系统对石油钻机设备生产开采过程中的灵活性进行了极大的提高，石油生产开

采的速度与拉力的得到了极大的提升，促进提高了石油钻井控制性能，在上扣、

卸扣作业中对扭矩精度进行了极大的改进。该系统的改进通过液压自动控制技术

的应用，对石油钻机生产开采的效率进行了极大的提高，并给生产操作者带来了

便利，简化了操作流程。液压猫头液压阀组将电信号转化为比例液压信号，比例

液压信号驱动液压猫头，并且可以对猫头速度、拉力进行比例控制。

2.2液压系统在防喷器上的应用

防喷器是用于修井、完井等钻井作业过程中防止油液喷出井口的装置。在油

田的采油井进行采油、修井作业时，由于采油井井下压力过大，油田油气井、注

水井作业均采用压井或放喷方式进行，不但造成对地层的严重污染和对地面的污染，还会影响作业后产油、产气及注水效果，还要想办法把注进去的压井液全部

抽吸出来，造成修井后的工作量大大增加，费时、费工、费钱。

2.3盘刹自动送钻装置

盘刹自动送钻装置的主要目的是实现恒钻压控制，该装置的核心是控制器，

该装置的执行机构是盘刹。盘刹自动送钻装置通过电液自动控制调节工作刹车油

缸内的油压，进而对盘制动力距进行控制，该电液自动控制系统可以实现对石油

钻机工作过程中钻头细微的下放进行实时动态控制，从而可以在石油开采过程中

盘刹自动送钻装置传感器可以实现对钻压的控制。自动送钻装置是由PLC作为控

制器从而实现闭环控制的液压自动控制系统。自动送钻过程中主要过程有以下几

方面：为实现钻压信号的检测，故使用悬重传感器；为实现对绞车滚筒速度信号

的检测，故使用绞车滚筒速度传感器；为实现对工作钳压力的检测，故使用液压

压力传感器，并且在石油钻机工作过程中对井下开采转盘的转速、转盘的扭矩、

游车位置进行动态检测并且实时控制。

2.4液压系统在泄油器上的应用

在油田采油井检泵作业过程中，当起出抽油泵管柱时，管柱内的油水随油管

带出井口，落至地面，造成环境污染，同时也减少了井内液柱压力，增大了井喷

的危险性。油井作业后，会造成压井液侵入地层，堵塞岩层孔隙，因而降低了岩

层的渗透率，使得油井排水周期延长，进而降低了油井产能。泄油器是液压杆抽

油系统中成本最低、性能最薄弱的环节，据统计，有1/5的抽油系统失效问题都

是由泄油器损坏造成的。液压系统在泄油器上的应用可更好的解决大斜度井及水

平井作业泄油问题，具有油管锚定、可管柱试压、泄油的功能。目前，有关学者

在液压系统应用泄油器上的研究具有建设性意义，与常规泄油器相比，应用液压

系统的泄油器:①由液压泵向井内举升管柱打液升压，内滑套在液压推动下移露

出泄油孔开始泄油，不受井斜和深度影响;②油井作业施工前完全可靠地把举升

油管内的油液全部泄掉，保证起出油管时无污染。采用单向液正蹩泄，所以能实

现蹩泄、洗井、压井一次完成。今后液压驱动泄油器应向电泵远程控制工作举液

的方向发展，使井液在电泵举升下源源不断的通过举升管柱内产到地面，能够将

油管内的油液全部泄掉。

结语