钻杆输送

一种水平定向钻机的钻杆输送夹持装置包括挂钩（１）、一端与挂钩（１）相连的弹簧（４）、梭臂（８），所述的挂钩（１）可绕固定在梭臂（８）上的销轴（３）转动，其特征在于：该装置还包括由油缸（７）、推杆（６）、导向块（５）构成的钻杆夹持装置，油缸（７）缸体末端固定在钻机梭臂（８）后部、导向块（５）固定在钻机梭臂中部，推杆（６）穿过导向块（５）并能沿导向块（５）内的滑槽作纵向移动，其一端与油缸活塞杆通过转轴活动连接，另一端在推杆（６）伸出时直达挂钩（１）上部、限制挂钩（１）的转动，所述与挂钩（１）相连的弹簧（４）之另一端与固定在导向块（５）底部的弯钩相连。钻井平台钻杆自动排放控制系统研究

1．1．2课题的研究意义

在钻井过程中，需要将钻杆从平台甲板传送到钻台，并且随着井眼深度的增加，需要不断地将钻杆接到钻柱上，使钻进过程持续进行。为了更换钻头和在钻柱底

部安装测试或其他设备，需频繁地将钻柱从井眼中提出来，安装完新钻头或者其

他工具后，需要将钻杆下放入井眼中。上述过程中伴随着频繁的钻杆排放操作，这是一个重复性高且劳动强度大的过程。传统的立根排放系统对下钻时将立根从

立根盒中取出移送到井口和起钻时将立根从井12移送到立根盒并排放好的操作

实现了机械化，这些系统能在一定程度上减少起下钻过程所需人员。本课题的目

的在于设计钻杆自动排放的控制系统，实现在钻井过程中钻杆的排放自动化，节

省人力，提高安全性。

实现钻杆自动排放主要有以下几个方面的意义：

(1)钻杆排放是对钻井工人来说是一项极其危险的工作，实现钻杆的自动排放可

高钻井过程中的安全性。

(2)钻杆自动排放可减少起下钻时间，缩短钻井周期。

(3)钻杆自动排放可减轻钻井工人的劳动强度，减少钻井工人的数量。

(4)可减少钻具的损坏。

(5)钻杆自动排放是全自动化钻井系统中必要组成部分。

1．2国内外的研究现状

1．2．1国外研究现状

国际钻井市场竞争激烈，国际知名的钻井承包商拥有先进的钻井技术，优良的钻

井装备，占有巨大的市场份额，因此要想在国际石油钻井市场中占有一席之地，不仪要有大量的技术人才和先进的钻井技术，石油装备也是决定是否快速进入国

际钻井市场的先决条件；作为石油钻井装备的核心——石油钻机，是在国际钻井

招标中能否获胜的重要因素，因此进入国际市场的石油钻机必须具有先进的技术和可靠的性能，满足国外石油钻井市场的要求。

下面的几种国外先进的自动化钻机都配备了钻杆的自动操作系统，在此主要介绍其钻杆操作系统部分的现状。

1．轻型自动化钻井系统[31

英国石油公司与Phonex Alaska Technology公司共同研制了一种轻型自动化钻井系统(LADS)。这种应用3D CAD软件设计的钻井系统不仪质量轻(小于与其钻深能力相当的常规钻机质量的，而且具有度灵活性，能适应恶劣路况搬迁和在狭窄井场进行钻井作业。另外，由于采用自动化管理，整个系统可通过计算机控制站完成所有钻进、起下钻和钻杆排放等作业。

(1)LADS的结构

钻井模块主要由井架底座、桅杆式井架、钻井设备和相应的拖车组成。整个模块安装在160个由液压控制转向的充气轮胎上；固控模块包括所有的固控设备和6个敞蓬不锈钢钻井液罐；井底组合(BHA)模块安置在钻井模块拖车旁，用于存放、组装并操作BHA。动力模块由发电机组、水力发电机组和高级电能控制室组成；泵模块由3台钻井泵、混合漏斗、水泥搅拌器等组成；大型储罐模块由6个顶部密封的不锈钢储罐和离心泵组成。除了钻井模块拖车之外。上述其它模块都装载在4套由履带车改装的轨道装置上。LADS的管材处理系统堪称一套集成硬件系统。系统的每个工作单元都能同相邻的工作单元密切配合，尽可能高效地完成每个作业周期的管材处理任务。

钻机还包括以下3个主要系统t

①移动系统。除钻机模块拖车外，其它所有的模块都安装4组Caterpillar专用履带上。履带系统采用重型钢化橡胶带，装在2套双气动轮的外部，载荷通过载重轮传递到履带与地面的接触面上。

②管子处理系统。管子处理系统是一个综合系统，能高效率地处理8．5～13．7m 直径73．0～339．7mm的管材。其6个丰要设备包括管材自动装拆装置、管材传送装置、管材吊臂、铁钻工、带有自动吊卡的顶驱系统和自动卡瓦等。

⑧自动控制系统。自动控制系统(ACS)是这种钻机中技术要求最高的部分，该系统控制钻机设备的运行，并自动完成管子处理操作。通过自动控制系统，司钻可以通过一个操作椅对整部钻机的运行进行控制。用于控制管臂及综合管子操作系统程序的软件是专门为ACS设计的。该钻机的自动化程度很高，在投入运行和排除故障过程中，所有的例行程序操作都全部自动地同步进行。

(2)LADS的优点

经过几年的研究开发，生产出的轻型自动钻机系统(LADS)为阿拉斯加北坡井提供了更好的钻机。与常规钻机相比，LADS具有以下优点：

①自动化程度高，能为使用者提供一个更安全、更清洁的工作环境；

②设计紧凑，占地面积小，能适用于窄小的井场。

LADS通过一个操作员工作椅可控制钻机的所有功能。其常规功能软件由现有软件模块改编而成，用于控制管材吊臂和集成式管材处理程序的软件是根据用户提出的应用要求而编制的。通过使用过程中软件系统的测试和修改，钻机的自动化程度将不断提高。

2．德国Bentcc公司研制的自动化钻机

德国Bentec公司经过2年的设计、策划和制造，为挪威Norsk Hydro公司建成1座名为Oseberg Sor的平台，安装在北海挪威区块Oseberg油田中心以南13kin的

101m深水处。这座平台重14000t，由1个125 m高的钢导管架支撑。该钻机配备有动力卡瓦、鼠洞卡盘、铁钻工、转盘、振动筛、钻井液制备装置、钻机升降系统、液缸、人货电梯、防喷器和中央水力活塞泵等。这套钻机自动化程度高，所用钻工比标准钻机少20％。钻机自动完成水平和垂直方向钻杆移送，移送过程受密闭钻井控制室遥控。从钻井控制室可看到整个钻台面和井架，室内的所有主要控制装置都装在两椅的臂上，还配有闭路电视监测和控制装置，有3台500m监测器。所有钻井作业都由现代钻井控制数据采集系统(DCDA)来控制和管理。钻杆移放工序用可编程逻辑控制器(PLC)编程，由控制室发出指令便可执行。软件控

制着装有井架的钻井设备，保证钻井和起下钻作业能在高速状态下进行而无设备碰撞危险，还可边钻边给立根上扣。高、低压隔水管和套管的移放也由控制室遥控，只是套管接头用自动胶带输送到钻台面上。重型工具、短节、井下马达和钻头等使用提升工具和铁钻工移送，无需手工操作。

3．RAD自动化钻机I 7J

英国的strachan and henshaw公司牛产的RAD钻机是一种轻型的深并海洋钻机，钻深能力已达到6100m，载重为650t。RAD自动化钻机配备有升降机是用来处理轻载荷的钻柱和钻铤组合的，正常钻井中，它能处理中88．9 mm(31／2英寸)和①127mm(5英寸)的钻杆和①165．1、203．2、241．3mm(61／2、8、91／2英寸)的钻铤，以及完井工作。对于其他管柱和重物，使用标准的套管升降机。升降机由一个固体的外壳悬挂于动力水龙头连接。里面有8个键由2个液缸驱动。为了处理钻杆锥形表面和钻铤的方肩，键具有一个可伸缩的表面。在使用之前键的选择是自动的，使用程序化逻辑控制器来控制。起重机的下部是一个钟型套用来进行钻杆和起重机的导向和对正。RAD自动化钻机的钻杆处理系统，整体在程序化逻辑控制器的控制之下，包括2个连通的子系统。钻杆处理和储存系统使用1或2个拖架处理钻杆架，升降的移动由装载在起升结构项部的钻杆架来完成。它能够处理稳定器、无磁钻铤、震击器和转向装置。由于设计了灵活的爪子和钻杆架系统，能够进行钻杆架和爪子的定位，并将钻杆移运到井架上。转台被安装在大直径的无摩擦的轴承上，使起重臂能够旋转1800。该移动由液压马达驱动进行定量控制。2个爪子可以在起重臂上独立移动，由液压马达驱动。每一个爪子的位置由与液压马达相连的编码器感知，以爪子移动的长度来适应不同的管柱尺寸和位置。自动化钻机爪子的移动完全由慢速液压马达驱动。操作台由简单的按钮和指示器操作。在控制台上选择自动模式，司钻使自动化钻机准备好自动化控制。在个人计算机上选择管柱，并由计算机监控其移动和操作。由计算机确定起重机爪子的位置，根据钻杆的类型和长度，编码器确保爪子到达适当位置时减慢速度。钻杆架的移动位置也由编码器确定。大钳由螺线管阀和主开关来控制，脉冲编码器可确保爪子卡在正确的位置，以及在特定管柱的相应直径处闭合。总之，该自动化钻机使用了自动化技术及安全可控的方式，节省了人力，并且在未

来的自动化钻井中继续保持其优势。

4．Maritime Hydraulics公司可编程管子处理系统

Maritime Hydraulics公司的第一套可编程管子处理系统己在挪威海上钻井平台上使用。操作该系统时，司钻可以预先依次将起下钻操作步骤程序化，不需要分别操作绞车、顶驱、管子处理装置和卡瓦。钻台上除司钻操作室内的司钻外，不需要其它操作者。该系统总称为可配置自动钻井系统(CADS)，根据承包商和操作者的要求，该公司可将各种操作程序化。系统除有一套可编程管子处理系统外，还包括一套先进的防碰系统，用来防止操作间的相互干扰。另外还有一套自动