我国修井机发展的技术现状与展望_谢永金

。绞车 分单、双滚 筒 2
种, 主刹采用带刹 , 辅刹多为水刹车或气控水冷盘 刹。配桅杆形带绷绳井架, 多为 2 节伸缩式 , 液压 起升及伸缩。为缩短整车长度, 增强通过性能, 也 设计制造了液压起升、 3节井架钢丝绳伸缩的修井 机。井架按大腿材料分角钢、圆管、矩形管 3 种形 式。中型以上修井机配置旋转系统, 钻台按结构分 整体式 ( 低于 2 7 m ) 、伸缩分 体式 ( 2 8 ~ 4 5 m ) 和折叠式 (高于 4 5 m ) 3 种。控制系统采用 传统的液、气、电控制方式 , 整体上处于手动操作 阶段 , 与钻机相比还存在相当大的差距。 ( 2) 海洋修井机 国内厂家 为海洋采油平台
室等适应风沙恶劣环境的改造 ; 底盘动力性能、 行驶性能、通过性能和噪声的分析与试验。 ( 3) 适应海洋平台的特殊设计 海洋平台首 先是在设计环节接受新的理念, 实现技术跨越。经 过最初的挫折和 10 年的探索, 现已能把握设计中 的关键环节: 总体布置适应平台条件和修井功能要 求, 每一口井对中作业 , 在偏载情况下保持设备性 能稳定、运行安全 ; 井架、纵横移动底座的结构优 化; 整机及移动底座抗风抗地震评价; 严格的部件 质量控制及模块化设计 ; 安全通道、防护设施、保 护装置的设计和配备; 动力、电器及控制系统符合 海洋平台要求的防爆设计; 适应从式井的各类管线 集中移运的拖链设计及整机防污染设计 ; 钻井泵及 钻井液净化系统、井控系统、钻井液管汇、井口工 具等的成套设计; 规范设计审核、设计变更 , 完善
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谢永金 : 我国修井机发展的技术现状与展望
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井深度最大达 7 500 m ( 3 /2 英寸钻杆 )。制造厂 家已具备完全配套能力, 即除主机外 , 依据海洋作 业环境和平台提供的条件 , 对钻井泵及钻井液净化 系统、井控系统、油气水电供给系统、井口工具等 综合配套, 成套交付使用。国产海洋修井机完全能 够替代国外产品。 2004 年为科麦奇中国有限公司 生产的 KMG /HX J180DB 海洋修井设施是国内首次 开发的变频电驱海洋 修井成套设备。传动方式为 AC VVVF - AC ( 绞车、转盘 ) /AC - SCR - DC ( 钻井泵 ) 。单 滚筒绞 车, 配风冷 液压 盘式 刹车 , 能耗制动, 可实现自动送钻。井架首次采用前开口 式无绷 绳 K 形 直立套装 自升式井 架, 分为 5 段 , 靠绞车动力带动大钩将底座以上各 段依次提升到 位。有效工作高度 达 41 m, 满足平 台吊机 能力 , 底跨 ( 正面 侧面 ) 为 5 m 4 6 m, 司钻视野和 操作空间开阔。此套设施在完善已有设计基础上应 用多项新技术, 代表了海洋修井机的发展水平。 ( 3) 特殊修井机 国内厂家和研究机构在常 规修井机的基础上, 研制了沙漠修井机、液压蓄能 修井机、修井洗井车、不压井修井机等特殊产品。 沙漠修井机为单滚筒车装自走式 , 采用重载车 桥和大型 沙漠 轮胎, 全轮驱 动。最 大钩 载 1 580 k N, 配功率 530 k W 柴油机 , 柴油机和空压机的空 滤系统特殊配置适用于风沙环境。内循环强制水冷 绞车系统, 适用于干燥高温条件。设计中考虑配套 装置模块化 , 便于搬迁和安装。液压蓄能修井机以 节能环保为 出发点 , 取消 井架、游车、天 车、绞 车、变速传动装置等常规修井机的传统部件, 配置 简化, 大幅度降 低修井机的功率
设计配套修井机始于 1996 年 。中海油天津分公 司、湛江分公司、深圳分公司、中石化胜利油田的 在用海洋修井机已超过 30 台套。 海洋修井机分平行和垂直 2种布置方式 , 多采 用柴油机配液力机械传动箱 , 使用塔形井架或直立 套装无绷绳井架。已经形成最大钩载 900 、 1 125 、 1 350 、 1 580 、 1 800 和 2 250 kN 的产品系列, 修
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技术现状分析
现从产品开发、设计技术、工艺及质量控制 3 个层面对我国修井机发展现状进行描述和分析。 1 产品开发 ( 1) 常 规修 井机 用 于平 原、丘 陵、 山地、 戈壁、沙漠 边缘 ( 包括 有公路 通达 的沙 漠腹 地 ) 基本型式的修井机, 经过 20 多年的持续开发 , 已 经 形成 额定 钩载 200 ~ 1 500kN, 最 大钩 载 500 ~ 1 800 kN 完 整 的 产 品 系 列 , 主 要 产 品 型 号 有 XJ150 、 X J250 ~ X J750 、 XJ1000 ; XJ20 、 X J40 ~
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开发的样机还存在诸多问题。 2 设计技术 ( 1) 有限元分析 SYS 、 P ro /E、 StruCAD 熟练掌 握此技术 , 对修井 3D 等软件对修井机结构件
机的发展起到关键作用。主要厂家和院所使用 AN 特别是井架和车架的强度、刚度、稳定性等综合受 力情况进行分析, 指导设计人员结构改进和优化设 计, 以适应不同工况和规范。这从根本上改变了修 井机结构件依赖模仿设计的局面。主要厂家还建立 了应力测试系统, 能便捷地进行实物测试, 将测试 结果与分析数据进行比较, 使结构件的设计更为可 靠, 从样机试制到定型生产的时间也大为缩短。 一些研究人员还对修井机的修井曲线、载荷谱 [ 4] 等项目进 行了研究 , 发现 修井机载荷均 值服从 正态分布 , 幅值服从威布尔分布 , 这为在有限元分 析基础上进一步开展可靠性设计做了有益探索。 ( 2) 载车与总体设计 根据 整机要求和特殊 路况设计制造的专用底盘, 能配套更适合作业工况 的动力及传动装置 , 更合理地布置车上部件 , 因而 较通用底盘有更好的适用性。载车设计与修井机总 体设计同步发展, 从最初的 5 桥车 , 向两头扩展为 2 桥和 7 桥 车。在不 断完善设 计扩展车 型的 过程 中, 成功解决了以下问题: 柴油机与液力机械传 [ 5] 动箱的匹配, 大 钩载荷特 性优化 ; 双发 动机 并车 , 并车箱、分动箱和车架等结构的优化 ; 轮距、重载荷转向驱动和从动桥 ; 宽 单前桥、双前
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1980年原石油部组 织一所三厂联合攻关 , 解 剖和仿制国外修井机 , 揭开了我国修井机发展的序 幕。 1983年第一台自走式井架液压起升及伸缩的 XJ350型修井机在江汉完成样机试制。 1985 年以技 贸结合方式与美国 I R I公司签订修井机技术转让合 同 , 经过中方人员赴美接受设计和制造技术培训 , 美方专家到工厂指导散件组装的过程 , 促使我国修 井机技术 发展 发生 了质的 飞跃。据不 完全 统计 , 2004年我国修井机年产量超过 300 台, 已位居世 界前列。国产修井机已成为国际市场的热销产品 , 出口到美国、加拿大、墨西哥、印尼、印度、叙利 亚、中亚、南美、西欧等国家和地区。修井机研制 的领先企业更是创出一次向美国销售 30 台修井机 的骄人业绩。正值修井机技术引进 20 年之际 , 我 国修井机发展面临内部竞争加剧以及全面进入海洋 和国际市场 , 有必要从技术层面认清现状 , 展望未 来 , 以保持良好的发展势头。
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技术资料的内容与形式, 与国际接轨。 ( 4) CAD 和 PDM 在普遍应用二维 CAD 的基 础上, 部分企业已经开始三维设计, 进行运动仿真 和模拟装配。随着产品数据因产品发展和用户的个 性化需求而日趋繁杂 , 规范技术数据 , 实现数据共 享成为设计及其他过程的关键问题。主要厂家已成 功实施 PDM 系统, 功能模块包括项目管理、图文 档管理、产品管理、报表管理、更改管理、流程管 理和配置管理。 PDM 系统以产品结构管理为核心 , 综合各种待选件的产品结构随着产品发展而不断扩 充。在得到客户的详细需求之后, 设计人员以产品 结构为基础对各种待选件逐一确认, 生成客户化结 构并转化为客户的设备配套 BOM。在 CAD 界面中 集成 PDM 零件、图档、结构查询功能 , 设计时可 在线查询已有设计信息, 利用成组分类编码, 实现 零件的相似型设计和最大程度的借用 , 提高设计效 率 , 可形成只做最小修改就能满足客户需求的标准 机型。通过和 CAPP 的集成, 在产品结构建立后 , 融合相关工艺信息 , 进行工艺信 息汇总。 PDM 也 是制造企业推行 ERP 必不可少的基础环节。 3 工艺及质量控制 ( 1) 焊接和结构件制造 各厂家均具备较强 的焊接和结构件制造能力 , 适应井架、钻台、车架 等结构件的生产。焊 接设备包括各 类手工电弧焊 机、气体自动保护焊机和氩弧焊机。主要厂家的焊 接工艺执行美国 AS M E 锅炉及压力容器规范和钢结 构规范 , 严格执行焊接工艺验证制度 , 焊接规程通 过 DNV 和 CCS认证。在下料工序 , 一般都配备数 控切割机、铣边机、卷板机等 设备; 在 焊接过程 中 , 配备大型组焊平台和工装 ; 在检验工序, 具备 表面磁粉探伤、超声波探伤和射线探伤的能力。各 厂家均注重焊工的资 质培训, 一批焊工取得 DNV 颁发的不同焊接位置的资格证书。 ( 2) 表面处理 各厂家的产品表面质量通过不 断改进喷漆工艺和钣金件制作, 取得明显进步。主 要厂家修建了大型喷砂 ( 丸 ) 处理室, 在结构件涂 漆前 进 行清 洗 和 表面 处 理, 表 面处 理 等 级 达 到 GB8923 88 标准 Sa2 5 级; 修建大型喷烘漆房, 满 足修井机整机和井架在喷烘漆房内喷漆、烘干。为 满足海洋修井机的防腐要求, 应用了喷铝防腐工艺, 执行表面喷砂处理 喷铝处理 双组分环氧底漆 双组分丙烯酸聚氨脂面漆工艺流程。对于螺栓、螺 母、垫片、销轴等 小型件, 采 用锌 铬涂 层 ( 达 可 罗 ) 工艺, 涂层的防腐蚀性优于电镀锌、电镀镉、 热浸锌, 适应海洋天气、湿热气氛等条件。对于薄
石 72 专题综述
油
机
械 2005 年 第 33 卷 第 10 期
CH I N A PETROLEUM M A CH I N ERY
我国修井机发展的技术现状与展望
谢永金
( 江汉石油管理局 )
摘要 针对我国修井机发展面临内部竞争加剧以及全面进入海洋和国际市场的形势, 有必要从 技术层面认清现状, 展望未来, 以保持良好的发展势头。为此, 从产品开发 、设计技术、工艺及质 量控制等 3个层面描述和分析了我国修井机发展的技术现状和水平, 探讨了下一阶段修井机发展的 趋势。正值修井机技术引进 20 年之际, 提出了我国修井机创国际知名品牌的设想。 关键词 修井机 技术现状 展望 创新 X J135 、 XJ150 。在产品系列上与美国已无差异。 常规修井机均为 车载式 , 采用专用 底盘 ( 少 数额定载荷 600 kN 以下的小吨位修井机也采用通 用二类底盘 ) , 满足前后桥驱动形式 , 车桥数从 2 桥至 7 桥 , 液压助力转向 , 双管路制动。行驶和作 业共用一套动力系统, 多采用车台柴油机 + 液力机 械传动箱。大吨位修井机 ( 如 X J1000) 采用双机 并车 , 以保证较大的输出动力; 小吨位修井机有底 盘柴油机全功率取力, 配液力变矩器和机械变速箱 或纯机械变 速箱的 方案
桥驱动及桥间封锁 , 沙漠修井机全轮驱动; 刚性 平衡梁悬挂、弹性及空气悬 挂和多桥复合 平衡悬 挂; 液压助力转向和后桥随动转向; 低断面无 内胎型宽胎和沙漠轮胎的应用; 空滤系统、驾驶
。 1994 年试制
出第一台原理实验样机, 2001 年工业机投入使用。 解决了有效蓄存能量、有效利用能量、能量的输出 与回收等关键技术问题。在用主要机型为 XX J300/ 500 , 大钩提升力 300 /500 kN ( 500 kN 用于处理事 故 ) , 装机功率 45 k W, 使用井场电网电力。修井 洗井车集修井和洗井 2 种功能为一体 , 钻井泵装在 车上, 车台柴油机驱动绞车、钻井泵 , 也是底盘行 走的动力。配备液压转盘 , 作业功能齐全。钻井液 管汇直接与立管连接 , 减少作业面积和作业准备时 间。在用机型为 XJC350S /X J250P, 车台发动机功 率 300 k W, 额定钩载 750 kN, 钻井泵最大工作压 力 20M Pa, 最大排量 19 L /m in 。 我国特殊修井机无论是种类和性能, 还是使用 范围, 与北美地区相比都有明显差距。如国外不压 井作业技术已处于很高水平, 配套设备相对成熟 , 而国内还处在开发不压井修井设备的初级阶段 , 已