国外自动化钻机发展现状与趋势
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ＬＡＤＳ的管 材处理 系统是一 套集 成硬件 系统 ，由管 材 自动装 卸装置 、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 组 成 。系统 的每 个工 作单 元 都 能 够 处 理 长 ８．５～ １３．７ｍ、直 径 ７３．０～ ３３９．７ｍｍ 的管材 ，而且 能 同相邻 的工作 单元 密 切配 合 ， 高效 地完 成每个 作业周期 的管 材处理 任务 。
地面 自动化钻 井 装备 主要 包 含 绞 车及 自动送 钻 装 置 、顶 部驱 动钻井装 置 、钻 井 管柱 自动化 操 作装 置 和一 体化 司钻控 制 系统 ，是 国外 在 ２Ｏ世纪 ９Ｏ年代 发展起 来 的一 项前沿 钻井技 术 ，也是 ２１世 纪 钻井 技 术 的 主要 发 展方 向。 目前 ，世界 最先进 的 自动化钻 机基本 实现 了 由 １名操作 人员通 过计算 机控 制钻 井作 业 的全 过程 ，实 现 了钻 进 、起下 钻 、上卸扣 、钻杆 排放整套 操作 的 自动 化 。 １ 国外轻 型 自动化钻 机［】 ］
新型单轴传动绞车突破了多轴结构和链条传动 的 传统 模式 ，简化 了绞车 结构 ，提 高 了传 动效率 ，降低 了钻 井成 本 ，绞 车控 制系统 不仅采 用 了四象 限控 制技术 还集 成 了 自动送 钻 和智能 防碰 系统 ，大 大提高 了现代 绞车 的 技术 经济 指标 和整体性 能 。德 国 Ｗｉｒｔｈ公 司 、美 国 Ｎａ— ｔｉｏｎａｌ Ｏｉｌｗｅｌｌ Ｖａｒｃｏ公 司和挪 威 ＭＨ 公 司 的绞 车及 控 制系统基本上代表了当今最先进的绞车型式 。 ２．１ 德 国 ｗｉｒｔｈ公司 齿轮传 动绞 车［３］
２０１２年第 ６期
西部探 矿 工程
１２５
国外 自动 化 钻 机 发 展 现 状 与 趋 势
牟顺泉 ，徐 力 ，董 怀荣。，江正清。，安庆 宝。
（１．胜利石油管理局黄河钻井三公司，山东 东营 ２５７０９１； ２．胜利 油 田大 明国际经济 贸 易有 限责 任公 司，山东 东 营 ２５７０００；
德 国 ｗｉｒｔｈ公 司 ＧＨ 系列新 一 代单 轴 齿 轮 传动 绞 车 的 输 入 功 率 ７３５～ ２９４０ｋＷ ，大 钩 提 升 载 荷 １４５１～ ９０５１ｋＮ，最高提 升速 度 １．６９～ １．８０ｍ／ｓ，最高 钻 井速 度 ５６￣６９ｍ／ｈ。ｗｉｒｔｈ公 司 的绞 车采 用交 流 变 频 电驱 动 、 四挡 齿轮 变速器 、带刹 车 、液控 盘式刹 车 、计算 机控 多盘 刹车 、电磁 涡流 刹车和集 成式 自动送钻装 置组 成 。该 系 列 绞车采 用 四象 限传 动模式 ，使用频 率控制 的交 流 电动 机 可提高 绞车 的转速 ，通过一 个 ３０￣６ｏｋＷ 的交 流 电动 机来 实现其 它 的辅助驱 动 。其 优点如 下 ：① 自动化 司钻 控制 电动 机实 现恒钻 压 自动 送钻 ，保持 设定 的参 数 ，大 大延 长 了钻井工 具 的使用 寿 命 ，当 主 电动 机失 效 时 ，它 还可 做 为应 急装 置 ，提 起井 中 的钴具 ；② 绞 车 控制 系 统 还含 有一个 智 能防碰 系统 （ＡＣＳ），可用来 优化游 车上 下
英 国 ＢＰ石 油公 司委 托美 国 ＰＡＴ公 司研 制 了一 种 轻型 自动化 钻井 系统 （ＬＡＤＳ），其 新式 钻 机 的重 量不 到 常规 钻机 的一半 ，仅需 １人 即可在计算 机控制 室完 成所 有钻 井 、起下 钻及 钻杆排放 等作业 。ＩＡ ＤＳ主要 由钻 井 模 块 、固控模 块 、井 底组合 钻具 （ＢＨＡ）模 块 、动力 模块 、 泵模 块 和大 型储罐 模 块 组成 பைடு நூலகம்钻 井 模块 安 装 在 １６０个 由液 压控制 转 向的充气轮 胎上 ，其 他模 块都装 载在 ４套 由履 带车改 装 的轨 道装置 上 。
Ｉ．ＡＩ）Ｓ的常规功 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 的要求 而编制 的 。使用 过程 中 ，通过 对软 件系统 的测 试 和修改 ，钻机 的 自动化 程度不 断提高 。 ２ 绞车及 自动 送钻装 置
车 系统 ；③ 绞车控 制系统 还可对 整个提升 系统 的动能参 下产 生更 大的功率 。液压顶 驱在使用 中一旦 发生憋钻 ，
数进 行分 析 ，考 虑 了包括 系统制 动能力 、钩载 、游 车 的速 由于泄压较 慢 ，在 释放 钻杆 上 的反 扭矩 时 ，只能慢 慢 倒
度 和位置 等参数 ，并 在位 于 司钻 控 制 室 的 ＡＣＳ系统 终 转 ，不 可 能发生 飞车现 象 ，而且设 置为 钻杆 上 扣扭 矩 一
３．胜利 石油 管理 局钻 井工 艺研 究院 ，山东 东营 ２５７０１７）
摘 要 ：介 绍 了 国外轻 型 自动化 钻机 ，分析 了绞车及 自动送 钻装 置 、顶部驱动 钻 井装置 、钻 井管柱 自 动化 操作 装置 、一体 化 司钻控 制 系统等地 面 自动化钻 井装 备 的现 状 ，阐述 了地 面 自动化 钻 井装 备 的 发展 趋 势 。 关 键词 ：自动化 钻机 ；单轴 绞车 ；顶驱 ；管 子处理 系统 ；电子 司钻 中图分 类号 ：ＴＥ２４ 文献标识 码 ：Ｂ 文章 编号 ：１００４—５７１６（２Ｏ１２）Ｏ６—０１２５—０３
＊ 收 稿 日期 ：２０１２－０１—１２ 修 回 日期 ：２０１ ２－０ｉ－１７ 第一作者简介 ：牟顺泉（ｉ９５９一）．男（汉族 ，ｌＩ ５东池化人 ，工程 师 ，现从事钻井工程技 术研究及管理：Ｅ作 。
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西 部探矿 工程
２０１２年第 ６期
运行 过程 中 的安 全和效 率 并可 监控 绞 车 独立 的 ３个 刹 流 电机 的 １／６，如果 采用 同步控 制 ，还 能在 更小 的体 积
地面 自动化钻 井 装备 主要 包 含 绞 车及 自动送 钻 装 置 、顶 部驱 动钻井装 置 、钻 井 管柱 自动化 操 作装 置 和一 体化 司钻控 制 系统 ，是 国外 在 ２Ｏ世纪 ９Ｏ年代 发展起 来 的一 项前沿 钻井技 术 ，也是 ２１世 纪 钻井 技 术 的 主要 发 展方 向。 目前 ，世界 最先进 的 自动化钻 机基本 实现 了 由 １名操作 人员通 过计算 机控 制钻 井作 业 的全 过程 ，实 现 了钻 进 、起下 钻 、上卸扣 、钻杆 排放整套 操作 的 自动 化 。 １ 国外轻 型 自动化钻 机［】 ］
新型单轴传动绞车突破了多轴结构和链条传动 的 传统 模式 ，简化 了绞车 结构 ，提 高 了传 动效率 ，降低 了钻 井成 本 ，绞 车控 制系统 不仅采 用 了四象 限控 制技术 还集 成 了 自动送 钻 和智能 防碰 系统 ，大 大提高 了现代 绞车 的 技术 经济 指标 和整体性 能 。德 国 Ｗｉｒｔｈ公 司 、美 国 Ｎａ— ｔｉｏｎａｌ Ｏｉｌｗｅｌｌ Ｖａｒｃｏ公 司和挪 威 ＭＨ 公 司 的绞 车及 控 制系统基本上代表了当今最先进的绞车型式 。 ２．１ 德 国 ｗｉｒｔｈ公司 齿轮传 动绞 车［３］
２０１２年第 ６期
西部探 矿 工程
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国外 自动 化 钻 机 发 展 现 状 与 趋 势
牟顺泉 ，徐 力 ，董 怀荣。，江正清。，安庆 宝。
（１．胜利石油管理局黄河钻井三公司，山东 东营 ２５７０９１； ２．胜利 油 田大 明国际经济 贸 易有 限责 任公 司，山东 东 营 ２５７０００；
德 国 ｗｉｒｔｈ公 司 ＧＨ 系列新 一 代单 轴 齿 轮 传动 绞 车 的 输 入 功 率 ７３５～ ２９４０ｋＷ ，大 钩 提 升 载 荷 １４５１～ ９０５１ｋＮ，最高提 升速 度 １．６９～ １．８０ｍ／ｓ，最高 钻 井速 度 ５６￣６９ｍ／ｈ。ｗｉｒｔｈ公 司 的绞 车采 用交 流 变 频 电驱 动 、 四挡 齿轮 变速器 、带刹 车 、液控 盘式刹 车 、计算 机控 多盘 刹车 、电磁 涡流 刹车和集 成式 自动送钻装 置组 成 。该 系 列 绞车采 用 四象 限传 动模式 ，使用频 率控制 的交 流 电动 机 可提高 绞车 的转速 ，通过一 个 ３０￣６ｏｋＷ 的交 流 电动 机来 实现其 它 的辅助驱 动 。其 优点如 下 ：① 自动化 司钻 控制 电动 机实 现恒钻 压 自动 送钻 ，保持 设定 的参 数 ，大 大延 长 了钻井工 具 的使用 寿 命 ，当 主 电动 机失 效 时 ，它 还可 做 为应 急装 置 ，提 起井 中 的钴具 ；② 绞 车 控制 系 统 还含 有一个 智 能防碰 系统 （ＡＣＳ），可用来 优化游 车上 下
英 国 ＢＰ石 油公 司委 托美 国 ＰＡＴ公 司研 制 了一 种 轻型 自动化 钻井 系统 （ＬＡＤＳ），其 新式 钻 机 的重 量不 到 常规 钻机 的一半 ，仅需 １人 即可在计算 机控制 室完 成所 有钻 井 、起下 钻及 钻杆排放 等作业 。ＩＡ ＤＳ主要 由钻 井 模 块 、固控模 块 、井 底组合 钻具 （ＢＨＡ）模 块 、动力 模块 、 泵模 块 和大 型储罐 模 块 组成 பைடு நூலகம்钻 井 模块 安 装 在 １６０个 由液 压控制 转 向的充气轮 胎上 ，其 他模 块都装 载在 ４套 由履 带车改 装 的轨 道装置 上 。
Ｉ．ＡＩ）Ｓ的常规功 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 的要求 而编制 的 。使用 过程 中 ，通过 对软 件系统 的测 试 和修改 ，钻机 的 自动化 程度不 断提高 。 ２ 绞车及 自动 送钻装 置
车 系统 ；③ 绞车控 制系统 还可对 整个提升 系统 的动能参 下产 生更 大的功率 。液压顶 驱在使用 中一旦 发生憋钻 ，
数进 行分 析 ，考 虑 了包括 系统制 动能力 、钩载 、游 车 的速 由于泄压较 慢 ，在 释放 钻杆 上 的反 扭矩 时 ，只能慢 慢 倒
度 和位置 等参数 ，并 在位 于 司钻 控 制 室 的 ＡＣＳ系统 终 转 ，不 可 能发生 飞车现 象 ，而且设 置为 钻杆 上 扣扭 矩 一
３．胜利 石油 管理 局钻 井工 艺研 究院 ，山东 东营 ２５７０１７）
摘 要 ：介 绍 了 国外轻 型 自动化 钻机 ，分析 了绞车及 自动送 钻装 置 、顶部驱动 钻 井装置 、钻 井管柱 自 动化 操作 装置 、一体 化 司钻控 制 系统等地 面 自动化钻 井装 备 的现 状 ，阐述 了地 面 自动化 钻 井装 备 的 发展 趋 势 。 关 键词 ：自动化 钻机 ；单轴 绞车 ；顶驱 ；管 子处理 系统 ；电子 司钻 中图分 类号 ：ＴＥ２４ 文献标识 码 ：Ｂ 文章 编号 ：１００４—５７１６（２Ｏ１２）Ｏ６—０１２５—０３
＊ 收 稿 日期 ：２０１２－０１—１２ 修 回 日期 ：２０１ ２－０ｉ－１７ 第一作者简介 ：牟顺泉（ｉ９５９一）．男（汉族 ，ｌＩ ５东池化人 ，工程 师 ，现从事钻井工程技 术研究及管理：Ｅ作 。
１２６
西 部探矿 工程
２０１２年第 ６期
运行 过程 中 的安 全和效 率 并可 监控 绞 车 独立 的 ３个 刹 流 电机 的 １／６，如果 采用 同步控 制 ，还 能在 更小 的体 积