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1、油田鉆井平臺自動甩鉆具裝置典型結構分析 油田鉆井平臺自動甩鉆具裝置典型結構分析 [摘 要]隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，對鉆井的要求也越來越高，鉆桿自動化操作系統(tǒng)采用機械、液壓、控制等技術，用機械裝備代替人工操作，是實現(xiàn)平安、健康鉆井和提高鉆井效率的有效途徑。本文介紹了油田內外鉆桿自動化處理系統(tǒng)各種典型結構，比照了不同的排放和傳送方式，得出它們的優(yōu)缺點。 [關鍵詞]鉆桿排放 鉆桿傳送 典型結構 中圖分類號：S776.032 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X46-0032-01 在鉆機鉆桿升降過程中需要進行將鉆桿送

2、到鉆臺或將鉆桿送下鉆臺的往復操作。傳統(tǒng)的鉆桿排放操作方式需要工作人員與鉆桿直接接觸，由司鉆、鉆工、井架工等人員密切配合，稍有不慎便可能造成事故。這是一個重復性高，勞動強度大，危險系數(shù)高且生產(chǎn)效率低的過程，需要多人合作共同完成。據(jù)國際鉆井承包商協(xié)會統(tǒng)計，在鉆井作業(yè)中30% ～52% 的傷亡事故發(fā)生在鉆桿升降過程中，并因此耽誤了大量的鉆井時間。 鉆桿自動操作系統(tǒng)能夠代替人工完成以上過程。在鉆井起下鉆作業(yè)過程中，該系統(tǒng)承當對鉆桿夾持、提升、下放、平移和回轉等操作 實現(xiàn)鉆具在鉆臺與地面之間的自動輸送、排放、儲運等；還可與動力輔助鼠洞、鐵鉆工配合完成單根接成立根操作， 不再需要人工直 接

3、參與，從而讓鉆工遠離危險區(qū)域。鉆桿自動操作系統(tǒng)減輕了工人勞動強度、提高了平安操作水平、降低了平安風險，同時也提高了鉆桿排放的自動化水平和工作效率，是實現(xiàn)平安、健康鉆井和提高鉆井效率的有效途徑。據(jù)統(tǒng)計顯示，利用鉆桿自動排放裝置，可節(jié)省鉆桿升降時間的25%。 . 鉆桿操作系統(tǒng)：按照功能可以分為：鉆桿排放.即在鉆臺排放架上排放鉆桿套管等；鉆桿傳送，即在水平鉆桿架、鉆臺排放架和井口之間傳送鉆桿和套管等。 1 鉆桿排放系統(tǒng) 鉆桿排放通常通過鉆臺排放架實現(xiàn)，用以存儲立根。排放架的分類根據(jù)排放架指梁的形式可分為星型、平行型和X―Y 型。 1.1 星型 最早的鉆桿排放系

4、統(tǒng)采用星型結構， 多應用于小型鉆機。在該系統(tǒng)中，由液壓系統(tǒng)驅動排放架旋轉從而帶動鉆桿旋轉。立柱配合排放架只需旋轉一定角度便可以在井口與排放架之間移送鉆桿。這種排放架不需要另外設計軌道，特殊的指梁結構不需要為每個立根設計獨立的固定裝置.結構緊湊，可大大節(jié)省所占空間，傳送操作簡單，易于控制。缺點是整體旋轉，需要大的驅動功率，鉆桿排放數(shù)量有限，不利于鉆臺平衡。故多用于小型鉆機。 1.2 平行型 大型鉆機廣泛采用此種形式。因為它可以存放較大數(shù)量的鉆桿及套管等. 而且可以與臥式鉆桿操作系統(tǒng)實現(xiàn)完美的配合。其指梁可以調節(jié)，能滿足不同直徑管柱的要求。采用此結構后，可以在軌道上同時安裝2套排放

5、系統(tǒng)，并且2套系統(tǒng)可以獨立工作，互不影響，特別適用于雙井架鉆機。這種排放架需要與平行導軌配合，鉆桿獲取位置變化，控制較星型復雜。同時需要獨立的立根鎖定裝置，結構復雜。 1.3 X―Y 型 目前大多數(shù)鉆桿排放系統(tǒng)采用此種結構。這種系統(tǒng)存放鉆桿數(shù)量大，但結構及控制過程復雜。同樣每根鉆桿需要獨立的立根鎖定裝置。需要更多的驅動裝置，結構復雜，精度要求高。 2 鉆桿傳送系統(tǒng) 鉆桿自動傳送操作過程是指鉆井時，鉆桿起重設備將水平放置的鉆桿起升、移送至鉆桿傳送設備上，經(jīng)傳送后至鉆臺入口處。然后，位于鉆臺的操作系統(tǒng)起升鉆桿，并結合鉆臺上的滑軌、動力鼠洞和鐵鉆工，將單根鉆桿接成立根

6、， 然后由鉆臺操作系統(tǒng)將立根送入立根盒存儲以備使用或直接送往井口。鉆井結束后可以由上述鉆桿自動操作設備按反向程序，將立根送回至地面上，至此，完成了整個鉆桿的自動化操作循環(huán)過程。鉆桿傳送系統(tǒng)按照功能可分為：水平起重設備、鉆桿輸送設備和鉆臺傳送系統(tǒng)。 2.1 水平起重設備 水平起重設備主要作用是在地面排放架與鉆桿輸送設備間進行鉆桿傳送。按結構形式可分為折臂起重機、門橋式起重機和懸臂起重機。鉆桿傳送中應用較多的為前兩種。 折臂起重機 折臂起重機，主要由回轉機構、變幅機構、折臂機構、伸縮機構和末端夾持器等組成。通過對塔身、關節(jié)臂以及末端回轉裝置等機構的調整，可以實現(xiàn)對

7、末端夾持機構的精確定位，實現(xiàn)鉆桿的夾取及搬運。該類型起重機塔身固定在平面上。對安裝的定位精度要求相對較 低工作時不需要沿平面作水平移動，因此產(chǎn)生的動載荷相對較小。同樣起重過程中載荷有塔身承當， 對塔身有較高的強度要求。另外還需考慮整體的抗傾覆穩(wěn)定性。 門橋式起重機 門橋式起重機，起重機的兩腿上安裝有滾輪和齒輪，水平面上裝有滑軌，可以通過液壓馬達駙動腿上的齒輪與軌道上的齒條嚙合來實現(xiàn)起重機的整體移動。起重機通過大車行走機構的平面移動、小車行走機構的平面移動、提升機構的垂直上下直線運動，來實現(xiàn) x、y、Z三坐標定位功能。該起重機的機械結構簡單，容易實現(xiàn)自動定位，工作范同較

8、大，穩(wěn)定性好。但缺點是尺寸較大，占據(jù)空間大，受軌道行程和起重機跨度的限制。 2.2 鉆桿輸送設備 鉆桿輸送設備的作用是將由起重機移動的鉆桿傳送到鉆臺人口， 常用的設備有自動化貓道機和帶式鉆桿輸送機。 自動化貓道機 自動化貓道機，南貓道機本體、鎖車機構、尾部起升機構等組成。它以鑲嵌在貓道中的V型槽作為鉆具的運動軌道. 靠設置在貓道下的動力裝置。推動鉆具沿著貓道的v 型槽滑動，最后，尾部起升機構升起配合將鉆桿從貓道機上移出， 實現(xiàn)鉆桿在貓道和鉆臺之間的相互傳遞 。它的優(yōu)點是結構較為簡單，易于實現(xiàn)自動控制.傳送過程快速、平安、平穩(wěn)。缺點是鉆具與V 型槽之間的摩擦大，

9、對鉆具的保護不夠。 帶式鉆桿輸送機 帶式鉆桿輸送機，其功能與貓道機相似。該系統(tǒng)使用一種防油污的多層橡膠帶來實現(xiàn)鉆 桿的水平傳送，在輸送機的尾部安裝有一個驅動滾筒，另一端安裝有一個張緊筒。通過液壓馬達帶動驅動滾筒旋轉，從而使傳送帶運行，以實現(xiàn)鉆桿的傳送。該設備優(yōu)點是結構簡單，可以快速連續(xù)地傳遞鉆桿，并且輸送帶在工作過程中會對鉆桿起到很好的保護作用。不需要安裝鉆桿護絲。缺點是會出現(xiàn)鉆桿從傳送帶滾落的現(xiàn)象，平安性低，對工作環(huán)境要求較高。 3 鉆臺傳送系統(tǒng) 鉆臺傳送系統(tǒng)承當對鉆桿進行夾持、提升、下放、平移和回轉等操作，實現(xiàn)鉆桿在鉆井平臺、立根盒及井口之間的自動傳送，還可

10、與動力輔助鼠洞、鐵鉆工配合完成單根接成立根操作。按結構可分為立柱式排放系統(tǒng)、橋式排放系統(tǒng)和機械手式排放系統(tǒng)。 3.1 立柱式排放系統(tǒng) 立柱式排放系統(tǒng)，主要由立柱、2個機械手臂及2個小車機構組成。小車機構可以帶動系統(tǒng)實現(xiàn)沿水平導軌的直線運動和繞立柱自身軸線在180范圍內的旋轉。2個機械手臂上下安裝在立柱上.同樣具有2個自由度，機械手臂末端裝有夾持器.可以抓住鉆桿，同步實現(xiàn)上下和前后的傳送。它的優(yōu)點是結構相對簡單，占據(jù)空間小，工作范圍廣，易于自動化控制。缺點是需要在鉆臺上安裝導軌。小車驅動系統(tǒng)功率要求大，除此之外還需考慮整體的抗傾覆穩(wěn)定性。 3.2 橋式排放系統(tǒng) 橋

11、式排放系統(tǒng)，橫梁的兩端可以在支撐架的軌道上平行移動，中間垂直柱形結構可以隨著小車在橫梁上作直線移動，柱形結構可以繞自身軸線作回轉運動，機械手可以沿柱形結構上下移動。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是動作易于實現(xiàn)，操作過程簡單，結構穩(wěn)定。缺點是系統(tǒng)尺寸較大，占據(jù)空間大，同時不易于實現(xiàn)接立根的功能。 3.3 機械手式排放系統(tǒng) 機械手式排放系統(tǒng)，安裝在排放架上，用機器人控制原理實現(xiàn)機械手運動的精確控制。系統(tǒng)易于實現(xiàn)排放操作，占據(jù)空間小，質量輕，但工作半徑小.控制復雜，通常需要與鉆臺其它排放系統(tǒng)配合使用。 4 結束語 鉆桿自動操作代替了傳統(tǒng)的用鋼絲繩提吊和甩下鉆桿的鉆桿上、下鉆臺的高危險操作，并結合液、氣、電和微機控制，實現(xiàn)鉆具在鉆臺與地面之間的自動輸送、排放、儲運等。同時，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可實時顯示和記錄作業(yè)工序、設備狀況以及對鉆具的定位和系統(tǒng)化管理。它的應用能夠使人員遠離惡劣的工作環(huán)境.并且使控制過程更精確，對提高鉆井平安性、經(jīng)濟性等方面都具有重大的意義。 參考文獻 【1】 蔡文軍.鉆柱自動化排放技術開展現(xiàn)狀[J].石油機械，2021，36：7l一74.