談鉆井平臺鉆桿自動操作系統設計
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摘要：對于鉆桿自動操作系統，其對促進鉆井效率以及優化勞動條件等方面具有顯著作用。特別在條件惡劣以及成本高的鉆井平臺方面，運用該系統能夠使傳統體力勞動方式發生巨大轉變，同時節省鉆井成本。對此，本文對國外相關設計進行了簡單分析，對單根接立根設計進行了簡單介紹，最后提出了旋轉V形門系統與移動V形門系統方案。
我國南海油氣資源非常豐富，相關部門數據顯示，油氣當量達到了500億噸。而周邊其他國家為了滿足自身需要，開始競相開采，致使我國每年流失超出500萬噸油氣資源，占我國年產量1/4，因此，我國油氣資源開采工作較為嚴峻。但是，我國在海洋油氣開采技術方面的研究時間較短，在具體開采作業中存在一定困難，所以需要積極開展相關研究工作。
1國外相關設計分析
1.1PLS系統
該系統是一種鉆桿自動堆放和夾取裝置，廣泛用于自動鉆井平臺中，主要型號涵蓋PLS-3以及PLS-5等。在鉆研上獨立進行安裝，高度形成在11m左右，提升臂旋轉范圍達到90°，和井口、貓道等處于同一直線上。其主要是將鉆桿單根貓道機角度進行垂直狀態轉變，同時，放置于鼠洞上方，垂直鉆桿系統開展單根接立根的離線操作予以配合，不會對鉆進作業造成影響，促使鉆臺效率和安全性得到充分提升。
1.2VDM系統
在鉆臺井架V形門位置進行安裝，舉升形成最高值為27m，舉升荷載最大值為100kN。VDM系統和鉆桿傳送裝置引導機、動力鼠洞進行配合，能夠實現單個接立根工作，無須采用垂直鉆桿系統。鉆桿舉升水藻通過系統中鋼絲繩以及絞車實現。絞車涵蓋盤式制動以及AC變頻馬達等裝置組成，通過這些裝置能夠對提升位置與速度控制效果進行充分優化。同時，該系統中還設置了一臺張力絞車，能夠對系統進行保護，若是主絞車無法正常運轉，可以通過張力絞車實現舉升操作，防止提升裝置發生墜落事故。
1.3PRM系統
對于PRM系統，其運行模式一種涵蓋兩種，這也是PRM系統和其他系統最大的差異之處，同時，該系統并不在V形門位置進行安裝，屬于柱形系統，該技術較為成熟，在鉆井平臺中應用較為廣泛。PRM系統在水平/狀態下，能夠進行水平/垂直系統功能相關操作，促使鉆桿在垂直狀態和水平狀態中進行自由轉換。若是將該系統切換到垂直狀態，則能夠對立根進行垂直傳輸，并可以展開單根接立根離線操作。
2鉆桿單根接立根設計
2.1鐵鉆工、單鼠洞與PRM結合方式
PRM涵蓋兩種運行方式，能夠進行垂直鉆桿和水平/垂直鉆桿的操作，所以能夠借助單動力鼠洞、鐵鉆工和貓道機結合方式對單根接立根展開離線操作，使V形門系統可以省略。
2.2鐵鉆工、夾管器、單鼠洞與VDM結合方式
貓道機導向裝置和VDM系統相結合，對第1單根進行抓取，并在鼠洞中放置，鐵鉆工和VDM系統配合進行第2單根抓取，之后和鼠洞內單根展開上扣操作。之后VDM將2節單根抓取，向夾管器中輸送，運用VDM將第3單根抓起，并放置于鼠洞，同時，將夾管器中單根抓起，和鐵鉆工進行配合，同鼠洞中的單根展開上扣作業，即將立根上扣完成[3]。
2.3鐵鉆工、雙鼠洞、VDM結合方式
貓道機導向裝置和VDM系統相結合，對第1單根進行抓取，并在第1鼠洞中放置，鐵鉆工和VDM系統配合進行第2單根抓取，之后和鼠洞內單根展開上扣操作。后VDM將2節單根抓取，向第2鼠洞中輸送，運用VDM將第3單根抓起，并放置于第1鼠洞，借助VDM對第2鼠洞中單個進行抓取處理，同時，和鐵鉆工進行配合，同第1鼠洞中的單根展開上扣作業，即將立根上扣完成。對于鐵鉆工、雙鼠洞、VDM設計，其與2.2中設計方案的特性較為相似，然而，并不需要設置夾管器，而是需要雙鼠洞。
2.4鐵鉆工、PRS、單鼠洞與PLS結合方式
運用PLS系統對貓道機中第1單根抓取，并放置于鼠洞中，完成第2單根抓取操作之后向PRS中傳送，鐵鉆工和PRS配合，之后開展上扣操作。通過PRS將2節單根提起，運動PLS對第3單根進行抓取，放置于鼠洞中，鐵鉆工和PRS配合，對前2節單個和鼠洞中的單根進行上扣處理，及將立根上扣工作完成。此方案需要和垂直鉆桿系統進行配合，非常復雜煩瑣，然而，PLS鉛錘方向具有小尺寸特點，空間占比非常小。
3V形門系統設計
3.1移動V形門系統
移動V形門系統涵蓋導軌、夾具手、液壓缸、提升臂、移動小車以及升降架等部分構成，見圖1。1～15分別為鉆臺、鉆桿、貓道機、井架V形門、導軌、移動小車、平移液缸、升降架、提升液缸、提升臂、伸縮液缸、夾具手、井口和動力鼠洞。其伸縮功能、升降系統以及縱向旋轉等和旋轉V形門系統相同，其平移液缸能夠通過移動小車對提升臂進行左右移動操作，通過滾輪使升降架和移動小車接觸。該系統在井架V形門偏右位置安裝，并結合和其平行的鼠洞進行單根接立根工作。通過上圖能夠發現，貓道和井口呈直線分布于V形門中間位置，動力鼠洞偏右，和井口不在同一直線。夾具手、提升臂貓道機鉆桿進行抓取，使鉆桿提升，同時，進行旋轉操作，使其能夠保持垂直，通過平移液缸，促使移動小車對鉆桿和提升臂進行右移操作。該系統在動力鼠洞14中放置第1單根，在15中放置第2單根，通過鐵鉆工協助把抓取的第3單根和第2單根展開上扣操作，之后上提第2單個和第1單根展開上扣，促使接立根操作進一步完成。兩動力鼠洞和鐵鉆工處于同一執行，能夠移動。
3.2旋轉V形門系統
在V形門內部進行旋轉V形門系統安裝，主要涵蓋導軌、液壓缸、夾具手、提升臂、升降架等部分，見圖1。1～10分別為：井架V形門、伸縮液缸、夾具手、鉆桿、頂部夾管器、升降架、旋轉液缸、提升臂以及導軌。該系統主要借助液壓絞車促使升降架工作，實現鉆桿升降目標，旋轉系統通過提升液缸能夠對提升臂進行縱向旋轉操作，旋轉范圍為90°，通過伸縮液缸能夠實現前后伸縮目標，通過旋轉液缸可以進行橫向旋轉。旋轉V形門操作系統中，井口、動力鼠洞以及貓道等在同一中心線，其功能主要是對鉆桿單根進行抓取，使其從貓道機部分轉變成垂直狀態，同時，向動力鼠洞中傳送，開展單根接立根作業，或是向井口傳送。在鉆桿被貓道機以及其他傳送裝置送達鉆臺后，該系統對其進行抓取上提處理，通過提升液缸對提升臂進行旋轉操作，促使鉆桿能夠處于垂直狀態，并在動力鼠洞中放置，借助同樣操作方式對第2單根激進型抓取冰河鼠洞單根展開上扣操作，之后對2節單根進行上提處理，借助旋轉液缸促使提升臂旋轉到合適角度，向頂部夾管器傳送鉆桿，之后借助同樣方法對第3單根進行抓取處理，并在動力鼠洞中進行放置，對升降架進行上升操作，將2節單根取回，同時，和第3單根進行上扣處理，及結束單根接立根，立根拆卸時，只需對上述過程進行反向操作即可。移動V形門系統與旋轉V形門系統之間的特色存在一定差異，然而，兩者設計目的與完成的功能一致。對于旋轉V形門，動力鼠洞數量是1個，并且鉆臺結構比較簡單，然而，需要將夾管器安裝于井架上部；而移動V形門需要將兩個鼠洞安裝于鉆臺上，不需要將夾管器安裝于井架上，使得井架結構更加簡單。以對夾具手夾住的鉆桿運動形式角度分析，在移動系統中，需要將滾輪組件和平移液缸安裝于升降架中，所以，其升降架結構較為復雜。
4結語
在自動化鉆臺中，鉆桿自動體系屬于關鍵環節，將鉆井人員直接與鉆桿接觸的工作替代，充分保證鉆井人員安全，并降低勞動強度，能夠在半自動與全自動之間進行切換，可以通過PLC進行編程控制。通過計算機系統對鉆桿操作過程進行監控，保證鉆桿運移的精確性，進而實現自動操作。當前，在社會發展推動下，為我國鉆桿自動操作系統發展提供良好條件與空間，對相關技術進行研究時，應該積極借鑒國外成熟經驗，以減少我國研發工作的彎路。
參考文獻：
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作者：白珊珊 單位：大慶鉆探工程公司機械修理廠工具分廠
