深海钻探泥浆举升系统双泵协同机制研究

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作者 秦如雷 陈浩文 +8 位作者 李云军 高洁云 和国磊 许本冲 殷国乐 梁楠 宿向辉 刘欣 秦博文 《钻探工程》 2024年第5期53-58,共6页

深海钻探泥浆举升系统在无隔水管泥浆循环钻井(RMR)工艺中具有关键作用。为了提升举升系统的安全余量和适应性,本文对多泵串并联机制进行了深入研究,详细描述了泥浆举升泵的串并联结构设计和工作原理,探讨了串联和并联运行时流量与扬程... 深海钻探泥浆举升系统在无隔水管泥浆循环钻井(RMR)工艺中具有关键作用。为了提升举升系统的安全余量和适应性,本文对多泵串并联机制进行了深入研究,详细描述了泥浆举升泵的串并联结构设计和工作原理,探讨了串联和并联运行时流量与扬程的关系以及泵组串并联工况点的数解法和图解法步骤。进一步地,利用模型泵实测特性曲线,使用图解法获取了双泵串并联工况下的Q-H特性曲线和工况点,并提出了双泵协同控制的建议。 展开更多

关键词 泥浆举升泵 多泵串并联 数解法 图解法 双泵协同 无隔水管泥浆循环钻井 深海钻探

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海洋自适应伸缩绳索取心钻探工艺研究及应用

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作者 殷国乐 齐立强 +2 位作者 王林清 秦如雷 马汉臣 《钻探工程》 2024年第S01期138-142,共5页

海洋取心钻探钻遇软硬交互地层时,往往采取提钻更换相匹配的取心钻具来应对不同硬度的地层。海上作业成本高,频繁起下更换钻具耗费时间长,面对软硬交互地层工况,研发了自适应伸缩绳索取心钻探工艺。钻遇绵软地层时,内管超前伸出,由内管... 海洋取心钻探钻遇软硬交互地层时,往往采取提钻更换相匹配的取心钻具来应对不同硬度的地层。海上作业成本高,频繁起下更换钻具耗费时间长,面对软硬交互地层工况,研发了自适应伸缩绳索取心钻探工艺。钻遇绵软地层时,内管超前伸出,由内管安装的钻头进行取心钻进;钻遇坚硬地层时,内管在地层对钻压的反力下会压缩其内部的弹簧从而回缩到钻具外总成当中,由外总成钻头进行取心钻进,在压缩弹簧的调解下,可根据地层硬度的变化自动调整取心钻进方式。通过工程应用检测,使用该工艺平均岩心采取率高,达到了保证取心质量、延长内管钻头工作寿命的目的,提高了作业效率和安全性,为海洋工程勘察提供了借鉴。 展开更多

关键词 海洋钻探 绳索取心 软硬互层 自适应伸缩 工程勘察

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载荷与温度对20CrMnTi合金钢磨蚀行为的影响

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作者 伍晓龙 杜垚森 +2 位作者 高鹏举 汤小仁 王晓赛 《机械传动》 北大核心 2025年第1期114-120,共7页

【目的】钻机动力头中齿轮材料常选用20CrMnTi合金钢,该材料硬度和耐磨性优异,被广泛应用于制备各种传动装置中的关键零部件,如齿轮、轴承和传动轴等。但由于钻机动力头在工作过程中常常需承受大的转矩,且施工条件恶劣、服役工况复杂苛... 【目的】钻机动力头中齿轮材料常选用20CrMnTi合金钢,该材料硬度和耐磨性优异,被广泛应用于制备各种传动装置中的关键零部件,如齿轮、轴承和传动轴等。但由于钻机动力头在工作过程中常常需承受大的转矩,且施工条件恶劣、服役工况复杂苛刻,需遭受各种复杂的磨蚀行为,久之必将影响其服役性能。掌握20CrMnTi合金钢在实际服役过程中表面的磨蚀损伤失效机制就显得十分重要。【方法】基于磨损试验装置和电化学腐蚀工作站,研究了20CrMnTi合金钢在不同温度(25℃/100℃)和载荷(35 N/55 N/75 N)工况下磨蚀界面的损伤行为和腐蚀动力学响应。【结果】试验结果表明,磨损温度及法向载荷的增大均会加剧材料的磨损,进而降低其表面的电化学腐蚀抗性;此外,20CrMnTi合金钢的磨蚀损伤机制主要表现为磨粒磨损和疲劳剥落。 展开更多

关键词 20CrMnTi合金钢 齿轮 温度 载荷 电化学腐蚀

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基于组态王与PLC的深水压力模拟测试系统的设计

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作者 刘晓林 高洁云 +1 位作者 王嘉瑞 陈浩文 《钻探工程》 2025年第1期121-128,共8页

在深海钻探中,深水仪器在下水前通常需要进行压力模拟测试以验证水密性与耐压性,因此经常用到深水压力模拟测试系统。本文对传统的深水压力模拟测试系统进行了改进,改进后的系统电控部分主要由组态王与PLC组成。PLC作为下位机,通过其内... 在深海钻探中,深水仪器在下水前通常需要进行压力模拟测试以验证水密性与耐压性,因此经常用到深水压力模拟测试系统。本文对传统的深水压力模拟测试系统进行了改进,改进后的系统电控部分主要由组态王与PLC组成。PLC作为下位机,通过其内置的A/D模块,配合压力传感器可实现对压力信号的采集,用户可以设置参数与预设程序,通过开关量输出点、接触器等实现试压泵的启停和阀门开关控制;系统支持手动、自动两种工作模式;通过PLC串口配合蓝牙串口透传模块,可实现蓝牙设备端数据显示。组态王作为上位机通过串口以ModbusRTU协议方式与下位机通讯,组态编程开发人机交互界面,实现用户对压力模拟测试全过程的加压、保压、卸荷设置,以及实现监控测试过程、显示压力曲线、显示报表等功能。深水压力模拟测试系统具有人机界面友好、模拟监控形象直观、功能齐全、性能可靠、操作方便、安全及具备可扩展性等优点。 展开更多

关键词 压力模拟测试系统 组态王 PLC 串口通讯 ModbusRTU 深海钻探

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无隔水管闭式循环钻井液举升泵动力学仿真分析

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作者 秦如雷 陈浩文 +2 位作者 许本冲 李昌平 梁楠 《石油机械》 北大核心 2025年第2期59-64,共6页

深水无隔水管闭式循环钻井液举升泵(简称举升泵)采用中置悬挂方式安装,其启动和运转时均会对上下两端连接的钻井液返回管线产生反扭矩和振动,影响举升泵及返回管线的稳定性和安全性。为此,对举升泵进行动力学仿真分析,建立了多级举升泵... 深水无隔水管闭式循环钻井液举升泵(简称举升泵)采用中置悬挂方式安装,其启动和运转时均会对上下两端连接的钻井液返回管线产生反扭矩和振动,影响举升泵及返回管线的稳定性和安全性。为此,对举升泵进行动力学仿真分析,建立了多级举升泵流道模型和流固耦合模型;对单级泵的反扭矩进行理论计算,并与数值仿真结果进行对比,验证仿真模型的正确性;通过多级举升泵的动力学仿真,分析了举升泵运行过程中的反扭矩、振动及轴向力与泵运转速度的关系。研究结果表明:随着转速的增大,举升泵运行过程中产生的反扭矩及轴向力增大、转子振幅先增大后减小,并得出了实时和额定功率下举升泵的反扭矩、轴向力和振动。研究结论可为举升泵及连接的返回管线设计和性能优化提供指导,提高深海钻井效率和安全性。 展开更多

关键词 无隔水管闭式循环钻井 深水钻井 钻井液举升泵 动力学仿真 流固耦合

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深海泥浆举升泵设计与水力特性研究

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作者 秦如雷 高洁云 +5 位作者 于彦江 陈浩文 李强 和国磊 宿向辉 许本冲 《钻探工程》 2024年第6期77-84,共8页

泥浆举升离心泵作为无隔水管泥浆循环钻井的核心功能单元,作用是驱动储存在吸入模块中的泥浆携带岩屑沿上返管线回流至钻井平台。以往的无隔水管泥浆循环系统以圆盘泵作为举升单元,围绕圆盘泵做了具体的结构设计和理论分析,对于水力性... 泥浆举升离心泵作为无隔水管泥浆循环钻井的核心功能单元,作用是驱动储存在吸入模块中的泥浆携带岩屑沿上返管线回流至钻井平台。以往的无隔水管泥浆循环系统以圆盘泵作为举升单元,围绕圆盘泵做了具体的结构设计和理论分析,对于水力性能更好的多级离心泵研究较少。以多级离心泵作为研究对象,介绍其设计的理论依据及具体的参数,采用CFD-DEM耦合计算的方法构建离心泵的计算模型,进行了全尺度流场模拟,对离心泵的叶轮设计、流场和内颗粒分布规律、泥浆携岩运移规律进行了探讨。计算结果验证了离心泵在设计工况下具有较好的颗粒通过性。基于泥浆举升试验台,对离心泵样机进行了水力性能试验,测试结果表明该泵具有较好的工作特性,其水力性能达到设计要求,可以应用于深海无隔水管钻井作业。 展开更多

关键词 泥浆举升泵 多级离心泵 RMR技术 CFD-DEM双向同步耦合 水力性能试验 深海钻探

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钻井利器的故事之“液动潜孔锤”

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作者 王跃伟 王文 +5 位作者 刘治 梁健 高鹏举 薛倩冰 齐力强 梁楠 《钻探工程》 2024年第5期169-175,共7页

在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简... 在各种钻探方法中,液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点,而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具,简要介绍了这一技术的典型应用案例,总结归纳了其下一步发展方向和技术难点,以期普及液动锤的应用,促进液动冲击回转钻进技术的进步。 展开更多

关键词 地质勘探 岩心钻探 冲击回转钻进 液动潜孔锤 绳索取心液动锤

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基于Profinet与S7‑1200 PLC的RN254型铁钻工电控系统的研发与应用

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作者 刘晓林 王林清 +1 位作者 许本冲 刘凡柏 《钻探工程》 2024年第S01期231-237,共7页

RN254型铁钻工是勘探技术所自主研发的井口自动化拧卸设备,可在3.5~10 in范围内安全、快速、平稳地实现钻具连接、上卸扣操作。基于对一般钻井井台自动化设备集成应用和功能需求特点分析,以井台设备模块化、集成化为设计思想,结合RN254... RN254型铁钻工是勘探技术所自主研发的井口自动化拧卸设备,可在3.5~10 in范围内安全、快速、平稳地实现钻具连接、上卸扣操作。基于对一般钻井井台自动化设备集成应用和功能需求特点分析,以井台设备模块化、集成化为设计思想,结合RN254型铁钻工的作业工况、机械结构及液压系统,设计了RN254型铁钻工电控系统。该系统以S7-1200PLC为控制核心、Profinet为通讯方式,将铁钻工所有元件有序地整合到一起,实现了动作单步控制或多个动作顺序组合的一键自动控制。经野外实际生产试验及厂内联合调试,RN254型铁钻工各动作执行良好,主机控制稳定有序,验证了电控系统的可行性及可靠性,提高了孔口作业自动化程度和作业安全性,为后续钻井智能化装备研发提供了参考。 展开更多

关键词 PROFINET S7-1200 PLC 铁钻工 电控系统 自动化拧卸设备

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RN254型铁钻工冲扣钳设计与力学分析

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作者 许本冲 王林清 +1 位作者 刘凡柏 李文秀 《钻探工程》 2024年第S01期226-230,共5页

铁钻工作为安全、高效的钻杆拧卸工具,逐步取代了液气大钳,成为自动化钻探装备的标准配置。作为铁钻工核心部件的冲扣钳对于整个铁钻工的工作性能至关重要。通过分析冲扣钳的结构原理及工作方式,进行油缸选型与力学分析,为RN254型铁钻... 铁钻工作为安全、高效的钻杆拧卸工具,逐步取代了液气大钳,成为自动化钻探装备的标准配置。作为铁钻工核心部件的冲扣钳对于整个铁钻工的工作性能至关重要。通过分析冲扣钳的结构原理及工作方式,进行油缸选型与力学分析,为RN254型铁钻工设计了一套高效率的冲扣钳结构装置,并进行了野外生产试验。试验表明,冲扣钳结构设计科学,油缸选型合理,极大地提高了铁钻工的工作效率,为铁钻工的设计制造提供了借鉴。 展开更多

关键词 铁钻工 冲扣钳 切径比 夹持力

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基于LabVIEW和PLC的Modbus RTU通信的RMR水下泵组监控系统设计

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作者 刘晓林 高洁云 陈浩文 《钻探工程》 2024年第S01期245-251,共7页

泵组是深海钻探中RMR的重要设备,通常安放在深水中,为了实现在船舶甲板操控房中便捷地掌握泵组运行情况及工作参数,本文设计了一套RMR水下泵组监控系统。该系统的硬件包含水下测控单元、脐带缆和甲板监控单元3部分,分别承担收集泵组工... 泵组是深海钻探中RMR的重要设备,通常安放在深水中,为了实现在船舶甲板操控房中便捷地掌握泵组运行情况及工作参数,本文设计了一套RMR水下泵组监控系统。该系统的硬件包含水下测控单元、脐带缆和甲板监控单元3部分,分别承担收集泵组工作参数与工作画面、为泵组供电与传输信息、显示和控制泵组工作参数等功能。使用光端机与脐带缆可实现信号远距离传输;水下测控单元采用两台相同规格的PLC,具有模块化设计的优点。该系统的上位机采用LabVIEW软件进行编程,具有操作简单,人机界面友好等优点;下位机采用Easybuilder软件对PLC进行编程,具有库函数强大、可读性好等优点。上位机与下位机通过标准Modbus RTU协议进行通讯。该系统进行软硬件联调测试,上位机能够正常读取、显示下位机外部设备的数据,控制下位机外部设备的开关、启停与通断,表明该系统能够很好地满足RMR水下泵组监控需求,同时该系统还具有可扩展性等优点。 展开更多

关键词 LABVIEW PLC RMR 深海测控 Modbus RTU 深海钻探 监控系统

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RMR举升泵组管线切换系统设计

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作者 刘晓林 姜宇昊 +2 位作者 高洁云 王林清 殷国乐 《钻探工程》 2024年第S01期238-244,共7页

在海洋石油生产树或水下设备管线系统中,当需要对管线进行开、闭等切换操作时,由于深海环境无法手动操作,通常需要使用作业级ROV或水下测控系统来远程控制。本文以实现RMR举升泵组管线多状态工作模式为目标,基于水下液压系统原理、参数... 在海洋石油生产树或水下设备管线系统中,当需要对管线进行开、闭等切换操作时,由于深海环境无法手动操作,通常需要使用作业级ROV或水下测控系统来远程控制。本文以实现RMR举升泵组管线多状态工作模式为目标,基于水下液压系统原理、参数和结构设计,搭建了水下HPU系统;选型液控球阀作为执行件,提出了适应RMR水下工况环境的球阀可靠性测试方案,完成了一套适用于RMR举升泵组管线切换系统的设计,对于RMR举升泵组及其他水下设备管线切换系统的设计具有广泛应用价值。 展开更多

关键词 RMR 举升泵组 HPU 管线切换

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基于图像识别的深海RMR液位测控系统设计研究

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作者 高洁云 陈浩文 +1 位作者 秦如雷 刘晓林 《钻探工程》 2024年第S01期252-257,共6页

无隔水管泥浆循环钻井(RMR)是一种新兴的绿色环保钻井技术,旨在解决没有泥浆循环通道的开放水域钻井中泥浆排放带来的材料损耗和环境污染等问题。创新的泥浆循环液位测控系统解决了开放水域钻井浑浊视界下泥浆-海水交融区域界面识别难... 无隔水管泥浆循环钻井(RMR)是一种新兴的绿色环保钻井技术,旨在解决没有泥浆循环通道的开放水域钻井中泥浆排放带来的材料损耗和环境污染等问题。创新的泥浆循环液位测控系统解决了开放水域钻井浑浊视界下泥浆-海水交融区域界面识别难题。泥浆循环液位测控系统由泥浆液位测算系统与泥浆液位控制系统组成,首先将收集的井口泥水图像传输至泥浆液位测算系统得到测算泥浆液位,然后基于测算泥浆液位与预设泥浆液位的偏差,利用泥浆液位控制系统自动调节泵量,使井口液位维持在预设水平。通过搭建陆地测试试验台进行试验,验证了RMR液位测控系统能够较为准确地识别井口液位并且自动控制泵的流量,能够自动应对井涌与井漏等状况,整体性能可靠,实现了深海钻探技术装备的原始创新。 展开更多

关键词 RMR 图像识别 液位测算 液位控制 PID控制

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