万米钻机, 中国石油的探地神针!

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涓航湛
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1 12000 米特深井钻机 2013 年元坝气田剖面深度示意图中国石油天然气集团公司科技管理部

2 万米钻机, 中国石油的探地神针!

3 目录 1 简介 3 2 关键设备 4 3 应用案例 13 4 科研装备 14 5 资质与标准 15 6 专家团队 18

中国石油天然气集团公司 ( 简称中国石油集团, 英文缩写 :CNPC) 是根据国务院机构改革方案, 于 1998 年 7 月在原中国石油天然气总公司的基础上组建的特大型石油石化企业集团, 系国家授权投资的机构和国家控股公司, 是实行上下游内外贸产销一体化按照现代企业制度运作, 跨地区跨行业跨国经营的综合性石油公司, 主要业务包括油气业务石油工程技术服务石油工程建设石油装备制造

4 中国石油天然气集团公司 ( 简称中国石油集团, 英文缩写 :CNPC) 是根据国务院机构改革方案, 于 1998 年 7 月在原中国石油天然气总公司的基础上组建的特大型石油石化企业集团, 系国家授权投资的机构和国家控股公司, 是实行上下游内外贸产销一体化按照现代企业制度运作, 跨地区跨行业跨国经营的综合性石油公司, 主要业务包括油气业务石油工程技术服务石油工程建设石油装备制造金融服务新能源开发等中国石油天然气集团公司 2012 年国内生产原油 1.1 亿吨, 生产天然气亿立方米, 加工原油 1.91 亿吨, 全年实现营业收入 2.69 亿元, 实现利润 1391 亿元 2012 年, 中国石油在美国石油情报周刊世界 50 家大石油公司综合排名中位居第 4 位, 在财富杂志全球 500 家大公司排名中位居第 6 位中国石油天然气集团公司履行资源市场和国际化战略, 坚持主营业务战略驱动, 发展目标导向, 顶层设计科技发展理念和自主创新重点跨越支撑发展引领未来的指导方针, 以国家科技重大专项为龙头公司重大科技专项为核心重大现场试验为抓手重大装备软件产品标准为载体, 持续推进科技进步, 提升科技创新能力, 取得一大批具有自主知识产权的先进实用技术米特深井钻机就是具有代表性的重大创新成果之一 2

5 1 简介 12000m 钻机是中国石油研制的拥有自主知识产权的国内外第一台陆地用 12000m 交流变频驱动方式的特深井石油钻机, 总体性能达到国际陆地钻机领先水平 12000m 钻机的研制成功改变了我国超深井钻机依赖进口的局面, 对我国深层油气资源勘探开发具有重要意义克探 7 井莫探 1 井川科 1 井 12000m 钻机关键技术应用推广 3

6 2 关键设备 2.1 总体技术参数 12000m 特深井钻探装备总体技术参数名义钻深 m 最大钩载 9000 kn 绞车额定功率 4400 kw(6000 hp) 绞车挡数 I 挡交流变频电机驱动无级调速提升系统绳系 7 8 钻井钢丝绳直径 Ф48 mm 提升系统滑轮外径 Ф1829 mm 水龙头中心管通径 Ф102 mm 钻井泵型号及台数 F-2200HL 3 台转盘开口名义直径 Ф mm(49 1/2 in) 转盘挡数 Ⅱ + Ⅱ R 交流变频电机单独驱动无级调速底座型式及台面高度旋升式 12 m 动力传动方式井架型式及有效高度 K 型 52 m AC-DC-AC 交流变频矢量控制柴油发电机组型号 CAT 3512B/SR4 B 机组台数输出功率 kva 交流变频电动机台数功率 kw( 绞车 ) 公共直流母线控制 kw( 钻井泵 ) 交流变频控制单元 (VFD) 输入电压 600VAC 输出电压频率 kw( 转盘 ) 0 ~ 600V 0 ~ 150Hz( 可调 ) MCC 系统 600V/400V(3 相 )/230V ( 单相 )50Hz 高压管汇 Ф102 mm 70 MPa 留有压井管汇与固井管汇接口 4

12000 米特深井钻机 2.2 分系统关键部件 2.2.1 6000hp 大功率绞车绞车是钻机的核心部件绞车在石油钻井过程中, 不仅担负着起下钻具下套管控制钻压处理事故提取岩心筒试油等各项作业, 而且还担负着井架底座的起放任务中国石油独创了钻井绞车滚筒快速离合机构, 创新研制了全球陆上功率最大的 6000hp 带空挡位模块化钻井绞车研制的 JC-120DB

7 12000 米特深井钻机 2.2 分系统关键部件 hp 大功率绞车绞车是钻机的核心部件绞车在石油钻井过程中, 不仅担负着起下钻具下套管控制钻压处理事故提取岩心筒试油等各项作业, 而且还担负着井架底座的起放任务中国石油独创了钻井绞车滚筒快速离合机构, 创新研制了全球陆上功率最大的 6000hp 带空挡位模块化钻井绞车研制的 JC-120DB 绞车是一种新型交流变频控制的单轴齿轮绞车, 主要由交流变频电动机减速箱液压盘刹滚筒轴绞车支架自动送钻装置空气系统润滑系统等单元部件组成大功率模块化钻井绞车 (1) 大功率绞车技术参数额定输入功率 kW 最大快绳拉力 850kN 钢丝绳直径 φ48mm 滚筒转速 0 ~ 328r/min 开槽滚筒尺寸 ( 直径长度 ) φ1320mm 2305mm 刹车盘直径 φ2400mm 绞车外形尺寸 12000mm 3375mm 3260mm 5

运输模块运输模块运输模块绞车模块化分解 (4) 液压盘式刹车具有刹车间隙自动调节

8 关键设备 (2) 在钻井绞车中首次实现了四台 1100kW 大功率交流变频专用电机同步驱动与负荷均衡分配多电机平稳切入 / 切出 (3) 大功率绞车的模块化设计, 既可整体运输, 又可分块运输, 有效地解决了陆用超大功率绞车道路运输野外钻井现场高效安装和起吊等技术难题运输模块运输模块运输模块绞车模块化分解 (4) 液压盘式刹车具有刹车间隙自动调节液压站遥控和低压报警低液位报警和温度报警功能, 各轴套免润滑功能盘式刹车自动补偿间隙技术, 使下送和提升钻柱的精度由 ±15mm 提高到 ±8mm, 提高了钻井作业的安全性液压盘式刹车结构 6

12000 米特深井钻机 2.2.2 承载 9000kN 井架底座中国石油发明的钻机底座单旋整体自升式起升技术及液缸起升人字架技术, 取代已有的弹弓式双旋分体式结构,

52m 底部正面开裆立根容量 φ127(5in) 钻杆 10m 12000m 抗风能力 : 等候天气保全设备起放井架 36 m/s 47.8 m/s 8.

9 12000 米特深井钻机承载 9000kN 井架底座中国石油发明的钻机底座单旋整体自升式起升技术及液缸起升人字架技术, 取代已有的弹弓式双旋分体式结构, 实现了在 12m 超高钻台工作的所有设备在低位安装, 然后与底座整体起升到工作位置, 解决了钻井现场安全快速安装的难题井架主要参数最大钩载 9000kN 有效高度 52m 底部正面开裆立根容量 φ127(5in) 钻杆 10m 12000m 抗风能力 : 等候天气保全设备起放井架 36 m/s 47.8 m/s 8.3 m/s 底座主要参数钻台高度 12m 有效高度 10m 钻台面积立根容量 φ127(5in) 钻杆转盘最大载荷额定立根载荷 13m 13.8m 430 柱 9000kN 4320kN 7

10 关键设备大承载能力的游吊设备游吊承载能力为 6750kN 和 9000kN 的重型天车游车大钩吊环及承载能力为 6750kN 耐压 52MPa 的水龙头, 均采用耐低温材料, 能够适应 - 40 工作环境要求天车最大承载能力 9000kN, 滑轮数 8 个, 滑轮直径 φ1829 ; 游车最大承载能力 9000kN, 滑轮数 7 个, 滑轮直径 φ1829 ; 大钩最大承载能力 9000kN ; 吊环最大承载能力 9000kN, 长度 4.88m ; 水龙头最大承载能力 6750kN, 中心管直径 φ102mm, 工作压力 52MPa, 最高转速 300r/min 9000kN 游车 9000kN 大钩 8 SL675 水龙头 DG900 大钩

12000 米特深井钻机 2.2.4 F-2200HL 高压钻井泵 F-2200HL 高压钻井泵在满足特深井钻井及高压喷射钻井工艺要求的同时, 其装拆和维修方便性明显优于国外同级别的柱塞式钻井泵同时该钻井泵采用缸套内外表面冷却技术, 使缸套活塞的寿命明显提高 F-2200HL 高压钻井泵采用新型 L 形液力端立式吸入空气包等技术, 提高了钻井泵承压能力及吸入性能

11 12000 米特深井钻机 F-2200HL 高压钻井泵 F-2200HL 高压钻井泵在满足特深井钻井及高压喷射钻井工艺要求的同时, 其装拆和维修方便性明显优于国外同级别的柱塞式钻井泵同时该钻井泵采用缸套内外表面冷却技术, 使缸套活塞的寿命明显提高 F-2200HL 高压钻井泵采用新型 L 形液力端立式吸入空气包等技术, 提高了钻井泵承压能力及吸入性能 ; F-2200HL 高压钻井泵采用的缸套活塞优于柱塞盘根 ; F-2200HL 高压钻井泵采用的新型阀总成在高压条件下性能可靠使用寿命长 ; F-2200HL 高压钻井泵采用的空气包气囊使用寿命加长 F-2200HL 高压钻井泵的主要技术参数额定输入功率最高压力额定冲次最大排量 2200hp 52MPa 105r/min 77.65L/s F-2200HL 钻井泵 9

关键设备 2.2.5 ZP495 转盘及转盘驱动装置 ZP495 转盘及驱动的主要技术参数最大静载荷通孔直径最高转速最大工作扭矩电机功率 9000kN 1257.

12 关键设备 ZP495 转盘及转盘驱动装置 ZP495 转盘及驱动的主要技术参数最大静载荷通孔直径最高转速最大工作扭矩电机功率 9000kN mm 300r/min 66000N m 800kW 承载能力大, 传扭能力强 ; 转盘驱动箱为两档设计, 可满足不同工况的钻井需要 ; 转盘惯刹采用气控盘式静液制动, 响应速度快 ZP495 转盘 10

12000 米特深井钻机 2.2.6 交流变频电控系统多电机运转同步控制及大功率能耗制动控制技术综合应用 ;

13 12000 米特深井钻机交流变频电控系统多电机运转同步控制及大功率能耗制动控制技术综合应用 ; 控制系统与电机输出特性的合理匹配保证了钻机的综合性能 ; 具有各种逻辑互锁安全保护功能 ; 采用智能一体化仪表控制技术 ; 具有主电机与小电机组合的自动送钻功能交流变频电控系统 11

14 关键设备 kN 顶部驱动装置 2008 年 4 月 26 日至 2009 年 5 月 28 日, DQ120BSC 顶驱装置在四川仪陇地区龙岗 36 井完成了试验任务, 完钻井深 6956m, 顶驱使用可靠, 完全满足现场需求 9000kN 顶部驱动装置主要技术参数 : 最大载荷 9000kN(1000t) 转速范围 0 ~ 180 r/min 工作扭矩 ( 连续 )85kN m(62000lbf ft) 最大卸扣扭矩 135kN m(99000lbf ft) 背钳夹持范围 87 ~ 216mm (2 7 / 8 ~6 5 / 8 in) 中心管通孔直径 102mm(4in) 本体有效高度 6.5m(21.3ft) 9000kN 顶驱 12

15 3 应用案例 2007 年起, 中国石油 3 套 12000m 钻机相继服务于元坝气田其中首台 12000m 钻机承担四川盆地川西坳陷孝泉构造国内第一口海相超深科学探索井, 完钻井深为 7560m, 在经历了冬夏自然环境与复杂地质条件和 5.12 汶川大地震的考验, 钻机所有设备运转正常该钻机钻穿陆相地层钻入海相地层, 创出了川西地区一系列高新指标, 在欠平衡施工井段 (4671 ~ m), 纯钻进时间为 h, 平均机械钻速达到每小时 1.02m, 比常规钻井平均机械钻速提高了 30% 2011 年 9 月利用钻机在四川盆地发现了我国埋藏最深的大型海相气田元坝气田元坝气田第一期探明天然气地质储量 m 3, 这是迄今为止我国埋藏最深的海相大气田, 气田深度超过 7000m 12000m 特深井钻探装备的成功研制极大地提升了中国石油钻探装备在国际市场的竞争力部分配套设备已应用于海洋深水钻井平台钻机模块上广元巴中成都南京元坝气田剖面深度示意图平均埋深 6673m 相比其他气田平均深度要深 m 地底温度高达

16 4 科研装备 12000m 特深井钻探装备研发制造环境优越, 试验装备先进以中国石油宝鸡石油机械有限责任公司为依托建立国家油气钻井装备工程技术研究中心依托资质钻井泵试验台架金相显微镜 2000t 级提升设备拉力试验装置 14

17 5 资质与标准 5.1 资质拥有 15 大类 67 项产品获得美国石油学会 API 会标使用权, 是国际上拥有该会标使用权最多的企业 5.2 标准拥有两个国家标准化工作部 ( 国家钻机标准化工作部国家海洋钻采设备标准化工作部 ), 负责制订和修订钻机和海洋钻采设备的国家及行业标准 15

资质与标准制订和修订国家和行业标准 5 项序号标准号标准名称 1 GB/T23505-2009 石油钻机和修井机 2 SY/T6724-2008 石油钻机和修井机基本配置 3 SY/T6726-2008 石油钻机顶部驱动

18 资质与标准制订和修订国家和行业标准 5 项序号标准号标准名称 1 GB/T 石油钻机和修井机 2 SY/T 石油钻机和修井机基本配置 3 SY/T 石油钻机顶部驱动 4 SY/T 石油钻机液压盘式刹车 5 SY/T 石油钻机绞车 5.3 专利中国石油万米特深钻机获美国授权发明专利 1 项, 中国授权发明专利 3 项, 中国授权实用新型专利 20 项 16

12000 米特深井钻机取得的发明专利授权项目名称知识产权类别国 ( 区 ) 别授权号钻井泵缸套内外表面冷却装置

PUMP LINER) 发明专利美国 11/966,277 石油钻机游吊系统用铸钢及其制造方法发明专利中国 ZL

3 盘式刹车自动补偿间隙的制动钳发明专利中国 ZL 200710178675.5 5.

19 12000 米特深井钻机取得的发明专利授权项目名称知识产权类别国 ( 区 ) 别授权号钻井泵缸套内外表面冷却装置 (COOLING DEVICE FOR INTERIOR AND EXTERIOR SURFACES OF A MUD PUMP LINER) 发明专利美国 11/966,277 石油钻机游吊系统用铸钢及其制造方法发明专利中国 ZL 钻井泵缸套内外表面冷却装置发明专利中国 ZL 盘式刹车自动补偿间隙的制动钳发明专利中国 ZL 获得荣誉中国石油万米特深井钻机获得国家科技进步二等奖, 国家自主创新产品证书及中国石油科技进步一等奖等多项奖励和荣誉国家自主创新产品证书国家科技进步二等奖中国石油科技进步一等奖 17

6 专家团队苏义脑中国工程院院士博士生导师中国石油集团钻井工程技术研究院副院长在定向井丛式井水平井等钻井技术研究与应用方面有较深造诣在钻井力学

享受国务院特殊津贴专家, 高级技术专家万米钻机项目课题长, 钻机总体方案研究及集成创新技术主要完成人之一制定了项目的总体技术方案和研制路线,

cn 黄悦华高级工程师, 高级技术专家万米钻机总体方案研究及集成创新技术主要完成人之一, 全面负责项目的日常技术实施及结构件技术把关,

20 6 专家团队苏义脑中国工程院院士博士生导师中国石油集团钻井工程技术研究院副院长在定向井丛式井水平井等钻井技术研究与应用方面有较深造诣在钻井力学轨道控制和井下工具研究中多项创新成果居国际先进水平, 形成体系用于生产效益显著电话 : 王进全博士, 教授级高工享受国务院特殊津贴专家, 高级技术专家万米钻机项目课题长, 钻机总体方案研究及集成创新技术主要完成人之一制定了项目的总体技术方案和研制路线, 审定把关钻机总体及关键部件技术方案完成与课题相关的论文 2 篇, 获专利 2 项电话 : wjq@bomco.cn 黄悦华高级工程师, 高级技术专家万米钻机总体方案研究及集成创新技术主要完成人之一, 全面负责项目的日常技术实施及结构件技术把关, 创新研究了钻机结构件井架底座总体方案与结构型式完成与课题相关的论文 5 篇, 获专利 2 项电话 : jszxhyh@bomco.cn 18

12000 米特深井钻机贾秉彦高级工程师, 技术专家万米钻机总体主要设计者, 负责钻机总体技术接口和 6000hp

完成与课题相关的论文 5 篇美国专利 1 项中国发明专利 1 项和实用新型专利 1 项电话

21 12000 米特深井钻机贾秉彦高级工程师, 技术专家万米钻机总体主要设计者, 负责钻机总体技术接口和 6000hp 绞车总体设计完成与课题相关的论文 4 篇, 获专利 4 项电话 : jszxjby@bomco.cn 蒲容春高级工程师, 技术专家万米钻机游吊设备总体方案主要制定者, 并全面负责高压大功率钻井泵的技术研究完成与课题相关的论文 5 篇美国专利 1 项中国发明专利 1 项和实用新型专利 1 项电话 : jszxprc@bomco.cn 武战学高级工程师, 技术专家完成了万米钻机项目厂内组装试验等技术方案设计和研究任务, 获中国发明专利 1 项电话 : wuzhx@bomco.cn 19

22 联系人 : 刁顺先生电话 : sdiao@cnpc.com.cn Contact: Mr. Diao Shun Tel: sdiao@cnpc.com.cn

1000w 1000w 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 输出功率 P(w) 风速 m/s 输出功率 P(

1000w 1000w 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 输出功率 P(w) 风速 m/s 输出功率 P( 1000w 1000w 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 输出功率 P(w) 20 65 130 240 390 580 825 1100 1300 1380 风速 m/s 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 输出功率 P(w) 1380 1350 1310 1255 1185 1095 990 875 735 570 1000w