摘要：液压钻机又称为液缸提升型钻机，是以钻机的提升系统和旋转系统的动力源全部由液压泵提供为主要特点的一类钻机，由于液压设备的传动力矩大，控制简单方便，易于实现自动化、智能化等优点，液压钻机已成为钻修井装备中重要的一员。本文以WC19-1WHPA平台的DS250-PL钻机为例分析液压钻机在海洋石油钻井中的优缺点及运用推广价值。
关键词：液压钻机；液压动力单元(HPU)；液压顶驱；管子处理装置
文昌19-1A平台的DS250-PL液压钻机是中海油首例应用的全进口液压智能钻机，该液压钻机提升能力为225吨，主要包括管子处理装置、伸缩式井架、液压顶驱、液压吊卡、液压转盘、动力卡瓦、动力大钳、液压鼠洞、正压防爆司钻房、液压动力单元HPU1/HPU2等设备；可完成自动上钻、甩钻、起下钻、钻进、倒划眼等主要钻井工序。其中，能集中代表液压钻机传动简约化、操作集成化、作业自动化特点的设备有液压站、井架、司钻房、管子处理装置等。
液压动力单元为整机提供动力，由两套对称布置的分站HPU1/HPU2组成。单台液压动力单元由一台600V,、3ph、60Hz 、563KW的西门子变频电机带动3个35Mpa的柱塞泵、1个21Mpa的柱塞泵，单台液压动力单元的油箱容积为3000L。两套分站即可以双机并用（正常工况），也可以一用一备（当其中一台需要停机维保时），保障整个钻进过程中对动力的需求。
井架为液缸举升式，液缸的行程为17米，最大钩载为250MT,最大下压为25MT。与通常用机械钻机相比其结构简化了滑轮绳系，采用增力倍距的绕绳方式，在充分利用液压系统传动力矩大的优点的同时，实现了游吊系统提升距离是液压缸行程两倍的运动关系，从而增加了游吊系统的运动范围。井架上有一台安全载荷为2.5吨的辅助吊车，吊车可以围绕井架在200度范围内旋转，有效保证钻台物件的移动。
系统配套一台TD250液压顶驱，顶驱最大扭矩为5300daNM(60rpm),转速为0-190rpm,中心管直径3”(76mm),上提下放的速度为1m/s,顶驱可以向鼠洞方向伸出，最大行程为1.855米。液压顶驱与电驱顶驱相比有体积小、噪音小、操作灵活、防爆等级高等优点。
管子处理装置主要是实现将管柱在堆场和钻台之间的运移，结合液压鼠洞和液压顶驱等实现了管柱的自动运移，减轻了人工劳动强度。液压转盘的开口为37 1/2”(953mm),最大扭矩1266daNM(38rpm)，,转速为0-80rpm。动力卡瓦、动力大钳的夹持范围为31/2”~133/8”。
司钻房集成了所有控制面板和PLC控制组件，整机采用电控液的控制体系，控制面板将司钻的操作转换为电信号，经PLC控制解释后转化为各控制阀组的开关动作和司钻控制显示屏（HMI）的参数显示，从而控制各油路的换向、流量和压力等参数，最终转化为设备的在动作，速度和作用力等方面的表现。
为保证控制的可靠性，在司钻房外还为主要设备配备了就地控制箱，当司钻房电控部分出现故障时，可以切换到就地操作，实现不间断作业。
相比传统机械钻机实现了以下技术创新：一、更轻薄灵巧：24米伸缩式井架，使用液压驱动起升，无二层台。平衡系统在一条或多条钢丝绳失效时保证重量分配的液压补偿器。二、更节省空间：系统采用无钻井绞车、无立根盒设计，液压转盘无电机风道设计。三、更安全：液压系统与电控系统均采用最先进的西门子S7-1500PLC进行控制；司钻控制台采用SIEMENS HMI进行操作 ；使用SIMATIC WINCC编辑界面；电控系统与液压钻机控制系统独立，故障率低。四、高度自动化：液压钻机采用电控液进行控制，控制简单方便，易于实现自动化、智能化等优点；控制系统采用PLC、继电器、比例放大器、电磁阀、比例电磁阀等；管子处理器智、伸缩式液压顶驱、铁钻工、动力吊卡、动力卡瓦的使用极大程度节省人力；液压钻机所有的操作只需要司钻、副司钻在司钻房即可完成。司钻需要操作的设备较多包含井架、顶驱、动力大钳、动力卡瓦、动力鼠洞。副司钻操作HTV和动力鼠洞。两人需要协同作业，界面在动力鼠洞处。下钻过程副司钻操作步骤，HTV将钻杆运送至动力鼠洞，副司钻关闭鼠洞夹钳；之后鼠洞操作由司钻控制。起钻过程司钻将钻杆放入鼠洞关闭夹钳，卸扣后的鼠洞操作由副司钻控制。
液压钻机易于实现互锁及控制，所具备的互锁功能包括：一、IBOP与泥浆泵启停互锁； 二、防喷器与提升系统互锁；三、火气系统与液压钻机互锁； 四、“上碰下砸”保护，主液缸具备机械上限位，到达机械上限位提升系统无法再继续上升，彻底消除上碰隐患；六、动力大钳具备扭矩互锁功能，保证所有接口均至要求扭矩。
液压钻机在使用过程中也暴露一些问题 ：一、由于空间限制、未设置立根盒每次起钻都得将井里钻具甩到甲板打捆存放，这样影响整个作业时效；二、液压系统比例阀、操作控制阀、主液压缸密封件为进口件维修成本高、订货周期长影响运维成本；三、液压钻机主液压缸出现故障，现场维修困难，需要拆回陆地进行维修，吊装、运输成本高、风险大；四、液压泄漏风险高、需要做好防液压泄漏控制措施；五、目前的液压钻机系统的扭矩及悬重显示不够灵敏，系统显示的扭矩值、悬重值很多时候与实际加在钻具上的扭矩及悬重值不符，这给司钻操作带来极高的风险需要通过改变系统中PLC的算法及现场测量方法来实现扭矩及悬重值的真实及同步性；六、人员对设备不熟悉，由于操作习惯不与传统液压钻机不一致，新人员对新设备必须要有一适应过程，必须加强对新人员的培训和操练，设备适应起来才会得心应手。
目前液压钻机的使用受海洋石油环境场地的限制，安装及维修成本较高；液压钻机要在海洋石油开采中推广使用必须克服作业时效、维修成本等因素的影响，切实为石油开采带来效益，才会有更加广阔的发展空间。
参考文献：
1．WC19-1WHP平台DS250-PL钻机使用说明书
2．WC19-1WHP平台DS250-PL钻机操作手册
论文作者:刘晓林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：钻机论文; 液压论文; 动力论文; 井架论文; 系统论文; 操作论文; 扭矩论文; 《电力设备》2018年第27期论文;