论文部分内容阅读
摘要：随着海洋石油装备行业的快速发展，AM软件在海洋平台设计方面的应用已经十分广泛，在设计空间紧张、设计密度高的海洋平台设计当中，的使用情况，系统介绍了基于AM软件的海洋平台的设计过程。概述了国内外海洋钻井平台的发展历史与现状，分析了固定式、座底式、自升式和半潜式（钻井船）等各类钻井平台的性能特点。
关键词：陆地钻井；海上钻井；研究；设计
1钻井设备的分类
钻井设备根据钻井深度分为陆地钻机和海上钻机，目前，我国已具备生产1000-9000米系列成套陆地钻机的能力.主要钻采设备，如成套钻机、固井压裂设备、修井机、井口装置等。海上钻机主要用在自升式钻井平台、半潜式钻井平、钻井船上，工作深度更大，技术难度更高。
陆地钻机简单由四部分组成：
（1）钻机
中国石油目前已形成机械、直流、交流变频、复合驱四大钻机系列，具备钻机装备研发、制造和服务一体化能力。钻机、顶躯等核心装备实现了系列化。7000米及以下钻机生产已形成规模；9000米鉆机正在现场试验；12000米钻机的研制工作已经启动，电控系统也已经研制成功。自动化水平也逐渐提高，与国外差距不断减小。
（2）顶驱
顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高并且复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一，中国石油已研制成功直流电、液压和交流变频驱动三种顶驱。
（3）近钻头地质导向钻井系统
中国石油集团经过7年多时间的刻苦攻关，突破了近钻头电阻率随钻测量技术等六大关键技术，成功研制出具有自主知识产权的CGDS-Ⅰ近钻头地质导向钻井系统，为我国油气勘探开发提供了重要的技术支持，目前正在辽河油田、翼东油田进行推广和应用。
（4）气体钻井装备
自1988年新疆石油管理局从美国引进了第一套气体钻井装备，近年来四川、长庆、大庆具又先后引进了气体钻井专用装备10标准台套。同时具备10口311米井眼实施空气钻井的能力。自行研制了除氮设备以外全套气体钻井装备和工具，包括旋转防喷器、增压机、空气螺杆、空气锤、雾化泵等。
海工钻机主要被国外垄断，主流产品为NOV、AKER、TSC、卡梅隆等，我国四川宏华为上海船厂tiger号钻井船配套的一台海工钻机是目前国内唯一一台海工钻机。
2钻井系统
现代钻井是一套大型的综合型机组，整套钻机是由动力与传动系统、工作系统、控制系统、辅助系统等若干系统和相应的设备所组成。
该系统主要由以下子系统组成：
1）旋转系统：由转盘、水龙头、钻杆及钻头组成；
2）循环系统：由钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化设备和钻井液调配装置（固控设备）等；
3）起升系统：由钻井绞车、辅助刹车、游动系统（钢丝绳、天车、滑车）、大钩和井架组成；
4）动力驱动系统；
5）传动系统；
6）控制系统和检测显示仪表；
7）钻机底座；
8）辅助设备
3钻井系统的设计
钻井系统是钻井平台各系统的核心，平台作业海域通常环境恶劣，要保证钻采工作可以高效进行，就要有一套设计先进、系统稳定的钻井系统来保障。行业内通常使用AM软件进行设计。结合半潜式海洋钻井支持平台， 应用PDMS进行支持平台钻井系统设计的流程如图所示。
4基于AM软件设计钻井系统的优越性
应用AM软件设计钻井平台的优势主要体现为如下几个方面：1） 用户可对任意类型元件方便地应用自定义属性；2）建立完整的管件、结构及电气数据等级库，使建模及出图方便快捷。降低了错误发生率；3）批量产生生产施工图样，节约了大量的人力物力；4）可协同办公，统一做碰撞检查，减少返工，保质保量；5）模块化设计，方便高效。
应用AM软件设计钻井平台存在问题剖析如下：
1）需要设计的标准件较多，建立标准库和元件库的工作量相当大，但是一劳永逸。2）作为优秀的设计管理软件，软件售价较高，且要收取高额服务费，推广较困难。3）国内设计部门特别是传统机械设计单位对AM的认知度低。软件包含专业方向多，比较庞大，软件学习周期较长；4）设计周期较短，以及出于知识产权保护等问题，经常会出现业主方提供的设备不及时和不完整等问题，导致三维设备模型设计不完整。
在项目的配置优化方面，AM可以打破常规的设计习惯，在项目设计过程中不需要每个设计人员对各个专业都精通，都要去做自己的三维模型，修改模型，直到出图。以AM实现的是流水线式的工作流程模式，按照设计流程来划分设计人员的角色，各司其职。使各专业设计人员的精力放在自己的专业领域，提高项目的工作效率。使用AM后，三维设计人员的数量会降下来，再总体优化设计整个项目过程中的人员分配，与常规设计相比，设计人员减少的同时可高效运行。
5 结语
综上所述，AM在半潜式海洋支持平台钻井系统设计中的应用，可使各专业设计人员协同办公、默契配合，从而降低设计失误率，有效预防干涉，减少了修改和返工时间，提高了出图效率，进而保证了工作质量，使得海洋平台钻井系统设计稳步高效进行。应用AM软件设计海洋钻井平台，能够使得设计及管理一体化，从而在海洋工程设计当中建立海洋石油平台钻井系统数据库，利用AM强大的参数化及可开发性能，可为海洋石油装备制造业的发展推波助澜。
参考文献：
[1]高德利.钻井科技发展的历史回顾现状分析与建议.石油科技论坛，2004，4：29～32
[2]崔学政，齐明侠，綦耀光.石油行业机械工程类专业人才培养模式与教学体系探讨.石油教育，2007，6
[3]张嗣伟.关于我国石油钻机技术发展战略的思考.石油科技论坛，2001，6：19～22
[4]孙明光，彭军生.国内外石油钻井装备的发展现状.石油钻探技术，2008，11：87～89
关键词：陆地钻井；海上钻井；研究；设计
1钻井设备的分类
钻井设备根据钻井深度分为陆地钻机和海上钻机，目前，我国已具备生产1000-9000米系列成套陆地钻机的能力.主要钻采设备，如成套钻机、固井压裂设备、修井机、井口装置等。海上钻机主要用在自升式钻井平台、半潜式钻井平、钻井船上，工作深度更大，技术难度更高。
陆地钻机简单由四部分组成：
（1）钻机
中国石油目前已形成机械、直流、交流变频、复合驱四大钻机系列，具备钻机装备研发、制造和服务一体化能力。钻机、顶躯等核心装备实现了系列化。7000米及以下钻机生产已形成规模；9000米鉆机正在现场试验；12000米钻机的研制工作已经启动，电控系统也已经研制成功。自动化水平也逐渐提高，与国外差距不断减小。
（2）顶驱
顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高并且复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一，中国石油已研制成功直流电、液压和交流变频驱动三种顶驱。
（3）近钻头地质导向钻井系统
中国石油集团经过7年多时间的刻苦攻关，突破了近钻头电阻率随钻测量技术等六大关键技术，成功研制出具有自主知识产权的CGDS-Ⅰ近钻头地质导向钻井系统，为我国油气勘探开发提供了重要的技术支持，目前正在辽河油田、翼东油田进行推广和应用。
（4）气体钻井装备
自1988年新疆石油管理局从美国引进了第一套气体钻井装备，近年来四川、长庆、大庆具又先后引进了气体钻井专用装备10标准台套。同时具备10口311米井眼实施空气钻井的能力。自行研制了除氮设备以外全套气体钻井装备和工具，包括旋转防喷器、增压机、空气螺杆、空气锤、雾化泵等。
海工钻机主要被国外垄断，主流产品为NOV、AKER、TSC、卡梅隆等，我国四川宏华为上海船厂tiger号钻井船配套的一台海工钻机是目前国内唯一一台海工钻机。
2钻井系统
现代钻井是一套大型的综合型机组，整套钻机是由动力与传动系统、工作系统、控制系统、辅助系统等若干系统和相应的设备所组成。
该系统主要由以下子系统组成：
1）旋转系统：由转盘、水龙头、钻杆及钻头组成；
2）循环系统：由钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化设备和钻井液调配装置（固控设备）等；
3）起升系统：由钻井绞车、辅助刹车、游动系统（钢丝绳、天车、滑车）、大钩和井架组成；
4）动力驱动系统；
5）传动系统；
6）控制系统和检测显示仪表；
7）钻机底座；
8）辅助设备
3钻井系统的设计
钻井系统是钻井平台各系统的核心，平台作业海域通常环境恶劣，要保证钻采工作可以高效进行，就要有一套设计先进、系统稳定的钻井系统来保障。行业内通常使用AM软件进行设计。结合半潜式海洋钻井支持平台， 应用PDMS进行支持平台钻井系统设计的流程如图所示。
4基于AM软件设计钻井系统的优越性
应用AM软件设计钻井平台的优势主要体现为如下几个方面：1） 用户可对任意类型元件方便地应用自定义属性；2）建立完整的管件、结构及电气数据等级库，使建模及出图方便快捷。降低了错误发生率；3）批量产生生产施工图样，节约了大量的人力物力；4）可协同办公，统一做碰撞检查，减少返工，保质保量；5）模块化设计，方便高效。
应用AM软件设计钻井平台存在问题剖析如下：
1）需要设计的标准件较多，建立标准库和元件库的工作量相当大，但是一劳永逸。2）作为优秀的设计管理软件，软件售价较高，且要收取高额服务费，推广较困难。3）国内设计部门特别是传统机械设计单位对AM的认知度低。软件包含专业方向多，比较庞大，软件学习周期较长；4）设计周期较短，以及出于知识产权保护等问题，经常会出现业主方提供的设备不及时和不完整等问题，导致三维设备模型设计不完整。
在项目的配置优化方面，AM可以打破常规的设计习惯，在项目设计过程中不需要每个设计人员对各个专业都精通，都要去做自己的三维模型，修改模型，直到出图。以AM实现的是流水线式的工作流程模式，按照设计流程来划分设计人员的角色，各司其职。使各专业设计人员的精力放在自己的专业领域，提高项目的工作效率。使用AM后，三维设计人员的数量会降下来，再总体优化设计整个项目过程中的人员分配，与常规设计相比，设计人员减少的同时可高效运行。
5 结语
综上所述，AM在半潜式海洋支持平台钻井系统设计中的应用，可使各专业设计人员协同办公、默契配合，从而降低设计失误率，有效预防干涉，减少了修改和返工时间，提高了出图效率，进而保证了工作质量，使得海洋平台钻井系统设计稳步高效进行。应用AM软件设计海洋钻井平台，能够使得设计及管理一体化，从而在海洋工程设计当中建立海洋石油平台钻井系统数据库，利用AM强大的参数化及可开发性能，可为海洋石油装备制造业的发展推波助澜。
参考文献：
[1]高德利.钻井科技发展的历史回顾现状分析与建议.石油科技论坛，2004，4：29～32
[2]崔学政，齐明侠，綦耀光.石油行业机械工程类专业人才培养模式与教学体系探讨.石油教育，2007，6
[3]张嗣伟.关于我国石油钻机技术发展战略的思考.石油科技论坛，2001，6：19～22
[4]孙明光，彭军生.国内外石油钻井装备的发展现状.石油钻探技术，2008，11：87～89