斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與理論研究

董海軍

摘 要：為了滿足現(xiàn)階段斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的工作需要，展開設(shè)計(jì)模塊及其理論研究模塊的協(xié)調(diào)是必要的，這就需要進(jìn)行國(guó)內(nèi)外先進(jìn)鉆井工藝流程的分析，進(jìn)行斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的健全，保證其設(shè)計(jì)模塊及其理論模塊的協(xié)調(diào)。這也需要進(jìn)行鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)行相關(guān)資料的深入分析，這也需要進(jìn)行一系列的齒輪齒條斜直井鉆機(jī)方案的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：齒輪齒條鉆機(jī)；存在問題；總結(jié)探究；斜直井；管子處理系統(tǒng)

1 關(guān)于斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的分析

1.1 在現(xiàn)階段鉆修井作業(yè)工作中，影響鉆桿模塊的因素是非常多的，比如油管的工作模塊、套管的工作模塊。通過對(duì)井下鉆工作模塊的優(yōu)化，更有利于進(jìn)行鉆柱排放作業(yè)體系的健全。進(jìn)行所花費(fèi)時(shí)間的控制，保證勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)化，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的控制。這也需要進(jìn)行管柱處理系統(tǒng)的健全，保證海洋鉆井平臺(tái)的控制。這也需要進(jìn)行鉆井船井口機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用，保證鉆井作業(yè)模塊的優(yōu)化。

在管狀類鉆具工作模塊中，進(jìn)行鉆井平臺(tái)甲板體系的健全是必要的，從而進(jìn)行鉆桿排放架自動(dòng)模塊的開展。在完井作業(yè)模塊中，進(jìn)行管具的有效輸送及其控制，保證地面排放架模塊的有效開展。這也需要進(jìn)行修井作業(yè)體系的健全，進(jìn)行油管模塊及其管狀工具模塊的協(xié)調(diào)，保證操作平臺(tái)模塊及其排放架的有效移送操作。這也需要進(jìn)行管柱處理系統(tǒng)的健全，保證其一體化裝置模塊的優(yōu)化，進(jìn)行管具及其管柱排放架的自動(dòng)移送及其排放。

1.2 在現(xiàn)階段鉆修井管子處理模塊中，進(jìn)行處理系統(tǒng)技術(shù)的更新是必要的，從而針對(duì)其鉆井類型及其自動(dòng)化技術(shù)水平展開分析，進(jìn)行鉆井環(huán)境的探討，保證多元化的鉆修井管子處理系統(tǒng)工作的開展。這也需要進(jìn)行動(dòng)力貓道移送模塊、大臂旋轉(zhuǎn)移動(dòng)模塊等的協(xié)調(diào)，進(jìn)行多種類型的子處理系統(tǒng)工作的開展，從而提升其綜合運(yùn)作效益。

隨著我國(guó)安全環(huán)保性經(jīng)濟(jì)工作的開展，鉆井工作的安全性及其環(huán)保性日益引起重視，通過對(duì)鉆修井井口操作體系的健全，更有利于進(jìn)行工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的控制，保證鉆修井井口操作的有效開展，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化方案的優(yōu)化，保證鉆修井管子處理系統(tǒng)的健全，滿足現(xiàn)階段鉆修井自動(dòng)化工作的需要，進(jìn)行先進(jìn)性的管子處理系統(tǒng)的優(yōu)化，保證鉆機(jī)先進(jìn)性的控制。

2 斜直井鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的健全

2.1 在現(xiàn)階段斜直井鉆機(jī)應(yīng)用過程中，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化是必要的。這需要進(jìn)行新型的斜直井鉆機(jī)的應(yīng)用，保證頂驅(qū)移動(dòng)裝置模塊的優(yōu)化，進(jìn)行多種模塊的防傾斜工作的開展，從而保證其整體設(shè)備體系的健全。這也需要井架機(jī)械手移送型管柱處理模塊的優(yōu)化，使其適應(yīng)斜直井鉆機(jī)工作的開展，保證其管柱處理系統(tǒng)效益的提升。實(shí)現(xiàn)機(jī)械手及其井架的有效協(xié)調(diào)，保證裝置工程的有效開展，確保其裝置整體效益的提升。這也需要進(jìn)行裝置機(jī)械手工作模塊的優(yōu)化，進(jìn)行井架工作于井架工作的協(xié)調(diào)，保證頂驅(qū)裝置的有效施工，從而提升其送管的綜合效益。

在鉆機(jī)工作模塊中，進(jìn)行頂驅(qū)移動(dòng)裝置的優(yōu)化是必要的，從而滿足鉆機(jī)工作的需要，進(jìn)行不同設(shè)備元件的固定，進(jìn)行傳統(tǒng)鉆機(jī)工作模塊的避免，進(jìn)行頂驅(qū)移動(dòng)裝置體系的健全，進(jìn)行鉆機(jī)動(dòng)力端的控制，保證其液馬達(dá)模塊、剎車機(jī)構(gòu)模塊等的協(xié)調(diào)。代替了傳統(tǒng)鉆機(jī)的游車、吊鉤、鉆盤等裝置。選用的為赫格隆的CA210型液馬達(dá)。下面是有關(guān)參數(shù)的計(jì)算選擇。

2.2 在現(xiàn)階段管子處理系統(tǒng)工作中，進(jìn)行功能任務(wù)的優(yōu)化是必要的，從而保證斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的健全，進(jìn)行工作流程的優(yōu)化，保證整個(gè)管子處理系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，進(jìn)行不同工作模塊的協(xié)調(diào)，進(jìn)行機(jī)械手整體方案的優(yōu)化，保證其各個(gè)設(shè)備的積極工作及其協(xié)調(diào)。一個(gè)底座，連接梁，一個(gè)井架移動(dòng)油缸。包括底座、擺動(dòng)液缸、連接梁和機(jī)械手組成。底座底端安裝有導(dǎo)輪使得整體機(jī)械手可以沿井架導(dǎo)軌移動(dòng)，擺動(dòng)液缸1選用的要求最大擺角范圍為180接方式應(yīng)為法蘭連接，輸出形式為輸出軸連接。

在擺動(dòng)液缸選擇過程中，進(jìn)行擺角范圍的確定是必要的，從而保證法蘭輸出連接模塊的優(yōu)化，進(jìn)行后端法蘭固定模塊及其相關(guān)模塊的協(xié)調(diào)，保證機(jī)械手的積極設(shè)計(jì)，保證兩爪定心工作的開展，這也需要針對(duì)實(shí)際情況展開相關(guān)模塊工作的優(yōu)化。但本人認(rèn)為兩爪定心需要的橫向尺寸要遠(yuǎn)大于三爪定心的橫向尺寸，因此本設(shè)計(jì)選用三爪定心機(jī)構(gòu)。為了保證不同的管徑的中心位置保持不變，三爪定心時(shí)對(duì)應(yīng)不同的管柱下支撐需要進(jìn)行調(diào)換以適應(yīng)不同管徑。

在管子處理系統(tǒng)工作模塊中，進(jìn)行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及其計(jì)算環(huán)節(jié)的優(yōu)化是必要的，這需要進(jìn)行機(jī)械手管柱夾持范圍的控制，保證其機(jī)構(gòu)的對(duì)稱性，這也需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)變量的分析，進(jìn)行桿長(zhǎng)度的控制，從而提升其綜合應(yīng)用效益。它們的約束條件就是L4的末端點(diǎn)的夾持必須是在最大管柱圓和最小的管柱圓之間，而且必須在90°與120°之間，此時(shí)的夾持效果受力最好。首先通過分析可以確定L4、L5、和轉(zhuǎn)角γ的數(shù)值范圍從而減少該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量。夾持的最大管柱直徑為283mm，因此取夾持管柱的中心點(diǎn)離O點(diǎn)的距離為200mm。

2.3 通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，更有利于進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的積極約束，保證其最小值的控制，保證其機(jī)械手各個(gè)尺寸的有效確定。這也需要進(jìn)行草圖工作模塊的協(xié)調(diào)，進(jìn)行相關(guān)尺寸的符合，保證機(jī)械手工作的開展。發(fā)現(xiàn)該尺寸的機(jī)械手能夠?qū)?8.9～283mm管柱夾持住，說明上面的求解沒有問題，夾持最大和最小管柱時(shí)的情形。此時(shí)L1離O點(diǎn)的距離的距離差為140mm，因此選取該機(jī)械手的推動(dòng)液缸的行程為150mm。

2.4 在現(xiàn)階段液壓螺旋擺動(dòng)缸工作模塊中，進(jìn)行裝配緊密性配件的應(yīng)用是必要的，這需要在有限空間內(nèi)進(jìn)行扭矩模塊的優(yōu)化，進(jìn)行組合螺旋齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保證其整體擺動(dòng)缸工作模塊的優(yōu)化，進(jìn)行扭矩的積極控制，確保其滿足動(dòng)力性的需要，進(jìn)行動(dòng)力的精確控制，保證其擺動(dòng)液缸模塊的優(yōu)化。它們各自的擺角不同，擺動(dòng)液缸2是調(diào)整機(jī)械手角度，使得管子能夠和井架保持相同的傾斜角度，此擺動(dòng)油缸的擺動(dòng)角度為0°到90°。而擺動(dòng)液缸1為翻轉(zhuǎn)液缸，將管柱翻轉(zhuǎn)到井架中心位置，完成送管任務(wù)，該液缸的擺動(dòng)角度為180°。

通過對(duì)擺動(dòng)油缸的有效選型，保證鉆柱水平位置旋轉(zhuǎn)的積極開展，進(jìn)行井架傾斜角度的控制，保證鉆桿位置的有效優(yōu)化，避免其不合理的偏重力矩的產(chǎn)生。在工作模塊中，也需要進(jìn)行鉆桿中心的控制，進(jìn)行擺動(dòng)液缸旋轉(zhuǎn)軸線的優(yōu)化，進(jìn)行偏重距離的控制。保證管子處理系統(tǒng)虛擬樣機(jī)工作的開展，從而提升其綜合運(yùn)作效益。由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置進(jìn)行仿真分析是建立在機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)聯(lián)合仿真的基礎(chǔ)上。機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)受到液壓系統(tǒng)提供的源動(dòng)力，同時(shí)液壓系統(tǒng)受到機(jī)械系統(tǒng)的外部工作負(fù)荷，以及機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)的各種動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化會(huì)反饋到液壓系統(tǒng)。

在工作模塊中，進(jìn)行仿真軟件的應(yīng)用是必要的，從而針對(duì)單領(lǐng)域的仿真模塊展開分析，進(jìn)行必要性的聯(lián)系，保證其仿真體系的健全。這需要展開相關(guān)工作模塊的協(xié)調(diào)，保證機(jī)械系統(tǒng)的整體方案的優(yōu)化，進(jìn)行液壓系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。在前面章節(jié)已經(jīng)將在solidworks建立好的模型導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，本章要對(duì)機(jī)械臂擺動(dòng)液缸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程，以及整體機(jī)械臂的起升運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行機(jī)液聯(lián)合仿真。

3 結(jié)束語

通過對(duì)斜直井鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與理論模塊的優(yōu)化，更有利于現(xiàn)階段斜直井鉆井工作的開展，提升鉆機(jī)管子處理系統(tǒng)的效益。

參考文獻(xiàn)

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