石油鉆井中的液壓技術(shù)分析

安海亮

摘 要：鉆井機(jī)械是石油勘探領(lǐng)域中的重要設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加大了我國對于石油資源的需求，做好鉆井機(jī)械的研發(fā)和應(yīng)用對于提高石油資源的勘探和開采有著極為重要的推動(dòng)作用。鉆井機(jī)械需要長時(shí)間在野外復(fù)雜、多變的環(huán)境下工作，加之鉆井機(jī)械在工作的過程中具有能耗大、高速重載的特性，在鉆井機(jī)械的結(jié)構(gòu)中多采用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞和驅(qū)動(dòng)。應(yīng)用于鉆井機(jī)械中的液壓技術(shù)利用其體積小、能耗小、傳動(dòng)平穩(wěn)、慣性小和操控方便等的特點(diǎn)為越來越多的鉆井機(jī)械所青睞與應(yīng)用。本文將在分析液壓技術(shù)特點(diǎn)基礎(chǔ)上對液壓技術(shù)在鉆井機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：鉆井機(jī)械；液壓技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在現(xiàn)今的鉆井機(jī)械中液壓技術(shù)應(yīng)用所占的比重在逐年增加，液壓技術(shù)以其良好的應(yīng)用特性在鉆井機(jī)械中發(fā)揮著越來越重要的作用。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)液壓技術(shù)能夠更好、更高效的實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸和鉆井機(jī)械中一些承載承壓部件的驅(qū)動(dòng)。本文將就液壓技術(shù)在鉆井機(jī)械中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析介紹。

1 液壓技術(shù)在鉆機(jī)盤式剎車系統(tǒng)的應(yīng)用

鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)主要由液壓站、剎車執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等幾大部分所組成。液壓站為鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)提供剎車動(dòng)力，操作臺(tái)控制鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)的制動(dòng)作業(yè)，而盤式剎車則為鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)的剎車執(zhí)行部分，鉆井機(jī)械盤式剎車機(jī)構(gòu)的組成部分主要由剎車鉗、鉗架、剎車盤等幾部分組成。剎車鉗根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式又分為常開式和常閉式安全鉗兩大類。鉆井機(jī)械工作時(shí)發(fā)生以下情況將會(huì)進(jìn)行剎車制動(dòng)：（1）工作制動(dòng)，這一制動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)時(shí)通過對剎車閥進(jìn)行電控調(diào)節(jié)可以對剎車工作鉗的制動(dòng)壓力、剎車力矩進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)用以滿足多種不同工況下的制動(dòng)需求。（2）緊急制動(dòng)。在緊急制動(dòng)下鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)中的工作鉗、安全鉗將在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下全部進(jìn)行剎車制動(dòng)。除了上述兩種重要的制動(dòng)方式外，鉆井機(jī)械在工作中還存在著過卷保護(hù)制動(dòng)、駐車制動(dòng)、誤操作保護(hù)制動(dòng)以及低壓保護(hù)制動(dòng)等。對于鉆井機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)的非正常制動(dòng)需要結(jié)合制動(dòng)報(bào)警信息查找故障原因并予以排除，確保鉆井機(jī)械的安全運(yùn)行。

2 液壓技術(shù)在鉆井機(jī)械系統(tǒng)中的機(jī)具和輔助機(jī)具中的應(yīng)用

應(yīng)用于鉆井機(jī)械機(jī)具和輔助機(jī)具采用電液系統(tǒng)，通過采用精確的電控系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)具的精確控制。以液壓貓頭為例，液壓技術(shù)應(yīng)用于鉆井機(jī)械的機(jī)具中時(shí)最早是應(yīng)用于液壓貓頭的控制，隨著電液技術(shù)的發(fā)展使得液壓貓頭的自動(dòng)化控制程度不斷提高，現(xiàn)今的液壓貓頭的控制采用的是拉力、速度可調(diào)可控的比例控制閥組，以使得上扣、卸扣作業(yè)對于液壓扭矩的精確控制得以實(shí)現(xiàn)。組成液壓貓頭的電液控制系統(tǒng)主要由電控單元和液壓控制閥組所造成。電控單元通過輸出比例電壓信號(hào)經(jīng)過比例放大器后經(jīng)過功率放大輸出控制電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)比例閥組控制線包來對液壓閥組進(jìn)行控制。

3 液壓技術(shù)在鉆井機(jī)械井架、底座起升方面的應(yīng)用

液壓技術(shù)在鉆井機(jī)械井架、底座起升方面的應(yīng)用有效的改變了傳統(tǒng)鉆井機(jī)械穿繩起升下放的方式，從而使得鉆井機(jī)械的安裝和移動(dòng)時(shí)間大為減少。以自升式套裝井架起升裝置為例，自升式套裝井架的起升動(dòng)作依靠的是兩組分布在自升式套裝井架兩側(cè)的液壓絞車來牽引固定在自升式套裝井架基段上的2組滑輪組來實(shí)現(xiàn)的。2組起升滑輪組升降時(shí)必須要具有良好的同步性，在液壓系統(tǒng)工作時(shí)的同步控制上具有多種控制形式，根據(jù)控制系統(tǒng)所使用的液壓控制元件的不同可以分為流量和體積控制兩大類。在最初的自升式套裝井架液壓起升裝置中采用分流集流閥的方式來實(shí)現(xiàn)2組滑輪的同步控制，自升式套裝井架的起升、下降由一組多路閥來對其進(jìn)行同步控制。通過在雙向油路中加裝同步閥用以控制兩油路控制閥的開口大小。實(shí)現(xiàn)2油路油量的精確控制。

在采用分流集流閥來進(jìn)行同步控制時(shí)會(huì)受到液壓油清潔度、液壓油溫度以及液壓油流量大小等因素的影響而導(dǎo)致同步精度受到一定的偏差，理論上來說采用分流集流閥所產(chǎn)生的誤差在2%以內(nèi)，但是在實(shí)際的工作中采用分流集流閥進(jìn)行同步度控制時(shí)受到液壓馬達(dá)排量、容積效率以及液壓絞車滾筒纏繞精度偏差等因素的影響致使同步度會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。為確保提升同步精度，在液壓系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)中需要加入手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置用以調(diào)節(jié)兩液壓馬達(dá)供油量恢復(fù)兩液壓馬達(dá)的同步。

在自升式套裝井架工作過程中如自升式套裝井架2組提升裝置的同步偏差超過±20mm時(shí)將極易造成自升式套裝井架與基段導(dǎo)軌卡死。為避免這一故障的產(chǎn)生需要在自升式套裝井架液壓提升系統(tǒng)的控制上采用電液閉環(huán)同步控制系統(tǒng)確保自升式套裝井架提升的高精度。在自升式套裝井架起升裝置采用電液閉環(huán)同步控制系統(tǒng)時(shí)將使用液壓馬達(dá)來對自升式套裝井架的起升速度和精度進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。電液閉環(huán)控制系統(tǒng)中兩液壓馬達(dá)的輸出調(diào)節(jié)依靠的是安裝在自升式套裝井架提升滑輪組上的旋轉(zhuǎn)編碼器所反饋的信號(hào)來對自升式套裝井架的提升高度來進(jìn)行定位的。

旋轉(zhuǎn)編碼器所反饋的位置偏差反饋至閉環(huán)控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)依據(jù)反饋信號(hào)的偏差來調(diào)節(jié)電磁換向閥開口量的大小用以消除自升式套裝井架起升系統(tǒng)所產(chǎn)生的同步偏差。自升式套裝井架起升控制系統(tǒng)所采用的兩液壓馬達(dá)速度采用同步閥來進(jìn)行同步控制，兩電磁換向閥與控制系統(tǒng)所構(gòu)成的自升式套裝井架起升閉環(huán)同步調(diào)節(jié)將能夠?qū)ψ陨教籽b井架的起升進(jìn)行良好的同步控制，對于液壓系統(tǒng)對自升式套裝井架的同步提升誤差可以控制在±5mm的誤差范圍內(nèi)，用以保障自升式套裝井架提升裝置的良好運(yùn)行。

4 液壓技術(shù)應(yīng)用于鉆機(jī)系統(tǒng)的快速運(yùn)移動(dòng)

鉆機(jī)在運(yùn)行的過程中為滿足從式井的需求需要進(jìn)行短距離的整體位移，鉆井機(jī)械設(shè)備自身體積龐大、重量重，傳統(tǒng)的鉆機(jī)短距離位移采用先拆卸后安裝的方式耗時(shí)耗力，不利于鉆機(jī)生產(chǎn)效率的提升。通過將液壓技術(shù)應(yīng)用其中將能夠?qū)崿F(xiàn)鉆機(jī)整體短距離、高穩(wěn)定性的快速位移。以液壓技術(shù)為基礎(chǔ)的鉆機(jī)平移方式主要有：步進(jìn)式、列車式和滑軌式等幾種。步進(jìn)式鉆機(jī)平移裝置主要是由液壓裝置、頂升油缸、滑車以及平移油缸等幾大部分所組成，其在工作時(shí)采用的是整體推拉或是一推一拉的工作方式，結(jié)構(gòu)簡單、成本低能夠應(yīng)用于大多數(shù)鉆機(jī)的短距離平移。采用步進(jìn)液壓系統(tǒng)來推動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行短距離平移時(shí)，液壓平移裝置利用其自身的頂升油缸頂起鉆機(jī)，而后利用平移推動(dòng)油缸來推動(dòng)鉆機(jī)在水平距離上進(jìn)行一段距離的平移，待到鉆機(jī)移動(dòng)到指定位置后頂升油缸下降放下鉆機(jī)，如所需移動(dòng)的距離較遠(yuǎn)可重復(fù)上述移動(dòng)控制方式來推動(dòng)鉆機(jī)在水平范圍內(nèi)進(jìn)行位移。

結(jié)語

液壓技術(shù)在鉆機(jī)系統(tǒng)中有著極為重要的應(yīng)用，尤其是現(xiàn)代液壓技術(shù)與電子控制技術(shù)相結(jié)合所發(fā)展起來的電液控制技術(shù)使得液壓系統(tǒng)的控制性能得到了極大的提高。液壓技術(shù)以其良好的傳動(dòng)性、系統(tǒng)性將會(huì)在未來的鉆機(jī)中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是電液控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用將使得鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的整體自動(dòng)化程度得到較大幅度的提升，使得鉆機(jī)能夠更好地完成相關(guān)作業(yè)。本文在分析液壓技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對液壓技術(shù)尤其是電液技術(shù)在鉆機(jī)機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行了分析介紹。

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