海洋钻井平台立根自动连接系统的设计与优化

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1、石油机械2011年第39卷第2期CHINAPETR0LEUMMACHINERY．．设计计算海洋钻井平台立根自动连接系统的设计与优化尹晓丽张中慧牛文杰史继东闫成新贺庆强。余焱群(1．中国石油大学胜利学院2．胜利油田分公司采油工艺研究院3．中国石油大学(华东)4．建湖县鸿达阀门管件有限公司)摘要顶部驱动钻井系统以立根为单元进行钻进，但立根的连接在国内尚没有成熟的技术来实现，使立根的连接和顶驱钻进不能同步进行。为此，分析了国内外海洋钻井平台钻井船用立根连接系统的发展现状，设计了用于海洋钻井平台的立根自动连接系统。该系统主要由钻杆排放架、钻杆输送机构及立根连接机构组成。利用ANSYS有限元

2、软件对系统及关键部件进行了有限元分析，分析结果表明，系统结构可靠，稳定性好，满足系统长期运行的需要。关键词钻井平台钻杆传送立根连接有限元分析结构优化顶部驱动钻井¨是20世纪80年代发展成熟达、输送块和导轨组成，负责钻杆的输送；拆装机起来的一项新技术，进入20世纪90年代，顶部驱械手安装在输送机的中部，负责连接和拆卸钻杆；动钻井技术已取代传统的转盘及方钻杆钻井技术，举升臂安装在输送机的前部，液压缸举升臂绕支点成为主要的钻井方法。顶部驱动钻井系统以立根为旋转来举升立根，当举升到指定高度时，南井架上单元进行钻进，在钻井开始之前，必须先将立根接的提升系统提升立根至钻台E6。。这种类型的立根

3、好，然后才能利用顶驱进行钻进，立根的连接和顶自动连接系统存在的问题主要体现在：①钻杆连接驱钻井不能同步进行，这极大地延长了钻井周期，成为立根在平台甲板上进行，占据较大的钻井平台降低了钻井效率J。据统计，海洋平台连接单根空间；②将3倍于钻杆长度的立根提升到钻台，对时间占钻井全部时间的12％～20％。因此，安全海洋平台的井架高度提高了要求；③该系统对结构快速、稳定高效、作业连贯的立根连接系统是保证件受力状态和控制精度都有严格要求，实现难度钻井平台整体安全稳定的前提条件，同时也是提高大。同内，关于立根的自动连接技术正处于研究阶海上钻井作业效率、降低成本的重要措施J。随段，尚没有查阅到相关

4、技术和产品的完整报道。着顶部驱动钻井系统在海洋钻井平台和陆地钻机上的普及，稳定高效的立根自动连接系统的研究丁作2立根自动连接系统势在必行。2．1结构1国内外发展现状在国外立根自动连接系统研究的基础上，开发了一套适用于海洋钻井平台的立根自动连接系统。目前，在全球石油钻井机械的制造商中，只有系统结构如图1所示。为数不多的几家公司开展了立根自动连接系统的研该立根自动连接系统主要由3部分组成，即钻究，以下简单论述一下国外立根自动连接系统的设杆排放架、钻杆输送机构和立根连接机构。钻杆排计思路。放架位于钻杆输送系统的一侧，由排放架和拨又机国外的立根连接系统南钻杆拨又、输送机、拆构组成，用于钻杆

5、的排放(见图2)。钻杆自动输装机械手和举升臂等机构组成。钻杆拨又负责将钻送机构由输送机、导轨和2个护丝机构(见图3)杆从排放架上传送到输送机上；输送机由液压马组成，护丝机构安装在输送机上，并沿着导轨在输基金项目：山东省科技攻关项目“海洋石油钻机自动排放装置”(2009GG1005003)。一28一石油机械2011年第39卷第2期送机上滑动，实现钻杆的输送。立根连接机构南支态；上部夹具手下降，抓取下部夹具手提升上来的撑架、导轨、夹具手(2个)、滑轮(见图4)、液钻杆继续提升，此时护丝机构回位，输送第2根钻压大钳和液压绞车组成。液压绞车钢丝绳穿过滑轮杆；当第2根钻杆输送到支撑架下方时，

6、下部夹具提升夹具手(见图5)沿着导轨在支撑架内上、下手下降提升第2根钻杆，提升至垂直位置后，下部运动，以实现钻杆的提升和下放。该机构既可以把夹具手调整第2根钻杆，使其内螺纹和第1根钻杆单根连接为立根，也可以把立根拆卸成单根并排放的外螺纹扣合，同时保证其下端落进支撑架下方的到钻杆排放架上，是立根自动连接系统的核心部分。钻杆洞内，实现2根钻杆的接箍扣部分正好位于钻台上的液压大钳钳口内部，然后液压大钳前移上扣，至此完成双根的连接任务。依此类似连接第3根钻杆，这样便完成了立根的连接。立根的拆卸过程与此相反。立根的连接和拆卸流程如图6所示。二_～

7、羁lL一图1立根自动连接系统简图1一液压大钳

8、；2一滑轮；3一上部支撑架；4一导轨；5一上图4滑轮结构图下支撑架连接机构；6一上部夹具手；7一下部夹具手；1、4一支架；2一滑轮；3一滑轮轴；5一滑轮轴承端盖；6一螺栓；7一螺母；8一垫片；9一圆8一下部支撑架；9一钻杆；10一钻杆自动输送机构。柱螺钉；l0一弹簧垫片；11一圆锥滚子轴承；12一油杯；13一天车轮轴套；14一毡罔油封；15一隔环。图2钻杆排放架和钻杆自动输送机构图5夹具手结构图1液压缸；2一活塞；3一支座；4一螺栓；5一销轴；6一连杆；7一夹具手爪；