机械臂型管柱处理体系设计与仿真分析

《机械臂型管柱处理体系设计与仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、机械臂型管柱处理体系设计与仿真分析第一章绪论1.1课题研究的背景及意义　　机械臂型管柱处理体系设计与仿真分析第一章绪论1.1课题研究的背景及意义从发现油气井至今，石油天然气的主要开采方式是钻井开采。定向钻井技术是使井眼沿着预先设计的井眼轴线即井眼轨迹钻达预定目标的钻井技术。定向钻井技术能够节约用地、增加油藏泄油面积、降低开发成本、提高油气产量、提高经济效益。水平井技术是以定向井技术发展为基础发展起来的油气藏开发技术，井眼轨道在进入探测油层后，以水平状态或近似水平状态延伸到目的层，油井水平穿透油层，可以有效的增加油层的泄油面积，能够给油田带来良

2、好的经济效益。在石油和天然气的开发中，存在很多因素影响经济效益，其中与生产技术相关的因素有投资、油气产量和开采成本，三者之间有内在的联系，因此合适的开采技术会给油田带来好的经济效益。由于水平井的投入成本比较高，根据油气区块的特点有些需要使用水平井技术开采，有些需要定向井技术开采，还有两项技术综合使用效益更明显[1]。斜直井是定向井的一种，使用斜井钻机完成的钻井。斜直井的作业工序相对较少，具有起下钻频率低等特点。斜直井筒与地层的接触面积相对较大，流体入井的流动阻力减少，可以提高油气井的产能。目前斜直井钻机的应用较多，因此斜直井钻井技术的发展对油

3、气田的开采有重要意义。我国对石油钻机的研制过程，影响它发展的因素主要是钻探深度、钻机的有效使用年限、钻机的结构形式和市场有效需求等。在我国，钻机的主要形式是撬装式钻机。而对于车载式的自动化钻机应用较少，车载式钻机搬迁、移运方便，更适合高原、荒漠以及湿地地区，车载式自动化钻机的发展体现了高效率、人性化的生产方式[2]。本文设计的是机械臂旋转移运型管柱处理系统，是为齿轮齿条斜直井钻机配备的一种自动化管柱处理装置。该齿轮齿条斜直井钻机是车载式液压驱动的自动化钻机，钻机工作过程中只需要两到三个工人，钻机的自动化程度较高。钻井过程中起下钻频繁，这种齿轮

4、齿条钻机由四个液压马达驱动，能够快速的完成管柱的起下工作，顶部驱动在钻进过程中具有较强的提升能力和加压能力，操作精确，管柱在动力水龙头、液压钳以及管柱处理系统的辅助配合下完成管柱的上卸扣，提高了钻井效率。由于钻井工作需要频繁更换钻头，起下钻柱占用大量工作时间，复杂工序的管柱处理方式使得钻机整体自动化水平降低，因此钻井设备的自动化、机械化主要是管柱处理系统的自动化程度，考虑钻井工作环境、钻井工人的劳动强度以及生产安全等因素，设计了一种机械臂旋转式管柱处理系统，机械臂上机械手可以有效的完成多种管柱（钻杆、钻铤、套管）在钻井工作中的排放工作，这种旋

5、转式机械臂能够准确定位管柱上卸扣位置和管柱排向管柱盒时的位置，工作过程简捷，夹持管径范围大，与我国传统的管柱处理机械相比更高效、稳定。1.2管柱处理系统的国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外的钻机发展较快，机械化水平高，国外在管柱处理系统方面已取得了较为显著的成果。全球具有领先水平的钻具公司是美国NationalOil-ost公司和美国HorizontalS/Hydraulics模块的机械臂液压系统.........424.3机械臂起升系统的机液联合仿真......474.4本章小结....50第五章机械臂起升液压系统的优化分析.....

6、...515.1优化目的及ADAMS参数化分析方法....515.2机械臂起升液压系统优化......525.3本章小结....54结论根据钻井工艺分析斜直井钻机特点，提出了一种配备在齿轮齿条斜直井钻机上的机械臂式管柱处理系统方案。完成了机械臂管柱处理系统的详细设计，通过动力学分析软件ADAMS对机械臂系统进行运动学和动力学分析，并使用ADAMS/Hydraulics模块对机械臂起升系统进行了机液联合仿真以及优化仿真，取得的主要成果有：1．在详细研究国内外钻机管柱处理系统的基础上提出了满足齿轮齿条斜直井钻机总体设计的管柱处理系统方案。2．根据

7、钻机总体设计参数，对机械臂组成零部件进行详细计算，使用SolidS分析了机械臂起升、机械手开合夹紧管柱和距离补偿机构起升的运动特性和力学特性，验证了设计数据和校核计算数据选用的正确性，同时为液压系统参数选择提供依据。4．设计了驱动机械臂的液压系统，根据液压系统原理图运用ADAMS/Hydraulics模块对机械臂起升系统进行机液联合仿真，得出在恒流量泵的驱动下机械臂空载、负载工况下起升、制动悬停和下行过程中的动力特性曲线，其液压系统设计基本满足了机械臂的工作要求。5．ADAMS/Hydraulics模块与ADAMS/VieS提供了三种参数化分

8、析方法，为研究机械臂中液压系统对起升速度的影响，选择ADAMS中的设计研究参数化分析方法，研究单向节流阀开口度对机械臂起升速度的影响，得出了不同速度下的单向节流阀开