基于IWOA-双向LSTM的绞车滚筒可靠性分析

绞车滚筒作为钻机的重要组成部分,在运行中应保持良好的性能稳定性,对其进行可靠性分析十分必要。为此,采用哈默斯雷采样方法,对传统7000 m绞车滚筒的设计变量在Isight平台通过SolidWorks、ANSYS、MATLAB联合进行灵敏度分析,利用蒙特卡洛模拟法对输入变量进行抽样,搭建IWOA-双向LSTM模型对绞车滚筒可靠性进行预测。研究结果表明:IWOA-双向LSTM可靠性预测模型预测精度远远超过了传统的可靠性预测模型,其结合蒙特卡洛模拟法可对绞车滚筒的关键参数如耐久应力和疲劳寿命等进行估计,以此得到绞车滚筒理论的工作应力区间及其使用寿命,从而为绞车滚筒的运维及安全稳定运行提供有力保障。研究结论可为钻采设备的可靠性分析提供一种新方案。

基于故障树的绞车气控系统故障诊断研究

部分交流变频绞车工作过程中常出现故障,目前对此无系统的诊断方法,基于此现状及需求,提出了基于故障树分析问题的方法。以JC70DB交流变频电驱动绞车气控系统的常见故障为模型建立故障树,进行定性和定量分析,结合计算结果与现场实际给出诊断顺序,为绞车工作过程中气控系统故障排查和后期维护保养提供理论依据。

基于故障树的石油钻井绞车故障自诊断技术研究应用

石油钻井绞车是钻采设备中最重要的部机之一,绞车出现故障会严重影响钻井效率,甚至出现严重的安全事故。该文采用故障树分析法,结合绞车的工作原理和故障出现的机制建立故障树,并利用故障树判定故障部位以及故障产生的原因,同时结合绞车气控原理对故障问题进行优化,列出了绞车故障自诊断系统信号逻辑对应关系,为绞车故障自诊断系统的设计和实现提供参考依据。

钻机绞车对交流变频电机特性要求的分析探讨

通过分析单速绞车对电机性能的要求,研究了单速绞车提升特性与电机曲线的匹配方法;进而拓展到双速绞车提升特性与电机曲线的匹配;根据理论分析发现,采用双速绞车并提高电机功率,能够有效地提高钻井绞车的提升性能。设计时应参照电机的效率曲线以提高绞车使用的经济性能。研究结果可为交流变频钻井绞车的设计和使用提供理论依据。

永磁同步电机在深井钻机绞车提升系统中的应用与分析

绞车作为深井钻机提升系统的主要动力设备,其设计的先进性对钻机整体的性能、效率及成本控制均有着重要意义。目前国内外普遍采用异步变频电动机和齿轮减速箱作为绞车传动装置,该机构存在低速(恒压、恒速钻进)不稳定、结构复杂、维护工作量大、能耗成本高等问题。本文在现有钻机提升动力设计技术的基础上,提出了一种永磁同步电机在深井钻机绞车提升系统中的设计方案及其应用案例。根据永磁同步电机自身特点设计了一种无减速箱的双电机直驱系统,基于矢量闭环控制技术设计了相应的电控系统,在实际施工现场对其典型运行特性进行了测试分析,与同井场、同型号传统电动钻机的能耗对比分析表明,永磁同步电机绞车具有结构更为简单、维护及能耗成本更低的特点。

直驱电动机自动送钻技术研究

针对钻机主电动机自动送钻过程中存在的复杂问题,结合直驱绞车的工作特点,设计了4种自动送钻控制方式。通过理论分析和现场试验之间的对比,证明试验效果和理论分析比较吻合,进一步丰富和完善了自动送钻的控制方式。

半主动式钻井绞车升沉补偿系统

为了简化海洋钻井绞车升沉补偿系统的结构、降低主动式绞车补偿系统的能耗,通过系统结构设计、系统建模、内模PID鲁棒位移控制器设计等,设计了一种半主动式海洋钻井绞车升沉补偿系统,并通过非线性时域仿真与实验研究对系统进行了验证。系统结构设计实现了升沉补偿与自动送钻两种运动的解耦控制,降低了系统能耗。系统建模时采用质量集中法和能量守恒原则对系统进行了简化。提出了外环大钩位移闭环与内环电机转速闭环的双层控制方案,设计了外层内模PID鲁棒位移控制器,内模控制在模型匹配与模型失配情况下的稳态偏差均为零,滤波器时间常数越小动态性能越好、抗干扰能力越强。仿真模拟和实验研究的补偿率均在90%以上,补偿效果良好,系统具有可行性。

海洋钻机补偿绞车能耗计算与实验测试

为了优化半主动式补偿绞车的结构、验证该系统的节能及补偿效果,对万米钻井补偿绞车的功率及能耗进行了计算与数值仿真。结果表明：主动式补偿绞车主要克服钻柱负载与传动效率损失;半主动式补偿绞车主要克服传动效率损失、传动系统惯性与被动液压马达扭矩波动。综合考虑能耗、钢丝绳寿命、强度等因素,优化了半主动式补偿绞车的电-液驱动方案与关键结构参数,该系统相对于主动式补偿绞车的节能效果明显。研制了一套载荷2.3 t的补偿绞车原理样机,实验结果表明：绞车补偿的控制效果良好,峰值功率、能耗的变化规律与理论分析基本一致;随补偿幅值的增大,半主动补偿相对于主动补偿节能46.5%～26.7%;补偿载荷越大、传动惯性越小、传动效率越高,节能效果越明显。

主动式海洋钻井升沉补偿绞车设计与仿真研究

研究海洋钻井优化控制问题,由于绞车与液压缸升沉补偿系统应共同完成,液压缸升沉补偿系统的初始投资与维护费用很高,而液压缸的最大行程等于所能补偿的最大升沉位移,导致当钻井平台的升沉位移超过液压缸行程时系统失效。为降低钻井成本、提高补偿位移的范围,提出一种主动式海洋钻井升沉补偿绞车方案,通过直接控制电动绞车正反转来实现补偿,从而将升沉补偿功能集成到绞车上,省去了液压缸补偿系统。然后建立逼近实际系统的补偿绞车控制模型。最后通过对模糊算法与传统PID控制性能的仿真对比,结果表明,前馈-模糊-PI控制器性能好,补偿效率满足工作要求,并证明补偿绞车方案是可行的,为系统的开发提供了依据。

交流变频电驱动钻机起升系统的模拟

为了进一步探讨交流变频电驱动钻机起升系统的动态特性,采用ADAMS仿真软件,对ZJ30/1700DB型交流变频电驱动钻机起升系统进行了模拟计算与分析。建立了系统模拟模型,分别对基本载荷、考虑钻柱和井壁摩擦时的钻机起升系统以及考虑系统弹性时的钻机起升系统进行了动态模拟,得到了大钩载荷、大钩速度以及绞车滚筒角速度的模拟结果,并通过模拟得到了起升系统起升过程的动载系数。模拟结果表明:钻机在起升过程中存在着动载,动载系数随着起升条件的改变而改变;在起升过程中由于钻柱与井壁产生摩擦,使起升过程的平稳性变差,使大钩载荷增加,滚筒、大钩速度呈现出明显的不均匀;考虑起升系统弹性后整个系统在起升过程中振动增大,在实际控制过程中必须要认真对待;控制系统的灵敏性、准确性也影响起升系统的动载系数。为减小起升时的动载系数,可采用直接控制电机特性的方法,有效减小起升动载荷。模拟结果对进一步继续深入研究电驱动钻机及其绞车特性和产品设计都具有一定的参考价值。

基于传递函数方法电动钻机起升系统的理论分析

应用多自由度弹性振动的分析方法,建立了ZJ30DB型交流变频调速电驱动钻机起升系统的理论模型并得到了其动力学微分方程组,采用传递函数的方法得到了数值解及仿真结果。结果表明,ZJ30DB型交流变频电驱动钻机起升系统具有较好的起升特性,能满足起升过程的要求,钻机起升加速时间约3 s。理论分析得到的钻机起升系统动载系数为1.98,而现场实测得到的起升动载系数为1.34。二者产生差别的原因在于理论模型的误差、钻机本身具有的软特性和人为操作因素等。理论分析和试验结果对进一步深入研究电驱动钻机及其绞车特性和产品设计都具有一定的参考价值。

钻井机械模块化设计研究

以模块化设计理论为基础，论述了用该理论设计钻井机械的基本思路。按总体功能将钻井机械分解成一些具有特定功能的模块。提出了用面向对象的框架结构实现模块库知识表达的方法，针对面向对象的Ｃ＋＋语言介绍了模块化设计时的知识组织策略，以及建立模块库所要补充的几个类定义。给出了模块化设计钻井绞车的一个实例。

海洋钻井绞车补偿系统技术分析

介绍了海洋钻井绞车补偿系统特点、补偿原理、动力配备、电机选型等。该绞车除具备常规的提升下放功能外,还具有主动补偿功能,可解决浮式海洋平台升沉对钻井作业的影响;该方案可替代其他类型的专用升沉补偿装置,具有传动简单、钻井效率高等优点,可减轻整个平台的质量,减少占用空间,减小投资成本。海洋钻井补偿绞车集绞车和补偿装置功能于一身,可广泛应用于浮式钻井平台。

6000hp石油钻井绞车技术分析

为了满足国内第1台钻深12000m钻机的配套需要,研制开发了4410kW(6000hp)石油钻井绞车。介绍了6000hp石油钻井绞车的传动方案及结构形式,对绞车提升性能进行了分析,同时分析了绞车模块化、高速大功率齿轮减速箱、超大型绞车滚筒体、液压盘式刹车以及电动机等关键技术。厂内试验表明,该绞车滚筒转速最高为250r/min,噪声低于90dB,轴承温升及油池温升均不高于40℃,无漏油现象,控制阀件灵敏可靠。试验结果基本达到最初的设计要求。

JC-90DB两挡齿轮传动单轴绞车设计分析

针对我国首台JC—90DB一挡齿轮传动单轴绞车输入转速高、配备功率大、提升空吊卡钩速较低等问题,研制了JC—90DB两挡齿轮传动单轴绞车。该绞车由主传动系统及自动送钻系统构成。介绍了其传动方案和技术参数,分析了其钩速-钩载曲线。与JC—90DB一挡绞车相比,配备功率由3200kW降低到2400kW,绞车最高输入转速由2800r/min降低到2300r/min,而钩速由原1.5m/s提高到1.85m/s,有效地延长了电动机、变速箱等部件的使用寿命,该绞车具有广阔的市场前景。

JC—70DB单轴绞车的设计研究

国内生产的变频绞车受功率偏小 ,速度范围较窄以及变频电动机性能还不够完善等方面的限制 ,导致其应用范围有限 ,发展速度较慢。为此 ,研制了JC— 70DB新型交流变频齿轮传动单轴绞车。该绞车由 2台交流变频电动机驱动 ,功率大 ,变频调速范围宽 ,可在 0～ 14 0Hz范围内平滑调速 ,最高转速达 2 80 0r/min ;绞车集机、电、气、液为一体 ,采用先进的交流变频(VFD)控制系统 ,触摸屏显示 ,全数字控制等新技术 ,自动化及智能化水平高。JC— 70DB单轴绞车从设计思路和设计方法上彻底改变了传统的思维模式 。

液压盘式刹车在修井机中的应用

综述了液压盘式刹车的特点和研究现状,对其在修井机中的应用作了探讨。介绍了目前修井机绞车刹车系统的研制现状。液压盘式刹车与传统的带式刹车相比,前者的刹车力矩大、刹车敏感性高、易于操作、安全可靠、维护方便,已经广泛应用于钻井绞车中,在修井绞车中的应用前景也非常广泛。

JC-90D型绞车的设计分析

重点介绍了JC-90D型绞车的技术方案、结构、性能特点、主要技术参数。该绞车采用3台主电机通过动力并车驱动绞车,首次在直流电驱动绞车上配置小交流变频电机自动送钻装置,捞砂滚筒首次采用液压盘式刹车。绞车具有技术比较成熟、电传动简单、钻井效率高、能耗低、性价比高等优点,可广泛应用于陆地和海洋钻机上。

半主动式补偿绞车的液压试验系统

为了检验半主动式补偿绞车的控制性能与节能效果,根据相似理论研制了补偿绞车原理样机及其液压试验系统,主要包括升沉模拟液压系统、负载模拟液压系统、1∶5缩尺的补偿绞车原理样机,分别实现了造波、加载、升沉补偿与自动送钻等试验功能。开发了电控系统,升沉补偿采用大钩位移闭环,自动送钻采用负载压力闭环,电机采用带速度反馈的矢量控制模式。最后通过试验模拟了补偿绞车原理样机的升沉补偿过程、自动送钻过程以及二者的联动过程,测试了补偿绞车的控制性能及液压蓄能节能效果。试验结果表明:补偿绞车的控制效果良好,半主动补偿方式相对于主动补偿方式有明显的节能效果。

绞车滚筒轴密封结构改进

针对绞车滚筒轴漏油问题,分析了传统密封结构的缺点,设计了结构简单、无机械磨损、经久耐用的新型迷宫式机械密封结构。现场使用表明,密封性能可靠,能够有效解决绞车滚筒轴漏油问题,使钻井作业满足HSE要求。