轨道式铁钻工旋扣钳动态特性分析

旋扣钳是轨道式铁钻工的重要组成部分,其受力和运动特性对整机性能有重要影响。提出一种新型轨道式铁钻工旋扣钳,建立旋扣钳力学模型,利用ADAMS软件对其进行力学特性分析。随后,利用机构的结构分析与综合方法对旋扣钳关键铰点进行运动学分析。研究结果表明:旋扣钳在旋扣过程中的接触力与驱动力均在允许范围内,证明旋扣钳结构设计的合理性;建立旋扣钳关键铰点的位移方程、速度方程以及加速度方程,继而得到偏转角α2的活动范围为5°~76°、α3的活动范围为14°~85°以及α4的活动范围为0°~65°。

夹紧力和摩擦系数对旋扣钳上扣的影响

为了研究夹紧力和摩擦系数对旋扣钳上扣过程中钻杆应力分布的影响,采用有限元分析方法对Φ139.7 mm×9.17 mm钻杆进行了非线性问题的弹塑性力学有限元模拟分析,得到上扣过程中钻杆的应力大小及分布规律,最大夹紧力及摩擦系数对钻杆应力的影响。结果表明,旋扣钳上扣过程中钻杆径向单元层的应力值呈现上下波动规律,内外壁的应力大于中间单元层,钻杆的最大应力出现位置和最大应力值是动态变化的,应力危险点转移到了滚轮与钻杆接触位置,最大应力出现位置也由未旋转时的外壁转移到了内壁,且最大应力值有所增加;滚轮旋转一周过程中,钻杆始终呈椭圆形,且钻杆的椭圆度是动态变化的,其值在1%至2.4%之间波动;当夹紧力为150284 N时,滚轮与钻杆接触位置虽有应力集中现象,但最大等效应力尚未超过钻杆材料的屈服强度。经过仿真发现,钻杆的最大夹紧力为190300 N;当夹紧力为150284 N时,改变摩擦系数对钻杆的最大von-Mises应力值有一定影响,当摩擦系数从0.15增加到0.27时,最大vonMises应力值增大,但最大von-Mises应力值的增量不大。

伸缩臂式铁钻工旋扣钳的设计研究

旋扣钳既可作为一种旋扣工具单独使用,也可以作为铁钻工的一个部件与冲扣钳一起完成旋扣功能。在介绍旋扣钳功能及结构原理的基础上,对旋扣钳结构进行了设计,确定了旋扣钳夹持钻头范围和伸缩液缸的行程,具体包括滚子最小开口距离、液压缸最大/最小长度;同时对旋扣钳的自动对中机构进行了设计,参照ST80/IR80铁钻工,确定了旋扣钳连续旋扣扭矩和最大旋扣速度。利用UG NX7.0软件对新设计的旋扣钳进行了运动仿真。仿真结果表明,旋扣钳的各零部件均按照实际上、卸扣工况动作,各零部件在实际工作中不会发生干涉,运动轨迹与预期设计相吻合。

铁钻工旋扣钳的结构设计和运动学分析

针对现有铁钻工旋扣钳在工作时出现的打滑现象,通过机构学分析获得了旋扣钳运动的极限位置,根据现有切径比的理想取值范围,完成了旋扣滚子的优化设计和旋扣马达的选型。在分析旋扣钳结构及工作原理的基础上,对旋扣钳装配模型进行了干涉检查和运动学仿真,运动模拟结果验证了设计的合理性。

一种轨道式铁钻工旋扣钳的研制

轨道式铁钻工旋扣钳是一种旋扣工具,其工作原理是能夹持钻杆本体高速旋转,旋转时带动钻杆整体快速旋上或卸开接头螺纹,它和冲扣钳组合在一起构成了井口机械化工具—"轨道式铁钻工"。文中对轨道式铁钻工旋扣钳的结构、工作原理、技术参数、液压控制原理、电气控制系统及运动仿真等作了详尽的阐述。并结合现场的试验情况阐明了旋扣钳的结构参数设计合理,整体性能先进,布局紧凑,整体安装、拆卸及维护都很方便。同时也指出了该设计为油田工作者带来的好处。

铁钻工旋扣钳升降装置的研制

研制了铁钻工旋扣钳升降装置,介绍了升降装置结构功能及主要技术参数,液压和电控控制系统及装置的研制情况。该装置目前已经完成厂内试验,经试验表明,该升降装置结构合理,自动化程度高,提高了现场的作业效率。

气动旋扣钳滚轮轴的模态分析

随着气动旋扣钳转速的提高,产生振动问题也越来越严重,为优化旋扣钳的动力学性能,对其滚轮轴进行模态分析。首先对滚轮轴进行简化,得出其振动力学模型,通过理论法计算出滚轮轴的第一阶固有频率,然后使用Ansys软件对滚轮轴进行模态分析,获取了滚轮轴结构的固有频率及振型。结果表明:理论计算和软件计算误差为2.8%,证明有限元软件对滚轮轴模态计算的准确性,其结果可以为旋扣钳动力学性能的优化提供了依据。

链条式气动旋扣钳链条破坏原因及其对策

链条式气动旋扣钳的工作链杀破坏的主要原因是使用了吊挂装置而承受了较大的测向载荷。减小或消除这种载荷的措施是改进旋扣钳的吊挂装置。文中以气缸吊挂装置为改进对象，提出一种具体的改进方案。

新型铁钻工旋扣钳夹持力的研究

针对旋扣钳对不同钻具进行拧卸时夹持角的差异性,对钻具半径和夹持角的关系进行了研究分析。得到夹持角后便可以确定旋扣钳在工作状态下的受力关系。通过分析旋扣钳的受力,推导得出油缸推力、夹持力等重要结果。利用所得公式和最大油缸推力对不同直径的钻具进行了实例计算。最后通过ADAMS软件对旋扣钳进行仿真,再次校验了研究的正确性。

铁钻工旋扣钳的设计

针对目前国内铁钻工旋扣钳结构简单、旋扣扭矩小、动作不灵活以及适用的管径范围小等问题,提出了一种大管径、大扭矩旋扣钳的设计方案,重点对旋扣钳整体、夹紧液压缸、液压马达和摩擦轮进行了结构设计,确定了旋扣钳的工作结构,夹紧液压缸承受的最大载荷、内/外径、活塞杆直径和行程等参数,以及液压马达型号和摩擦轮结构。实例计算结果表明,铁钻工旋扣钳各部件结构设计紧凑,主要零件结构安全可靠,能与多种铁钻工配套使用,且夹紧力大,能实现多级调节,适用管径范围广,能满足不同工况下对夹紧力的要求。研究结果可为铁钻工的后续研发工作提供参考。

气动旋扣钳主件动刚度研究

动刚度是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。旋扣钳作为石油钻井平台井口关键设备之一,研究其动刚度,以提高其动力学性能。对气动旋扣钳的主件进行了动刚度研究,通过锤击法来测量气动旋扣钳主件的结构动刚度,得到了气动旋扣钳主件的动刚度曲线。由动刚度曲线得到的前四阶固有频率,与用有限元法模拟计算的前四阶固有频率吻合,误差小于10%。分析动刚度曲线,表明动刚度随频率的变化而变化,激振频率等于固有频率时动刚度最小。研究成果为进一步提高气动旋扣钳的动力学性能提供理论依据。

铁钻工旋扣钳碳纤维滚轮优化与试验

针对现有铁钻工旋扣钳转矩不足、紧扣效率低的问题,对铁钻工旋扣钳滚轮和钻杆的摩擦特性进行研究,分析了铁钻工上、卸扣过程中滚动摩擦力、静摩擦力的影响因素及提高旋扣钳转矩的方法。在此基础上,开展碳纤维滚轮的旋扣摩擦转矩试验研究,得出该材料滚动摩擦、静摩擦转矩相对现有钢制滚轮摩擦转矩可提高50%,旋扣钳滚轮使用该材料对钻杆损伤小、可提高旋扣转矩、提升上卸扣效率的结论。并给出继续优化材料的配方,改善耐磨性,跟踪油田现场应用及优化旋扣钳使用程序的发展建议。

完善中的YQ－300型液压旋扣钳

概要介绍ＹＱ－３００型液压旋扣钳的研制、特点和改进。实践证明，改进后的该钳具有旋扣扭矩大，夹紧机构对钻杆无刻痕损伤，液压系统设计独到。

铁钻工润滑方式的改进与优化

铁钻工是管柱自动化的关键设备之一,该设备日常润滑维护工作量大,因润滑维护不及时出现机械故障频率高的问题。文中以TZG140S型伸缩臂式铁钻工为依托,对部分零件结构进行改进,以递进式集中润滑为基础,结合铁钻工工作状态,优化出适合铁钻工的润滑方案,将原有的人工单点润滑改进为集中润滑方式,实现了半自动化式集中润滑在铁钻工上的应用。同时优化了润滑管线的布局、防护,延长了设备的使用寿命、降低维修费用,减轻了现场的劳动强度,满足现场使用的需求,为后期铁钻工无人化、智能化集中润滑系统的应用提供了技术支持和依据。

伸缩臂式铁钻工的研制

针对目前我国铁钻工研究起步较晚、市场需求量大、钻井作业发展受到限制的问题,研制了适用于φ73.0～ φ247.7 mm钻具的伸缩臂式铁钻工.该铁钻工有3种控制模式,性能先进,布局紧凑,维护方便,能实现上、卸扣“一键式”自动化操作,具有定位精度高、动作连贯、操作灵活、运行平稳等特点,可用于井口和鼠洞作业.现场应用结果表明,伸缩臂式铁钻工上、卸扣速度快,上扣或卸扣1根钻杆的时间由常规的1 rmin缩短为10 s,大大减轻了工人的劳动强度,缩短了作业时间,提高了作业的安全性和可靠性,为钻井作业带来了很大的便利.

TZG20-200GF轨道式铁钻工的设计研究

介绍了轨道式铁钻工的总体结构设计、各个部件的工作原理、整体设计参数、液压系统工作原理、电气系统控制原理。并结合厂内的型式试验和功能试验情况,阐明了轨道式铁钻工的结构参数设计优良,整体运行良好,布局设计紧凑,各个部件安装、拆卸及维护都很方便,同时提高了钻台面的安全性。

IRN-120型铁钻工的研制

铁钻工是集紧扣、旋扣、卸扣于一体的自动化、智能化钻机井口设备。可完成钻具的接、卸扣工作;铁钻工是传统液/气大钳的替代设备,能够快速、可靠地完成钻具的上、卸扣等工作。IRN-120型铁钻工主要由工作钳、伸缩臂架、回转底座以及控制系统等组成。具有操作灵活、维护方便、布置紧凑等特点,可用于井口和小鼠洞作业。IRN-120型铁钻工应用将有助于提高钻井作业效率、降低操作人员的劳动强度,提高操作安全性。

一种轨道式铁钻工的研制

钻井作业过程中,需要频繁地对钻具进行上卸扣动作,上卸扣的速度直接影响整个钻井施工效率,铁钻工替代液压大钳,提高了作业效率,降低了劳动强度。结合海洋钻井平台及国内铁钻工发展的需要,提出一种新型轨道式铁钻工研制方案,通过对轨道式铁钻工的总体结构设计、性能参数、各部机构成、工作原理、液压系统、电气系统、仿真计算等阐述,结合现场使用,解决了海洋钻井平台铁钻工长期依赖进口、维护保养成本高及备件采购周期长等问题,实现了国产替代进口,为进一步拓展海工装备市场奠定了基础。