自动猫道起升系统动力学模型与分析

在对钢丝绳拉升式自动猫道进行现场试验时发现钢丝绳载荷波动明显,无法完成目标重量管柱的起升.为此,分析了钢丝绳拉升式自动猫道的结构与运动特性,并基于达朗贝尔原理建立了自动猫道的动力学模型,采用MATLAB软件进行数值求解并分析了基座上挡块与坡道底端的距离、移送臂与支撑臂的铰接位置、支撑臂长度对钢丝绳载荷的影响,分析得出将基座上挡块调整至坡道底端、合理降低支撑臂长度能有效降低起升过程所需钢丝绳拉力.依据分析结果调整自动猫道结构尺寸后进行现场试验,液压绞车的最大起升油压下降超过2 MPa,自动猫道机起升能力得到提高.该分析与实验结果可为钢丝绳拉升式自动猫道结构设计与优化提供指导.

一种拉升式动力猫道控制系统的研制

目前常用的拉升式动力猫道在安全保护和防碰方面还存在问题。为此,根据猫道的运行工况,结合其机械结构和液压系统特性,设计了一种拉升式动力猫道控制系统。该控制系统在硬件上采用对射式安全光栅提高了系统的安全性,使用防"倒绳"装置解决了在手动操作时容易出现"倒绳"和乱绳的问题;软件上通过优化和完善猫道手动、自动控制程序,并开发防碰功能块,有效避免了猫道与其他钻台设备发生碰撞的危险;另外通过设计开发设备操作记录功能块,为操作人员进行故障排查提供了数据支撑。为了验证系统的稳定性和可靠性,利用ф73. 0 mm钻杆、ф127. 0 mm钻杆、ф203. 2 mm钻铤和ф508. 0 mm套管等4种规格管柱进行了多次厂内试验。试验结果表明:猫道运行稳定、可靠,显著提升了作业效率,降低了工人的劳动强度,提高了作业的安全性。该类动力猫道现已广泛应用于国内各大钻探公司,应用效果良好。

新型直推式动力猫道机的研制

动力猫道机是石油钻井过程中将存放在地面的管柱输送到钻台面的必备设备,也是自动化钻机关键设备之一。传统的动力猫道机在输送管柱时需提升质量达4t的输送架,且需提升输送架后再推送管柱,存在输送效率低、无功能耗高等问题。本文提出了一种直推式动力猫道机,工作时无需整体抬升质量达数吨的输送架,采用小车直接推动方式将管柱从钻台下方直接推送至钻台面,从而提高管柱输送速度与效率,降低能耗。文中对直推式动力猫道机总体技术方案及参数、机械结构进行研究与详细设计分析,研究制定了直推式管柱输送工艺流程,并对关键件进行了受力分析与计算,根据计算结果及性能要求,开展了液压系统、动力控制系统设计研究。通过试验及性能测试,在适应钻台高度10.5m时最快管柱循环输送速度达到44s/根,同比提高50%,系统装机功率仅为35kW,同比降低60%。