软硬交错倾斜煤层下煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性研究

煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性的研究是钻进轨迹预测及控制的重要前提。考虑水平钻进过程中钻杆系统与煤层交互约束的复杂机制,搭建煤矿钻孔机器人钻进实验平台及振动监测系统,开展不同软硬煤层及煤层倾斜角度下的水平钻进实验;采用经验模态分解方法对采集数据进行分解、滤波和重构处理,以消除噪声干扰,进而研究软硬交错倾斜煤层下钻孔机器人钻杆系统振动特性。研究结果表明:钻孔机器人无论是在硬→中硬→软煤层还是软→中硬→硬煤层中钻进,钻杆系统的纵向、横向、扭转振动幅度均随煤层倾斜角度的增大而增大;同一煤层倾斜角度下,钻孔机器人在软→中硬→硬煤层中钻进较在硬→中硬→软煤层中钻进时,钻杆系统的纵向、横向及扭转振动幅度更大;煤层倾斜角度较小时,软硬交错煤层对钻杆系统振动特性的影响较大,煤层倾斜角度较大时,煤层倾斜角度对振动特性的影响大于软硬交错煤层的影响;较大的砂石对钻杆系统振动产生一定影响。

地质钻探自动化移摆钻杆系统的研究

综述了地质钻探移摆钻杆的研究进展,针对全液压地质岩心钻机和钻探工艺,设计地质钻探自动化移摆钻杆系统,设计能完成自动抓取、平移及旋转功能的起下钻自动化系统,对系统进行作业分析,并对移摆钻杆系统的研究进行前景展望。

钻杆自动传送系统运动学分析及仿真研究

结合大陆科学钻探钻机的施工要求,设计钻杆自动传送系统,系统具有结构简单、动作可靠、易于控制等优点,能够代替人工完成在钻井起下钻作业过程中的钻杆夹持、提升、下放、平移和回转等操作,实现钻具的自动输送及排放。介绍钻杆自动传送系统的结构组成、工作原理及系统的动作流程。对系统模型进行运动学理论分析,建立系统的D-H坐标系,通过分析求解得到了系统的正运动学方程及运动学反解,建立末端夹持机械手中心的空间位置、方向矢量及位姿与各运动构件运动参数间的变换关系,为系统的运动控制、轨迹规划等进一步研究提供了基础。利用ADAMS仿真软件建立系统仿真模型,对系统进行运动仿真模拟,得到夹持机械手运动中的位置、姿态和空间轨迹仿真曲线,验证了系统的性能,为系统实际动作的优化及控制提供了重要依据。

钻杆自动传送系统结构设计及运动学分析

结合大陆科学钻探钻机的施工要求,设计了钻杆自动传送系统,介绍了结构组成及工作原理;通过对系统模型进行运动学理论分析,得到了系统的雅克比矩阵,为系统的速度分析、运动控制等进一步研究提供了基础。利用ADAMS仿真软件对系统建立仿真模型,得到了末端机械手运动学仿真曲线,验证了设计方案的可行性。台架试验表明,该系统能够准确完成设定的动作要求,实现钻杆传送功能。

全液压自动猫道钻杆运移系统设计及仿真分析

根据大陆科学钻探钻机自动猫道的设计要求,设计了猫道的钻杆运移系统。系统具有机构新颖、动作稳定可靠、控制方便等优点,能够代替人工完成在钻井过程中运移钻杆的动作,实现钻具的自动运移。简要介绍了钻杆运移系统的结构组成、工作原理及系统的动作流程,并利用Inventor软件为设计平台建立钻杆运移系统模型,并在此基础上运用ADAMS仿真软件建立仿真模型。对系统进行运动学仿真模拟,得到钻杆运移系统与钻杆之间接触力的变化以及钻杆运移系统关键部位的应力变化。通过仿真分析验证了系统的稳定性,为系统实际动作的优化及控制提供了理论依据。

钻杆自动排放系统的发展及典型结构

在20世纪40年代,人们就开始探索起下钻操作的机械化方法,于是产生了钻杆自动排放系统。目前,该系统已在深水及超深水海洋钻机中得到广泛应用,在改进钻井作业的安全性和经济性等方面取得了巨大成功。介绍了钻杆自动排放系统的发展历史和促进其发展的因素,以及国外的典型系统。

钻井平台的钻杆排放方式及其自动化操作系统

对比了钻井平台的两种钻杆排放方式,并介绍了国外典型的自动化钻杆操作系统,以期为国内钻杆操作系统的研究提供帮助。

陆地钻机桅杆式钻杆自动排放系统研究

为减少起下钻作业时间,提高钻井效率,提出了一种桅杆式陆地钻机钻杆自动排放系统的设计方案。该装置由上下部支撑行走机构、回转桅杆、上下悬臂机械手等组成,安装在钻台轨道上,可实现对钻具的夹持、提升、回转、平移和排放作业。具有结构简单、布局合理,便于操控等特点,可安装在各种陆地石油钻机上。

陆地钻机立柱式钻杆自动传送系统研究

介绍一种陆地钻机立柱式自动传送系统的结构组成、主要技术参数、工作原理,对主要参数进行了分析与计算。该系统适用于陆地深部钻机,能实现钻杆的自动化传送。

陆地钻机立柱式钻杆排放系统设计

在对陆地钻机结构进行分析的基础上,设计了立柱式钻杆排放系统,系统采用全液压驱动设计,电液比例阀和电液方向阀等对系统的方向、位置和速度进行控制,再通过PLC进行控制,实现了系统的智能化和柔性化。

陆地钻机钻杆自动传送系统结构设计及运动学分析

结合陆地科学石油钻探机的工作要求,设计了一套钻杆自动传送系统,介绍了系统的机构组成以及工作原理;通过建立系统空间模型,进行了运动学分析和速度分析,得到了系统的雅克比矩阵,为系统的运动控制等进一步研究提供了理论基础。利用ADAMS仿真软件对系统模型进行模拟仿真,得到了末端机械手运动学仿真曲线,验证了设计方案的可行性。

钻井平台钻杆自动化排放系统方案设计

钻杆自动排放系统在提高钻井效率、降低作业成本方面成效显著。通过对国内外技术调研,分析排管系统典型结构,提出一种适用于海上钻井平台的自动化钻杆排放系统总体方案。通过方案简化也可适用于陆地钻机。

ZJ50D钻机钻杆地面自动传送系统的研究

介绍了ZJ50D钻机钻杆自动传送系统总体机械结构组成、工作原理、主要技术参数和液压系统原理,并对液压系统特点进行了分析。所设计的ZJ50D钻机钻杆自动传送系统用于从地面到钻井平台的钻杆传送,具有操作灵活、结构紧凑、适合国内钻机应用等优点。

陆地钻机钻杆自动排放系统设计

钻杆自动排放系统主要用于海洋钻井,陆地钻井应用较少。为了减少陆地钻机起下钻作业时间,降低工人劳动强度,增加钻井安全性能,提高钻井效率,针对陆地钻井常用井架,初步设计研究出一种结构简单、操作方便、能全程实现自动控制的三坐标钻杆排放装置系统。该系统主要由主夹钳及平移系统、辅助夹钳及平移系统、竖直（Z向）滑道系统、以PCL-839和IPC为主的控制系统4部分组成,安装在钻井平台和二层台之间,主要适用于陆上钻井常用的任意A型、K（或Π）型井架的钻井系统,能实现在起下钻和接单根等作业流程中钻杆的自动夹持、提升、下放、平移等轨迹全程无人数字自动控制,是目前比较先进的钻杆自动排放系统。

陆地钻机钻杆自动排放系统的设计方案

介绍了国内外海洋钻井平台-钻井船用钻杆自动排放系统的发展现状,重点分析了NOV公司和Aker Kvaerner公司几种钻杆自动排放系统的性能特点。在分析陆地钻机的结构型式和常用起重设备结构特点的基础上,提出适用于陆地钻机的机械手式、立柱式、桥架式和起竖式4种钻杆自动排放系统的初步设计方案,并分析了各自的优缺点,以期为设计开发陆地钻机钻杆自动排放系统提供参考。

新型智能钻杆遥感测量系统即将面世

据美国《钻井承包商》杂志3／4月号报道。美国智能服务公司不久将推出一种智能钻杆遥感测量装置。该装置通过电缆传输来自各种井下传感器(包括随钻测量、随钻测井和旋转定向仪器等)的数据,传输速度可达100万bit／s,而传统的钻井液脉冲随钻测量技术传输数据的速度仅能达到12bit／s。

TGQ-200RC型多工艺自动化钻机的研制与应用

新一轮找矿突破战略行动对钻探技术提出更高要求,利用浅钻技术在浅覆盖区进行快速查证是重要的技术手段。多工艺钻探可以为复杂地层钻探施工提供绿色高效的钻探技术支撑。围绕这一需求研制了TGQ-200RC型多工艺自动化钻机,制定了钻机的总体方案,研制了多工艺动力头、夹持拧卸装置、6自由度移摆管机构、车装集成式液压储杆库、电液控制及参数监测系统等钻机主要部件,规划了自动加减钻杆过程中多机构协同动作控制流程。实钻试验表明,TGQ-200RC型钻机钻进效率高,取样质量好,具有多工艺、机动化、自动化、数字化等特点,单次自动加减钻杆平均用时约90 s,配合无线遥控可实现孔口无人操作,有效降低劳动强度,提高施工安全性。TGQ-200RC型多工艺自动化钻机可以为构建绿色、高效、经济的快速查证钻探技术体系提供坚实支撑,为推动国内浅层钻探装备自动化升级提供有益借鉴。

深部地质钻探孔内钻杆动力响应特性研究

深部地质钻探时,钻杆受力条件复杂,振动形式多变且剧烈。为认识钻杆的动力学特征,减少钻杆失效风险,提高钻进效率,建立了仅考虑纵向振动和扭转振动耦合作用下的深部地质钻杆动力学分析模型,并推导了钻杆固有振动频率公式,在此基础上,借助ANSYS软件进行仿真分析。研究成果表明:在纵向(扭转)振动下,随着模态阶数的增加,钻杆的轴向(角)位移变化越来越复杂;随着模态阶数的增加,钻杆的固有频率呈现线性增加;在相同模态阶数条件下,随着深度的增加,固有频率逐渐降低,但其降幅逐渐减小;当激振频率与钻柱纵向(扭转)振动固有频率相近时,钻杆的轴向(角)位移达到极值。