机液并联驱动的工程钻机功率分配分析及工程试验

为实现工程钻机动力系统功率的合理分配,提出机液并联驱动系统的功率分配方式。通过分析该系统的工作原理,得出其传动部分的输出转速、转矩及总传动比的特性曲线;在此基础上,运用键合图理论建立系统功率键合图的物理模型,并推导出该系统的状态方程。基于系统功率流及能量的传递,辨识出系统的功率流及能量的传递由系统分配参数与外负载共同决定。通过构建系统各负载的数学模型,经数值计算得出各负载的关系曲线,结合AMESim软件对仿真模型进行数据分析及钻机工程试验,得出机液并联驱动系统在中高转速有着良好的输出特性,此时,系统的功耗低,钻机钻凿效率高。经分析,应用于钻机的机液并联驱动系统及功率分配方式可满足工程基础开挖的需求,同时为工程装备的动力系统设计提供理论支持和技术借鉴。

石油钻井平台装备电动化进程及趋势

针对国内外电驱动管柱自动化作业装备开展技术研究,分析了美国Canrig公司钻台机器人、排管机器人、电动铁钻工、输管机器人,美国NOV公司钻台机器人及其相关自动化作业系统,法国道达尔公司巡检机器人7类产品的功能、特性等;论述了国内电动扶管手、二层台机械手、指梁、巡检机器人等技术和应用现状。通过技术对标分析得出:国内外石油钻机装备均向智能、高效、绿色化发展,钻井作业由传统人力操作逐步向自动化、智能化转变;国外装备在小体积大功率驱动、防尘防水、防爆防盐雾、多轴协同等关键技术突破方面优于国内,而其在产品多样性以及应用推广方面与国内差距明显。建议国内基于电传动系统的特点,突破传统理念,研发新型高效装备;以及在装备自主决策、故障诊断等方面加大技术攻关力度。研究结果可为我国石油钻井装备技术发展提供参考。

15000 m顶部驱动钻井装置的研制

为满足超深层油气勘探开发对钻井装备的需求,结合北京石油机械有限公司系列顶驱的研发经验,研制了15000 m顶驱。依据15000 m钻机的技术参数确定了主要技术参数;根据钻井工艺要求,设计了总体结构方案;应用模块化设计、理论计算和有限元分析等方法,对关键模块进行了结构优化,分析了实时监测与维护技术、一键式协同控制技术和自动润滑技术。台架性能试验结果表明:该装置的各项性能指标均符合设计要求,启停、运行平稳,控制精准,装配合格,自动化和智能化水平高,能很好地满足15000 m钻井工况要求,有效提升了钻井作业效率和安全性。研制结果可为超深层钻井技术与装备的进一步研究和应用提供技术借鉴。

ZJ50DB型石油钻机直驱转盘驱动装置研制及应用

转盘驱动装置是石油钻机的核心部件之一。常规的转盘驱动装置是高速交流变频电机,其通过齿轮减速箱驱动转盘工作。文章研制的ZJ50DB型石油钻机直驱转盘采用低速大扭矩交流变频电机直接驱动转盘工作,取消了大型传动机构齿轮减速箱,简化了传动方式,减少了中间故障点,降低了维护保养成本,整体尺寸小,质量轻,方便拆装和运输。

复杂山区微型钢管桩钻机的研制与应用

针对川藏铁路供电工程中复杂山区输电线路挖孔基础埋深较大、大部分依赖人工挖孔基础,施工作业人员工作安全隐患大且效率低下的问题,研制一种微型钢管桩钻机。基于川藏铁路供电工程山区的地理特性,对钻机运用模块化结构设计的理念,采用机液复合驱动系统和轻量化自行式底盘的设计方案,具有运输便捷、移动灵活、能耗低和钻进工作效率高等优点。分别在平原地区和高原山区对钻机展开试钻,以验证钻机的性能,测试获取发动机的外特性数据。试验结果表明:钻机的各项性能指标符合预期,成孔效率高,满足微型钢管桩基桩设计的要求;确定钻机的工作范围为2 700~3 200 r/min时,柴油机的输出特性和燃油经济性较好。钻机的成功研制,解决了复杂山区挖孔基础困难的问题,有效推进了山区输电线路机械化施工。

煤矿坑道钻机用钻杆丝扣卸扣器设计与研究

设计了一种用于拆卸带有扳手槽的钻杆丝扣的卸扣器,卸扣器由驱动组件和传动组件组成。驱动组件由主动钻杆和驱动块组成;传动组件由传动体和锁钩组成。传动体上设计了作用面与驱动块,保证主动钻杆正方形外平面与待卸钻杆扳手槽平面之间夹角在0~22.5°时都可以顺利安装传动组件;在卸扣器上设计了锁钩,保证了卸扣器在使用过程中的安全性。

基于XY-6型立轴钻机的数字化升级改造

XY系列立轴式岩心钻机作为我国小口径找矿施工的主力机型,其中市场保有量较大的XY-6型立轴钻机可满足2000 m以内的固体矿产勘探,由于其主要为机械传动、人工手动操作制带、匮乏的钻参数据等缺点很难高效支撑新一轮找矿突破行动,所以对于XY系列机械立轴钻机的数字化升级改造迫在眉睫。本文重点介绍在机械式XY-6型立轴钻机基础上对其进行变频电传动和数字化控制的升级改造,相比于原型机,XY-6DB新型电传动立轴钻机实现了回转动力单元变频改造、提升制动系统电液控制升级、手-自一体式换挡方式以及整机的数字化控制方式的升级改造,最终可实现整机的节能、增效、降低劳动强度和提高安全性的目的。

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。

国内外石油钻井装备的发展现状

在对国内外石油装备资料进行广泛调研的基础上,详细介绍了国内外石油钻机发展的新趋势及交流变频调速电驱动石油钻机、液压钻机、快速移运钻机等新型石油钻机的性能及参数。介绍了国内外电驱动和液压驱动两大类型新型顶部驱动钻井装置、钻井泵等设备的最新发展现状及大功率三缸钻井泵、液压泵和六缸钻井泵等新型钻井泵的性能及参数。从国内外石油装备的发展现状看,石油装备正在向型式多样化、技术先进化、设计人性化趋势发展,据此提出了我国发展石油钻井装备的建议。

基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究

交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。

隔水导管打桩新技术研究与应用

针对现有浮吊等大型海洋作业资源不能满足渤海地区钻井打桩作业需求的问题,研究了隔水导管打桩新技术。该项技术包括:采用"生活支持平台+模块钻机"作业模式进行隔水导管打桩作业;配合"边钻边完"钻井技术实现打桩作业优化设计;研制了特殊螺纹扣实现隔水导管安全、快速连接;打桩作业过程采用实时水下监控等措施保证打桩作业准确、高效。该项技术已在锦州25-1南油气田A平台获得了成功应用。

一种基于全液压动力头钻机的钻进参数检测方法

针对与深孔钻机相配套的钻进参数检测仪(钻参仪)滞后发展的问题,提出一种适合全液压动力头钻机的全面钻进参数检测方法,并对钻具悬重、钻压、功率、扭矩、孔深、机械钻速、流量等主要钻进参数的检测机理进行了阐述。利用此方法,开发出了一套全液压动力头钻机高精度钻参仪系统,野外应用表明,提出的检测方法切实可行。

JC-30DB型交流变频电机直驱单轴绞车设计

JC-30DB型交流变频电机直驱单轴绞车采用2台特殊的低速大扭矩交流变频主电机直接驱动滚筒,无大型高速齿轮减速箱、大型离合器和联轴器等配套部件,综合运用了全数字交流变频控制技术、能耗制动与盘刹技术、自动送钻、机电液一体化控制、智能软启动等新技术,整体技术性能先进,并具有结构简单、体积小、质量轻、效率高、适应能力强、移运性好、自动化程度高、使用维护简单等特点。

钻机顶部驱动电动机的现状与展望

简述了国外钻机顶部驱动系统由直流顶驱逐步演变到变频顶驱的发展历史。结合现有电动顶驱的技术特点,对直流电动机、鼠笼式转子感应电动机、永磁无剧同步电动机和开关磁阻电动机等目前常用和正在开发的几种电动机性能做了分析对比。建议国内研究单位尽快开展开关磁阻电动机驱动方面的资料收集,为新一代顶驱的开发做一些前期工作。

连续管钻机注入头驱动系统结构参数设计方法

连续管钻井是钻井技术发展的重要方向,连续管技术要满足钻井需要,要求连续管作业机注入头具有更大的功率,以适应大管径连续管的作业需求。通过对连续管注入头驱动系统进行相关力学计算,建立了注入头驱动系统关键参数优化设计方法,同时运用机械动态仿真软件RecurDyn建立了注入头链条驱动系统仿真模型,验证了优化结果的合理性。分析结果表明,参数优化后的驱动系统模型在相同的连续管线速度条件下运行平稳,各链节的晃动小;注入头驱动系统结构参数确定后,应用机械动力学仿真方法对系统动态特性进行仿真模拟可以减小设计的盲目性。

深孔取心钻进用高速顶驱式钻机

回顾总结了汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目钻探装备的研制和改造过程,详细描述了2种高速顶驱式岩心钻机的总体方案、应用效果和存在问题,简要分析了高速顶驱钻进、顶驱/转盘双回转钻进以及交流变频电驱动技术在深部复杂地层钻探领域的应用前景,对建立我国深部钻探装备体系具有一定的参考价值。

基于IPC、PLC、PROFIBUS的电动钻机智能控制系统

论述了基于IPC、PLC、PROFIBUS的智能控制系统在国产 70 0 0m交流变频电动钻机中的应用 ,介绍了智能控制网络系统软件、硬件的构成 ,涉及钻机动力监控、绞车自动化控制、转盘软扭控制、软泵控制、自动送钻、电子防碰、一体化仪表、电液气联控、电视监控、智能司钻控制等多个方面。将钻井作业的各种监测控制、预警提示等高度集成于网络中 ,实现了对系统各装置的远程数据传输和状态监控。改变了传统的钻井作业监控模式 ,优化控制和监测整个钻井过程 ,为钻井工艺创建了一个数字化、信息化、网络化。

DQ—30Y钻修两用顶驱装置结构仿真

文章介绍了一种能满足小井眼钻井、定向井、侧钻井及修井等作业的全液压驱动方式的钻修两用顶部驱动装置的结构特点、工作机理和结构仿真研究工作。在该装置的研制过程中 ,采用机械自动化设计软件 (Pro/engineer) ,通过建立各零部件的三维实体模型、结构装配、干涉检验、力学分析 ,实现了对DQ— 30Y钻修两用顶驱装置的结构仿真研究。找到了该装置在原零部件设计中和装配中存在的问题 ,及时修改设计方案 ,并将发现的问题和修改意见反馈到试制单位 ,从而缩短了该产品的研制周期 ,降低了研制成本 ,提高了该产品的可靠性和市场竞争能力。

ZJ40/2250LDB型机电复合驱动石油钻机设计

介绍了一种机电复合驱动石油钻机。钻机的绞车、钻井泵采用机械方式驱动,转盘采用交流变频电驱动。描述了钻机的系统配置,分析了钻机的几大特点。