折叠式油管扶正机械手的设计与分析

在油田修井作业中,为了有效提高修井作业效率,降低人工操作的安全风险,同时还为了符合自动化修井机高集成度、模块化的设计理念,减小油管扶正机械手的安装体积,设计了折叠式油管扶正机械手。分析了油管抓手、油管定位机械臂和折叠机械臂等主要结构,阐述了定位机械臂的校正并实现油管对中功能的原理。选用合适的液压缸并设计了同步分流单向阀锁紧液压回路,保证了机械手工作的安全与稳定。该机械手可以远程操控以完成对油管的抓放、推送、扶正和井口对中等操作,实现了井口无人化作业。现场应用结果表明,油管扶正机械手对中精准,快速稳定,减轻了工人的劳动强度,同时也提高了安全性。     

斜井钻机钻具处理机械手设计

斜井钻机钻具处理机械手用于排管架与井口之间往返自动夹持与递送钻具,是斜井钻机钻具传输中最为关键的设备。为此,设计了斜井钻机钻具处理机械手。该机械手主体采用复式四连杆机构,包括主臂、副臂、长摇杆、短摇杆以及主臂与副臂之间连接的副臂液缸。液压系统采用开式循环系统,利用电机带动变量泵为系统提供1个流量可以变化的动力源;系统输出的最大工作压力为21 MPa,最大流量120 L/min。试验结果表明,机械手可实现井架倾角从45°到90°的斜井钻机在井口快速对扣作业,具有操作灵活可靠、运动平稳、拆装方便等优势。     

海洋钻井平台自动排管系统模型样机设计

二层台自动排管系统是海洋钻井平台自动控制系统的重要组成部分。设计了一套二层台自动排管系统模型样机,主要包括机械系统与控制系统两部分。机械系统包括两个协同动作的机械手,上机械手可完成横向平移、纵向平移、机械臂旋转和升降、机械手夹紧动作等功能,下机械手可完成纵向平移、机械臂前伸和后缩、机械臂旋转、夹持动作等功能;控制系统通过建立上下机械臂之间运动的数学模型,规划了钻杆的运动路径并对上下机械手进行协同控制,可实现立根在井口、排杆区、鼠洞之间的自由运移。现场试验结果表明,该系统能够精确地控制立根的运移,并且大大降低工人劳动强度,提高工作效率。     

井下牵引器扶正机构扶正臂优化设计

井下牵引器扶正机构扶正臂的弹性系数与其结构参数密切相关,在设计时需进行优化。现有文献中采用的方法侧重于选定设计时的参数验算,不适用于优化设计阶段。鉴于此,采用"伪刚体模型"法,将井下牵引器扶正机构扶正臂的非线性几何变形的分析转化为利用刚体机构理论来求解,避免了对非线性弹簧函数进行复杂的微积分运算,用虚功原理分析井下牵引器扶正机构扶正臂的受力、变形及结构参数之间的关系,建立了力学模型,得到在扶正臂长度及曲率半径不变的情况下,随着横截面高度的增加,扶正臂工作在正常管径和缩颈区域最大应力值的变化幅度随之增加的结论,优选出适用于150 mm管径的井下牵引器扶正机构扶正臂的结构参数。研究内容提供了一种对非线性大变形机构进行优化设计的简单方法。     

橇装式钻机钻具排放机械臂设计与仿真

为适应小型橇装式钻机钻具排放自动化技术的发展需要,采用现代机械设计理论和UG三维设计软件,以大庆-30钻机为研究对象,设计了新型橇装式钻机钻具排放机械臂,并应用UG软件对机械臂的机构模型进行了运动仿真分析。该机械臂由底座、回转支承、支撑臂、前伸臂、连杆、变幅液压缸和末端机械手等组成,采用铰链式四连杆结构设计,运动副都为转动副,承受压力小,不易磨损,并且占据平台空间小,不妨碍其他作业;同时机械臂组成机构多为杆,造型简单,易于后期加工获得较高的精度。仿真分析结果表明,末端机械手在运动时基本沿工作方向水平移动,速度平缓,满足立根的排放和接单根工作要求。     

不同温压下页岩动态与静态弹性模量转换研究

岩石动态与静态弹性参数存在差异,在应用时需要进行转换。目前国内外学者对岩石动态与静态弹性模量转换实验多在常温与常压下进行测试,没有考虑温度和压力对测试结果的影响,导致转换结果不能充分反映储层力学性质。本次研究以四川盆地上奥陶统和下志留统的五峰组-龙马溪组黑色页岩为研究目标,开展不同温度与压力条件下岩石动态与静态弹性力学实验,并对测试结果进行分析。结果表明：①当温度与压力一定时,动态杨氏模量测试值比静态杨氏模量测试值大,并且二者有一定的线性相关性;②页岩动态与静态杨氏模量均与温度、压力有关,温度一定时,页岩动、静态杨氏模量均随着围压的增大而增大;压力一定时,页岩动态与静态杨氏模量均随着温度升高而降低,并对不同温度、压力条件下动、静态弹性力学参数变化规律进行了机理分析;③建立了不同温度、压力条件下页岩动态与静态弹性参数转换模型,该模型可以将任意温度、压力条件下测试的动态弹性参数转换为储层条件下岩石的静态弹性参数,并能取得较好效果。利用本模型可以为研究区页岩气开采及注水压裂施工方案提供可靠的静态弹性模量,研究具有一定的实际意义。     

三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数特征

应用三维加压岩心实验室测方法和长源距声波测井资料解释方法研究了三肇地区扶杨油层动、静态岩石力学参数特征,建立了动、静态力学参数之间的相关关系,油田应用的主要是静态力学参数,但静态参数的测定费用较大,因此,在长源距声源测井资料解释处理获得动态参数以及后,运用所建立的岩石动、静态力学参数关系式,就求得三肇凹陷的岩石静态力学参数,介绍了三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数在油田应力场模拟和水力压裂方面的应用。     

小修作业起下油管多功能机械手研制

在油田小修作业中,70%以上的时间用于起下油管。为了降低修井作业工人的劳动强度,减少人工操作安全风险,根据我国油田修井机小修作业起下油管运动轨迹特点,研制了一种液动多功能机械手。该机械手主要由四爪机械手、自动定位机械臂和三维位移调节支座等组成,安装在修井机尾部的井架下面,可远程控制完成对油管的抓放、扶正、推送、对中以及推拉吊环转运吊卡等功能,实现了井口无人起下油管作业。现场应用表明,该机械手结构新颖,安装维护简单,使用性能可靠,工作效率较高,满足现场修井作业要求。     

套损井与取心井相似井段识别及其岩石力学参数确定方法

为了确定老油田岩心样本严重匮乏的高套损率区块岩石静态弹性力学参数（静态弹性模量与泊松比）,研究了套损井与取心井相似井段识别及其岩石静态弹性力学参数确定方法。对取心井段的岩心进行岩石力学试验,通过分析该井段测井数据与岩石静态弹性力学参数的相关性,提出了基于组合模量确定静态弹性力学参数的模型;通过分析取心井与套损井测井数据的的相关性,提出了识别取心井与套损井岩石力学参数相似井段的判别准则;建立了通过识别套损井与取心井相似井段来确定套损井段岩石静态弹性力学参数的方法（SⅡM）。由试验与计算结果可知:与传统计算模型中动、静态弹性力学参数的相关性相比,考虑有效水平地应力、动态弹性力学参数的组合模量与静态弹性力学参数的相关系数分别提高了10%与20%;取心井与邻近套损井相似井段的识别标准为两井段的声波时差与自然伽马相关系数最大和差值数组标准差最小。研究结果表明,SⅡM方法在高套损率区块多井、多井段静态弹性力学参数的确定中具有较高的适用性与准确性,在现场应用中可取得较好的效果。      

涪陵焦石坝区块页岩动静态弹性模量转换关系研究

油气开采过程中，常通过测井资料和室内试验2种方式获得岩石的力学参数，通过测井资料获得的动态力学参数与通过室内试验获得的静态力学参数相比，在资料的数量、实时性以及获取成本等方面都具有明显优势，而现有力学本构关系是基于静态力学参数建立的，因此有必要建立动静态力学参数的转换关系。鉴于此，选取层理发育完好的涪陵地区焦石坝区块下志留统龙马溪组页岩，逐一分析不同层理角度、孔隙度和声波频率对页岩弹性模量的影响，结果表明，层理角度对页岩弹性模量影响规律最强。根据试验结果，利用相关性分析法建立了层理角度与动静态弹性模量的转换关系模型，并对相同区块的页岩进行了模型验证，发现该模型预测值的平均误差小于6%，具有误差小且计算简单的特点。该研究结果可为获得层理性页岩的动静态弹性模量转换关系提供一种快速有效的方法。