铁钻工冲扣钳壳体轻量化设计

论文以石油钻机井口钻柱冲卸扣和旋扣机械化作业设备—铁钻工冲扣钳壳体为研究对象,根据力学分析计算结果,基于Solidworks三维建模软件对冲扣钳壳体的重要组成板件进行参数化的建模,建立了壳体重要零件的结构优化数学模型,在不改变冲扣钳壳体各零件之间的配合的前提下利用ANSYS Workbench有限元软件对冲扣钳壳体尺寸参数进行了轻量化设计,同时对零件尺寸进行了敏感度分析.通过轻量化设计,在满足工作要求及强度和刚度条件下可将自重相对减小11.2％,减少了材料成本,为铁钻工冲扣钳的设计研制提供了理论依据.     

铁钻工冲扣钳上、下壳体加工方法研究

铁钻工作为现代化钻井中重要的自动化设备之一,可实现钻杆、钻铤等钻具的旋扣连接工作,冲扣钳在铁钻工工作时起着夹紧及冲扣的作用,其上、下壳体属于铁钻工主承载件,在冲扣过程中受到滑块传递给它的转矩,通过对上、下壳体的结构分析、加工变形分析,合理设计工艺基准及切削参数,制定出合理的工艺方案。     

伸缩臂式铁钻工冲扣钳的设计

冲扣钳作为铁钻工的一部分,是用来完成紧扣和冲扣的动作,与旋扣钳配合能快速地完成钻具上卸扣作业。该文在介绍冲扣钳结构原理的基础上,重点对冲扣钳结构进行了设计,确定了冲扣钳夹紧结构、冲扣结构,以及液压控制系统等关键技术。配套该冲扣钳的铁钻工目前已多套应用于现场,试验表明,该装置结构安全可靠,可实现远程控制,提高了现场作业的安全性。     

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。     

140S1铁钻工上、卸扣效率的提高及优化

以140S1铁钻工为研究对象,从旋扣钳滚轮旋扣、冲扣钳紧扣为切入点,优化设计并加工了不同结构型式、材料、表面硬度、渗碳层厚度及包络半径等的滚轮和钳牙;根据控制变量法原则,通过试验验证滚轮和钳牙对上、卸扣效率的影响程度。     

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。     

铁钻工冲扣钳牙板齿参数分析与优化

针对铁钻工冲扣钳牙板齿在拧卸扣过程中出现的崩齿和磨损现象,基于Ansys Workbench有限元软件,对牙板齿接触钻杆时的极限静态工作状态进行弹塑性分析,根据应力线性化原理分析了牙板齿与钻杆接触部位的应力,并进行了分类识别与评定。再以牙板齿关键参数作为研究对象,结合加工能力进行两次正交试验确定不同的优化方案。利用压力胶片测得了牙板齿与钻杆的接触应力,通过拟合数据得到施加压力与牙板齿所受最大应力线性曲线,验证了优化方案和有限元分析结果的合理性。评定方法和结果为冲扣钳拧卸扣装置的牙板齿参数的确定提供了依据,试验方法对同种类型设备的应力测试分析提供了新途径,对保证冲扣钳安全可靠有效工作具有重要的工程意义。     

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...     

铁钻工在现场的试用对比分析

在自动化钻井生产中,铁钻工是目前最先进的扭矩旋扣设备,可完成钻杆、套管等钻具的旋扣连接工作,提高生产效率和安全性,是现代化钻井中重要的自动化设备之一。通过现场使用,对比分析了铁钻工的结构、工作原理和技术参数,阐述了铁钻工优缺点及改善的意见。     

一种铁钻工圆柱钳牙制造工艺与分析

钳牙是铁钻工完成上卸扣作业的关键部件之一,其工况条件恶劣,要求其材料强度高,使用寿命长。钳牙在制造时加工精度高、难度大,且缺乏精密的检测手段。针对上述难题,文中从钳牙材质的选择着手,通过对钳牙机械加工方法及热处理方法的分析,形成了一套钳牙的制造工艺,经过试验及现场应用验证,整体性能优良。     

具有互锁功能的气控液型伸缩臂式铁钻工的研制

具有互锁功能的气控液型伸缩臂式铁钻工是一种钻具上卸扣工具,其工作原理是能完成钻具整体快速旋上或卸开接头螺纹,同时实现了气控液型伸缩臂式铁钻工工作与顶驱工作的互锁。文中介绍了气控液型伸缩臂式铁钻工的结构、工作原理、技术参数等,也对其现场的使用情况进行了阐述,指出该铁钻工的优点。     

海洋钻井平台铁钻工主要结构形式浅析

铁钻工是海洋钻井平台管子自动化处理装置的组成部分之一,能实现对钻具的上、卸扣作业,有效提高管子处理的自动化水平。介绍了铁钻工上、卸扣的工艺流程,并根据运移装置的不同,对国内外现有铁钻工的主要结构形式进行了归类,对各类铁钻工的特点进行了分析。     

基于键合图理论的轨道钳升降系统建模与仿真

斜直井齿轮齿条钻机作业时,管柱接箍需要以一定倾斜角度和不同位置进行精确对中,又能相对井架上下运动,传统的液压大钳和铁钻工等管柱上/卸扣装置都不适合于斜直井齿轮齿条钻机。针对这一技术难题,提出了可以沿着钻机井架轨道自由升降的轨道钳系统,设计了该轨道钳系统的升降装置及其液压控制系统。基于键合图理论建立了轨道钳升降系统的数学模型,推导出轨道钳升降系统的动态方程。基于20-sim仿真平台,对轨道钳升降系统进行了动态仿真,验证了所建立的键合图模型的合理性,并分析了系统动态特性产生的原因和影响,可为升降系统的研制和控制提供技术指导。     

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。     

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。     

修井铁钻工自动找中关键技术研究

采用铁钻工对修井作业的管柱上卸扣时,由于管柱中心与井口中心不重合,造成管柱上/卸扣时剥皮、打滑,油管旋扣时偏扣等问题,同时也影响作业效率。文中提出一种修井铁钻工找中机构,可实现左右、前后两个方向自动找中,为修井铁钻工的推广应用提供了有力支撑。     

基于键合图理论的斜直井管柱上扣/卸扣系统设计与仿真

针对斜直井齿轮齿条钻机的管柱自动处理问题,采用顶驱和轨道钳联合作业的方式,设计了一套能够实现管柱紧扣、冲扣和旋扣等动作的自动化作业装置及其液压控制系统。采用键合图理论,建立了动力水龙头旋扣系统和轨道钳系统的键合图模型,并推导出每个键合图模型的系统动态方程。基于20-sim仿真平台,对键合图模型进行了动态仿真分析,通过对比分析,验证了各键合图模型的合理性,为斜直井石油钻机上扣/卸扣机构系统的研制提供技术支持和理论指导。     

基于视觉的铁铭工控制系统的设计

铁钻工广泛应用于海洋、陆地钻井、修井作业时上卸钻杆丝扣,是液压大钳的升级产品。本文主要在铁钻工中引入视觉伺服系统,对钻杆自动定位,为进一步实现井口无人化操作做准备。介绍了铁钻工的自动控制原理,在控制系统中引入视觉,构建手眼局部视觉伺服系统,并利用视觉反馈和超声波传感器进行钻杆定位。在Matlab／simulink的基础上对系统进行仿真分析,将手一眼视觉与超声波测距传感器相结合,融合二维图像信息与距离信息初步实现了对钻杆的识别与定位。     

基于视觉的铁钻工控制系统的设计

铁钻工广泛应用于海洋、陆地钻井、修井作业时上卸钻杆丝扣,是液压大钳的升级产品。本文主要在铁钻工中引入视觉伺服系统,对钻杆自动定位,为进一步实现井口无人化操作做准备。介绍了铁钻工的自动控制原理,在控制系统中引入视觉,构建手眼局部视觉伺服系统,并利用视觉反馈和超声波传感器进行钻杆定位。在Matlab/simulink的基础上对系统进行仿真分析,将手-眼视觉与超声波测距传感器相结合,融合二维图像信息与距离信息初步实现了对钻杆的识别与定位。