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顶驱智能防碰控制系统的研究与应用

顶驱智能防碰控制系统的研究与应用

作者：霍东媛西南石油大学

学位级别：硕士

顶部驱动钻井相较于传统转盘钻井而言,显著提高了钻井作业的效率和能力,这种钻井方法更加可靠、高效,顶驱钻井装置也已成为石油钻井作业应配备的设备之一。在钻井施工作业中安全生产是至关重要的,但是在安装使用具有诸多钻井作业优势的... 详细信息

顶部驱动钻井相较于传统转盘钻井而言,显著提高了钻井作业的效率和能力,这种钻井方法更加可靠、高效,顶驱钻井装置也已成为石油钻井作业应配备的设备之一。在钻井施工作业中安全生产是至关重要的,但是在安装使用具有诸多钻井作业优势的顶驱装置时发现,在除去顶驱的工作行程后,安全距离(顶驱上部距天车底部的距离)已不足5米,顶驱的使用安全得不到保障。针对这种使用中的缺陷,本文基于中石油川庆钻探工程有限公司项目——《自动化、智能化陆地钻机研究与应用》,研究了一种新型顶驱智能防碰控制系统,从本质上提高顶驱设备的使用安全。本文在充分调研国内外防碰控制技术以及井场实际作业环境的基础上,提出了智能防碰控制系统的设计方案,同时阐述了控制系统各部分的软硬件设计以及系统整体防碰功能的实现。其中硬件控制以ARM9处理器S3C2440A为核心,主要对控制系统的整体结构,所需检测的顶驱高度及速度、吊环方位及倾角、大钩悬重等参数以及系统智能防碰控制的实现进行方案设计。功能强大的μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统应用在系统软件部分,来对系统控制软件的功能实现进行研究;前台计算机软件采用VS6.0平台开发,能够对检测到的数据实时显示、存储及查询,人机界面清晰,方便操作。经过实验测试,本文研究的顶驱智能防碰控制系统运行良好,能够达到现场应用的要求。在游车运行过程中,将游车高度、速度,结合大钩悬重、吊环方位与倾角全面实时检测,能够在运行状态超过设定值时对柴油机油门以及绞车盘刹进行及时控制,达到顶驱智能防碰的效果,避免发生安全事故,市场应用前景十分良好。

关键词：顶驱智能防碰盘刹控制油门控制

顶驱通用型1000 t拉伸试验台的研究与设计

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石油机械 2021年第8期49卷 46-52页

作者：杨如意于成龙段立俊大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院

针对目前国内市场常用40、50及70型钻机顶部驱动装置,考虑其拉伸载荷试验的必要性和类型的多样性,开展了顶驱通用型拉伸试验台技术研究,并制定了相应的技术方案。设计的顶驱通用型1000 t拉伸试验台克服了因尺寸不同而无法兼测多类型顶... 详细信息

针对目前国内市场常用40、50及70型钻机顶部驱动装置,考虑其拉伸载荷试验的必要性和类型的多样性,开展了顶驱通用型拉伸试验台技术研究,并制定了相应的技术方案。设计的顶驱通用型1000 t拉伸试验台克服了因尺寸不同而无法兼测多类型顶驱拉伸性能的难题,实现了70型及其以下类型顶驱兼容性拉伸检测;拉伸试验台通过计算机软件控制系统+三位四通比例电磁阀组合可实现自动控制,通过手动控制阀+手动回油阀+三位四通电磁阀组合使用可实现手动控制;试验结果表明,该试验台具备顶驱拉伸性能检测能力,可实时显示并打印试验结果及曲线,同时安全性高,具有检测破断后自动卸载等功能。应用该试验台试验可确保钻机顶驱装置使用的安全性与可靠性。

关键词：顶驱拉伸试验液压系统电控系统加载保载自动控制

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顶驱下套管装置的技术现状及发展趋势

石油机械 2012年第1期40卷 84-86页

作者：韩飞纪友哲贾涛马汝涛朱英杰杨磊中国石油集团钻井工程技术研究院机械所

随着顶驱装置在全球的广泛应用,顶驱下套管装置以其作业的高成功率和高效率等优点,已经成为国内外石油公司争相研发的热点。介绍了国内外顶驱下套管装置的产品型号、结构原理、技术参数以及性能特点等技术现状,指出顶驱下套管装置的主... 详细信息

随着顶驱装置在全球的广泛应用,顶驱下套管装置以其作业的高成功率和高效率等优点,已经成为国内外石油公司争相研发的热点。介绍了国内外顶驱下套管装置的产品型号、结构原理、技术参数以及性能特点等技术现状,指出顶驱下套管装置的主要发展趋势为:机械驱动、微痕夹持、工具集成化及智能化方向发展。

关键词：顶驱下套管装置技术现状发展趋势

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顶驱内防喷器驱动装置的研究与改进

石油机械 2018年第7期46卷 12-16页

作者：周文会罗锐李龙陈存东张东海雷杰四川宏华石油设备有限公司

钻井系统中,作为控制内防喷器启闭的驱动装置的稳定性和可靠性至关重要。鉴于此,介绍了加拿大Hi-Kalibre公司、Canrig公司以及美国NOV公司等3家国外顶驱内防喷器驱动装置的研究现状;通过试验测试,给出了内防喷器在不同压力等级下的启闭... 详细信息

钻井系统中,作为控制内防喷器启闭的驱动装置的稳定性和可靠性至关重要。鉴于此,介绍了加拿大Hi-Kalibre公司、Canrig公司以及美国NOV公司等3家国外顶驱内防喷器驱动装置的研究现状;通过试验测试,给出了内防喷器在不同压力等级下的启闭扭矩值,作为驱动装置设计输入以及现场使用参考依据;结合顶驱的现场使用情况,针对内防喷器开关不到位、摇臂总成故障、滑套故障、装配及使用问题,给出了对应改进措施。研究内容可为顶驱内防喷器驱动装置设计提供参考依据。

关键词：顶驱内防喷器驱动装置扭矩试验优化设计

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顶驱下套管装置的研制

石油机械 2008年第9期36卷 82-84页

作者：张国田邹连阳黄衍福张宏英周家齐北京石油机械厂

鉴于常规下套管作业的局限性,通过对国内外相关技术的调研,根据国内油田的需要,研制开发了顶驱下套管装置。该装置是一种基于顶部驱动钻井系统,用于下套管作业的集机械、液压于一体的装置。根据套管尺寸的不同,分为内部驱动和外部驱动2... 详细信息

鉴于常规下套管作业的局限性,通过对国内外相关技术的调研,根据国内油田的需要,研制开发了顶驱下套管装置。该装置是一种基于顶部驱动钻井系统,用于下套管作业的集机械、液压于一体的装置。根据套管尺寸的不同,分为内部驱动和外部驱动2种结构。重点介绍了该装置的结构、工作原理、技术参数及功能试验情况。样机的一系列原理试验表明,各项试验结果满足设计及使用要求。该装置的应用,将使下套管作业变得更为简单和高效,钻井综合成本将大大减少。

关键词：下套管装置顶驱结构原理试验

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顶驱回转头锁紧系统的优化研究

石油机械 2019年第1期47卷 27-31页

作者：雷宇李子良谢海欢楚飞赵春晖高瀚王洋绅北京石油机械有限公司

顶驱回转头锁紧系统是顶驱装置的重要组成部分,锁紧系统的故障直接影响背钳的正常使用,进而导致顶驱无法顺利完成上卸扣等功能。鉴于此,通过查阅文献资料,针对机、电、液一体化的锁紧系统,分析并指出锁紧系统的关键技术问题在于接近开... 详细信息

顶驱回转头锁紧系统是顶驱装置的重要组成部分,锁紧系统的故障直接影响背钳的正常使用,进而导致顶驱无法顺利完成上卸扣等功能。鉴于此,通过查阅文献资料,针对机、电、液一体化的锁紧系统,分析并指出锁紧系统的关键技术问题在于接近开关连接线路的选择和锁紧销失效引起的误检测,借助ANSYS Workbench有限元软件,构建了锁紧系统三维力学分析模型。分析结果表明:锁紧销受静力产生的弯曲变形处于弹形变形范畴,不会对接近开关的检测造成影响,但其在变应力作用下的疲劳损伤所引起的变形和断裂将直接影响接近开关的检测结果。通过在锁紧销台肩过渡端面加入圆弧角能有效改善应力集中处的疲劳寿命。研究结果可对顶驱回转头锁紧系统的现场应用提供指导。

关键词：顶驱锁紧系统接近开关锁紧销有限元分析优化研究

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基于模拟退火算法的顶驱装置装配规划

石油机械 2006年第2期34卷 4-6,42页

作者：张杨北京化工大学机电工程学院

在总结国内外有关装配序列规划研究成果和模拟退火算法思想的基础上,详细阐述了模拟退火算法的原理、步骤,给出流程图。结合石油钻机顶驱装置模拟退火算法装配规划的实例,给出装配序列评价函数,分析了装配序列的可行性,最后介绍了开发... 详细信息

在总结国内外有关装配序列规划研究成果和模拟退火算法思想的基础上,详细阐述了模拟退火算法的原理、步骤,给出流程图。结合石油钻机顶驱装置模拟退火算法装配规划的实例,给出装配序列评价函数,分析了装配序列的可行性,最后介绍了开发的装配序列规划软件系统和钻机顶驱装置装配规划图。

关键词：模拟退火算法(SAA) 顶驱装置装配规划模拟退火算法装置顶驱装配序列规划石油钻机算法思想研究成果

基于ANSYS Workbench的顶驱提环侧连接板的拓扑优化设计

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机械设计与研究 2019年第1期35卷 189-191,195页

作者：楚飞雷宇高瀚程腾飞王洋绅赵春晖于川北京石油机械有限公司北京102206

针对经验设计方法中顶驱提环侧连接板存在质量偏重、外型不尽合理的问题,将连续体拓扑优化理论引入顶驱提环侧连接板的设计中,在设计空间内建立了最大范围设计模型,应用ANSYS Workbench进行了求解,通过两次拓扑优化将质量在最大设计空... 详细信息

针对经验设计方法中顶驱提环侧连接板存在质量偏重、外型不尽合理的问题,将连续体拓扑优化理论引入顶驱提环侧连接板的设计中,在设计空间内建立了最大范围设计模型,应用ANSYS Workbench进行了求解,通过两次拓扑优化将质量在最大设计空间内进行了最为合理的分布,摆脱了传统优化设计在原设计基础上优化的思路,克服了传统优化在优化初始排除最佳方案的可能性。根据拓扑优化结果并综合考虑了装配条件、加工制造费用等因素建立了侧连接板模型,分析了优化后侧连接板形变和应力的分布情况。结果表明该方法设计出的侧连接板完全满足实际需求,证明了该方法的可行性和合理性,为顶驱侧连接板的设计提供了新的思路和参考,为降低顶驱生产成本和整机重量,提高顶驱市场竞争力提供了可能,具有重要的实际经济意义。

关键词：拓扑优化顶驱侧连接板减重

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顶驱液压系统的设计与研究

顶驱液压系统的设计与研究

作者：范闪华南理工大学

学位级别：硕士

顶部驱动钻井装置是20世纪80年代兴起的新型钻井技术,是旋转钻井技术的一项重大突破,受到世界各国石油公司的高度重视,且在国际石油工业中得到迅速发展和应用,顶驱装置的应用明显提高了钻井作业的速度和效率,已成为石油钻井先进装备的... 详细信息

顶部驱动钻井装置是20世纪80年代兴起的新型钻井技术,是旋转钻井技术的一项重大突破,受到世界各国石油公司的高度重视,且在国际石油工业中得到迅速发展和应用,顶驱装置的应用明显提高了钻井作业的速度和效率,已成为石油钻井先进装备的代表。随着我国国民经济的快速发展,全国石油消费量迅速增长。然而,石油产量增长低于消费增长,这给石油钻井机械设备如顶驱等制造了大量的市场机会。虽然国产顶驱在设计制造时都引进了国外的先进技术,但同国外的顶驱相比,国产顶驱的质量和性能等方面仍然存在着或多或少的问题。因此,顶驱整体的设计与研究,对缩短与国外之间的技术差距、提高顶驱产品的技术含量、提升顶驱产品的品质具有重要的现实意义。本文分析了顶驱的国内外研究现状并指出了今后顶驱的发展趋势,介绍了顶驱的基本结构及其优点,对钻井作业进行了深入细致的分析,并以美国Varco公司的TDS-11SA型顶驱为例,对顶驱液压系统的平衡系统控制油路、刹车油路、回转头油路、倾斜机构油路、IBOP控制油路、背钳机构控制油路和定位销系统控制油路进行了详细的设计与说明。根据已经知道的TDS-11SA顶部驱动钻井装置的主要技术参数,在综合考虑关键元件的使用性能和使用寿命等因素的情况下,对主要液压元件进行了合理的参数计算与选型。本文介绍了世界著名的工程系统高级建模与仿真软件AMESim,并按照第三章中对平衡系统控制油路的设计,利用AMESim软件中的HCD(Hydraulic Component Design)库对顶驱液压系统平衡系统搭建了仿真模型,在参数模式下对各部分模型的相关参数进行了详细的设置,最后对其进行仿真并且对仿真结果进行了深入细致的分析。仿真结果表明本文对顶驱液压系统平衡系统的设计实现了平衡系统的作用,即平衡了顶驱本体的重量,保证了丝扣在上卸扣时不至于磨损,从而证明了设计的可靠性。仿真结果显示通过调节蓄能器的相关参数可以提高顶驱液压系统平衡系统的工作效率和使用性能。仿真结果还证明了蓄能器在液压系统中起到了吸收压力脉动和缓和冲击力的作用。

关键词：顶驱钻井液压系统 AMESim仿真