斜直井鉆機管子處理系統的設計與理論研究

董海軍

摘 要：為了滿足現階段斜直井鉆機管子處理系統的工作需要，展開設計模塊及其理論研究模塊的協調是必要的，這就需要進行國內外先進鉆井工藝流程的分析，進行斜直井鉆機管子處理系統的健全，保證其設計模塊及其理論模塊的協調。這也需要進行鉆機管子處理系統的優化，進行相關資料的深入分析，這也需要進行一系列的齒輪齒條斜直井鉆機方案的應用。

關鍵詞：齒輪齒條鉆機；存在問題；總結探究；斜直井；管子處理系統

1 關于斜直井鉆機管子處理系統設計理論的分析

1.1 在現階段鉆修井作業工作中，影響鉆桿模塊的因素是非常多的，比如油管的工作模塊、套管的工作模塊。通過對井下鉆工作模塊的優化，更有利于進行鉆柱排放作業體系的健全。進行所花費時間的控制，保證勞動強度的優化，進行安全風險的控制。這也需要進行管柱處理系統的健全，保證海洋鉆井平臺的控制。這也需要進行鉆井船井口機械化設備的應用，保證鉆井作業模塊的優化。

在管狀類鉆具工作模塊中，進行鉆井平臺甲板體系的健全是必要的，從而進行鉆桿排放架自動模塊的開展。在完井作業模塊中，進行管具的有效輸送及其控制，保證地面排放架模塊的有效開展。這也需要進行修井作業體系的健全，進行油管模塊及其管狀工具模塊的協調，保證操作平臺模塊及其排放架的有效移送操作。這也需要進行管柱處理系統的健全，保證其一體化裝置模塊的優化，進行管具及其管柱排放架的自動移送及其排放。

1.2 在現階段鉆修井管子處理模塊中，進行處理系統技術的更新是必要的，從而針對其鉆井類型及其自動化技術水平展開分析，進行鉆井環境的探討，保證多元化的鉆修井管子處理系統工作的開展。這也需要進行動力貓道移送模塊、大臂旋轉移動模塊等的協調，進行多種類型的子處理系統工作的開展，從而提升其綜合運作效益。

隨著我國安全環保性經濟工作的開展，鉆井工作的安全性及其環保性日益引起重視，通過對鉆修井井口操作體系的健全，更有利于進行工作人員勞動強度的控制，保證鉆修井井口操作的有效開展，實現機械化自動化方案的優化，保證鉆修井管子處理系統的健全，滿足現階段鉆修井自動化工作的需要，進行先進性的管子處理系統的優化，保證鉆機先進性的控制。

2 斜直井鉆機的總體設計系統的健全

2.1 在現階段斜直井鉆機應用過程中，進行總體設計方案的優化是必要的。這需要進行新型的斜直井鉆機的應用，保證頂驅移動裝置模塊的優化，進行多種模塊的防傾斜工作的開展，從而保證其整體設備體系的健全。這也需要井架機械手移送型管柱處理模塊的優化，使其適應斜直井鉆機工作的開展，保證其管柱處理系統效益的提升。實現機械手及其井架的有效協調，保證裝置工程的有效開展，確保其裝置整體效益的提升。這也需要進行裝置機械手工作模塊的優化，進行井架工作于井架工作的協調，保證頂驅裝置的有效施工，從而提升其送管的綜合效益。

在鉆機工作模塊中，進行頂驅移動裝置的優化是必要的，從而滿足鉆機工作的需要，進行不同設備元件的固定，進行傳統鉆機工作模塊的避免，進行頂驅移動裝置體系的健全，進行鉆機動力端的控制，保證其液馬達模塊、剎車機構模塊等的協調。代替了傳統鉆機的游車、吊鉤、鉆盤等裝置。選用的為赫格隆的CA210型液馬達。下面是有關參數的計算選擇。

2.2 在現階段管子處理系統工作中，進行功能任務的優化是必要的，從而保證斜直井鉆機管子處理系統的健全，進行工作流程的優化，保證整個管子處理系統機構的優化，進行不同工作模塊的協調，進行機械手整體方案的優化，保證其各個設備的積極工作及其協調。一個底座，連接梁，一個井架移動油缸。包括底座、擺動液缸、連接梁和機械手組成。底座底端安裝有導輪使得整體機械手可以沿井架導軌移動，擺動液缸1選用的要求最大擺角范圍為180接方式應為法蘭連接，輸出形式為輸出軸連接。

在擺動液缸選擇過程中，進行擺角范圍的確定是必要的，從而保證法蘭輸出連接模塊的優化，進行后端法蘭固定模塊及其相關模塊的協調，保證機械手的積極設計，保證兩爪定心工作的開展，這也需要針對實際情況展開相關模塊工作的優化。但本人認為兩爪定心需要的橫向尺寸要遠大于三爪定心的橫向尺寸，因此本設計選用三爪定心機構。為了保證不同的管徑的中心位置保持不變，三爪定心時對應不同的管柱下支撐需要進行調換以適應不同管徑。

在管子處理系統工作模塊中，進行設計環節及其計算環節的優化是必要的，這需要進行機械手管柱夾持范圍的控制，保證其機構的對稱性，這也需要進行相關設計變量的分析，進行桿長度的控制，從而提升其綜合應用效益。它們的約束條件就是L4的末端點的夾持必須是在最大管柱圓和最小的管柱圓之間，而且必須在90°與120°之間，此時的夾持效果受力最好。首先通過分析可以確定L4、L5、和轉角γ的數值范圍從而減少該機構的設計變量。夾持的最大管柱直徑為283mm，因此取夾持管柱的中心點離O點的距離為200mm。

2.3 通過對數學模型的優化，更有利于進行目標函數的積極約束，保證其最小值的控制，保證其機械手各個尺寸的有效確定。這也需要進行草圖工作模塊的協調，進行相關尺寸的符合，保證機械手工作的開展。發現該尺寸的機械手能夠將88.9～283mm管柱夾持住，說明上面的求解沒有問題，夾持最大和最小管柱時的情形。此時L1離O點的距離的距離差為140mm，因此選取該機械手的推動液缸的行程為150mm。

2.4 在現階段液壓螺旋擺動缸工作模塊中，進行裝配緊密性配件的應用是必要的，這需要在有限空間內進行扭矩模塊的優化，進行組合螺旋齒結構的優化，保證其整體擺動缸工作模塊的優化，進行扭矩的積極控制，確保其滿足動力性的需要，進行動力的精確控制，保證其擺動液缸模塊的優化。它們各自的擺角不同，擺動液缸2是調整機械手角度，使得管子能夠和井架保持相同的傾斜角度，此擺動油缸的擺動角度為0°到90°。而擺動液缸1為翻轉液缸，將管柱翻轉到井架中心位置，完成送管任務，該液缸的擺動角度為180°。

通過對擺動油缸的有效選型，保證鉆柱水平位置旋轉的積極開展，進行井架傾斜角度的控制，保證鉆桿位置的有效優化，避免其不合理的偏重力矩的產生。在工作模塊中，也需要進行鉆桿中心的控制，進行擺動液缸旋轉軸線的優化，進行偏重距離的控制。保證管子處理系統虛擬樣機工作的開展，從而提升其綜合運作效益。由液壓系統驅動的機械裝置進行仿真分析是建立在機械系統、液壓系統聯合仿真的基礎上。機械系統工作時受到液壓系統提供的源動力，同時液壓系統受到機械系統的外部工作負荷，以及機械系統工作時的各種動力學參數的變化會反饋到液壓系統。

在工作模塊中，進行仿真軟件的應用是必要的，從而針對單領域的仿真模塊展開分析，進行必要性的聯系，保證其仿真體系的健全。這需要展開相關工作模塊的協調，保證機械系統的整體方案的優化，進行液壓系統及其控制系統的協調。在前面章節已經將在solidworks建立好的模型導入ADAMS中進行了動力學仿真，本章要對機械臂擺動液缸的旋轉運動過程，以及整體機械臂的起升運動過程進行機液聯合仿真。

3 結束語

通過對斜直井鉆機管子處理系統的設計與理論模塊的優化，更有利于現階段斜直井鉆井工作的開展，提升鉆機管子處理系統的效益。

參考文獻

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