石油鉆井中的液壓技術(shù)分析

安海亮

摘 要：鉆井機械是石油勘探領(lǐng)域中的重要設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展加大了我國對于石油資源的需求，做好鉆井機械的研發(fā)和應用對于提高石油資源的勘探和開采有著極為重要的推動作用。鉆井機械需要長時間在野外復雜、多變的環(huán)境下工作，加之鉆井機械在工作的過程中具有能耗大、高速重載的特性，在鉆井機械的結(jié)構(gòu)中多采用液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)動力的傳遞和驅(qū)動。應用于鉆井機械中的液壓技術(shù)利用其體積小、能耗小、傳動平穩(wěn)、慣性小和操控方便等的特點為越來越多的鉆井機械所青睞與應用。本文將在分析液壓技術(shù)特點基礎(chǔ)上對液壓技術(shù)在鉆井機械中的應用進行分析闡述。

關(guān)鍵詞：鉆井機械；液壓技術(shù)；應用

中圖分類號：TH13 文獻標志碼：A

0 前言

在現(xiàn)今的鉆井機械中液壓技術(shù)應用所占的比重在逐年增加，液壓技術(shù)以其良好的應用特性在鉆井機械中發(fā)揮著越來越重要的作用。相較于傳統(tǒng)的機械傳動技術(shù)液壓技術(shù)能夠更好、更高效的實現(xiàn)動力的傳輸和鉆井機械中一些承載承壓部件的驅(qū)動。本文將就液壓技術(shù)在鉆井機械中的應用情況進行分析介紹。

1 液壓技術(shù)在鉆機盤式剎車系統(tǒng)的應用

鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)主要由液壓站、剎車執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)等幾大部分所組成。液壓站為鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)提供剎車動力，操作臺控制鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)的制動作業(yè)，而盤式剎車則為鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)的剎車執(zhí)行部分，鉆井機械盤式剎車機構(gòu)的組成部分主要由剎車鉗、鉗架、剎車盤等幾部分組成。剎車鉗根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式又分為常開式和常閉式安全鉗兩大類。鉆井機械工作時發(fā)生以下情況將會進行剎車制動：（1）工作制動，這一制動方式實現(xiàn)時通過對剎車閥進行電控調(diào)節(jié)可以對剎車工作鉗的制動壓力、剎車力矩進行相應的調(diào)節(jié)用以滿足多種不同工況下的制動需求。（2）緊急制動。在緊急制動下鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)中的工作鉗、安全鉗將在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下全部進行剎車制動。除了上述兩種重要的制動方式外，鉆井機械在工作中還存在著過卷保護制動、駐車制動、誤操作保護制動以及低壓保護制動等。對于鉆井機械盤式剎車系統(tǒng)的非正常制動需要結(jié)合制動報警信息查找故障原因并予以排除，確保鉆井機械的安全運行。

2 液壓技術(shù)在鉆井機械系統(tǒng)中的機具和輔助機具中的應用

應用于鉆井機械機具和輔助機具采用電液系統(tǒng)，通過采用精確的電控系統(tǒng)用以實現(xiàn)液壓機具的精確控制。以液壓貓頭為例，液壓技術(shù)應用于鉆井機械的機具中時最早是應用于液壓貓頭的控制，隨著電液技術(shù)的發(fā)展使得液壓貓頭的自動化控制程度不斷提高，現(xiàn)今的液壓貓頭的控制采用的是拉力、速度可調(diào)可控的比例控制閥組，以使得上扣、卸扣作業(yè)對于液壓扭矩的精確控制得以實現(xiàn)。組成液壓貓頭的電液控制系統(tǒng)主要由電控單元和液壓控制閥組所造成。電控單元通過輸出比例電壓信號經(jīng)過比例放大器后經(jīng)過功率放大輸出控制電流信號驅(qū)動比例閥組控制線包來對液壓閥組進行控制。

3 液壓技術(shù)在鉆井機械井架、底座起升方面的應用

液壓技術(shù)在鉆井機械井架、底座起升方面的應用有效的改變了傳統(tǒng)鉆井機械穿繩起升下放的方式，從而使得鉆井機械的安裝和移動時間大為減少。以自升式套裝井架起升裝置為例，自升式套裝井架的起升動作依靠的是兩組分布在自升式套裝井架兩側(cè)的液壓絞車來牽引固定在自升式套裝井架基段上的2組滑輪組來實現(xiàn)的。2組起升滑輪組升降時必須要具有良好的同步性，在液壓系統(tǒng)工作時的同步控制上具有多種控制形式，根據(jù)控制系統(tǒng)所使用的液壓控制元件的不同可以分為流量和體積控制兩大類。在最初的自升式套裝井架液壓起升裝置中采用分流集流閥的方式來實現(xiàn)2組滑輪的同步控制，自升式套裝井架的起升、下降由一組多路閥來對其進行同步控制。通過在雙向油路中加裝同步閥用以控制兩油路控制閥的開口大小。實現(xiàn)2油路油量的精確控制。

在采用分流集流閥來進行同步控制時會受到液壓油清潔度、液壓油溫度以及液壓油流量大小等因素的影響而導致同步精度受到一定的偏差，理論上來說采用分流集流閥所產(chǎn)生的誤差在2%以內(nèi)，但是在實際的工作中采用分流集流閥進行同步度控制時受到液壓馬達排量、容積效率以及液壓絞車滾筒纏繞精度偏差等因素的影響致使同步度會產(chǎn)生較大的偏差。為確保提升同步精度，在液壓系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)中需要加入手動調(diào)節(jié)裝置用以調(diào)節(jié)兩液壓馬達供油量恢復兩液壓馬達的同步。

在自升式套裝井架工作過程中如自升式套裝井架2組提升裝置的同步偏差超過±20mm時將極易造成自升式套裝井架與基段導軌卡死。為避免這一故障的產(chǎn)生需要在自升式套裝井架液壓提升系統(tǒng)的控制上采用電液閉環(huán)同步控制系統(tǒng)確保自升式套裝井架提升的高精度。在自升式套裝井架起升裝置采用電液閉環(huán)同步控制系統(tǒng)時將使用液壓馬達來對自升式套裝井架的起升速度和精度進行同步調(diào)節(jié)。電液閉環(huán)控制系統(tǒng)中兩液壓馬達的輸出調(diào)節(jié)依靠的是安裝在自升式套裝井架提升滑輪組上的旋轉(zhuǎn)編碼器所反饋的信號來對自升式套裝井架的提升高度來進行定位的。

旋轉(zhuǎn)編碼器所反饋的位置偏差反饋至閉環(huán)控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)依據(jù)反饋信號的偏差來調(diào)節(jié)電磁換向閥開口量的大小用以消除自升式套裝井架起升系統(tǒng)所產(chǎn)生的同步偏差。自升式套裝井架起升控制系統(tǒng)所采用的兩液壓馬達速度采用同步閥來進行同步控制，兩電磁換向閥與控制系統(tǒng)所構(gòu)成的自升式套裝井架起升閉環(huán)同步調(diào)節(jié)將能夠?qū)ψ陨教籽b井架的起升進行良好的同步控制，對于液壓系統(tǒng)對自升式套裝井架的同步提升誤差可以控制在±5mm的誤差范圍內(nèi)，用以保障自升式套裝井架提升裝置的良好運行。

4 液壓技術(shù)應用于鉆機系統(tǒng)的快速運移動

鉆機在運行的過程中為滿足從式井的需求需要進行短距離的整體位移，鉆井機械設(shè)備自身體積龐大、重量重，傳統(tǒng)的鉆機短距離位移采用先拆卸后安裝的方式耗時耗力，不利于鉆機生產(chǎn)效率的提升。通過將液壓技術(shù)應用其中將能夠?qū)崿F(xiàn)鉆機整體短距離、高穩(wěn)定性的快速位移。以液壓技術(shù)為基礎(chǔ)的鉆機平移方式主要有：步進式、列車式和滑軌式等幾種。步進式鉆機平移裝置主要是由液壓裝置、頂升油缸、滑車以及平移油缸等幾大部分所組成，其在工作時采用的是整體推拉或是一推一拉的工作方式，結(jié)構(gòu)簡單、成本低能夠應用于大多數(shù)鉆機的短距離平移。采用步進液壓系統(tǒng)來推動鉆機進行短距離平移時，液壓平移裝置利用其自身的頂升油缸頂起鉆機，而后利用平移推動油缸來推動鉆機在水平距離上進行一段距離的平移，待到鉆機移動到指定位置后頂升油缸下降放下鉆機，如所需移動的距離較遠可重復上述移動控制方式來推動鉆機在水平范圍內(nèi)進行位移。

結(jié)語

液壓技術(shù)在鉆機系統(tǒng)中有著極為重要的應用，尤其是現(xiàn)代液壓技術(shù)與電子控制技術(shù)相結(jié)合所發(fā)展起來的電液控制技術(shù)使得液壓系統(tǒng)的控制性能得到了極大的提高。液壓技術(shù)以其良好的傳動性、系統(tǒng)性將會在未來的鉆機中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是電液控制系統(tǒng)的發(fā)展和應用將使得鉆機液壓系統(tǒng)的整體自動化程度得到較大幅度的提升，使得鉆機能夠更好地完成相關(guān)作業(yè)。本文在分析液壓技術(shù)特點的基礎(chǔ)上對液壓技術(shù)尤其是電液技術(shù)在鉆機機械中的應用進行了分析介紹。

參考文獻

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