單機械手夾持狀態下鉆桿運移平穩性分析

李昊軒，王清巖*，2，金贈伍，李苓豪，郭乃銘

（1.吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026；2.復雜條件鉆采技術自然資源部重點實驗室（吉林大學），吉林 長春 130026）

0 引言

如今自動排管機等自動化裝備已經廣泛應用于鉆井工程領域。國外石油鉆探自動化技術已經相當成熟，已經實現二層臺鉆桿排放的自動化操作。近些年來，國內針對石油鉆井自動化技術的研究突飛猛進，已經初步實現了管具運移裝置的自動化［1-3］。

在地質巖心鉆探領域，國外已經完成巖心鉆機的自動化和智能化升級，極大地提高了取心質量和工作效率。而我國針對鉆探裝備自動化的研制和應用才剛剛起步，所用設備自動化水平低，無法滿足發展需要。

鉆桿夾持機械手作為自動排管機的重要組成部分，排管機工作時，通過其夾持并提升鉆具，再將鉆具于井口和指梁間進行往返運輸。其應具有結構緊湊、質量輕等特點；同時確保鉆桿夾持的可靠性，尤其是在夾持鉆桿并運移的過程中應具有足夠的卡緊力。現有石油鉆井常用的機械手結構復雜、質量大，且夾持鉆桿后，鉆桿自由度為零。當鉆桿被運移至井口后，機械手松開，頂驅帶動鉆桿進行對接，此時鉆桿下端處于懸空狀態，鉆桿旋轉時易發生偏軸［4-10］。

地質巖心鉆探相對于石油鉆探所用鉆桿直徑和鉆塔尺寸都相對偏小，把石油鉆井機械手比例縮小無法保證其功能和強度滿足條件［11-13］。因此應進一步針對地質巖心鉆探領域對管具運移裝置進行創新，設計出適用于地質巖心鉆探的新型機械手。……