【摘 要】
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钻具输送作业是钻井工序中最重要的环节之一,但我国大多数井场设备只能实现钻具输送的半自动化。现投入使用的陆地钻具输送系统只能输送单根钻杆,输送效率亟待提高。因此,本文针对我国陆地井场的实际工况,自主设计出一款同步输送三根钻杆的自动化陆地钻具输送系统,该系统对石油自动化设备研究具有重要的意义。本文首先确定钻具输送系统的整体结构。通过对三种常见钻具输送系统的结构进行分析,总结其优缺点以及适用的工作场合。
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钻具输送作业是钻井工序中最重要的环节之一,但我国大多数井场设备只能实现钻具输送的半自动化。现投入使用的陆地钻具输送系统只能输送单根钻杆,输送效率亟待提高。因此,本文针对我国陆地井场的实际工况,自主设计出一款同步输送三根钻杆的自动化陆地钻具输送系统,该系统对石油自动化设备研究具有重要的意义。本文首先确定钻具输送系统的整体结构。通过对三种常见钻具输送系统的结构进行分析,总结其优缺点以及适用的工作场合。在此基础上结合国内陆地钻具输送系统的特点以及井场实际工况,确定出合适的系统总体方案,最后针对设计方案进行可行性分析研究,确保方案的合理性。其次,对陆地钻具输送系统进行机械结构设计与分析。根据陆地钻具输送系统的工作要求确定其主要参数、工作流程以及机械结构。同时对整个钻具输送系统进行功能模块化划分,共划分为钻具处理、钻具举升以及钻具输送三个功能模块,并对其分别进行设计与研究;使用Creo软件对整个系统进行三维建模,针对钢丝绳和液压绞车进行选型计算,并对踢出机构、送钻小车、起升板机构等重要部件进行详细的设计计算;使用ANSYS Workbench软件对系统中的送钻装置、支架等关键零部件进行强度分析与校核,通过仿真结果验证该系统的稳定性。最终,根据陆地钻具输送系统的功能特点,设计出一套与之匹配的液压系统和电控系统。对液压控制系统进行整体设计,并绘制液压系统原理图,随后对液压马达以及液压站主要元件进行选型计算,确保其设计的合理性;电控系统采用西门子S7-200 SMART PLC作为主控制器,根据控制系统总体方案绘制系统主电路图、PLC供电图以及电气原理图;使用STEP 7-Micro WIN SMART软件编写系统的控制程序,实现了陆地钻具输送系统的远程控制。本文设计的陆地钻具输送系统适配ZJ70D钻机,能够实现同步输送三根钻杆,该系统自动化程度及工作效率均有了显著提升,为后续陆地钻机及其配套设备的研制提供了参考。
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