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目前,国内大部分油田仍采用人工配合半自动化设备的修井作业方式。这使得修井施工周期长,劳动强度大,容易发生安全事故。基于此,充分调研国内外修井作业自动化装置现状,研究各个部分的配合运作关系,发现对于采用固定式猫道的修井作业系统,扶正手的工作强度大,承受冲击大。根据现有的设备尽量使资源利用最大化,提出并设计了一种辅助扶正手扶正对中的扶正手接管缓冲机构(后文中又称接管缓冲机构)来完善现有的修井自动化装置,方便修井作业由传统向自动化的转变,主要研究内容如下: 一、论文综述了国内外修井作业中扶正手以及各类缓冲装置的研究现状,分析了扶正手与自动修井机其他部分的配合,探讨了扶正手接管缓冲机构研究的关键问题。 二、通过对修井作业下油管过程中扶正手接管动作的分析,确定扶正手接管缓冲机构的工作流程,提出了扶正手接管缓冲机构的总体设计方案,确定了该机构的总体结构,完成液压系统的设计以及关键部件的强度分析。 三、采用多体动力学理论对扶正手接管缓冲机构起升过程建立运动学和动力学模型,得出了机构摆臂起升过程中该机构相应的位移、速度、加速度方程以及液压缸的驱动力方程。 四、通过ADAMS软件建立扶正手接管缓冲机构起升过程的虚拟样机模型,并对其起升过程进行运动学和动力学仿真分析。得出了液压缸的驱动力曲线、摆臂的速度和加速度等曲线。对油管与承接件之间的碰撞力进行分析,得到了不同承接件材料、不同形状以及不同摆臂摆角情况下的碰撞力曲线,选择该机构承接件的材料、形状以及摆臂的最佳角度来减小碰撞力。 五、扶正手接管缓冲机构采用液压缸内置式节流缓冲装置,建立固定节流面积与可变节流面积缓冲装置的数学模型并利用MATLAB及Simulink进行建模仿真,得到两种缓冲装置的缓冲特性曲线。对比仿真结果得出该机构采用可变节流面积缓冲装置,即在缓冲腔末端合理布置节流小孔,可以得到较好的缓冲效果。 本文所设计的扶正手接管缓冲机构能够满足实际工程需要,可用于完善修井作业自动化系统,对相关的研究有一定的参考价值。