石油钻机自动化动力液压猫道的设计与研究

摘要

近年来随着科技技术的飞速发展，液压、电控等自动化技术应用在石油钻井作业过程中，特别是应用在钻井作业用的石油钻机上。刹车系统和钻井整个钻井作业中的配套主要钻机设备手动刹车演变成液压盘式刹车盘刹以及手动送钻演变成目前的以及自动钻井用的自动送钻等是整个钻井作业的机械自动化程度有了明显的提高。但对于整个钻井作业过程来说一般性的人工手动操作还未有多大进步基本还是保持在原有水平上。对此类方面的研究少，落后与整个钻井作业设备的研制和开发本论文旨在设计一种新型的自动化液压猫道，改变传统的钻具输送方式，利用钻台下方的井口空间，钻杆从钻台下方垂直输送，大大提升了钻台使用空间，结构更加紧凑，实现了操作的安全性，能够实现自动化操作。
　　本论文对猫道的国内外研究现状进行详细的总结，对当前传送钻杆装置的优缺点进行系统的了解。详细分析猫道系统机械传动部分中的上下管柱装置、管柱输送装置、回转装置和提升装置的结构设计，详细介绍了整个自动化猫道动作过程的工作原理。综合考虑钻井平台的使用环境，设计了一整套液压控制系统，完成钻杆从钻杆摆放架传递到钻井平台上的一系列动作。为确保液压系统的安全使用，对液压执行元件的工作进行详细的说明，简述了液压系统的安全性能。通过Workbench有限元分析软件对系统关键部件进行强度校核，并根据分析结果对猫道的机械系统和液压系统进行必要的优化修改，以满足井场操作要求。通过使用ADMAS软件，模拟现场环境，并建立该猫道系统三维CAD模型，按照实际现场动作完成整个作业过程对猫道的整体模型进行仿真分析，得出系统关键部件速度、加速度和位移的变化曲线，对钻杆输送过程中和执行机构运动的一致性进行了分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题的依据及研究意义

1．1．1 论文选题的依据

1．1．2 课题研究的意义

1．2 动力液压猫道国内外研究现状

1．2．1 国内钻机系统钻具输送系统(动力液压猫道)技术现状

1．2．2 国外动力液压猫道技术研究现状

1．3 课题研究的主要内容和创新点

1．3．1 论文研究的主要内容

1．3．2 课题研究的创新点

1．4 本章小结

第二章 自动化动力液压猫道系统机械结构设计

2．1 自动化动力液压猫道的主要参数

2．2 自动化动力液压猫道中机械传动部分的主要结构设计

2．2．1 猫道上下管柱装置

2．2．2 管柱输送装置

2．2．3 回转装置

2．2．4 提升装置

2．3 自动化动力液压猫道的工作原理

2．4 本章小结

第三章 自动化动力液压猫道系统液压传动系统设计

3．1 液压系统分类和特点

3．1．1 液压系统的分类

3．1．2 液压系统的特点

3．2 液压系统的设计要求和内容

3．2．1 设计要求

3．2．2 设计步骤

3．3 液压系统液压站设计及使用说明

3．3．1 液压站简介及技术参数

3．3．2 液压站试运行说明及注意事项

3．4 自动化动力液压猫道液压系统设计方案

3．4．1 液压系统动作说明

3．4．2 液压系统安全性能

3．5 本章小结

第四章 基于ADMAS动力液压猫道的运动仿真

4．1 ADMAS软件简介

4．2 ADMAS动力学分析理论基础

4．3 仿真环境的设置

4．3．1 基本环境设置

4．3．2 施加约束设置

4．3．3 施加驱动设置

4．3．4 运动副、约束、连接关系的检查

4．4 运动仿真

4．5 仿真结果分析

第五章 动力液压猫道关键部件有限元分析

5．1 ANASYS软件概述

5．2 ANSYS Workbench软件介绍

5．2．1 ANSYS Workbench主要功能

5．2．2 ANSYS Workbench的设计流程

5．3 翻转部分ANSYS Workbench有限元分析

5．3．1 导入三维模型

5．3．2 划分网格

5．3．3 添加约束和载荷

5．3．4 求解

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间申请的专利