自动排管系统——举升机

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高职学生毕业设计

题目： 自动排管系统---举升机

学 院: 电子技术学院 专 业: 机电一体化 学 号: ************ ****: ** ****: ** 日 期: 2012年5月28日 2

引 言 在20 世纪40 年代,人们就开始探索起下钻操作的机械化方法,于是产生了钻杆自动排放系统。目前,该系统已在深水及超深水海洋钻机中得到广泛应用,在改进钻井作业的安全性和经济性等方面取得了巨大成功。 在起下钻过程中需要将钻杆从井口移送到钻杆排放架或从钻杆排放架移送到井口,即钻杆排放操作。特点是具有危险性;是一个重复性高而劳动强度大的过程;花费大量时间;需要多人合作共同完成。 在海上钻井作业中常遇风浪,工作环境恶劣,安全情况更为突出。同时,海上钻井成本很高,加快钻井速度,缩短钻井周期显得尤为重要。 20 世纪40 年代,人们开始探索使钻杆操作机械化的各种方法,于是产生了钻杆排放系统,实现钻井过程中井口到排放架之间钻杆排放的自动化操作,避免人与钻杆的直接接触,并可加快起下钻速度,对降低海上钻井作业成本发挥了重要作用。 1）发展历史 1949 年,在研制半自动化钻机时就采用了钻杆排放系统。该系统可以通过液压和气动阀来进行,从而完成起下钻的各种常规操作。 1956 年,第1套机械化钻杆操作系统应用到CUSS21 钻井船上,该系统为卧式操作系统,安装在钻杆甲板尾部。钻杆通过自动化坡道移送至井口,然后由吊卡提升。与此同时,一套立式钻杆排放系统得到发展,此系统与传统的钻杆立根操作方式相似。20 世纪40 年代末,一套样机系统安装到Hum2ble 30 型钻机上,并且成功钻进了22 860 m。 此后将近20年 ,才有完全自动化的钻杆排放系统开始投入商业使用,该系统使得起下钻过程不需要钻井工人直接参与。 1968 年,Off shore 公司在其转塔系泊钻井船Discoverer 号上配备了立式钻杆排放系统,此后,自动化钻杆排放系统开始得到迅速发展。采用该系统的初衷是解决由于钻井船运动而引起的钻杆操作的困难。这套系统获得成功后,许多其他钻井船开始安装类似系统,包括几套类似于CUSS21 钻井船上的卧式系统。 1973 年,全自动化钻杆排放系统首次安装到挪威的Smedvig West Vent ure 半潜式钻井平台上。采用这套系统不是为了解决平台移动产生的问题,主要是解决平台在挪威北海钻井时强风和低温的影响问题。这套系统同样获得了成功,此后,大量其他同级别的钻机配备类似系统也获得了成功。 直到1980 年,才开始出现了各种不同设计的立式钻杆排放系统。这主要是因为相关国家标准的影响,尤其是挪威。挪威石油局的标准规定:作业于挪威领海内3

的钻机必须配备全自动化钻杆排放系统、动力卡瓦以及自动化上卸扣装置。 目前,钻杆排放系统的种类很多,包括简单的位于钻台上的机械手,以及复杂的具有3 个机械手臂的排放系统。许多系统能够举升钻杆立根,有些甚至能举升直径为<508mm(20 英寸)的套管。这些钻杆排放系统可以看作是位于井口和排放架之间的二臂或三臂机器人,操作员在封闭控制室内通过电脑或其他电子设备对系统进行控制。 2）促进钻杆排放系统发展的因素 ①安全性 在整个钻井过程中,有30 %以上的时间花费在起下钻杆、钻挺、套管以及其他钻具上。研究和事故分析表明,钻井工人在进行这些操作时危险性很大。钻杆排放系统的一个主要目标就是减少钻台上的操作人员,从而提高安全性。 ②经济性 经济性不仅包括钻井作业人员的薪酬,还包括人员运输及其在作业地点的其他费用,在海上及沼泽等边远地区,花费在人员方面的费用会更高。减少钻井作业人员可以降低总的钻井成本。 采用钻杆自动排放系统的第2 个经济因素是钻井作业时间。在某些情况下,经济因素迫使人们将钻井作业时间以分甚至以秒来考虑。在钻超深井或在超深水海域进行钻井时,立根数目相应增多,起下钻将耗费大量的时间。如果缩短每个立根的操作时间,那么整个起下钻过程耗费的时间将会明显减少。当然,钻杆自动排放系统不是单纯地加快起下钻的速度,而是在其稳定的操作速度和安全的工作环境共同作用下降低成本。 ③工业标准 1981 年,挪威石油局的标准规定:作业于挪威领海内的钻机必须配备自动钻杆排放系统。1991年,对该标准作了修改,规定钻杆排放系统所能操作的管柱范围必须包括钻铤和套管。挪威在2003 年做的一项调查表明,钻杆自动排放系统在钻井工人安全、健康和工作环境等方面都有了明显的改善。 ④工业发展趋势 自动化和计算机化目前已成为工业发展趋势,并且深入人心,这在一定程度上也促进了钻杆自动排放系统的发展。 钻杆自动排放系统在现代钻井中发挥了重要的作用。目前,钻杆排放系统的操作范围已由最初的钻杆扩展到钻铤、套管、隔水管以及其他井下工具。最近20年来,新建的大型海洋钻井装备以及自动化钻机上都广泛采用了钻杆自动排放系统 4

目录 目录………………………………………………………………………………………III

1 钻杆自动排放及移运系统分析、原理分析.................................................................. 5 1.1 钻杆自动系统分析................................................................................................... 5 1.2 钻杆自动转运系统基本原理分析........................................................................... 5 1.3 钻杆自动移运系统基本原理分析........................................................................... 5 2 钻杆自动排放及移运系统结构设计.............................................................................. 6 2.1 钻杆自动转运系统结构设计结构原理................................................................. 6 2.2 钻杆自动移运系统结构设计结构原理................................................................. 6 3 钻杆自动转运系统结构设计计算.................................................................................. 7 3.1 转运臂结构设计....................................................................................................... 7 3. 2 长伸缩臂结构设计.................................................................................................. 8 3. 3 短伸缩臂结构设计.................................................................................................. 9 3.4 机械手总成结构设计............................................................................................... 9 3.5伸缩臂伸缩液压缸结构设计.................................................................................. 13 3.6转运液压缸结构设计.............................................................................................. 17 3.7 底座结构设计......................................................................................................... 20 4 钻杆自动移运系统结构设计计算.................................................................................. 20 4.1 移动小车结构设计................................................................................................. 20 4.2 大梁结构设计......................................................................................................... 23 4.3 机械手总成结构设计............................................................................................. 23 4.4起升液压缸结构设计.............................................................................................. 26 4.5钻杆钻杆排放架结构设计...................................................................................... 27 结 论.................................................................................................................................. 29 参考文献.............................................................................................................................. 30 致 谢................................................................................................................................ 31