螺杆钻具性能试验自动测试系统研究
锚杆钻机试验系统设计
锚杆钻机为钻凿锚杆孔的主要设备 ，主要是 为锚
力油 的压力和流量 ，并 自动控制试 验过程 。试验系统 结构示意 图见 图２ 。
杆 的锚 固做准备 。锚杆钻机按驱动力的不同可分为电 动式 、气动式 和液压式 ３种。文 中介绍 的液压锚杆钻 机是掘锚护一体机上 的一个辅机。如图 １ 所示 ，锚杆 钻机主要结构件包 括顶部 支撑架 １ 、锚杆 钻头 ２ 、锚 杆３ 、顶部支撑 架推动 油缸 ４ 、固定 锚杆 的六 方套 ５ 、 摆线马达 ６ 、地面支撑 油缸 ７和推进液 压缸 。根据煤 炭行业相关标准 ，需要对锚杆钻机 的使用性能进行相 关试验 。作者设计 的简易试验 系统 主要用于评价锚杆 钻机 的推进油 缸 与马达 的匹配 程度 是否 达到 设计 要 求 ，进而反映 出钻机 的整机工作效率。
液压马达ｌ ｌ液压缸
京： 煤炭工业 出版社 ， ０ ． ２ ７ ０
【】胡志坚 ， ３ 孙友宏． 进控制模 拟 系统及控 制算法 的设计 钻
图 ３ 结 构 原 理 图
与试 验［ ］ 煤炭学报 ，０ ９ ４ ：５ ４ ０ Ｊ． ２ ０ （ ）４ ５— ６ ．
各项检验项 目，达 到检测检验锚杆钻机使用性能 的 目
的，为锚杆钻机的理论研究 提供依据 。 参考 文献 ：
【】宋广太， １ 魏锦平， 张榜雄． 煤巷围岩锚固技术与工程实践
［ ． Ｍ］ 北京 ： 煤炭工业 出版社 ，０ ７ ２０．
【 】康红普， ２ 王金华． 煤巷锚杆支护理论与成套技术［ ． Ｍ］北
刚性 ，同时台架通过 自重产生的摩擦力能够保证在试 验过程中不发生位移 。试验 系统架零 部件主要包括 ４ 个立板 ４ 、８个横板 Ｉ Ｉ、２个托板 ２ ／Ｉ 、２个侧护板 １ 以及各种筋板 。用立板 ４和横板 Ｉ ３的焊接组件来放 置和 固定水平钻孔用假岩壁 ，再通过托板联 出垂直方 向上 的安放支 架 ，支架 上 放置 ２种不 同硬 度 的假 岩 壁 。另外 ，托板 ２ 上分别焊接侧 护板 １ ，以更好地 固
针对可调弯螺杆钻具振动特性研究
针对可调弯螺杆钻具振动特性研究摘要：可调弯螺杆钻具在减少钻具储备量、降低定向井、大斜度井、水平井钻井成本方面起到十分有效的作用，但是，在超深井钻井过程中，由于钻井工况存在的复杂性，螺杆钻具出现刺漏和连接螺纹断裂的失效情况时有发生，一般失效过程为产生疲劳裂纹、产生疲劳断裂，一般造成这种情况的原因和钻柱整体振动有关。
文中通过建立钻柱动力学模型研究可调弯螺杆钻具振动特性，为进一步研究深井钻井钻具失效夯实研究基础。
关键词：可调弯；螺杆钻具；振动特性钻具振动是螺杆钻具产生失效的主要原因，因此，对螺杆钻具进行振动特性研究对保证螺杆钻具的安全性十分必要。
文中利用钻柱动力学分析法建立钻柱动力学分析模型，对可调弯螺杆钻具全井段所承受的纵向、横向和扭转振动振型和固有频率进行模拟，通过分析不同弯角螺杆钻具在井下产生共振的可能性，确定在进行可调弯螺杆钻具钻井参数设计的过程中要尽量避免或减小钻柱在低阶固有频率上产生共振，要适当考虑配置扶正器、减震器等不同类型的深井减振工具。
1钻柱动力学分析模型1.1钻柱动力学建模钻柱在井下的受力情况和运动状态比较复杂，在分析前必要进行一定假设，为简化建模，在建模师不考虑钻杆间螺纹连接和钻杆连接接头截面变化，钻杆分段内视为同一内外径，为了便于计算，忽略不同钻具间转换接头和工具外径变化。
从钻头开始向上划分成多个单元，任取一个单元中心轴线为 ,与分别于截面主惯性轴相重合，在每个节点取移动位移和转动位移，包含六个自由度。
单元总能量=动能+势能，任意取钻柱元段分析，该元段动能可表示为：弯曲扭转变形能为：单元体的总势能为：1.2接触函数在进行钻柱动力学分析过程中，要充分考虑到钻柱和井壁间的接触碰撞与摩擦，假设钻柱振动的阻尼影响因素包含钻井液的影响、钻柱材料的内摩擦，钻柱和井壁间的接触力与摩擦力主要被分解为径向力和切向力，主要可以通过IM-PACT冲击函数进行求解。
首先假设井壁径向摩擦因数和轴向摩擦因素相等，摩擦力分配为：此时，钻柱和井壁之间产生的摩擦切向力对钻柱产生一个摩擦等效力矩,通过等效摩擦力矩就可以模拟钻柱和井壁接触过程中的摩擦情况。
中短半径水平井螺杆钻具力学性能分析
中短半径水平井螺杆钻具力学性能分析随着油田的持续开发和老油区作业频繁使油水井井况日趋恶化,加上油藏的非均质性,严重影响油田采收率的提高。
采用中短半径水平井技术,不但可以节约钻井成本,而且还可以增大油层裸露面积,从而提高采收率和经济效益。
特别在我国,随着东部诸多主力油田相继进入高含水期,每年都有相当一部分老井枯竭停产,采用中短半径侧钻水平井技术对于“稳定东部,发展西部”的石油能源战略具有重要意义。
本文采用弹性稳定理论研究弯外壳螺杆钻具在弯曲井眼内的受力和变形特性,着重推导了同一跨内有两种不同刚度的梁柱在不同外载作用下端部转角的计算模型,用于解决下部钻具组合中所存在的变刚度力学问题。
论文中计算了φ120mm和φ165mm弯外壳螺杆钻具在不同结构参数(弯角的大小和位置、下稳定器的位置和直径、上稳定器位置和直径等)、井眼几何参数(钻头处井斜角、井眼曲率等)和钻井工艺参数(钻压)下的钻头侧向力,在此基础上,采用极限曲率法对弯外壳螺杆钻具的造斜率进行了预测。
本文还研究了弯外壳螺杆钻具在φ139.7mm和φ177.8mm套管内下入的可行性;在进行下部钻具组合受力分析和钻头-地层岩石相互作用机理的基础上,建立了井眼轨迹预测模型,并用实例进行了验证。
研究结果表明,弯外壳螺杆钻具的钻头侧向力和极限曲率与弯外壳螺杆钻具的结构弯角、稳定器的位置及稳定器的间隙(或垫块高度)、钻压、井底井斜角等参数密切相关。
结构弯角越大、垫块高度越高,钻头侧向力越大,相应的极限曲率也大;钻压和井斜角对中短半径水平井井眼内使用的小尺寸螺杆钻具的力学性能的影响不太显著,只能起到微调的作用。
弯外壳螺杆钻具组合在套管内的通过度是不一样的,φ88.9mm的双弯螺杆在φ139.7mm的套管内能顺利下入,而φ120mm单弯螺杆(弯角3.5°)在φ177.8mm套管内下入较为困难,需要借助外力才能下入。
本论文的研究成果为预测弯外壳螺杆钻具的造斜率,选择螺杆钻具的结构参数和制定合理的钻井参数提供了重要的理论依据。
螺杆钻具实验台数据采集管理系统设计
螺杆钻具实验台数据采集管理系统设计
随着螺杆钻具在海洋钻井平台上的广泛应用,对其的性能要求也是越来越高。
传统的试验台手工测试已经不能满足高精度、实时性的要求。
为此,本课题在充分了解现有螺杆钻具试验台组成和测试原理的基础上,应
用现代检测技术、计算机技术,并考虑到螺杆钻具本身的工作特点,设计了基于计算机的数据采集管理系统。
数据采集部分硬件结构形式采用基于PCI总线的多通道一般型,主要由计算机、32通道高速数据采集卡、压力传感器、流量传感器、转速传感器、扭矩传感器、信号转换电路等组成。
为了保证系统正常工作,减少采样通道系统误差影响,研究了采样通道标定
方法及数据标度变换方法。
同时,考虑到试验台本身的干扰情况,还对所设计的数据采集系统的抗干扰技术进行了研究,采取了一系列措施以提高系统的可靠性和抗干扰能力。
应用Visual Basic 6.0编程语言和PCI-8310数据采集卡随机附带的Windows标准动态链接库完成了系统的软件设计。
该软件在软件工程学的指导下,面向对象编程思想贯穿于整个开发过程,软件界面设计简单、易操作,独立的模块方便进一步扩充功能。
软件设定了7个通道可以同时采集压力、流量、转速、扭矩、温度等信号,并能根据采集到的数据自动计算功率、效率等参数。
通过系统硬件、软件的协调工作,实现了试验台各种性能参数的数据采集、实时显示、曲线拟合、报告打印等功能,实际运行结果较为满意。
总之,本系统将数据采集与处理、信息管理二者有机的联系起来,满足了试验要求,达到了设计标准,具有较强的实用价值。
纵移开启桥架螺杆试验装置设计与试验研究
第18卷第6期2020年12月Vol.18No.6Dec.2020中国工程机械学报CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY纵移开启桥架螺杆试验装置设计与试验研究边疆1，戴松贵2（1.宁波梅山岛开发投资有限公司，浙江宁波315832；2.上海同新机电控制技术有限公司，上海200949）摘要:宁波梅山春晓大桥采用下层纵移桥架技术，螺杆用于连接移动桥架与可移动悬挂系统。
本文设计了一套纵移开启桥架螺杆试验装置，根据螺杆的拉力及拉伸值进行校核、检测，以达到保证设备安全的作用。
在模拟工况下，对零件的强度性能和变形特性进行测试；在强度性能方面，根据试验中测得的应变，计算出各点的应力值，从而对螺杆、螺纹、锥套等进行测量与校核；在变形特性方面，主要是利用百分表对锥套滑移量、螺杆伸长量、螺纹变形量等进行测量与校核。
关键词:螺杆；试验装置；强度性能；变形特性中图分类号:TH128文献标志码:A文章编号:1672-5581（2020）06-0521-04Design and experiment of screw test equipment ofhorizontal bascule bridgeBIAN Jiang1，DAI Songgui2（1.Ningbo Meishan Island Development and Investment Co.，Ltd.，Ningbo315832，Zhejiang，China；2.Shanghai TongxinMechatronic Technology Co.，Ltd.，Shanghai201949，China）Abstract：Three-dimensional screw test device is the key technology research of longitudinal bridge frame in the lower layer of meishan Chunxiao bridge in Ningbo.For bolts and screws of important parts，tensile test must be carried out before use.Check and test should be carried out according to the tensile and tensile value provided by the manufacturer，so as to ensure the safety of the equipment.A set of screw test equipment is designed in this paper.In the simulated condition，the strength performance and deformation characteristics of the parts are tested.In the aspect of strength performance，the stress value of each point is calculated according to the strain measured in the test.Measure and check the data of screw rod，thread and taper sleeve.In the aspect of deformation characteristics，it is mainly used to measure and check the data of cone sleeve slip，screw rod elongation and thread deformation by percentage meter.Key words：screw；test device；strength performance；deformation characteristics宁波春晓大桥为一座通过下层桥架开启以满足台风来临之前海轮进港避风的双层开启桥，采用下层桥架纵移实现桥架开启，移动桥架通过螺杆与可移动悬挂系统相连。
螺杆钻具工作参数测量模块设计与开发
螺杆钻具工作参数测量模块设计与开发
螺杆钻具是工业钻井中最常使用的钻具之一,其井下工作参数的准确测量有助于提高螺杆钻具的可靠性、可操作性,提升螺杆钻具的工作效率,使其满足更多的钻井需求。
本文主要工作为设计螺杆钻具工作参数的测量模块,测量参数包括螺杆钻具工作温度、时间以及钻具相对转速和绝对转速。
论文首先通过对螺杆钻具结构和失效原因的分析合理规划工作参数测量模块的安装位置,采用在防掉总成上安装测量模块来测量螺杆钻具的工作参数,确定各参数的测量方法及其传感器型号。
然后设计出以ADuC848单片机为核心的工作参数测量模块,从硬件和软件两个方面进行设计和改进,完成对温度、时间、相对转速和绝对转速的测量和数据的存储。
最后进行地面模拟测试。
设计器件搭建地面模拟测试系统,采用永磁伺服电机带动螺杆钻具防掉轴转动,在不同的转速下对螺杆钻具工作参数测量模块进行模拟测试,以检验其测量准确程度。
通过测试和数据分析,本测量模块取得了较好的实验效果,为将来分析井下钻头的实际工作情况提供了参考依据。
锚杆钻车的自动化操作技术研究与实践
锚杆钻车的自动化操作技术研究与实践引言：随着科技的进步和自动化技术的发展，越来越多的行业开始采用自动化设备来提高生产效率和工作安全性。
在工程建设领域中，锚杆钻车是一种常见且重要的设备，用于地下工程的支护。
本文旨在研究和实践锚杆钻车的自动化操作技术，探索如何利用自动化技术提升锚杆钻车的操作效率和安全性。
一、锚杆钻车自动化操作技术的研究现状1.1 锚杆钻车的操作特点及挑战锚杆钻车的操作主要包括孔疏、孔净、锚杆锚固等步骤。
由于地下环境复杂、狭小，在人工操作中存在一定的风险，并且操作效率相对较低。
因此，引入自动化操作技术来替代人工操作具有巨大潜力。
1.2 锚杆钻车自动化操作技术的发展概况近年来，锚杆钻车自动化操作技术取得了一些进展。
例如，引入传感器技术和控制算法，实现了锚杆钻车的自动孔疏和孔净操作；利用机器视觉技术，实现了锚杆的自动识别和定位；通过无线通信技术，实现了对锚杆钻车的远程监控和操作。
然而，目前的研究仍然存在一些挑战，如如何提高自动化操作的准确性、可靠性和适应性等。
二、锚杆钻车自动化操作技术的核心要素2.1 传感器技术传感器是锚杆钻车自动化操作的核心要素之一。
通过安装各种传感器，如位移传感器、力传感器和图像传感器等，可以实时获取地下环境的各种信息。
这些信息可以用于判断孔疏和孔净的进展情况以及锚杆的位置和状态，从而实现自动化控制。
2.2 控制算法控制算法是实现锚杆钻车自动化操作的关键。
根据传感器获取的数据，通过合适的算法进行数据处理、识别和判定，以实现自动控制。
常用的算法包括图像处理算法、机器学习算法和智能优化算法等。
2.3 通信技术通信技术的运用可以实现锚杆钻车的远程监控和操作。
通过无线通信技术，可以将锚杆钻车与监控中心或操作控制室相连接，实现操作人员对设备的实时监控和控制。
同时，也可以利用通信技术实现设备之间的协作与信息共享。
三、锚杆钻车自动化操作技术的实践案例3.1 基于传感器技术的自动孔疏与孔净某公司在锚杆钻车上安装了位移传感器和力传感器，并通过编写相应的算法，实现了锚杆钻车的自动孔疏和孔净。
基于3D成像的钻杆螺纹自动化检测系统
基于3D成像的钻杆螺纹自动化检测系统
杨利强;高雷雷;李林聪;徐海英
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2022(56)1
【摘要】钻杆在使用一段时间后需进行检测与维修。
传统钻杆螺纹检测以人工检测为主,但人工检测速度慢、准确性差。
本文提出了一种高自动化、高精度的非接触式钻杆螺纹检测方案,基于3D成像技术,利用3D激光相机对钻杆螺纹进行周向旋转扫描,获取钻杆螺纹三维图像的同时得到螺纹牙廓线图形,通过计算螺纹牙廓线图形得出螺纹各项参数数值大小,并与规定的标准检测范围数值对比,进而判定钻杆螺纹是否合格。
现场试验结果表明,该方案检测效率、检测准确率及自动化程度高,满足预期目标与要求。
【总页数】5页(P90-94)
【作者】杨利强;高雷雷;李林聪;徐海英
【作者单位】中石化胜利石油工程有限公司;中国石油大学(华东)机电工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TG85;TE921
【相关文献】
1.基于SOPC的石油S135钻杆漏磁自动化检测系统
2.基于3D视觉技术的挤出机螺纹元件复杂表面自动测量系统设计
3.基于3D成像和激光轮廓传感技术的共享汽
车非事故损伤检测系统设计与应用4.基于光纤光栅传感的螺纹钻杆复合载荷多节点检测技术5.基于3DS MAX的物流自动化分拣系统3D仿真
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冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究
冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究在石油钻井中,由于井下动密封件工作环境极其恶劣,密封圈泄漏、提前失效时有发生,所以有必要对动密封圈的动密封特性进行精确分析,为密封圈的优化设计打好基础。
本文首先分析了多工况、变设计因素对O圈、滑环式组合密封的密封特性影响规律,总结出了相关结论;其次,由于在钻井液中存在如岩屑等杂质,而在密封面开槽可以对密封系统进行保护,所以分析了开槽对组合密封动密封性能的影响规律;最后,在冲击式螺杆钻具的使用中,由于密封圈承受轴的高速旋转及往复运动,磨损异常剧烈,所以还对磨损的动密封圈进行了力学分析。
基于以上阐述,本文主要围绕以下几个方面的进行了研究:(1)整体密封设计及有限元建模:首先对冲击螺杆钻具进行整体密封设计,并对O圈及滑环式组合密封圈进行密封机理分析。
其次对有限元法及橡胶本构模型的相关理论做出简要介绍,并为O圈及滑环式组合密封圈进行了有限元建模,并验证了有限元模型的可靠性。
最后提出了适用于计算滑环真实最大接触压力的有效接触压力计算方法。
(2)O圈动密封密封特性研究:模拟实际工况,分别对影响O圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、摩擦因数等进行了研究,分析了主密封面上的接触压力及Mises应力情况。
结果表明当O圈有较大变形时,摩擦因数的改变对最大接触压力及应力影响很大,变往复速度、变转速对最大接触压力及应力的影响相对较小,加挡圈对最大接触压力值影响不大,但可改善O圈在运动中由变形引起的应力过高问题。
(3)滑环式组合密封圈动密封密封特性研究:分别对影响组合密封圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、滑环厚度以及滑环过盈量、滑环曲率进行了研究,并利用有效接触压力计算方法分析了滑环主密封面上的有效接触压力及Mises应力情况。
结果表明过大的转速及往复速度会影响密封性能的稳定性,并使滑环的应力升高;选择较小的过盈量对有效接触压力影响不大,但可以有效减小其应力值。
匹配旋转导向的螺杆钻具钻柱动力学研究
较 为 准 确 的 计 算 结 果 ，根 据 井 下 的 实 际 情 况 ，考 虑 了 钻 头 与 井 底 的 接 触 方 式 、排量与螺杆转速的
基 金 项 目 ： 国 家 科 技 重 大 专 项 “钻 完 井 关 键 工 具 研 制 ” （2 0 1 6 Z X 0 5 0 3 8 - 0 0 5 ) 收 稿 日 期 ：2 0 2 0 - 1 1 - 0 4
修 回 曰 期 ：2 0 2 1 - 0 4 - 2 0
第 一 作 者 简 介 ：刘 强 ，男 ，1 9 7 7 年 生 ，中石化石油机械股份有限公司，高级工程师；研宂方向— 钻 头 、钻 具 研 发 与 管 理 。E-m ail: l i u q . o s e t @ s i n o p e c . c o m
结 果 可 用 于 指 导 钻 具 组 合 的 设 计 。通 过 动 力 学 分 析 发 现 ： 匹配旋转导向工具的 螺 杆 钻 具 所 受 的 弯
矩 增 大 明 显 ；螺 杆 钻 具 配 备 下 扶 正 器 可 以 有 效 降 低 钻 具 的 弯 矩 和 振 幅 。
关键词： 钻 柱 动 力 学 ： 螺 杆 钻 具 ； 旋 转 导 向 ： 扶 正 器
为更好地反映螺杆钻具的动力学特性，建立了 马 达 排 量 与 钻 具 转 速 之 间 的 相 互 关 系 。此 外 ，为了 模 拟 螺 杆 钻 具 空 载 、正 常 工 作 、钻 具 失 速 等 状 态 ， 在建立相互关系时也将马达的最大排量、最小排量、 最大压差扭矩值及失速扭矩值等重要参数作为边界 条件输入，根据螺杆钻具整机试验数据建立其性能 图，如 图 3 所示。
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螺杆钻具性能试验自动测试系统研究
随着螺杆钻井技术的不断更新与发展,新型螺杆钻具性能测试试验台的研究
也应与之相匹配。目前,螺杆钻具试验台存在人力投入多、试验操作过程复杂、
试验时间长、自动化智能化程度不高等问题。
为解决这些弊端,设计了基于虚拟仪器的螺杆钻具性能试验自动测试系统。
其能够在保证螺杆钻具性能测试试验台基本功能的前提下,不断提高螺杆钻具试
验台的性能,减少人力物力的投入,缩短试验时间,提高试验台的使用效率和可靠
性。
该系统在综合考虑螺杆钻具机械特征和工作性能,以及电气控制技术、数据
采集处理技术以及通信技术的基础上,将工控机、数据采集器、智能传感器以及
虚拟仪器软件相结合,并应用数据库技术和智能控制技术,实现了螺杆钻具性能
参数的自动测试。综合分析本文设计的螺杆钻具性能试验自动测试系统,可知其
有如下特点:(1)在硬件方面,设计了以工控机为核心的分布式数据采集与管理系
统。
该系统由工控机、数据采集器、智能传感器以及电动调节阀等组成,实现了
螺杆钻具性能试验中的自动数据采集与存储功能,有效减少了试验过程中人力物
力的投入,缩短了试验时间,提高了试验台的使用效率、可靠性和自动化程度。(2)
在软件方面,开发了基于Lab Windows/CVI的螺杆钻具性能试验数据管理与分析
软件。
该软件系统有效解决了数据采集、数据实时存储的问题,并可自动分析了启
动压力等性能参数,提高了螺杆钻具试验的效率。软件采用多线程技术来实现实
时数据采集与存储,采用Activex技术实现报表的输出,使得系统操作更为简单、
方便。
(3)针对流量自动控调节存在时滞、不稳定的问题,提出了基于参数自适应模
糊PID控制的流量自动控调节算法。仿真与试验结果表明,基于参数自适应模糊
PID控制算法的流量控制方法,缩小了超调量,减少了调节时间,节约了成本。
实验结果表明,该系统在保证螺杆钻具性能测试试验台基本功能的前提下,
减少了人力物力的投入,缩短了试验时间,提高了试验台的使用效率和可靠性,达
到了系统设计的要求。