斜直井钻机管子处理系统的设计与理论研究

董海军

摘 要：为了满足现阶段斜直井钻机管子处理系统的工作需要，展开设计模块及其理论研究模块的协调是必要的，这就需要进行国内外先进钻井工艺流程的分析，进行斜直井钻机管子处理系统的健全，保证其设计模块及其理论模块的协调。这也需要进行钻机管子处理系统的优化，进行相关资料的深入分析，这也需要进行一系列的齿轮齿条斜直井钻机方案的应用。

关键词：齿轮齿条钻机；存在问题；总结探究；斜直井；管子处理系统

1 关于斜直井钻机管子处理系统设计理论的分析

1.1 在现阶段钻修井作业工作中，影响钻杆模块的因素是非常多的，比如油管的工作模块、套管的工作模块。通过对井下钻工作模块的优化，更有利于进行钻柱排放作业体系的健全。进行所花费时间的控制，保证劳动强度的优化，进行安全风险的控制。这也需要进行管柱处理系统的健全，保证海洋钻井平台的控制。这也需要进行钻井船井口机械化设备的应用，保证钻井作业模块的优化。

在管状类钻具工作模块中，进行钻井平台甲板体系的健全是必要的，从而进行钻杆排放架自动模块的开展。在完井作业模块中，进行管具的有效输送及其控制，保证地面排放架模块的有效开展。这也需要进行修井作业体系的健全，进行油管模块及其管状工具模块的协调，保证操作平台模块及其排放架的有效移送操作。这也需要进行管柱处理系统的健全，保证其一体化装置模块的优化，进行管具及其管柱排放架的自动移送及其排放。

1.2 在现阶段钻修井管子处理模块中，进行处理系统技术的更新是必要的，从而针对其钻井类型及其自动化技术水平展开分析，进行钻井环境的探讨，保证多元化的钻修井管子处理系统工作的开展。这也需要进行动力猫道移送模块、大臂旋转移动模块等的协调，进行多种类型的子处理系统工作的开展，从而提升其综合运作效益。

随着我国安全环保性经济工作的开展，钻井工作的安全性及其环保性日益引起重视，通过对钻修井井口操作体系的健全，更有利于进行工作人员劳动强度的控制，保证钻修井井口操作的有效开展，实现机械化自动化方案的优化，保证钻修井管子处理系统的健全，满足现阶段钻修井自动化工作的需要，进行先进性的管子处理系统的优化，保证钻机先进性的控制。

2 斜直井钻机的总体设计系统的健全

2.1 在现阶段斜直井钻机应用过程中，进行总体设计方案的优化是必要的。这需要进行新型的斜直井钻机的应用，保证顶驱移动装置模块的优化，进行多种模块的防倾斜工作的开展，从而保证其整体设备体系的健全。这也需要井架机械手移送型管柱处理模块的优化，使其适应斜直井钻机工作的开展，保证其管柱处理系统效益的提升。实现机械手及其井架的有效协调，保证装置工程的有效开展，确保其装置整体效益的提升。这也需要进行装置机械手工作模块的优化，进行井架工作于井架工作的协调，保证顶驱装置的有效施工，从而提升其送管的综合效益。

在钻机工作模块中，进行顶驱移动装置的优化是必要的，从而满足钻机工作的需要，进行不同设备元件的固定，进行传统钻机工作模块的避免，进行顶驱移动装置体系的健全，进行钻机动力端的控制，保证其液马达模块、刹车机构模块等的协调。代替了传统钻机的游车、吊钩、钻盘等装置。选用的为赫格隆的CA210型液马达。下面是有关参数的计算选择。

2.2 在现阶段管子处理系统工作中，进行功能任务的优化是必要的，从而保证斜直井钻机管子处理系统的健全，进行工作流程的优化，保证整个管子处理系统机构的优化，进行不同工作模块的协调，进行机械手整体方案的优化，保证其各个设备的积极工作及其协调。一个底座，连接梁，一个井架移动油缸。包括底座、摆动液缸、连接梁和机械手组成。底座底端安装有导轮使得整体机械手可以沿井架导轨移动，摆动液缸1选用的要求最大摆角范围为180接方式应为法兰连接，输出形式为输出轴连接。

在摆动液缸选择过程中，进行摆角范围的确定是必要的，从而保证法兰输出连接模块的优化，进行后端法兰固定模块及其相关模块的协调，保证机械手的积极设计，保证两爪定心工作的开展，这也需要针对实际情况展开相关模块工作的优化。但本人认为两爪定心需要的横向尺寸要远大于三爪定心的横向尺寸，因此本设计选用三爪定心机构。为了保证不同的管径的中心位置保持不变，三爪定心时对应不同的管柱下支撑需要进行调换以适应不同管径。

在管子处理系统工作模块中，进行设计环节及其计算环节的优化是必要的，这需要进行机械手管柱夹持范围的控制，保证其机构的对称性，这也需要进行相关设计变量的分析，进行杆长度的控制，从而提升其综合应用效益。它们的约束条件就是L4的末端点的夹持必须是在最大管柱圆和最小的管柱圆之间，而且必须在90°与120°之间，此时的夹持效果受力最好。首先通过分析可以确定L4、L5、和转角γ的数值范围从而减少该机构的设计变量。夹持的最大管柱直径为283mm，因此取夹持管柱的中心点离O点的距离为200mm。

2.3 通过对数学模型的优化，更有利于进行目标函数的积极约束，保证其最小值的控制，保证其机械手各个尺寸的有效确定。这也需要进行草图工作模块的协调，进行相关尺寸的符合，保证机械手工作的开展。发现该尺寸的机械手能够将88.9～283mm管柱夹持住，说明上面的求解没有问题，夹持最大和最小管柱时的情形。此时L1离O点的距离的距离差为140mm，因此选取该机械手的推动液缸的行程为150mm。

2.4 在现阶段液压螺旋摆动缸工作模块中，进行装配紧密性配件的应用是必要的，这需要在有限空间内进行扭矩模块的优化，进行组合螺旋齿结构的优化，保证其整体摆动缸工作模块的优化，进行扭矩的积极控制，确保其满足动力性的需要，进行动力的精确控制，保证其摆动液缸模块的优化。它们各自的摆角不同，擺动液缸2是调整机械手角度，使得管子能够和井架保持相同的倾斜角度，此摆动油缸的摆动角度为0°到90°。而摆动液缸1为翻转液缸，将管柱翻转到井架中心位置，完成送管任务，该液缸的摆动角度为180°。

通过对摆动油缸的有效选型，保证钻柱水平位置旋转的积极开展，进行井架倾斜角度的控制，保证钻杆位置的有效优化，避免其不合理的偏重力矩的产生。在工作模块中，也需要进行钻杆中心的控制，进行摆动液缸旋转轴线的优化，进行偏重距离的控制。保证管子处理系统虚拟样机工作的开展，从而提升其综合运作效益。由液压系统驱动的机械装置进行仿真分析是建立在机械系统、液压系统联合仿真的基础上。机械系统工作时受到液压系统提供的源动力，同时液压系统受到机械系统的外部工作负荷，以及机械系统工作时的各种动力学参数的变化会反馈到液压系统。

在工作模块中，进行仿真软件的应用是必要的，从而针对单领域的仿真模块展开分析，进行必要性的联系，保证其仿真体系的健全。这需要展开相关工作模块的协调，保证机械系统的整体方案的优化，进行液压系统及其控制系统的协调。在前面章节已经将在solidworks建立好的模型导入ADAMS中进行了动力学仿真，本章要对机械臂摆动液缸的旋转运动过程，以及整体机械臂的起升运动过程进行机液联合仿真。

3 结束语

通过对斜直井钻机管子处理系统的设计与理论模块的优化，更有利于现阶段斜直井钻井工作的开展，提升钻机管子处理系统的效益。

参考文献

[1]张连山.斜井钻机的应用与发展[J].石油机械，1989，17（6）：45～50.

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