石油钻井中的液压技术分析

安海亮

摘 要：鉆井机械是石油勘探领域中的重要设备，随着我国经济的快速发展加大了我国对于石油资源的需求，做好钻井机械的研发和应用对于提高石油资源的勘探和开采有着极为重要的推动作用。钻井机械需要长时间在野外复杂、多变的环境下工作，加之钻井机械在工作的过程中具有能耗大、高速重载的特性，在钻井机械的结构中多采用液压系统来实现动力的传递和驱动。应用于钻井机械中的液压技术利用其体积小、能耗小、传动平稳、惯性小和操控方便等的特点为越来越多的钻井机械所青睐与应用。本文将在分析液压技术特点基础上对液压技术在钻井机械中的应用进行分析阐述。

关键词：钻井机械；液压技术；应用

中图分类号：TH13 文献标志码：A

0 前言

在现今的钻井机械中液压技术应用所占的比重在逐年增加，液压技术以其良好的应用特性在钻井机械中发挥着越来越重要的作用。相较于传统的机械传动技术液压技术能够更好、更高效的实现动力的传输和钻井机械中一些承载承压部件的驱动。本文将就液压技术在钻井机械中的应用情况进行分析介绍。

1 液压技术在钻机盘式刹车系统的应用

钻井机械盘式刹车系统主要由液压站、刹车执行机构和控制系统等几大部分所组成。液压站为钻井机械盘式刹车系统提供刹车动力，操作台控制钻井机械盘式刹车系统的制动作业，而盘式刹车则为钻井机械盘式刹车系统的刹车执行部分，钻井机械盘式刹车机构的组成部分主要由刹车钳、钳架、刹车盘等几部分组成。刹车钳根据其结构形式又分为常开式和常闭式安全钳两大类。钻井机械工作时发生以下情况将会进行刹车制动：（1）工作制动，这一制动方式实现时通过对刹车阀进行电控调节可以对刹车工作钳的制动压力、刹车力矩进行相应的调节用以满足多种不同工况下的制动需求。（2）紧急制动。在紧急制动下钻井机械盘式刹车系统中的工作钳、安全钳将在液压系统的驱动下全部进行刹车制动。除了上述两种重要的制动方式外，钻井机械在工作中还存在着过卷保护制动、驻车制动、误操作保护制动以及低压保护制动等。对于钻井机械盘式刹车系统的非正常制动需要结合制动报警信息查找故障原因并予以排除，确保钻井机械的安全运行。

2 液压技术在钻井机械系统中的机具和辅助机具中的应用

应用于钻井机械机具和辅助机具采用电液系统，通过采用精确的电控系统用以实现液压机具的精确控制。以液压猫头为例，液压技术应用于钻井机械的机具中时最早是应用于液压猫头的控制，随着电液技术的发展使得液压猫头的自动化控制程度不断提高，现今的液压猫头的控制采用的是拉力、速度可调可控的比例控制阀组，以使得上扣、卸扣作业对于液压扭矩的精确控制得以实现。组成液压猫头的电液控制系统主要由电控单元和液压控制阀组所造成。电控单元通过输出比例电压信号经过比例放大器后经过功率放大输出控制电流信号驱动比例阀组控制线包来对液压阀组进行控制。

3 液压技术在钻井机械井架、底座起升方面的应用

液压技术在钻井机械井架、底座起升方面的应用有效的改变了传统钻井机械穿绳起升下放的方式，从而使得钻井机械的安装和移动时间大为减少。以自升式套装井架起升装置为例，自升式套装井架的起升动作依靠的是两组分布在自升式套装井架两侧的液压绞车来牵引固定在自升式套装井架基段上的2组滑轮组来实现的。2组起升滑轮组升降时必须要具有良好的同步性，在液压系统工作时的同步控制上具有多种控制形式，根据控制系统所使用的液压控制元件的不同可以分为流量和体积控制两大类。在最初的自升式套装井架液压起升装置中采用分流集流阀的方式来实现2组滑轮的同步控制，自升式套装井架的起升、下降由一组多路阀来对其进行同步控制。通过在双向油路中加装同步阀用以控制两油路控制阀的开口大小。实现2油路油量的精确控制。

在采用分流集流阀来进行同步控制时会受到液压油清洁度、液压油温度以及液压油流量大小等因素的影响而导致同步精度受到一定的偏差，理论上来说采用分流集流阀所产生的误差在2%以内，但是在实际的工作中采用分流集流阀进行同步度控制时受到液压马达排量、容积效率以及液压绞车滚筒缠绕精度偏差等因素的影响致使同步度会产生较大的偏差。为确保提升同步精度，在液压系统的控制环节中需要加入手动调节装置用以调节两液压马达供油量恢复两液压马达的同步。

在自升式套装井架工作过程中如自升式套装井架2组提升装置的同步偏差超过±20mm时将极易造成自升式套装井架与基段导轨卡死。为避免这一故障的产生需要在自升式套装井架液压提升系统的控制上采用电液闭环同步控制系统确保自升式套装井架提升的高精度。在自升式套装井架起升装置采用电液闭环同步控制系统时将使用液压马达来对自升式套装井架的起升速度和精度进行同步调节。电液闭环控制系统中两液压马达的输出调节依靠的是安装在自升式套装井架提升滑轮组上的旋转编码器所反馈的信号来对自升式套装井架的提升高度来进行定位的。

旋转编码器所反馈的位置偏差反馈至闭环控制系统后，控制系统依据反馈信号的偏差来调节电磁换向阀开口量的大小用以消除自升式套装井架起升系统所产生的同步偏差。自升式套装井架起升控制系统所采用的两液压马达速度采用同步阀来进行同步控制，两电磁换向阀与控制系统所构成的自升式套装井架起升闭环同步调节将能够对自升式套装井架的起升进行良好的同步控制，对于液压系统对自升式套装井架的同步提升误差可以控制在±5mm的误差范围内，用以保障自升式套装井架提升装置的良好运行。

4 液压技术应用于钻机系统的快速运移动

钻机在运行的过程中为满足从式井的需求需要进行短距离的整体位移，钻井机械设备自身体积庞大、重量重，传统的钻机短距离位移采用先拆卸后安装的方式耗时耗力，不利于钻机生产效率的提升。通过将液压技术应用其中将能够实现钻机整体短距离、高稳定性的快速位移。以液压技术为基础的钻机平移方式主要有：步进式、列车式和滑轨式等几种。步进式钻机平移装置主要是由液压装置、顶升油缸、滑车以及平移油缸等几大部分所组成，其在工作时采用的是整体推拉或是一推一拉的工作方式，结构简单、成本低能够应用于大多数钻机的短距离平移。采用步进液压系统来推动钻机进行短距离平移时，液压平移装置利用其自身的顶升油缸顶起钻机，而后利用平移推动油缸来推动钻机在水平距离上进行一段距离的平移，待到钻机移动到指定位置后顶升油缸下降放下钻机，如所需移动的距离较远可重复上述移动控制方式来推动钻机在水平范围内进行位移。

结语

液压技术在钻机系统中有着极为重要的应用，尤其是现代液压技术与电子控制技术相结合所发展起来的电液控制技术使得液压系统的控制性能得到了极大的提高。液压技术以其良好的传动性、系统性将会在未来的钻机中发挥着越来越重要的作用，尤其是电液控制系统的发展和应用将使得钻机液压系统的整体自动化程度得到较大幅度的提升，使得钻机能够更好地完成相关作业。本文在分析液压技术特点的基础上对液压技术尤其是电液技术在钻机机械中的应用进行了分析介绍。

参考文献

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