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铁钻工旋扣钳升降装置的研制
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2017/5/4 8:43:45  

摘要:研制了铁钻工旋扣钳升降装置,介绍了升降装置结构功能及主要技术参数,液压和电控控制系统及装置的研制情况。该装置目前已经完成厂内试验,经试验表明,该升降装置结构合理,自动化程度高,提高了现场的作业效率。

关键词:旋扣钳;升降;损伤钻具;电控液

0 引言

在油田自动化钻井生产中,铁钻工作为目前最先进的转矩旋扣设备,能够安全、高效地完成钻具的上、卸扣工作,已逐渐被配套使用[1-2]。通过调研发现,当前国内铁钻工旋扣钳均不具有升降功能,导致旋扣钳滚轮始终与钻具本体同一位置接触,相互摩擦转动,严重损伤钻杆本体;另外,因为铁钻工旋扣钳不具有升降功能,也使铁钻工不能对扶正器等特殊钻具短节进行上卸扣工作。国外铁钻工拥有旋扣钳升降装置的公司有美国NOV 和德国威德福,但价格昂贵[3]。所以,铁钻工旋扣钳升降装置的国产化,对旋扣钳减轻钻具的损伤、完善铁钻工的功能具有非常重要的意义。为此,宝石机械有限责任公司研制了适用于伸缩臂式和轨道式铁钻工的旋扣钳升降装置。

1 技术分析

1.1 结构

旋扣钳升降装置主要由内、外两层导轨、升降架体和升降液缸等组成,结构如图1 所示。设置内、外两层导轨能使导轨长度在保持原有升降行程的情况下缩短一半,有效地降低了铁钻工的外形尺寸。外层导轨安装在铁钻工门架主架体上;内层升降导轨安装在外层导轨内侧,通过摩擦条(滚轮)可沿外层导轨上下滑动;同理,升降架体安装在内侧导轨内侧,通过摩擦条(滚轮)可沿内层导轨上下滑动,旋扣钳悬挂在升降架体前端;升降油缸下端与外层导轨相连,上端除与连接内侧导轨外,两侧设有旋转滚轮,通过钢丝绳和旋转滚轮将外层导轨、内层升降导轨、升降油缸、升降架体连接起来。

1.2 工作原理

旋扣钳升降装置实现升降工作时如图1,升降液缸举升内层升降导轨沿外层导轨上升,与此同时,油缸带动滚轮上升,钢丝绳拉着升降架体沿内层升降导轨上升,最终完成旋扣钳的上升动作;下降动作为逆过程。

旋扣时,由与升降油缸连接的蓄能器补充或吸收液压油,从而实现旋扣钳本体浮动,防止因旋扣钳跟随钻具的下降或上升对升降油缸形成的反作用力过大,影响旋扣效果。

1.3 主要技术参数

旋扣钳最大升降高度为1200 mm;最大举升重量为2000 kg;额定压力为21 MPa[4-5];工作流量为15 L/min;控制方式为电液控制。

2 液压和电气控制系统

2.1 液压系统及液压控制原理

通过图2 可以知道, 当三位四通电磁换向阀换向到左位时,升降液缸伸出,旋扣钳上升,当三位四通电磁换向阀换向到右位时,升降油缸缩回,旋扣钳下降,当阀回到中位时,通过平衡阀和蓄能器,使旋扣钳悬停在原位,从而实现旋扣钳高度的调节。

旋扣时,由于钻具丝扣的旋入或旋出带动旋扣钳整体下降或上升,为了减小因旋扣钳下降或上升对升降装置形成的反作用力,液压回路中设计了平衡阀和蓄能器。上扣时,旋扣钳下降,升降油缸缩回,升降油缸杆腔通过三位四通电磁换向阀的中位从油箱吸油,升降油缸塞腔的油液被压入蓄能器或通过平衡阀溢流掉,上扣结束后,旋扣钳松开钻具,蓄能器释放压力使旋扣钳回到上扣前的位置,为了使回位动作平稳,换向阀中位集成了节流阀,使旋扣钳平稳回位。卸扣作业为逆过程。

2.2 电气控制系统

升降装置采用西门子PLC 及无线控制技术,设有远程无线遥控模式和司钻集成控制模式,通过电控液实现升降油缸的升降,最终实现旋扣钳升降功能。操作人员只需在远程控制就可实现旋扣钳的升降控制,控制精度高,大大提高了工作安全性。

3 试验情况

宝石机械公司于2015 年开始进行铁钻工旋扣钳升降装置相关研究,目前已完成试制,并将其集成在轨道式铁钻工上完成了厂内试验,如图3 所示,铁钻工旋扣钳升降装置可实现旋扣钳的升降和浮动,厂内试验效果良好,运行平稳,满足设计要求,大大减轻了旋扣钳滚轮对钻具的损伤,完善了铁钻工的功能。

4 结论

1)旋扣钳升降装置适用于伸缩臂式和轨道式铁钻工使用,各项数据达到设计和使用要求;2)该升降结构安全可靠、自动化程度高,可满足远程控制;3)旋扣钳升降装置的成功研制,使得铁钻工旋扣钳可在行程范围内任一位置夹持钻具本体,大大减轻了旋扣钳滚轮对钻具的损伤;4)旋扣钳升降装置使得铁钻工可完成对扶正器等特殊钻具短节的卸扣工作,提高了现场的作业效率,完善了铁钻工功能。

[参考文献]

[1] 张洪生,于昊,赵金峰,等.铁钻工的现在与展望[J].石油矿场机械,2008,37(1):12-16.

[2] 李洪波,王洪川,赵磊,等.伸缩臂式铁钻工的研制[J].石油机械,2014,42(11):16-19.

[3] 赵金峰,TZG216- 110 型铁钻工控制系统的研究[D].兰州:兰州理工大学,2008.

[4] 黄悦华,李洪波,王正磊,等.伸缩臂式铁钻工旋扣钳的设计研究[J].石油机械,2014,42(7):28-31.

[5] 成大先.机械设计手册[M].5 版.北京:化学工业出版社,2011.

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