钻具输送装置液压系统研究

发布时间：2020-11-01 07:15

　　 在进行大陆科学钻探作业过程中,为提取岩心,需要对数百至上千根钻杆、岩心管及套管等进行频繁的起下钻、排放作业;起下钻和钻具处理所用时间占全部作业时间的1/3以上,并且在所有的钻井事故中,由钻具运送而引起的达到了79%以上。目前,钻杆上下钻台主要以人力作业为主、需要4~5人配合完成,操作时间3~7分钟不等,如果运移套管,则需要的时间更长。这种钻具运移方式,工人工作量大,操作可靠性差,钻具损坏程度严重、安全事故发生频率较高。如果使用钻具输送装置运送钻具,整个过程只需要1~2人操作,运移时间50秒~3分钟。不仅可以使钻具上下钻台的效率提高,而且还可以使工人的工作量减少,整个钻机集成系统的运转周期变短,提高钻探装备配套设施的机械化和自动化水平,因此钻具自动输送装置的研究具有广阔的应用前景。本文基于国土资源部“深部探测技术与实验研究专项—深部大陆科学钻探装备研制”项目进行,以钻具输送装置液压系统作为研究对象。重点研究钻具输送装置液压系统的负载敏感特性、液压管路特性及优化设计。首先,阐述钻具输送装置结构组成和工作原理,并对主要结构的功能进行详细说明,建立液压系统基本结构简图。其次,设计液压系统原理图,分析其工作原理,计算相关参数,并确定主要液压元件的型号。然后,建立关键液压元件负载敏感泵和负载敏感多路阀的数学模型,在AMESim中建立其HCD仿真模型;分析负载敏感泵的流量控制特性和高压切断特性,分析负载敏感多路阀的压力补偿功能。接着,在AMESim中用PLM库建立关键结构运移系统和起升系统的机械模型,对二者进行液压仿真分析,研究其流量和压力变化规律。随后,对液压管路进行合理的布局,分析液压管路对液压系统功耗、气穴和液压冲击的影响,建立管路弯曲振动方程;以最小管路能量损失和最小管路体积作为优化目标对管路进行优化设计,得到最优管道内径和流速。最后,经实验验证,证明钻具输送装置液压系统设计合理,具有良好的工作性能,满足工作需求。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P634;TH137
【文章目录】：
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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外钻具输送装置研究现状
        1.3.2 国内钻具输送装置研究现状
        1.3.3 国内外钻具输送装置液压系统研究现状
    1.4 本文研究的主要内容
    1.5 本章小结
第2章 钻具输送装置液压系统设计
    2.1 钻具输送装置结构组成及工作原理
        2.1.1 钻具输送装置结构组成
        2.1.2 钻具输送装置工作原理
        2.1.3 钻具输送装置主要结构功能分解
    2.2 液压系统分析
        2.2.1 液压系统主要技术参数的确定
        2.2.2 液压系统基本结构及工作原理
    2.3 液压系统计算
        2.3.1 液压系统工作压力的确定
        2.3.2 液压缸参数计算
        2.3.3 液压系统流量计算
        2.3.4 液压系统发热温升计算
    2.4 主要液压元件选型
        2.4.1 液压马达选型
        2.4.2 液压泵选型
        2.4.3 多路阀选型
        2.4.4 双向平衡阀选型
    2.5 本章小结
第3章 钻具输送装置液压系统建模与仿真分析
    3.1 负载敏感泵建模与仿真分析
        3.1.1 负载敏感泵的工作原理
        3.1.2 负载敏感泵数学建模
        3.1.3 负载敏感泵仿真分析
    3.2 负载敏感多路阀建模与仿真分析
        3.2.1 负载敏感多路阀的工作原理
        3.2.2 负载敏感多路阀数学建模
        3.2.3 负载敏感多路阀仿真分析
    3.3 运移系统建模与液压仿真分析
        3.3.1 运移系统机械模型的建立
        3.3.2 运移系统液压仿真分析
    3.4 起升系统建模与液压仿真分析
        3.4.1 起升系统机械模型的建立
        3.4.2 起升系统液压仿真分析
    3.5 本章小结
第4章 钻具输送装置液压管路分析与优化设计
    4.1 液压管路的选取与布局
        4.1.1 液压管路的选取
        4.1.2 液压管路的布局
    4.2 液压管路特性分析
        4.2.1 液压管路对系统功耗的影响
        4.2.2 液压管路对气穴的影响
        4.2.3 液压管路对液压冲击的影响
        4.2.4 液压管路的弯曲振动
    4.3 管路优化设计
        4.3.1 确定设计变量
        4.3.2 目标函数的建立
        4.3.3 约束条件的建立
        4.3.4 优化方法及求解
    4.4 本章小结
第5章 实验研究
    5.1 样机井场安装
    5.2 实验过程
    5.3 结果分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
作者简介
致谢

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本文编号：2865198