钻机起升系统模块化设计研究与实现

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齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

大，会影响起升系统的运动。３１１井架竖直方向上位移的求解．．
ｍｉｒｆｈｎ・ｒａ：ｎｓ＠ｃｏｌｅｕｅｏｎ
齿轮齿条钻机的井架是支撑钻机起升系统的
２０期
任福深，：等齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析
图３井架模型
质量，为井架的高度，井架数值方向上的微元长取度为，架顶端在竖直方向上的位移为Ｙ井。由于齿轮齿条钻机作业时，荷作用点是沿着钻机上下载移动的，里按照影响最大的钻机顶部作用点来分这析顶驱升降系统对井架位移的影响。对于该模型
齿条钻机利用齿轮齿条的啮合运动，驱动顶驱上下
轮被固定同一主体板上，置相对固定，每一个位且液压马达对应一个齿轮，条固定在井架上。当马齿达工作时，动齿轮沿着与齿条啮合的方向，对驱相
平稳地向上或者向下运动。特殊顶驱相对于齿轮的位置固定，随着齿轮的上下运动，驱也上下运顶
运动，因此既能对钻柱提供上拉力又能提供下压力，能够更好地进行钻压控制，现套管钻井、水实长
图１齿轮齿条钻机简图
１一井架，一特殊顶驱，一齿条；２３４一钻杆，一送管机构，一车载底座５６
的速度，且逐渐趋于平稳钻进。关键词齿轮齿条钻机多体动力学拉格朗日方程能量法虚拟样机

第二章钻机的起升系统

第二章钻机的起升系统钻机的起升系统是钻机的核心，它主要由井架、天车、游车、大钩、游动系统钢丝绳和绞车等设备组成。

本章主要介绍这些设备的结构原理、特点、使用及维护。

第一节井架井架是钻机提升系统的重要组成部分之一。

作用：安放和悬挂游动系统、吊环、吊卡等，并承受井中钻柱重量，在起下钻作业时还要存放钻杆或套管。

结构：它是一种具有一定高度和空间的金属桁架结构.因此，井架必须具有足够的承载能力、足够的强度、刚度和整体稳定性。

一、概述1、井架的基本组成石油矿场上使用的各种竞价主要由以下及部分组成：（1）、井架主体：由型钢材、横、斜拉筋组成的空间桁架。

（2）、天车台：用来安防天车及天车架，天车架是供安装、维修天车时起吊天车之用。

天台车上有检修天车的过道，周围有护栏。

（3）、二层台：是由操作台和指梁组成，是起下钻作业时井架工工作场所。

塔形井架二层台在井架内部，其余井架二层台在井架外前侧。

（4）、立管平台：是装拆水龙带的操作台，也是供上井架人员短暂休息的场所。

（5）、工作梯：有盘旋式和直立式两种，是井架工上下井架的通道。

2、井架的基本参数井架的基本参数是反映井架特征和性能的技术指标，是设计、选择和使用井架的依据。

3、井架代号井架代号如下：JJ改进序号，用阿拉伯数字表示井架形式：T-- 塔形井架；K--前开口井架；A--A型井架；W--桅型井架井架有效高度，m井架代号二、井架结构类型虽然用于石油矿场的井架种类繁多，但按其主体结构形式主要可分为塔形井架、前开口井架、A型井架、桅型井架等基本类型。

1塔形井架塔形井架是一种四棱截椎体的金属空间桁架结构，其横截面为正方形，立面为梯形，井架前扇有大门，后扇有绞车大门，主体部分是一个封闭的四棱锥体桁架结构。

每扇平面桁架又分成若干桁格，同一高度的四面桁格在空间构成井架的一层，因此，整个井架可看作是由多层空间桁架所组成的四棱截锥空间桁架结构。

井架的四个大腿和横、斜拉筋都是通过螺栓连接而成的，拆装繁琐，且不安全。

石油钻井设备的模块化设计

石油钻井设备的模块化设计摘要：模块化设计是现代技术的多样化发展的必然结果。

由于现代计算机技术软硬件的丰富,计算机的设计功能也在不断提高,它必须具备几何造型、立体模型、二维工作图、三维模拟、设计仿真等技术手段。

这样,不但能够形成钻井装置和采油设备的三维几何模型和实体模型,而且同时还能够对它们实现动力学、运动学等功能的研究与模拟。

目前,智能设计技术、决策控制技术、专家系统设计、项目管理技术、软硬件系统设计等,已经为上述设计模型的研究提供了依据。

并在此基础上,对钻机的模块化设计开展了深入研究。

关键词：钻井设备；石油；模块化设计一、钻井设备构成钻井装置是指钻井施工时所使用的机具和装置,即钻井施工用的地面器具和装置。

人如其名钻井装置就是进行钻井的装置。

广泛地讲,就是进行钻井的成套地面器具、专门的钻井器具和钻井仪器。

根据功能,分为回转、上升、循环、动力与传动、控制等设备。

而钻孔施工器材又分为钻头、泥浆泵、动力泵、钻塔和附属设备(如拧管机、电动工作台、泥浆搅拌机)等部分。

在施工领域,人们通常将完成钻孔施工所需要的钻头、泥浆泵、钻塔等叫做"三大件"。

1.1钻机是完成钻探任务的重要器材。

它在钻井的活动中,主要承担着旋转钻具,给进以及增、减压,提升和拧卸钻具等重要工作的任务。

而凡是回转式钻头,通常都由以下的结构单元所组成。

（1）回转器用于回转钻具，带动钻头，进行钻进切削。

现用的回转器类型可分为：立轴式、转盘式、动力头式。

（2）给进机构用以调整钻头磨损压力,或利用钻具为钻头带来一定的轴向载荷,以达到钻进的目的。

现有的型号主要分为:螺旋差动式给进、绳索式给进,以和油压式给进。

（3）升降机构用于提升钻具,并且可随钻具材料的不同而改变上升,或降低高度,从而充分利用动力、减少辅助钻时间。

常见的形式为行星型。

全液压动力单头钻机,一般采用倍速机推进。

（4）传动变速机构进行变速、变矩时,将动能同时输送给进和升降机械。

石油钻机提升系统分析与应用

台对一号轮进行定位调整，平均耗时23.6min，较之前的45.5min 显著降低。

具体维修效率提高率为（45.5-23.25）/45.5×100%=48.9%。

这一提高率对整个设备的MTTR改善显著贡献，同时极大地减少了修理人员定位调整一号轮的复杂烦琐程度，也降低了劳动强度。

6标准化及总结为了对研制的成果进行固化，进行了以下标准化工作：①将新研制的一号轮检修平台技术资料和使用要求存档；②在《GDX600设备保养手册》中添加了该工装的定期检查保养内容；③对相关修理技术人员进行使用培训；④申请发明专利和实用新型专利。

GDX6S一号轮检修平台的研制完美解决了一号轮定位调整烦琐复杂，耗时较长问题，提高了维修效率，也降低了维修人员的工作强度，是一次较成功的尝试。

不仅给烟草行业包装设备的维修保养工作提供了实用的新型工具，其他卷烟工厂相同机型也可以借鉴使用。

〔编辑吴建卿〕石油钻机提升系统分析与应用刘德智,蒋洪波,李前佑(中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000)摘要：石油钻机工作过程中以提升系统运行与性能作为主导,提升系统在进行起下钻等作业流程的过程中起到决定性的作用。

石油钻机根据提升方式的不同分为绞车式和液压式两种。

根据石油钻机提升系统的构成来进行具体分析,借鉴国内外的先进应用经验,分析石油提升系统上的优势与改进要点。

关键词：石油钻机；提升系统；优势分析；具体应用中图分类号：TE922文献标识码：B DOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2019.09D.580引言油气勘探与开发的过程中应用到的成套钻井设备被称为石油钻机，提升系统作为其中的核心结构在钻井过程中起到不可或缺的重要作用，提升系统需要在提升与下放钻头的过程中对钻头所实施的钻压进行控制，同时还要对井壁的套管进行下放并加固，为促进石油钻机系统的未来发展，将根据上述内容对石油钻机提升系统展开分析。

1提升系统分析1.1绞车式提升系统绞车式提升系统主要被应用于传统的石油钻机结构形式当中，就目前而言，其所具备的较为成熟的技术基础使得绞车式提升系统依然广泛地活跃在各大石油开采基地[1]。

高性能空气钻机的智能化控制系统设计与优化

高性能空气钻机的智能化控制系统设计与优化随着现代工程施工的不断进步和需求的提升，高性能空气钻机的智能化控制系统设计和优化变得越来越重要。

本文将介绍如何设计和优化高性能空气钻机的智能化控制系统，以提高其生产效率和工作质量。

1. 引言高性能空气钻机在许多行业中广泛使用，如矿山开采、建筑施工和隧道工程等。

智能化控制系统的设计和优化对于提高钻机的性能和效率非常关键。

这种系统可以通过传感器、数据采集和处理、自动化算法等技术来监测和控制钻机的工作状态，以实现自动化和智能化的钻井操作。

2. 智能化控制系统的设计要素在设计高性能空气钻机的智能化控制系统时，需要考虑以下要素：- 传感器：通过安装合适的传感器，监测并收集钻机的关键参数，如转速、钻杆动力、马力、扭矩等。

这些参数的准确获取对于钻机的操作和控制至关重要。

- 数据采集和处理：通过采集传感器获得的数据，并将其传送给控制系统进行实时分析和处理。

数据处理的目标是提取有用的信息，并做出针对性的控制调整。

- 控制算法：通过使用自动化算法，例如PID（比例积分微分）控制器、模糊逻辑控制等，来控制钻机的运动和操作。

这些算法通过分析数据并作出相应的控制决策，以达到良好的钻井效果。

- 人机界面：为了方便操作人员的监控和干预，钻机的智能化控制系统应该设计一个直观的人机界面，提供钻机运行状态、参数和报警信息的实时显示和交互。

3. 优化高性能空气钻机的控制系统通过合理的设计和优化，可以提高高性能空气钻机的控制系统的性能和可靠性。

以下是一些优化控制系统的方法：- 选择合适的传感器：根据钻机的工作条件和要求，选择合适的传感器进行安装，并确保其在高温、高压和恶劣环境下的可靠性和精确度。

- 数据处理和分析：使用高效的数据处理和分析算法，提取大量传感器数据中的有用信息，并与预设的模型对比，识别是否存在异常工况，并作出相应的调整和警报。

- 控制算法的优化：通过使用先进的控制算法，如模糊逻辑控制、自适应控制等，以实现更精确的运动控制和稳定的工作状态。

坑道钻机传动系统及其整机模块化设计研究的开题报告

坑道钻机传动系统及其整机模块化设计研究的开题报告一、选题背景坑道开挖是基建工程中的重要环节，对挖掘设备的性能和效率要求较高。

传统的坑道开挖方式主要是依靠人工开挖或者爆破，这种方式对劳动力和环境污染都存在很大的问题。

近年来，坑道钻机广泛应用于隧道、矿山和地铁工程中，具有效率高、操作简便、安全可靠等优点，在市场上得到了广泛应用。

坑道钻机的传动系统是其关键组成部分，其性能直接影响设备的整体工作效率和安全性。

传统的坑道钻机传动系统存在某些问题，如传动效率低、噪音大、寿命短等问题。

因此，设计一种高效、低噪音、寿命长的坑道钻机传动系统，对提高坑道钻机的使用效率和竞争力具有十分重要的意义。

二、选题目的和意义本研究旨在通过深入研究坑道钻机传动系统的构成、工作原理和传动机构的优化设计，开发一种高效、低噪音、寿命长的坑道钻机传动系统。

具体目标包括：1. 研究传统坑道钻机传动系统的结构、噪音、传动效率等方面的问题，分析其不足之处。

2. 设计一种基于优化传动机构的坑道钻机传动系统，提高其传动效率和降低噪音，保证使用寿命。

3. 实现坑道钻机传动系统的模块化设计，并验证其可行性和可靠性。

本研究的意义在于：1. 提高坑道钻机的开挖效率，降低成本，促进隧道、矿山和地铁等基建工程的发展。

2. 减少坑道钻机工作过程中的噪音和振动，避免对工人的身体健康造成影响。

3. 设计出具有模块化特点的坑道钻机传动系统，改善了原有系统的结构，并在保证使用寿命的前提下提高了传动效率，具有实际应用价值。

三、选题研究内容和技术路线（一）研究内容1. 坑道钻机传动系统的结构分析2. 优化传动机构的设计3. 模块化设计4. 传动机构优化设计的仿真分析（二）技术路线1. 利用现有文献和技术资料，对坑道钻机传动系统进行结构和性能分析，寻找其优化方案。

2. 设计一种优化传动机构的坑道钻机传动系统，并对其进行模块化设计，提高传动效率和降低噪音。

3. 利用仿真软件对传动机构的设计进行验证，提高其可行性和可靠性。

钻机垂直起升系统的研制

ｃｅｓｄ；ｎｔｌｉｒｌｉｇｒｇｉａｅｎｄｈｉｈａｔｔｅｗｏｋｉｇｉｖｄｅｗｈｉｈｃｎｐｏｔｃｈｅｒａｅｉｓａｌｎｇｄｉｌｎｉｓｓｖｄａｇｔｉｕｄｒｎｓａｏｉｄ，ｃａｒｅｔｔ
ｆｘｎｌｎｍｏｉｇｄｌｙｈｄａｌｒｗｗｏｋ，ａｓｎｌｎｉｃｉｉｇｄａｏａｏｅｐｌｎｉｉｇｐａｋ，ｖｎｏｌ，ｙｒｕｉｄａｃｒｓｒｉｉｇｐａｋ，ｎｌｎｉｇｎｌｐｌ，ｕｌｇｎｉ
工人的人身安全。关键词：座；架；直起升；升系统底井垂起
中图分类号：９２ＴＥ２
文献标识码：Ｂ
ＤｅｅｏｖｌｐｍｅｔｏｒｉａｌｇｉｇｕｙｔｍｏｉｉｇｎｆＶｅｔｃｌｙＲｉｇｎ－ｐＳｓｅｆｒＤｒｌｎｇＲｉｌ
ｅｆｃｒｌｏｉｒｄｕｅＵｓｎｇｔｉｇｉ－ｐｓｓｅ，ｈｅａｅｆｏｌｗｅｌｇｏｕｓｌｒｅｙｄｅｆｅｔｗｅｅａｓｎｔｏｃｄ．ｉｈｅｒｇｎｇｕｙｔｍｔｒａｏｉｌｒｎｄｉａｇｌ —
王大明，治国，张赵娜，朱兴，向丹，崔王宠
（河石油装备制造总公司，宁盘锦１４１）辽辽２００
摘要：ＪＯ２５ＪＤ系列钻机具有井架底座公用一套垂直起升系统的结构，Ｚ４／２０Ｄ／Ｂ包括地面安装支架、动小车、移液压绞车、升支架、起斜拉杆、扒杆、杆等。阐述了起升系统的起升原理、升过程横起及应用实效。运用该起升系统，够减少井场占地面积，能节省钻机安装时间，避免高空作业，保障了

齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析任福深;马若虚【摘要】The gear and rack drilling rig is developed according to the theory that the engagement of rack and pinion drives the top drive up and down, thus drilling operations are achieved. During the research, the equivalent model of derrick and lifting system are developed, and the Multi-body dynamics was made by energy conservation method. And the top drive drilling system virtual prototyping system which can reflect the locomotion characteristics was developed by Adams, and prove the similar results. The research shows the deformation of top drive is insignificant and the flexibility can be neglected during the research of the motion of lifting system. Due to damping effect, the drillbit need a while to stop its vibration, but the vibration makes no difference in its drilling speed. The conclusions can provide the basic theory for design, develop, assessment and prediction of lifting system in the gear and rack drilling rig.%齿轮齿条钻机可以利用齿条齿轮技术带动顶部驱动装置直接起下钻具,是目前国内较为先进的新型石油钻机.建立了井架的等效模型和起升系统的等效模型,利用能量法,建立拉格朗日方程,对齿轮齿条钻机的起升系统进行多体动力学分析.利用ADAMS建立虚拟样机,对数学模型的分析结果进行验证.由于井架刚度很大,研究齿轮齿条钻机起升系统的动力学特性时,可忽略其柔性的影响.考虑钻柱运动所受阻尼作用,开钻初始时刻钻头有较为明显的振动,但不影响向下钻进的速度,且逐渐趋于平稳钻进.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)020【总页数】4页(P4896-4899)【关键词】齿轮齿条钻机;多体动力学;拉格朗日方程;能量法;虚拟样机【作者】任福深;马若虚【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE922常规石油钻机只能施加向上的提升力，不能主动施加钻压。

陆地钻机钻杆自动起升系统的设计与优化

陆地钻机钻杆自动起升系统的设计与优化作者：许长生来源：《中国新技术新产品》2016年第05期摘要：随着陆地钻机在石油开采等行业中的普遍应用，让企业工作效率得到了很大的提高。

不过随着钻孔深度的增加，钻机钻杆起升成为了一个技术性较强的工作环节，从目前来看，我国部分企业仍旧采用气动绞车或吊车来实现钻杆的起升，这样不仅存在一定的不稳定性，同时工作效率也较低。

本文从陆地钻机的角度出发，在传统钻杆起升基础上，对陆地钻机钻杆自动起升系统的设计与优化进行探讨与思考。

关键词：陆地钻机；自动起升；设计与优化中图分类号：TE922 文献标识码：A一、钻杆自动起升系统结构概述陆地钻机钻杆自动起升系统的组成元素有旋转臂总成、竖直桁架。

总体来看，可以将旋转臂总成当作是一种特殊的指令执行元件，主要是在自动起升系统的最后节上执行其相对应的程序命令，当这种程序命令通过系统发出的时候，旋转臂总成就会按照提前设定的程序指令及指令内容执行其指令动作，进而将钻杆由一种状态转换到另一种状态，从而形成自动起升系统的核心组件。

从内部结构来看，旋转臂以及起升架共同在起升系统中组成了旋转臂总成，而旋转臂由钻杆夹具手、旋转手臂等零部件组成；起升架由起升架本体、导向机构和液压缸等零部件组成。

旋转臂前段上部端点与液压缸活塞铰接，下部与起升架装置进行支点铰接，在液压缸的作用下发生0°～90°的旋转，并且旋转臂在起升架的限制与辅助作用下发生上下的位移移动，从而通过旋转臂的作用实现了钻机钻杆钻台的输送工作。

在陆地钻井的具体过程中，通过旋转臂的作用将钻杆输送至钻台，当旋转臂在其自身与起升架间发生支点铰接旋转的时候，钻杆即发生由水平到垂直的位置改变，相反当钻井结束时，旋转臂在液压作用下进行收缩，又由垂直转换到水平位置，从而实现了旋转臂输送钻杆从水平到垂直的变换。

在实际工作中，起升架的主要构成元素有：起升装置本身、导向轮子以及利用液压原理进行工作的液压缸三部分。

钻柱起升系统控制器设计

钻柱起升系统控制器设计钻柱起升系统由直流电机驱动，经过减速器、盘式气动离合器带动滚筒进行起升。

应用S7-200 PLC及其编程软件、6RA28直流调速器、光电编码器组成闭环，对直流电机参数进行反馈控制。

标签：钻柱；直流电机；编程；S7-200PLC钻柱起升系统类似于起重机，用于起升和下放钻柱、钻具等，属位能性负载，因此无论是直流调速器还是交流变频器都必须选用能够工作在四象限的装置，钻机起升综合实验平台选用了西门子产品6RA28 和MM440 作为直流电动机和交流电动机的调速装置。

直流调速器6RA28 和交流变频器MM440 有多种订货号，分单象限工作和四象限工作两种类型和多种供电电压标准，必须选择正确的订货号。

1 控制模型的建立钻柱起升系统可以用下图表示其控制结构：直流电机起升时，直流调速器6RA28 通过可控整流装置改变电枢进线电压大小，从而改变电机转速。

交流起升时，调速装置是变频器MM440，改变交流异步电机电定子供电频率，供电源频率的改变直接改变了旋转磁场的转速，从而改变了交流电机转速。

调速机构可以用一个滞后环节来描述，在工程上，其传递函数常常可以等效为一个一阶惯性环节。

电动机到滚筒之间依靠链传动，电机转速n 与滚筒转速ng 成比例关系，比例系数记为KL。

滚筒转速ng 与游动系统大钩的位移成积分关系。

额定励磁下的直流电动机是一个二阶环节。

游动系统大钩，通过钢丝绳与滚筒直接相连，滚筒动则大钩移动，因此可以采用在滚筒上安装编码器，间接计算游动系统大钩位移的方式来进行位移反馈计算，位移反馈环节可以简化为一个比例环节。

整个直流定位控制系统的等效开环传递函数为W（s）=K p（1+1T IS+T DS）×K sT sS+1×1/C cT mT tS2+T mS+1×K3S×K H其中：K p（1+1T iS+T DS）为控制器要设计的PID校正环节。

等效开环传递函数是一个Ι 型系统，闭环控制下其阶跃响应的稳态误差为“0”，在系统稳定的条件下可以获得良好的定位精度。

岩心钻机升降机构设计

和监控。
需要注意的是，岩心钻机升降机构的设计应根据具体的钻机型号、工作条件和要求进行定制。在设计过程中，应考虑安全性、可靠性、效率和操作便捷性等因素，以确保升降机构的正常运行和工作效果。此外，设计时还应遵循相关的行业标准和规范，以确保设计符合安全和质量要求。
框架的设计需要考虑强度和稳定性，以承受升降过程中的重量和力量。
岩心钻机升降机构设计
2. 导轨设计： - 为了保证升降过程的稳定性和准确性，升降机构通常需要安装导轨。导轨的设计需要
考虑导向精度、耐磨性Байду номын сангаас可靠性。 - 导轨可以采用钢制或铝合金制造，具有光滑的表面和适当的尺寸，以确保钻杆和钻头
的平稳运动。 3. 安全装置设计： - 升降机构需要配备安全装置，以确保操作人员和设备的安全。例如，安全制动器可以
用于防止绞车的意外下降，限位开关可以用于控制升降的行程范围，紧急停止按钮可以用于紧急情况下的停机。
- 安全装置的设计需要符合相关的安全标准和规定，确保其可靠性和有效性。
岩心钻机升降机构设计
4. 控制系统设计： - 升降机构的控制系统通常包括电气控制和操作面板。电气控制系统可以实现升降绞车
的启停、速度调节和方向控制等功能。 - 操作面板应设计简单易用，具有清晰的指示灯和控制按钮，以方便操作人员进行控制
岩心钻机升降机构设计
岩心钻机升降机构是用于将钻杆和钻头等工具从井口送入井下并提升的装置。以下是岩心钻机升降机构的一般设计考虑：
1. 结构设计： - 升降机构通常由一个或多个升降绞车组成，绞车通过电动机或液压系统驱动。设计时
需要考虑绞车的承载能力、速度和控制方式。 - 升降绞车通常安装在一个钢制框架上，用于支撑和固定绞车、导轨和其他相关设备。

小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统研究的开题报告

小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统研究的开题报告一、研究背景小井眼钻机是一种常用于地下矿井、石油勘探等领域的特种设备，其作用为在地下储藏介质中钻取孔眼，以便于在孔眼中注入压裂液、增压等操作。

小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统是其两个主要组成部分，用于控制钻杆的行进和位置。

本项目旨在研究小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统，提高其工作效率和安全性。

二、研究内容及方法1. 研究小井眼钻机起升系统的控制方法，包括起升电机的设计、钻塔的传动方式等。

2. 研究小井眼钻机钻杆排放系统的排放方式和控制方法，包括排放器的设计和控制系统的开发。

3. 运用MATLAB等软件进行数据模拟和仿真分析，验证系统设计的可行性和有效性。

4. 经过模拟和仿真分析反复优化设计，实现小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统的精准控制和协同运行。

三、预期研究成果通过对小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统的研究，我们期望可以实现以下成果：1. 实现小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统的精准控制。

2. 提高钻机工作的效率和安全性，减少出现故障的概率。

3. 验证研究成果的可行性和有效性，为实际应用提供技术支持。

四、研究计划1. 第一年：调研、资料收集和系统设计。

2. 第二年：制作系统模型，进行仿真分析和数据模拟。

3. 第三年：系统优化、测试和实验验证。

4. 第四年：总结成果，撰写论文。

五、研究团队本研究项目由一名博士生和一名导师共同完成，需要有相应的机械、控制和计算机科学方面的知识背景。

同时，需要有相关实验室和设备的支持。

第二章钻机的起升系统

井架的基本参数是反映井架特征和性能的技术指标，亦是设计、选择和使用井架的依据。
基本参数主要包括：井架高度、最大钩载、二层台立根容量、抗风能力等。
3.井架型号
井架型号的组成：JJ(表示井架)、最大钩载/井架高度-井架型式、改进序号
《钻井机械》第二章钻机起升系统
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2.1.2井架结构类型
井架按其主体结构形式可分为四种基本类型：
《钻井机械》第二章钻机起升系统
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3)因受运输尺寸限制，井架主体截面尺寸较小，使井架内部空间比较狭窄。
为了方便游系设备上下运行和立根排放，井架主体作成前扇敞开，横截面为开口矩形(即Π形)的不封闭空间结构，其整体稳定性较塔形井架差而较A形井架优。
有的前开口井架最上段作成四边封闭结构以增强其稳定性。 4)井架各段两侧桁架结构形式相同，背扇则采用特殊腹杆布置形式，如菱形，以保证司钻视野良好。由于前开口井架具有结构简单，移运、搬迁方便、良好的承载能力和整体稳定性，而成为应用最广泛的陆地钻机井架。如美国陆地钻机几乎全部采用前开口井架。我国制造的各种钻机(从15－60)都可以配置此类井架。
《钻井机械》第二章钻机起升系统
24
0
4
Ff
Fd
Vf
F1 F2 F3 F4 F5 F6
Vd
V1 V2 V3 V4 V5 V6
a
c
b
图2-1 游动系统运动和钢丝绳拉力分析图
《钻井机械》第二章钻机起升系统
25
则钢绳速度依次为：
Vf=V1=6V=ZV; V2=V3=4V; V5=V4=2V; V6=Vd=0 天车滑轮速度依次为：
Ff=F1=F2=···=Fz=Fd ；
Qs=Qh+Gs=F1+F2+···+Fz=ZFf；

钻井机械模块化设计研究

钻井机械模块化设计研究冯　定　张传立　张晓东(江汉石油学院机械工程系,荆州434102)摘　要　以模块化设计理论为基础,论述了用该理论设计钻井机械的基本思路。

按总体功能将钻井机械分解成一些具有特定功能的模块。

提出了用面向对象的框架结构实现模块库知识表达的方法,针对面向对象的C ++语言介绍了模块化设计时的知识组织策略,以及建立模块库所要补充的几个类定义。

给出了模块化设计钻井绞车的一个实例。

主题词　钻机;模块;设计;(面向对象);绞车分类号　T E 828　模块化设计是现代化生产与多样化发展要求的产物,计算机是实现其设计的重要途径。

随着计算机软、硬件的不断丰富,计算机系统的功能越来越强大,现有的几何模型、实体造型、二维工作图与三维仿真、结构分析等技术,不仅可以构造钻井机械和采油机械的三维几何模型、实体模型,并能进行动力学、运动学以及性能分析和模拟;现有的智能设计技术、决策支持技术、专家系统技术、数据库管理系统以及计算机软、硬件环境等都为这种模块化设计打下了基础。

基于此,笔者对钻井机械模块化设计进行了研究。

1　钻机模块划分和建造石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合机组。

为了满足钻井工艺的要求,钻机必须具备:①旋转设备(包括转盘、水龙头、钻柱、钻头等);②循环系统设备(包括泥浆泵、高压管汇、泥浆净化设备等);③起升系统设备(包括钻井绞车、调节刹车、天车、游车、大钩、井架等);④动力设备(柴油机或交、直流电机);⑤传动系统设备;⑥控制系统设备;⑦钻机底座;⑧辅助设备。

根据石油钻机的特点,进行功能分析和描述[1],抽象出石油钻机的总体功能,即远距离切削+清洗(有时要喷射)+重型起重机。

然后将总体功能分解为远距离切削、清洗、重型起重机,求得组成整机功能的各功能模块,利用文献[1]所给的步骤,最后形成石油钻机的模块库。

2　钻井机械模块设计过程中知识的表达和组织211　分类层次的建立面向对象的层次分类是由一个称为class 的类和许多对象组成,它首先要求将复杂的结构按照一定的方式进行分解,建立一个“树”状结构的层次分类关系。

新型钻杆自动起升装置的研制

威ＡｋｅｒＫｖａｅｒｎｅｒＭＨ公司。该公司的管子传送系统和处理装置主应力，满足强度要求。桁架选用的Ａ３钢焊接而成，材料的屈服极限为力２３５ＭＰａ，许要由龙门起重机、折臂起重机、管子输送机、桥式起重系统和钻台操纵臂等装置。其主要缺点是系统结构庞大，占用较多的井场空间。用应力为１５７ＭＰａ，分析结构显示，整体结构的最大应力为４０．１ＭＰａ，国内在钻杆自送提升技术尚处于研究阶段，目前采用的钻杆起升手发生在桁架底部的固定端，安全系数是３．９，因此整个结构是安全段主要由两种方式，一是利用钻台气动绞车，二是利用吊车￣３－５１。气动的。绞车输送管柱时作业稳定性低、设备及人身风险大、效率不高，而利３－２模态分析用吊车输送管柱占用场地大、费用高、稳定性亦差。对旋转臂结构进行模态分析，主要是得到结构的频率与振型，２钻杆自动起升装置的结构提取结构前三阶固有频率分别为：８．５６８２、１０．８２２、２７．７１６Ｈｚ。结果显钻杆自动起升装置主要由旋转臂、起升架和竖直桁架组成，其示，旋转臂整体机构在低阶频率范围内做平面的摆动，整体变形较结构如图１所示。旋转臂臂是钻杆自动起升装置的末端执行器，是小，刚度储备能量较大，满足安全使用的要求。实现钻杆上下钻台和钻杆由水平位置到垂直位置转换的核心部件。４结束语旋转臂由钻杆夹具手、旋转手臂、Ｌ型臂等零部件组成；起升架由起传统的钻杆上下钻台是利用钻台气动绞车和利用吊车提升和升架本体、导向机构和液压缸等零部件组成。旋转臂的前部有两个摔下，对钻杆本体和丝扣造成了极大的破坏，同时威胁到钻井工人铰支点，上部的铰支点与液压缸活塞铰接，下部的铰支点与起升架的人身安全。钻杆自动起升装置实现了钻杆上下钻台的自动化操的铰支点铰接。旋转臂在液压缸的作用下沿着铰接点旋转，旋转角作，保护了钻杆本体和丝扣，降低了工人的劳动强度，提高了工作环度范围是０￣￣９０。；同时在起升架的提升下沿着竖直桁架上下移动，境的安全系数，节约了钻井成本；此外该系统结构紧凑，安全可靠，实现钻杆的上下钻台的输送工作。占据较小的井场空间，对钻机井架入口高度要求低，可在各种钻机３有限元分析中配套使用。３．１静力学计算参考文献当钻杆位于水平位置时，［１］ＴｙｓｏｎＲＷＨｅｌｍｅ６ｃｈ．ＷｈｙＵｓｅａｔｏｐｄｉｒｖｅｏｎａｌａｎｄ，ｏｒｗｈｅｎ？旋转臂装配体的中心位于铰接【Ｃ】．ＶａｒｃｏＩｎｔ１．ＳＰＥ／ＩＡＤＣＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９５：５２９－５４４点的左端，因此整个旋转臂装［２］ＢｏｙａｄｊｉｅｆＧｅｏｒｇｅＩ．Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｏｐ－ｄｒｉｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｐ — 配体逆时针方向的转动趋势，ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ．【Ｃ】．ＩＡＤＣ／ＳＰＥ１４７１６，１９９６：４３５－４４２．这些力最终通过滚轮系统作用［３］尹晓丽，张中慧，牛文杰，等．海洋钻井平台立根自动连接系科技创新

机械水源钻机自动化升级的研究及应用

钻探工程Drilling Engineering第50卷增刊2023年9月Vol. 50 Sup.Sep. 2023：476-480机械水源钻机自动化升级的研究及应用杨联峰1，宋飞2（1.山西省第三地质工程勘察院有限公司，山西晋中 030620； 2.贝加尔（上海）智能有限公司，上海 201109）摘要：传统水源钻机的加压送钻等操作受到操作者经验的影响较大，工作环境和安全条件也较差。

为更好地满足中深层地热井施工的需求，对现有一台TSJ -3000型水源钻机进行了自动化升级改造。

增加了司钻房；运用伺服控制系统，实现触感式摇杆提钻下钻功能和自动恒压送钻功能；采用自动传感式换挡模组，在司钻房内实现快速换挡、变速，使司钻房远离钻机转盘；采用工控屏触摸方式集成现场主要电柜控制器；实现了自动化和手动操作两个独立的操作系统。

现场试验和应用表明，自动化升级后钻机运转参数能够实时监控和集中显示，为判断、预防井内事故提供科学依据；能满足3000 m 水源钻机钻具悬重800 kN 条件下的提、下钻工况需求，钻进效率比改造前提高了61%；降低了劳动强度，改善了操作环境。

本项目顺应了钻探设备自动化、数字化、智能化发展趋势，具有良好的应用前景。

关键词：机械水源钻机；自动化升级；人机交互；智能司钻；司钻房；中深层地热井中图分类号：P634.3;TE92 文献标识码：A 文章编号：2096-9686（2023）S1-0476-05Research and application of automatic upgrading ofmechanical water well drilling rigYANG Lianfeng 1，SONG Fei 2(1.Shanxi Third Geological Engineering Investigation Institute, Jinzhong Shanxi 030620, China ；2.Baikal (Shanghai) Intelligent Co., Ltd., Shanghai 201109, China )Abstract ： The operation of traditional water well drilling rig ， such as pressure drilling ， is greatly influenced by the operator ’s experience ， and the working environment and safety conditions are also poor. An TSJ -3000 water well drilling rig has been upgraded automatically to better meet the needs of the construction of middle‑deep geothermal wells. The original equipment is not changed ， and the driller ’s room is added ； The servo control system is used to realize the function of lifting and lowering the drill by the touch rocker and the function of automatic constant pressure drilling. Adopt automatic sensing shift module to realize quick shift and speed change in the driller ’s room ， so that the driller ’s room is far away from the rig turntable ； Using industrial control screen touch mode to integrate the main electric cabinet controller on site ； Two independent operating systems ， automation and manual operation ， are realized. The field test and application show that the operation parameters of the drilling rig can be monitored and displayed in real time after the automation upgrade ， which provides scientific basis for judging and preventing accidents in the hole. It can meet the requirements of lifting and tripping under the condition that the drilling tool of 3000 m water source drilling rig has a hanging weight of 800kN ， and the drilling efficiency is 61% higher than that before the transformation. The labor intensity is reduced and the operating environment is improved. This project conforms to the development trend of automation ， digitalization and intelligence of drilling equipment ， and has a good application prospect.Key words ： mechanical water well drilling rig; automated upgrade; man‑machine interaction; intelligent driller; driller ’ room; middle‑deep geothermal well收稿日期：2023-03-29 DOI ：10.12143/j.ztgc.2023.S1.077第一作者：杨联峰，男，汉族，1968年生，副总经理，高级工程师，探矿工程专业，主要从事水文水井、地热井、旋挖钻孔等钻进工艺的技术研究与管理工作，山西省晋中市榆次区大学街三勘院，****************。

钻机起升系统模块化设计研究与实现

齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

第二章 钻机的起升系统

石油钻井设备的模块化设计

石油钻机提升系统分析与应用

高性能空气钻机的智能化控制系统设计与优化

坑道钻机传动系统及其整机模块化设计研究的开题报告

钻机垂直起升系统的研制

齿轮齿条钻机起升系统多体动力学建模与分析

陆地钻机钻杆自动起升系统的设计与优化

钻柱起升系统控制器设计

岩心钻机升降机构设计

小井眼钻机起升系统和钻杆排放系统研究的开题报告

第二章 钻机的起升系统

钻井机械模块化设计研究

新型钻杆自动起升装置的研制

机械水源钻机自动化升级的研究及应用

第二章钻机的起升系统

第二章钻机的起升系统