【摘 要】
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修井作业分为大修和小修两种方式,据统计各油田修井作业频率最高的是小修作业,占据了油田修井作业的65%-75%。在小修作业过程中,油管柱的起下作业工作量大、劳动强度最高,且安全性差。目前大多数油田在进行油管柱起下作业时采用人工作业,对油管柱进行起吊与下甩,四人协同、轮流交换的作业方式。本文针对目前油管柱的作业现状,研究设计了一种新型修井机作业转臂式管柱处理装置。该装置为全液压驱动,能够实现高效、半自
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修井作业分为大修和小修两种方式,据统计各油田修井作业频率最高的是小修作业,占据了油田修井作业的65%-75%。在小修作业过程中,油管柱的起下作业工作量大、劳动强度最高,且安全性差。目前大多数油田在进行油管柱起下作业时采用人工作业,对油管柱进行起吊与下甩,四人协同、轮流交换的作业方式。本文针对目前油管柱的作业现状,研究设计了一种新型修井机作业转臂式管柱处理装置。该装置为全液压驱动,能够实现高效、半自动接送管柱,长进行运移等动作,其可活动角度为0°～90°。与以往油管柱处理装置内的扶正机构不同,该装置采用液压机械手对管柱直接进行夹紧动作,两组液压机械手采用平行四边形结构,实现管柱接送过程中的平稳性。可满足斜井、直井两种修井作业的接送管需求,保证修井机在作业时,对油管接送、起下、对中的效率变得更加精准。本文主要完成了转臂式管柱处理装置整体机械结构及液压系统的方案设计;建立管柱处理装置的三维模型;对相应的主要承受部件进行了强度分析;结合管柱处理装置总体方案,对各液压缸进行选型参数计算,对液压泵进行选型,完成管柱处理装置的液压系统设计;最后运用多刚体系统运动学及动力学基本理论,对管柱处理装置的支撑臂机构、送管臂机构、管柱防掉机构及管柱定位机构建立运动学和动力学模型,通过部件与部件之间的运动副连接,建立系统广义坐标,完成对机构的运动学分析;运用ADAMS软件中的动力学理论对该管柱处理装置机构的动力学模型建立广义坐标矢量,得到位置约束方程,通过微分-代数方程推导出拉格朗日乘子列阵,进行逆动力学方程求解,推导求解得到了各液压缸的驱动力方程,完成对机构的动力学分析。运用ADAMS软件对管柱处理装置从0°至90°过程中,装置负载和空载两种情况进行仿真分析、对比,得到抓管臂、送管臂液压缸伸长量、驱动力、支撑臂旋转角速度等曲线,并对各自曲线进行分析对比;对装置内送管机构进行仿真分析;对排管装置排管时油管与装置的接触碰撞仿真分析,得到排管过程中存在的接触碰撞力及力矩曲线,并进行不同管径的油管对排管装置的接触碰撞分析,为装置的厂内型式试验提供了理论依据。转臂式管柱处理装置为相关领域的使用人员、设计人员及管理者提供参考。
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