自動排管系統(tǒng)——舉升機(jī)



引  言

在20 世紀(jì)40 年代,人們就開始探索起下鉆操作的機(jī)械化方法,于是產(chǎn)生了鉆桿自動排放系統(tǒng)。目前,該系統(tǒng)已在深水及超深水海洋鉆機(jī)中得到廣泛應(yīng)用,在改進(jìn)鉆井作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面取得了巨大成功。

在起下鉆過程中需要將鉆桿從井口移送到鉆桿排放架或從鉆桿排放架移送到井口,即鉆桿排放操作。特點(diǎn)是具有危險性;是一個重復(fù)性高而勞動強(qiáng)度大的過程;花費(fèi)大量時間;需要多人合作共同完成。

在海上鉆井作業(yè)中常遇風(fēng)浪,工作環(huán)境惡劣,安全情況更為突出。同時,海上鉆井成本很高,加快鉆井速度,縮短鉆井周期顯得尤為重要。

20 世紀(jì)40 年代,人們開始探索使鉆桿操作機(jī)械化的各種方法,于是產(chǎn)生了鉆桿排放系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鉆井過程中井口到排放架之間鉆桿排放的自動化操作,避免人與鉆桿的直接接觸,并可加快起下鉆速度,對降低海上鉆井作業(yè)成本發(fā)揮了重要作用。

1）發(fā)展歷史

1949 年,在研制半自動化鉆機(jī)時就采用了鉆桿排放系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過液壓和氣動閥來進(jìn)行,從而完成起下鉆的各種常規(guī)操作。

1956 年,第1套機(jī)械化鉆桿操作系統(tǒng)應(yīng)用到CUSS21 鉆井船上,該系統(tǒng)為臥式操作系統(tǒng),安裝在鉆桿甲板尾部。鉆桿通過自動化坡道移送至井口,然后由吊卡提升。與此同時,一套立式鉆桿排放系統(tǒng)得到發(fā)展,此系統(tǒng)與傳統(tǒng)的鉆桿立根操作方式相似。20 世紀(jì)40 年代末,一套樣機(jī)系統(tǒng)安裝到Hum2ble 30 型鉆機(jī)上,并且成功鉆進(jìn)了22 860 m。

此后將近20年 ,才有完全自動化的鉆桿排放系統(tǒng)開始投入商業(yè)使用,該系統(tǒng)使得起下鉆過程不需要鉆井工人直接參與。

1968 年,Off shore 公司在其轉(zhuǎn)塔系泊鉆井船Discoverer 號上配備了立式鉆桿排放系統(tǒng),此后,自動化鉆桿排放系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展。采用該系統(tǒng)的初衷是解決由于鉆井船運(yùn)動而引起的鉆桿操作的困難。這套系統(tǒng)獲得成功后,許多其他鉆井船開始安裝類似系統(tǒng),包括幾套類似于CUSS21 鉆井船上的臥式系統(tǒng)。

1973 年,全自動化鉆桿排放系統(tǒng)首次安裝到挪威的Smedvig West Vent ure 半潛式鉆井平臺上。采用這套系統(tǒng)不是為了解決平臺移動產(chǎn)生的問題,主要是解決平臺在挪威北海鉆井時強(qiáng)風(fēng)和低溫的影響問題。這套系統(tǒng)同樣獲得了成功,此后,大量其他同級別的鉆機(jī)配備類似系統(tǒng)也獲得了成功。

直到1980 年,才開始出現(xiàn)了各種不同設(shè)計的立式鉆桿排放系統(tǒng)。這主要是因?yàn)橄嚓P(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的影響,尤其是挪威。挪威石油局的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:作業(yè)于挪威領(lǐng)海內(nèi)的鉆機(jī)必須配備全自動化鉆桿排放系統(tǒng)、動力卡瓦以及自動化上卸扣裝置。

目前,鉆桿排放系統(tǒng)的種類很多,包括簡單的位于鉆臺上的機(jī)械手,以及復(fù)雜的具有3 個機(jī)械手臂的排放系統(tǒng)。許多系統(tǒng)能夠舉升鉆桿立根,有些甚至能舉升直徑為<508mm(20 英寸)的套管。這些鉆桿排放系統(tǒng)可以看作是位于井口和排放架之間的二臂或三臂機(jī)器人,操作員在封閉控制室內(nèi)通過電腦或其他電子設(shè)備對系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2）促進(jìn)鉆桿排放系統(tǒng)發(fā)展的因素

 　①安全性

在整個鉆井過程中,有30 %以上的時間花費(fèi)在起下鉆桿、鉆挺、套管以及其他鉆具上。研究和事故分析表明,鉆井工人在進(jìn)行這些操作時危險性很大。鉆桿排放系統(tǒng)的一個主要目標(biāo)就是減少鉆臺上的操作人員,從而提高安全性。

②經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性不僅包括鉆井作業(yè)人員的薪酬,還包括人員運(yùn)輸及其在作業(yè)地點(diǎn)的其他費(fèi)用,在海上及沼澤等邊遠(yuǎn)地區(qū),花費(fèi)在人員方面的費(fèi)用會更高。減少鉆井作業(yè)人員可以降低總的鉆井成本。

采用鉆桿自動排放系統(tǒng)的第2 個經(jīng)濟(jì)因素是鉆井作業(yè)時間。在某些情況下,經(jīng)濟(jì)因素迫使人們將鉆井作業(yè)時間以分甚至以秒來考慮。在鉆超深井或在超深水海域進(jìn)行鉆井時,立根數(shù)目相應(yīng)增多,起下鉆將耗費(fèi)大量的時間。如果縮短每個立根的操作時間,那么整個起下鉆過程耗費(fèi)的時間將會明顯減少。當(dāng)然,鉆桿自動排放系統(tǒng)不是單純地加快起下鉆的速度,而是在其穩(wěn)定的操作速度和安全的工作環(huán)境共同作用下降低成本。

③工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1981 年,挪威石油局的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:作業(yè)于挪威領(lǐng)海內(nèi)的鉆機(jī)必須配備自動鉆桿排放系統(tǒng)。1991年,對該標(biāo)準(zhǔn)作了修改,規(guī)定鉆桿排放系統(tǒng)所能操作的管柱范圍必須包括鉆鋌和套管。挪威在2003 年做的一項(xiàng)調(diào)查表明,鉆桿自動排放系統(tǒng)在鉆井工人安全、健康和工作環(huán)境等方面都有了明顯的改善。

④工業(yè)發(fā)展趨勢

自動化和計算機(jī)化目前已成為工業(yè)發(fā)展趨勢,并且深入人心,這在一定程度上也促進(jìn)了鉆桿自動排放系統(tǒng)的發(fā)展。

鉆桿自動排放系統(tǒng)在現(xiàn)代鉆井中發(fā)揮了重要的作用。目前,鉆桿排放系統(tǒng)的操作范圍已由最初的鉆桿擴(kuò)展到鉆鋌、套管、隔水管以及其他井下工具。最近20年來,新建的大型海洋鉆井裝備以及自動化鉆機(jī)上都廣泛采用了鉆桿自動排放系統(tǒng)


 




                           目錄

  目錄………………………………………………………………………………………III

1  鉆桿自動排放及移運(yùn)系統(tǒng)分析、原理分析 5

1.1 鉆桿自動系統(tǒng)分析 5

1.2 鉆桿自動轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析 5

1.3 鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)基本原理分析 5

2  鉆桿自動排放及移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 6

2.1  鉆桿自動轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)原理 6

2.2  鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)原理 6

3  鉆桿自動轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 7

3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 7

3. 2 長伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 8

3. 3 短伸縮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 9

3.4 機(jī)械手譆@山峁股杓� 9

3.5伸縮臂伸縮液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 13

3.6轉(zhuǎn)運(yùn)液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 17

3.7 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計 20

4 鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 20

4.1 移動小車結(jié)構(gòu)設(shè)計 20

4.2 大梁結(jié)構(gòu)設(shè)計 23

4.3 機(jī)械手譆@山峁股杓� 23

4.4起升液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 26

4.5鉆桿鉆桿排放架結(jié)構(gòu)設(shè)計 27

結(jié) ..