ZJ70DB钻机系统设计与研究

论文摘要

随着陆上复杂油气井、超深油气田及海洋深水油气田的开发、科学钻探以及科学钻井工艺技术的发展，迫切需要性能先进、自动化水平高的新型深井钻井装备。交流变频电驱动钻机是理想的深井钻井装备，以其先进的技术、简化的结构、优异的输出特性以及良好的适应性和可靠性、安全性，深受用户欢迎，已成为深井钻机的发展方向，其应用越来越广泛。 本文研究的ZJ70DB钻机是在吸收国外先进技术和成功经验的基础上，为了适应国内外钻井市场的需要而创新研制的具有自主知识产权的矢量控制全数字变频超深井钻机。该钻机是集机、电、液、数字控制于一体的高技术产品，采用了矢量控制全数字交流变频驱动技术、主电机和独立电机自动送钻技术、交流变频齿轮传动单轴绞车、绞车能耗制动等先进技术，钻机的智能化、自动化、网络化、信息化程度高。它的研制成功将大幅度提高我国钻井装备的技术水平，将对我国石油勘探开发和参与国际市场竞争带来深远的影响。 本文通过系统的分析研究，完成了以下研究内容： 1)ZJ70DB钻机总体方案设计、总体方案的对比，钻机技术参数与方案的确定、计算与分析。 2)ZJ70DB钻机的动力与传动系统研究。机械驱动、复合驱动、直流电驱动、交流变频电驱动等。常用动力与传动类型的特点分析，ZJ70DB钻机的动力交流变频电驱动系统设计。提出钻井泵低成本驱动系统设计与分析。 3)ZJ70DB钻机的旋转系统设计SL450水龙头的改进设计、水龙头的三维造型设计、水龙头的壳体的有限元分析水龙头冲管密封的改进设计、ZP375转盘的设计与选型、顶驱70DB的设计与选型。 4)ZJ70DB钻机游动系统设计与仿真分析ZJ70DB钻机游动系统游车、天车、大钩、吊环设计与选型，建立了游动系统运动仿真分析、ZJ70DB钻机起升动力学仿真分析的分析设计理论。 5)JC-70DB绞车设计与分析，JC-70DB绞车总体方案设计、结构方案的创新设计，绞车系统主要参数计算，减速器优化设计，绞车结构设计与分析。 6)ZJ70DB井架的方案设计、结构有限元分析、井架起升分析。 7)ZJ70DB钻机的电气控制系统设计、设计原则和标准、方案确定及关键技术、ZJ70DB钻机控制系统技术特点。 8)在采用工程设计技术的基础上，通过对钻机的关键组件与设备的系统基础理论研究

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 国内外钻机的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的创新点
• 第2章 ZJ70/4500DB钻机总体设计
• 2.1 概述
• 2.2 方案确定
• 2.3 钻机技术参数与方案
• 2.4 关键部件研制
• 2.5 传动参数技术
• 2.6 总体参数计算
• 第3章 ZJ70/4500DB钻机的动力与传动系统研究
• 3.1 常用动力与传动类型的特点分析
• 3.2 ZJ70DB钻机的动力交流变频电驱动系统设计
• 3.3 钻井泵低成本驱动系统设计与分析
• 第4章 ZJ70DB钻机的旋转系统设计
• 4.1 SL450水龙头设计
• 4.2 P375转盘的设计与选型
• 4.3 70DB顶驱的设计与选型
• 第5章 JC-70DB绞车设计与分析
• 5.1 JC-70DB绞车总体参数
• 5.2 主要结构及参数
• 5.3 绞车主要参数计算
• 5.4 滚筒轴强度设计
• 5.5 滚筒钢丝绳缠绕系统几何模型及计算
• 5.6 钢丝绳快绳拉力动力学研究
• 5.7 主轴承寿命及滚筒联接键强度计算
• 5.8 盘刹制动力矩的计算
• 5.9 离合器扭矩传递能力设计
• 5.10 钢丝绳的校核
• 第6章 JJ450/45-K5井架有限元计算及分析
• 6.1 设计条件
• 6.2 井架结构特点及主要技术参数
• 6.3 井架有限元模型的建立
• 6.4 载荷分析
• 6.6 单元应力校核
• 第7章 ZJ70DB钻机的电气控制系统设计
• 7.1 设计原则和标准
• 7.2 方案确定及关键技术
• 7.3 ZJ70DB钻机控制系统技术特点
• 第8章 ZJ70DB钻机现场试验
• 8.1 钻机试验条件
• 8.2 钻机安装及主要设备运行情况
• 8.3 设备停工修理时间
• 8.4 主要功能试验情况
• 8.5 试验评价
• 8.6 钻井工程效益分析
• 8.7 钻机综合评价
• 第9章 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1.滚筒轴有限元分析结果
• 附录 2 井架各工况下计算结果输出
• 附录 2.1 计算数据
• 附录 2.3 ANSYS计算结果图
• 附录 3: 个人及研究产品获得的荣誉证书与奖励情况
• 附录 4: 学习期间发表的论文与获得的专利