顶驱液压系统的设计与研究

论文摘要

顶部驱动钻井装置是20世纪80年代兴起的新型钻井技术,是旋转钻井技术的一项重大突破,受到世界各国石油公司的高度重视,且在国际石油工业中得到迅速发展和应用,顶驱装置的应用明显提高了钻井作业的速度和效率,已成为石油钻井先进装备的代表。随着我国国民经济的快速发展,全国石油消费量迅速增长。然而,石油产量增长低于消费增长,这给石油钻井机械设备如顶驱等制造了大量的市场机会。虽然国产顶驱在设计制造时都引进了国外的先进技术,但同国外的顶驱相比,国产顶驱的质量和性能等方面仍然存在着或多或少的问题。因此,顶驱整体的设计与研究,对缩短与国外之间的技术差距、提高顶驱产品的技术含量、提升顶驱产品的品质具有重要的现实意义。本文分析了顶驱的国内外研究现状并指出了今后顶驱的发展趋势,介绍了顶驱的基本结构及其优点,对钻井作业进行了深入细致的分析,并以美国Varco公司的TDS-11SA型顶驱为例,对顶驱液压系统的平衡系统控制油路、刹车油路、回转头油路、倾斜机构油路、IBOP控制油路、背钳机构控制油路和定位销系统控制油路进行了详细的设计与说明。根据已经知道的TDS-11SA顶部驱动钻井装置的主要技术参数,在综合考虑关键元件的使用性能和使用寿命等因素的情况下,对主要液压元件进行了合理的参数计算与选型。本文介绍了世界著名的工程系统高级建模与仿真软件AMESim,并按照第三章中对平衡系统控制油路的设计,利用AMESim软件中的HCD（Hydraulic Component Design）库对顶驱液压系统平衡系统搭建了仿真模型,在参数模式下对各部分模型的相关参数进行了详细的设置,最后对其进行仿真并且对仿真结果进行了深入细致的分析。仿真结果表明本文对顶驱液压系统平衡系统的设计实现了平衡系统的作用,即平衡了顶驱本体的重量,保证了丝扣在上卸扣时不至于磨损,从而证明了设计的可靠性。仿真结果显示通过调节蓄能器的相关参数可以提高顶驱液压系统平衡系统的工作效率和使用性能。仿真结果还证明了蓄能器在液压系统中起到了吸收压力脉动和缓和冲击力的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外顶驱现状与差距
• 1.2.1 国内外顶驱的发展现状
• 1.2.2 顶驱的发展趋势
• 1.2.3 国内外顶驱的差距
• 1.3 论文研究的背景及意义
• 1.4 论文研究的内容
• 第二章 顶驱结构及钻井作业分析
• 2.1 概述
• 2.2 顶驱的基本结构
• 2.3 顶驱钻井作业分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 顶驱液压系统的分析与设计
• 3.1 液压系统的组成和功用
• 3.2 顶驱液压系统的设计
• 3.3 TDS-11SA 顶部驱动钻井装置主要参数的计算
• 3.3.1 液压缸主要几何尺寸
• 3.3.2 液压系统工作压力的确定
• 3.4 液压元件的选型
• 3.4.1 液压泵的选型
• 3.4.2 液压阀的选型
• 3.4.3 蓄能器的选型
• 3.5 本章小结
• 第四章 顶驱液压系统平衡系统的建模与仿真
• 4.1 概述
• 4.2 AMESim 软件功能
• 4.2.1 AMESim 简介
• 4.2.2 AMESim 建模仿真流程
• 4.3 基于AMESim 的顶驱液压系统平衡系统的建模与仿真
• 4.3.1 基于AMESim 的顶驱液压系统平衡系统的建模
• 4.3.2 基于AMESim 的顶驱液压系统平衡系统的仿真
• 4.3.3 仿真结果的分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附表