国产顶驱液压系统性能分析及优化

论文摘要

顶驱的全称为顶部驱动钻井装置TDS(TOP DRIVE DRILLING SYSTEM),它是20世纪80年代国际钻井领域中兴起的一项新的钻井技术,是旋转钻井技术的一次重大突破。顶驱装置代替传统的转盘,可以节省接单根和间断时间;遇到复杂地质状况,可以随时接单根进行循环,减少了卡钻事故的发生。顶部驱动钻井系统可从井架上部空间直接旋转钻杆,沿专用导轨向下送进,完成钻杆旋转钻进,循环钻井液,接立柱,上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。该系统显著提高了钻井作业的能力和效率,并已成为石油钻井行业的标准产品。结合国内外顶驱的研究现状和发展趋势,可以清晰地看到国产顶驱与国外顶驱无论在技术设计上或制造工艺上都存在着很大的距离。顶驱已成为限制我国石油工业走向世界的技术障碍。本文从国内外顶驱的实际应用出发,对国产顶驱的性能进行分析,提出国产顶驱优化方案。根据顶驱及其液压系统的工作原理,应用机械CAD技术设计出顶驱液压集成阀板三维图、施工图,并应用三维软件检验设计的可行性。实地考察、实践顶驱应用情况,对顶驱液压系统进一步优化,完善施工图。搭建试验台,通过实验检验顶驱液压阀块的设计目标。进一步对顶驱液压系统进行优化,得出最终方案。解决顶驱液压系统泄漏问题,从实际出发,结合国外顶驱液压密封技术提出改进国产顶驱密封方案。从材料、原理出发,进一步探讨低温条件下顶驱液压密封。最后通过将优化方案进行实地试验检验,对顶驱及液压系统各项性能进行检测并进一步优化顶驱液压系统。为以后国产顶驱制造生产打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题选题的依据和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 顶部驱动钻井装置概述
• 1.3.1 顶驱装置的组成部分
• 1.3.2 顶部驱动钻井装置优点
• 1.3.3 顶部驱动钻井装置液压集成的趋势
• 1.4 课题的研究内容和研究意义
• 第二章 顶部驱动钻井装置液压系统集成分析
• 2.1 液压原理概述
• 2.2 国产顶部驱动钻井装置DQ70 液压系统原理
• 2.2.1 国产顶部驱动钻井装置DQ70 各液压部分组成及功能
• 2.3 液压控制系统
• 2.3.1 液压控制系统原理图
• 2.3.2 阀板设计
• 2.3.3 阀组排布及作用
• 2.3.3.1 吊环倾斜阀组分布及功能
• 2.3.3.2 回转系统阀组分布及功能
• 2.3.3.3 刹车系统阀组分布及功能
• 2.3.3.4 IBOP 系统阀组分布及功能
• 2.3.3.5 背钳系统阀组分布及功能
• 2.3.3.6 平衡系统阀组分布及功能
• 2.3.3.7 回转锁紧系统阀组分布及功能
• 2.4 VacroTDS-11SA 顶部驱动钻井装置构造概述
• 2.5 VacroTDS-11SA 顶部驱动钻井装置液压系统分析
• 2.5.1 VacroTDS-11SA 顶部驱动钻井装置液压源组成[14]
• 2.5.2 VacroTDS-11SA 顶部驱动钻井装置液压系统执行部分组成
• 2.5.3 VacroTDS-11SA 顶部驱动钻井装置液压系统控制部分组成
• 2.6 国产顶部钻井驱动装置DQ70 液压集成分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 液压系统集成阀板优化设计
• 3.1 液压集成阀板的特点
• 3.2 液压集成阀板设计过程
• 3.2.1 装配关系设计——布局（Layout）
• 3.2.2 连通关系设计——布孔（Connection）
• 3.3 集成阀板设计复杂性分析
• 3.3.1 布局与布孔的关系
• 3.3.2 自动最优化设计
• 3.3.3 约束条件
• 3.3.4 复杂性分析
• 3.4 国产顶部驱动钻井装置液压控制阀板原理
• 3.5 液压集成阀板设计
• 3.5.1 控制阀板模型设计
• 3.5.2 控制阀板施工图设计
• 3.5.3 阀板加工
• 3.6 阀板表面探伤
• 3.6.1 表面探伤原理
• 3.6.2 表面渗透探伤操作步骤
• 3.6.3 液压控制阀板表面渗透探伤
• 3.7 本章小结
• 第四章 液压集成阀板实验分析
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验台构建
• 4.2.1 实验设备选用
• 4.2.2 试验台液压控制模块
• 4.2.3 试验台
• 4.3 实验内容
• 4.3.1 实验前准备
• 4.3.2 调整RV1、RV2 压力
• 4.3.3 全系统检测
• 4.3.4 平衡回路与立柱上跳回路检测
• 4.3.5 制动回路检测
• 4.3.6 定位销启动液缸及背钳液缸回路检测
• 4.3.7 吊环倾斜液缸回路检测
• 4.3.8 吊环旋转联接器回路检测
• 4.3.9 内防喷器回路检测
• 4.4 实验记录
• 4.5 实验结果分析
• 4.6 实验结论
• 4.7 本章小结
• 第五章 顶驱液压系统密封优化探讨
• 5.1 密封原理
• 5.2 国产顶驱液压密封存在问题
• 5.3 优化方案探讨
• 5.3.1 密封方法
• 5.3.1.1 螺旋密封
• 5.3.1.2 磁流体密封
• 5.3.1.3 高压密封
• 5.3.1.4 浮环密封
• 5.3.1.5 离心密封
• 5.3.1.6 全封闭密封
• 5.3.1.7 真空密封
• 5.3.1.8 迷宫密封
• 5.3.1.9 其他常见密封
• 5.3.2 密封材料
• 5.3.2.1 橡胶材料
• 5.3.2.2 塑料材料
• 5.3.2.3 金属材料
• 5.4 优化方案总结
• 结论与展望
• 结论
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附表