深部大陆钻探用钻机顶驱液压系统设计与研究

论文摘要

深部大陆钻探用钻机顶驱液压系统设计与研究深部钻探是揭开地壳演化奥妙、寻找地下资源、同时减轻灾害保护环境的关键。自上世纪70年代以来,很多发达国家陆续启动了深部探测和超深科学钻探计划,通过“揭开”地表覆盖层,把视线延伸到地壳深部,获得了重大成果。目前,多种新型液压驱动石油钻机和电驱动钻机被国外一些国家先后推出,它们在钻井勘探中起到了重要作用。在钻机上配备顶驱装置已成为发展趋势,其相比较于传统的转盘钻井有许多优势。在国际市场中,配备顶驱装置的钻井机械有很大优势,顶驱装置已成为近代钻井装备新技术,而且顶驱装置在使用范围、工作性能、驱动形式和传动方式等方面做出了重大改进,现已成为集机电液一体化的综合石油钻井装备。顶驱的驱动方式可以分为两类：液压顶驱和电顶驱,目前液压顶驱是很好的一种驱动型式。液压驱动钻机在向全液压驱动的方向发展,顶驱功率利用率比较高。世界上大部分先进的钻井公司多采用全液压驱动型式。液压驱动钻机正在向全新模式钻机发展,同时向多个小功率液压马达传动发展。为满足提高深部大陆科学钻探钻进坚硬岩石的速度,需采用孕镶金刚石钻头,高转速是一个主要的钻进工艺参数,需研制高转速的液压顶驱系统。本论文主要研究方向以大陆钻探用钻机为主,主要研究分析钻机主机系统中的液压顶驱机构,在分析顶部驱动装置的发展、结构形式与组成的基础上,对其进行了如下几方面的研究：介绍了顶部驱动钻井装置的作用、特点以及国内外的发展概况。分析了顶部驱动钻井装置的组成和结构；对顶驱装置的性能参数进行了分析和计算,并确定出主要的技术参数；对顶驱液压系统原理进行了分析；重点设计了顶驱回转系统的液压回路,并且对回路的吸油、压油以及回油管路进行了优化设计,以减小管路的能量损失；本次用到的回转机构液压系统的主要控制方式为负载独立流量分配(LUDV)控制系统,利用AMESIM软件建模,对马达同步系统进行仿真,最后得出其同步精度仿真分析的结论。国内的顶驱装置与国外相比,在性能上还有很大差距,通过液压顶驱系统的研究,将此系统与外购的通用装置进行创新集成,为我国深部大陆科学钻探提供全套的具有国际领先水平的专业钻机,开发研究具有自主知识产权的顶驱装置,实现顶驱装置国产化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 本课题来源及研究意义
• 1.2 国际国内大陆科学钻探的发展现状
• 1.2.1 概况
• 1.2.2 世界主要大陆科学钻探项目
• 1.2.3 中国大陆科学钻探和装备
• 1.3 液压驱动石油钻机的发展趋势
• 1.3.1 德国InnovaRig全液压顶驱钻机
• 1.3.2 挪威MH公司的RamRig全液压顶驱钻机
• 1.3.3 美国National Oilwell Varco（NOV）
• 1.4 顶部驱动钻井装置的国内外发展现状
• 1.5 本文的研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 顶驱装置结构组成与性能参数分析
• 2.1 高转速顶驱结构组成设计方案
• 2.2 参数分析
• 2.2.1 科学钻探孔参数分析
• 2.2.2 参数确定
• 2.2.3 钻进参数与钻速的关系分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 液压顶驱的液压系统设计及管路优化
• 3.1 顶驱液压系统原理设计及参数分析
• 3.2 回转机构方案确定及液压回路的设计
• 3.2.1 回转机构方案确定
• 3.2.2 回转机构液压回路的设计
• 3.2.3 主要液压元件的设计与选择
• 3.3 液压回转系统的管路优化设计
• 3.3.1 优化设计的概念
• 3.3.2 两泵的吸油管路优化设计
• 3.3.3 回转系统压油管路优化设计
• 3.3.4 回油管路优化设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 回转机构液压同步系统分析与仿真
• 4.1 LUDV控制系统简介
• 4.2 LUDV控制系统的工作原理
• 4.3 AMESIM建模
• 4.3.1 AMESIM仿真软件介绍
• 4.3.2 控制系统建模
• 4.4 LUDV系统仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 导师及作者简介
• 致谢
• 附录