鉆機(jī)二層臺機(jī)械手研究文獻(xiàn)綜述

鉆機(jī)二層臺機(jī)械手研究文獻(xiàn)綜述鉆柱自動化排放的意義：鉆井作業(yè)過程中需要對鉆柱進(jìn)行大量的排放作業(yè)，特別是在起下鉆過程中，需要多次反復(fù)鉆柱排放作業(yè)。鉆柱排放作業(yè)不僅花費(fèi)大量的時間，并且勞動強(qiáng)度大，安全風(fēng)險高。據(jù)2023年國際鉆井承包商協(xié)會記錄，30%～52%的傷亡事故發(fā)生在起下鉆過程中，并因此耽誤了大量的鉆井時間。鉆柱自動化排放技術(shù)采用機(jī)械、液壓、控制等技術(shù)，用機(jī)械裝備代替人工操作，從而實現(xiàn)鉆柱排放自動化。該技術(shù)使得鉆柱排放作業(yè)不再需要人工直接參與，從而讓鉆工遠(yuǎn)離危險區(qū)域。鉆柱自動化排放技術(shù)減輕了工人勞動強(qiáng)度、提高了安全操作水平、減少了安全風(fēng)險，同時也提高了鉆柱排放的自動化水平和工作效率，是實現(xiàn)安全、健康鉆井和提高鉆井效率的有效途徑。目前全球大約有六百多家海上油田，全球自動鉆桿排放系統(tǒng)的需求量大約是8萬套，自動鉆桿排放系統(tǒng)占國外市場的海洋鉆井平臺裝備的80％，占國內(nèi)海洋鉆井平臺自動化的60％，因此市場前景十分廣闊，目前該公司正加大項目的投資力度，力爭盡快形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，以優(yōu)質(zhì)低價來滿足國內(nèi)外市場的需要。鉆柱自動化排放技術(shù)發(fā)展過程自1895年旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)開始應(yīng)用于石油鉆井工業(yè)以來，技術(shù)人員和鉆工一直想尋找一種專門用于操作鉆柱的方法，以減輕勞動強(qiáng)度，減少安全風(fēng)險，提高操作速度。50數(shù)年以后，這種想法開始逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，1952年世界上第1套管柱排放裝置在現(xiàn)場成功應(yīng)用。此后通過50數(shù)年的發(fā)展，鉆,井管柱自動化操作技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家逐漸發(fā)展成熟。縱觀鉆柱自動化排放技術(shù)的發(fā)展過程，該技術(shù)經(jīng)歷了3個發(fā)展階段，分別是機(jī)械化、半自動化和,全自動化。1949年，ByronJackson公司研制出第1臺三臂管柱排放裝置樣機(jī)，并于1952年獲得成功應(yīng)用。1956年，第1套鉆柱操作系統(tǒng)在CUSS—1鉆井船上應(yīng)用。該鉆井船的鉆柱水平排放在甲板上，操作系統(tǒng)重要用于排放水平放置的管柱。在20世紀(jì)50～60年代，鉆機(jī)生產(chǎn)商研制了各種鉆臺操作機(jī)械手，用于幫助完畢對質(zhì)量較大管柱的導(dǎo)向和移動操作，但沒有一種完全機(jī)械化的管柱自動操作系統(tǒng)可以完畢起下鉆的所有操作。20世紀(jì)70年代以后，隨著一些新的井口操作自動化工具(如液壓大鉗、動力卡瓦)的應(yīng)用，同時各種用途的鉆柱排放裝置不斷出現(xiàn)，這些裝置與井口自動化工具配合使用，使得鉆井作業(yè)過程中對管柱的各種操作不再需要人工直接參與，鉆柱排放技術(shù)開始從機(jī)械化向半自動化發(fā)展。1973年，挪威的SmedvigWestVenture鉆井船上安裝了BJ2Hughes公司研制的機(jī)械化、半自動化鉆柱排放系統(tǒng)。據(jù)記錄，該鉆井平臺運(yùn)用機(jī)械化管柱排放系統(tǒng)1a節(jié)省了28d的時間，平均一趟鉆節(jié)省1h。管柱排放系統(tǒng)在WestVenture平臺的成功應(yīng)用，使得北海地區(qū)的其他鉆井船也配備了管柱排放系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，由于一些國家法規(guī)的制定和實行，促進(jìn)了鉆柱自動排放技術(shù)的快速發(fā)展。各種不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的鉆柱自動化操作系統(tǒng)相繼研制成功，新建海洋石油鉆井平臺上所有配備了管柱自動排放系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代中后期開始，隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，管柱自動排放技術(shù)開始向自動化和智能化方向發(fā)展。一些先進(jìn)的管柱自動排放系統(tǒng)可以與鉆機(jī)的其它操作集成在一起，1個人即可完畢鉆臺所有操作。系統(tǒng)完全按照設(shè)定的程序工作，可以自動判斷工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)誤操作，系統(tǒng)可以自動停止，真正實現(xiàn)了安全、自動、高效作業(yè)。20世紀(jì)90年代以后，鉆柱自動排放裝置由最初的專為特定鉆井船設(shè)計發(fā)展為模塊化、系列化設(shè)計，鉆柱自動排放技術(shù)的應(yīng)用也由海洋鉆井平臺走向陸地鉆機(jī)，逐步實現(xiàn)了模塊化和系列化?，F(xiàn)已可以根據(jù)鉆機(jī)的類型選擇不同的操作系統(tǒng)滿足不同類型鉆機(jī)的需要。1993年，Varco公司開發(fā)了可以遙控操作的管柱自動排放系統(tǒng)，1996年，第1個模塊化設(shè)計的鉆柱排放系統(tǒng)研制成功。1990年，精密鉆井公司建造了SuperSingle鉆機(jī)，該鉆機(jī)為新型自動化鉆機(jī)，帶有管柱解決和排放裝置,可以完全實現(xiàn)自動化鉆井作業(yè)。1996年,斯倫貝謝SedcoForex公司制造了一部基于簡樸概念的新鉆機(jī)，該鉆機(jī)采用多項創(chuàng)新技術(shù)，力求提高作業(yè)效率，節(jié)省成本。該鉆機(jī)配備了全自動管柱操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)管柱在放置區(qū)、鉆臺、起下鉆和鉆臺與地面之間的全自動化運(yùn)移操作。PLC控制液壓系統(tǒng)35m遠(yuǎn)程控制手柄控制自由動作程序控制規(guī)定動作自動感知鉆桿位置，可編排鉆桿排放順序功能：控制機(jī)械臂伸出、夾持、縮回動作，自動避障、過載保護(hù)；保證運(yùn)動穩(wěn)定性、快速響應(yīng)特性；動態(tài)響應(yīng)：慣性、振動、擺動；變幅過程中管柱升降運(yùn)動與補(bǔ)償功能；重要結(jié)構(gòu)與功能：系統(tǒng)重要由二層臺管排架、走臺總成、縱向傳動系統(tǒng)總成、滑車總成、機(jī)械臂總成以及機(jī)械手總成。縱向傳動系統(tǒng)總成的動力和傳動部分位于走臺內(nèi)部，可驅(qū)動滑車沿走臺運(yùn)動，采用螺旋傳動方式，液壓馬達(dá)作為動力源。走臺內(nèi)部安裝水平位移傳感器，可指示滑車沿水平方向運(yùn)動時的位置。滑車總成實現(xiàn)機(jī)械臂總成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?；囍Ъ苁交嚳偝傻谋Ｗo(hù)外殼，內(nèi)部為串有剎車裝置和減速箱的低速大扭矩液壓馬達(dá)，頂部為旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測量液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度等參數(shù)?；噧蓚?cè)各有水平滾子和垂直滾子，來減少在走派內(nèi)部運(yùn)動時的摩擦阻力?；嚳偝身敳繛橐粷L珠絲杠螺母，與縱向傳動總成的傳動絲杠相配合。傳動法蘭與機(jī)械臂基座連接，作用是向機(jī)械臂總成傳遞扭矩。機(jī)械臂總成頂部是基座，基座與滑車總成相連，基座油缸分別與上臂與基座連接，上臂與基座銷鉸連接，其靠近基座處裝角位移傳感器，上臂與前臂鉸連接處也安裝角位移傳感器。機(jī)械手油缸（專門設(shè)計活塞油缸）作用是保持抓取管具手抓始終處在水平姿態(tài)。工作原理：起鉆時，縱向傳遞總成使滑車總成定位至走臺的進(jìn)井口一側(cè)，滑車總成驅(qū)動機(jī)械臂總成朝向井口。機(jī)械臂總成將管具提離鉆臺面，待穩(wěn)定后機(jī)械臂總成縮回?；嚳偝沈?qū)動機(jī)械臂總成旋轉(zhuǎn)，直至管具進(jìn)入走臺與管排架指梁之間的空間?？v向傳動總成驅(qū)動滑車總成到需要放置管具的某一排指梁之后，機(jī)械臂總成伸出將管具推至指定位置，待穩(wěn)定后放下管具，完畢管具的存放過程。下鉆的過程與起鉆過程完全相反。機(jī)械手總成工作原理：機(jī)械