鉆機(jī)二層臺(tái)機(jī)械手研究文獻(xiàn)綜述

鉆機(jī)二層臺(tái)機(jī)械手研究文獻(xiàn)綜述鉆柱自動(dòng)化排放的意義：鉆井作業(yè)過(guò)程中需要對(duì)鉆柱進(jìn)行大量的排放作業(yè)，特別是在起下鉆過(guò)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(shí)間，并且勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。據(jù)2023年國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)記錄，30%～52%的傷亡事故發(fā)生在起下鉆過(guò)程中，并因此耽誤了大量的鉆井時(shí)間。鉆柱自動(dòng)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(shí)現(xiàn)鉆柱排放自動(dòng)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(xiǎn)區(qū)域。鉆柱自動(dòng)化排放技術(shù)減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了安全操作水平、減少了安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也提高了鉆柱排放的自動(dòng)化水平和工作效率，是實(shí)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(dòng)鉆桿排放系統(tǒng)的需求量大約是8萬(wàn)套，自動(dòng)鉆桿排放系統(tǒng)占國(guó)外市場(chǎng)的海洋鉆井平臺(tái)裝備的80％，占國(guó)內(nèi)海洋鉆井平臺(tái)自動(dòng)化的60％，因此市場(chǎng)前景十分廣闊，目前該公司正加大項(xiàng)目的投資力度，力爭(zhēng)盡快形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，以優(yōu)質(zhì)低價(jià)來(lái)滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需要。鉆柱自動(dòng)化排放技術(shù)發(fā)展過(guò)程自1895年旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于石油鉆井工業(yè)以來(lái)，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(dòng)強(qiáng)度，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，提高操作速度。50數(shù)年以后，這種想法開(kāi)始逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，1952年世界上第1套管柱排放裝置在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用。此后通過(guò)50數(shù)年的發(fā)展，鉆,井管柱自動(dòng)化操作技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸發(fā)展成熟。縱觀鉆柱自動(dòng)化排放技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，該技術(shù)經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，分別是機(jī)械化、半自動(dòng)化和,全自動(dòng)化。1949年，ByronJackson公司研制出第1臺(tái)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(tái)操作機(jī)械手，用于幫助完畢對(duì)質(zhì)量較大管柱的導(dǎo)向和移動(dòng)操作，但沒(méi)有一種完全機(jī)械化的管柱自動(dòng)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(dòng)化工具(如液壓大鉗、動(dòng)力卡瓦)的應(yīng)用，同時(shí)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(dòng)化工具配合使用，使得鉆井作業(yè)過(guò)程中對(duì)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(kāi)始從機(jī)械化向半自動(dòng)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(dòng)化鉆柱排放系統(tǒng)。據(jù)記錄，該鉆井平臺(tái)運(yùn)用機(jī)械化管柱排放系統(tǒng)1a節(jié)省了28d的時(shí)間，平均一趟鉆節(jié)省1h。管柱排放系統(tǒng)在WestVenture平臺(tái)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(guó)家法規(guī)的制定和實(shí)行，促進(jìn)了鉆柱自動(dòng)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(dòng)化操作系統(tǒng)相繼研制成功，新建海洋石油鉆井平臺(tái)上所有配備了管柱自動(dòng)排放系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，隨著計(jì)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(dòng)排放技術(shù)開(kāi)始向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。一些先進(jìn)的管柱自動(dòng)排放系統(tǒng)可以與鉆機(jī)的其它操作集成在一起，1個(gè)人即可完畢鉆臺(tái)所有操作。系統(tǒng)完全按照設(shè)定的程序工作，可以自動(dòng)判斷工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)誤操作，系統(tǒng)可以自動(dòng)停止，真正實(shí)現(xiàn)了安全、自動(dòng)、高效作業(yè)。20世紀(jì)90年代以后，鉆柱自動(dòng)排放裝置由最初的專為特定鉆井船設(shè)計(jì)發(fā)展為模塊化、系列化設(shè)計(jì)，鉆柱自動(dòng)排放技術(shù)的應(yīng)用也由海洋鉆井平臺(tái)走向陸地鉆機(jī)，逐步實(shí)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(kāi)發(fā)了可以遙控操作的管柱自動(dòng)排放系統(tǒng)，1996年，第1個(gè)模塊化設(shè)計(jì)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(dòng)化鉆機(jī)，帶有管柱解決和排放裝置,可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井作業(yè)。1996年,斯倫貝謝SedcoForex公司制造了一部基于簡(jiǎn)樸概念的新鉆機(jī)，該鉆機(jī)采用多項(xiàng)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(dòng)管柱操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)管柱在放置區(qū)、鉆臺(tái)、起下鉆和鉆臺(tái)與地面之間的全自動(dòng)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(dòng)作程序控制規(guī)定動(dòng)作自動(dòng)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(dòng)作，自動(dòng)避障、過(guò)載保護(hù)；保證運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、快速響應(yīng)特性；動(dòng)態(tài)響應(yīng)：慣性、振動(dòng)、擺動(dòng)；變幅過(guò)程中管柱升降運(yùn)動(dòng)與補(bǔ)償功能；重要結(jié)構(gòu)與功能：系統(tǒng)重要由二層臺(tái)管排架、走臺(tái)總成、縱向傳動(dòng)系統(tǒng)總成、滑車總成、機(jī)械臂總成以及機(jī)械手總成?？v向傳動(dòng)系統(tǒng)總成的動(dòng)力和傳動(dòng)部分位于走臺(tái)內(nèi)部，可驅(qū)動(dòng)滑車沿走臺(tái)運(yùn)動(dòng)，采用螺旋傳動(dòng)方式，液壓馬達(dá)作為動(dòng)力源。走臺(tái)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(dòng)時(shí)的位置?；嚳偝蓪?shí)現(xiàn)機(jī)械臂總成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；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(cè)量液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)軸的角位移、角速度等參數(shù)。滑車兩側(cè)各有水平滾子和垂直滾子，來(lái)減少在走派內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力?；嚳偝身敳繛橐粷L珠絲杠螺母，與縱向傳動(dòng)總成的傳動(dòng)絲杠相配合。傳動(dòng)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(jì)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(shí)，縱向傳遞總成使滑車總成定位至走臺(tái)的進(jìn)井口一側(cè)，滑車總成驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂總成朝向井口。機(jī)械臂總成將管具提離鉆臺(tái)面，待穩(wěn)定后機(jī)械臂總成縮回。滑車總成驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂總成旋轉(zhuǎn)，直至管具進(jìn)入走臺(tái)與管排架指梁之間的空間?？v向傳動(dòng)總成驅(qū)動(dòng)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(guò)程。下鉆的過(guò)程與起鉆過(guò)程完全相反。機(jī)械手總成工作原理：機(jī)械