鐵鉆工夾緊缸同步技術(shù)與鉆具自動(dòng)找心方法的研究.pdf

1、鐵鉆工作為現(xiàn)代化石油生產(chǎn)中重要的自動(dòng)化輔助設(shè)備，在鉆井平臺(tái)上能夠安全、高效的完成鉆具的上、卸扣和緊、沖扣等工作，為了提高鐵鉆工自動(dòng)化程度和工作效率。在廣泛的閱讀鐵鉆工研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)夾緊缸同步技術(shù)和鉆具自動(dòng)找心方法等關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)鐵鉆工夾緊缸進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并對(duì)其組成的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)自動(dòng)找心方法展開(kāi)了深入對(duì)比研究。
　　本文首先根據(jù)鐵鉆工樣機(jī)試驗(yàn)中存在的問(wèn)題，分析了鐵鉆工樣機(jī)采用的同步方法和找心方法的缺點(diǎn)，提出了一

2、種新的同步技術(shù)方案與自動(dòng)找心方案，該方案具有同步精度高，找心準(zhǔn)確，能大幅度提高鐵鉆工自動(dòng)化程度。
　　根據(jù)鐵鉆工夾緊缸的同步精度要求，本文設(shè)計(jì)了電動(dòng)同步液壓助力夾緊缸，即夾緊鉗雙缸采用電機(jī)推動(dòng)滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)電動(dòng)同步，夾緊時(shí)采用液壓夾緊，可以滿足大夾緊力的要求。并對(duì)原樣機(jī)的液壓回路進(jìn)行了改進(jìn)。
　　根據(jù)鐵鉆工的實(shí)際工作情況，要求鐵鉆工夾緊鉗中心和鉆具中心重合，避免損壞鉆具和夾緊鉗圓形導(dǎo)軌。結(jié)合鐵鉆工鉆具的找心要求，本文提出了一

3、種基于光電傳感器與光柵尺相結(jié)合，采用高速計(jì)數(shù)模塊確定鉆具中心的方法，該方法能夠確定鉆具中心位置和鉆具直徑，但不能保證夾緊鉗左右?jiàn)A爪到鉆具中心的距離相等。鑒于此，本文提出了另一種基于超聲波傳感器確定鉆具中心的方法，該方法采用分布在同一圓周上的三個(gè)超聲波傳感器來(lái)確定鉆具中心，試驗(yàn)研究表明，該方法能夠確定鉆具中心，但不能確定鉆具直徑。結(jié)合上述兩種方法，分析對(duì)比了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于光電傳感器、超聲波傳感器和光柵尺相結(jié)合的多傳感器融合的自動(dòng)

4、尋找鉆具中心的方法，實(shí)驗(yàn)表明該方法不僅能確定鉆具中心位置，還能確定鉆具直徑，同時(shí)保證了夾緊鉗左右?jiàn)A爪到鉆具中心的距離相等。
　　根據(jù)鐵鉆工同步技術(shù)和自動(dòng)找心方法的控制要求，設(shè)計(jì)了基于PLC的鐵鉆工夾緊缸同步控制與鉆具自動(dòng)找心檢測(cè)的控制系統(tǒng)，鐵鉆工同步控制和找心檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括PLC選型、I/O地址分配、外部接線和控制程序編制。最后，設(shè)計(jì)了鐵鉆工同步控制與自動(dòng)找心檢測(cè)的人機(jī)界面。
　　針對(duì)鐵鉆工夾緊缸液壓與控制系統(tǒng)和

5、自動(dòng)找心檢測(cè)控制系統(tǒng)，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分為四部分:1、完成電動(dòng)同步液壓助力夾緊缸同步精度實(shí)驗(yàn)，并對(duì)同步精度是否滿足要求進(jìn)行評(píng)價(jià);2、對(duì)基于光電傳感器和光柵尺確定鉆具中心的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，分析了直徑測(cè)量實(shí)驗(yàn)誤差的原因，提出了補(bǔ)償方法;3、對(duì)基于超聲波傳感器確定鉆具中心的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前，首先對(duì)每個(gè)超聲波傳感器通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，確定了每個(gè)超聲波傳感器的參數(shù)，為控制與檢測(cè)程序的編寫(xiě)提供了依據(jù);4、結(jié)合上述兩種方法，對(duì)基于光電