排管机管柱防撞与自动控制机构的设计.pdf
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1、Dynamical Systems and Control 动力系统与控制动力系统与控制,2023,12(3),133-138 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/dsc https:/doi.org/10.12677/dsc.2023.123014 文章引用文章引用:王长军,马冬辉,罗立臣,王家琦,陈康,刘权.排管机管柱防撞与自动控制机构的设计J.动力系统与控制,2023,12(3):133-138.DOI:10.12677/dsc.2023.123014 排管机管柱防撞与自动控制机构的设计排管机
2、管柱防撞与自动控制机构的设计 王长军王长军1,马冬辉,马冬辉1,罗立臣,罗立臣1,王家琦,王家琦2*,陈,陈 康康2,刘,刘 权权2 1中海油能源发展装备技术有限公司,天津 2湖北省聚元石油自动化装备股份有限公司,湖北 武汉 收稿日期:2023年6月5日;录用日期:2023年6月25日;发布日期:2023年7月6日 摘摘 要要 本文介绍了一种可以配合二层台排管机械手使用的管柱防撞与自动控制机构,通过选择合理的安装位置,本文介绍了一种可以配合二层台排管机械手使用的管柱防撞与自动控制机构,通过选择合理的安装位置,最大限度最大限度地地发挥其防撞和自动控制功能,达到了不需要司钻人员主动停止二层台排管机
3、械手悬持管柱立发挥其防撞和自动控制功能,达到了不需要司钻人员主动停止二层台排管机械手悬持管柱立根下放的动作,也不需要司钻判断其悬持高度,管柱立根接触钻台面时,会自动触发传感器信号,控制根下放的动作,也不需要司钻判断其悬持高度,管柱立根接触钻台面时,会自动触发传感器信号,控制系统向电磁阀发出关闭信号,可以自动停止二层台排管机械手油缸的下放动作,可有效避免管柱底部撞系统向电磁阀发出关闭信号,可以自动停止二层台排管机械手油缸的下放动作,可有效避免管柱底部撞击钻台面,达到安全作业的目的。击钻台面,达到安全作业的目的。关键词关键词 二层台排管机械手二层台排管机械手,管柱管柱,防撞击防撞击,自动控制自动控
4、制 Design of Collision Avoidance and Automatic Control Mechanism Changjun Wang1,Donghui Ma1,Lichen Luo1,Jiaqi Wang2*,Kang Chen2,Quan Liu2 1CNOOC Energy Technology&Services Limited,Tianjin 2Hubei Juyuan Petroleum Automation Equipment Co.,Ltd.,Wuhan Hubei Received:Jun.5th,2023;accepted:Jun.25th,2023;pu
5、blished:Jul.6th,2023 Abstract This paper introduces a pipe string anti-collision and automatic control mechanism that can be used in conjunction with the pipe-handling robot of monkey-board.By selecting a reasonable in-stallation position,it can maximize its anti-collision and automatic control func
6、tions,so that the driller does not need to actively stop the action of the pipe-handling robot of monkey-board sus-*通讯作者。王长军 等 DOI:10.12677/dsc.2023.123014 134 动力系统与控制 pending the pipe string and lowering it,nor does it need the driller to judge its hanging height.When the pipe string is in contact
7、with the drill floor,the sensor signal will be automatically trig-gered,and the control system will send a closing signal to the solenoid valve,which can automati-cally stop the lowering action of the cylinder of the pipe-handling robot of monkey-board,effec-tively preventing the bottom of the pipe
8、string from hitting the drill floor,and achieving the pur-pose of safe operation.Keywords Pipe-Handling Robot of Monkey-Board,Pipe String,Prevent Bump,Auto-Control Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC
9、 BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.前言前言 随着近年来国内石油生产一线的自动、信息化升级和更高安全生产要求的推进,二层台无人化和排管作业自动化的趋势愈来愈明显1。在石油天然气钻井和修井作业过程中,二层台自动化排管技术的应用已经成为一种标配,越来越多的排管机械手被用于替代二层台排管工作的人工作业,排管机械手的应用不仅降低了作业人员的劳动强度,改善了作业环境,也使排管工人的作业风险大大降低2 3 4。随着机械手使用数量的增加,能够熟练操作排管机械的司钻人员也在紧锣密鼓的培训之中,在钻、修井作业过程也经常出现一些新手司钻作业的情
10、况出现,由于一些新手司钻作业经验不足,偶有出现其操作机械手悬持管柱高度把控不准确的情况,造成管柱底部撞击钻台面的意外发生。并且,在司钻操作机械手停止运动后,由于电控系统和液压系统的滞后性,导致司钻发出机械手臂停止下放信号后,机械手臂机械向下运动过程中造成损伤管柱立根及钳牙的事故发生。在钻修机进行修井作业时,由于使用的是油管,其管壁较薄,且是三根管柱的长立根,管柱刚性较差,发生管柱撞击钻台面时,可能出现机械手主动压弯油管立根,甚至压断油管立根的事故发生。在进行钻井作业过程中由于使用的是大直径钻杆,其刚度和强度较高,发生管柱撞击钻台面时,可能出现机械手夹钳与管柱发生相对上下滑动的现象,造成机械手夹
11、钳钳牙损坏和管柱外壁磨损等意外发生。2.传统排管机械手存在的问题传统排管机械手存在的问题 为了避免上述使用机械手夹持管柱下放时,由于电控系统和液压系统的滞后性造成管柱撞击钻台面,同时由于机械手自身重量会压弯薄壁油管立根的情况发生,行业内均是增加监控设备,辅助司钻操作排管机械手,尽可能选用经验丰富的司钻操作排管机械手,经常对这些司钻进行培训,提高其对设备使用的安全意识,并且,严格执行安全责任制,使其收入与安全挂钩,以此来提醒司钻认真负责的操作排管机械手,达到降低管柱撞击钻台面的概率,以上做法确实降低了管柱撞击钻台面情况的发生,但不能完全避免施工事故的发生,因此,现阶段迫切需要一种在排管作业过程中
12、可以避免管柱撞击钻台面同时实现机械手排管过程全自动化(自动停止下放管柱立根)的新技术。3.排管机管柱防撞与自动控制机构的结构组成及工作原理排管机管柱防撞与自动控制机构的结构组成及工作原理 为了解决上述因作业司钻由于操作经验欠缺及作业疏忽容易发生管柱撞击钻台面的问题,本文提出Open AccessOpen Access王长军 等 DOI:10.12677/dsc.2023.123014 135 动力系统与控制 一种排管机管柱防撞与自动控制机构的结构,其利用机械结构与传感器自动控制功能完美的结合,在能够实现排管机械手作业过程全自动化的前提下还能使管柱与钻台平面的接触力在接触时抵消,到达防撞目的。3
13、.1.排管机管柱防撞与自动控制机构的结构组成排管机管柱防撞与自动控制机构的结构组成 排管机管柱防撞与自动控制机构是在钻修井起下钻作业过程中防止管柱撞击钻铤面的一种辅助装置,其主要包括:外壳支架、上螺母、下螺母、伸缩套、连接销、主芯轴、压缩弹簧及触发传感器等主要部件。排管机管柱防撞与自动控制机构装配完成后的外形如图 1 所示:Figure 1.Schematic diagram of the external structure of the anti-collision and auto-matic control mechanism for the pipe string of the pi
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