铁钻工为先进的钻井辅助作业设备,但国内铁钻工在自动化程度、夹持定位精度和工作平稳性方面有较多不足。为了解决此问题,本文设计了一种新型的铁钻工结构及其液压控制系统。首先通过机-液联合仿真分析,研究了铁钻工上卸扣过程中钻杆轴线的偏移角度和径向力变化;然后在此基础上对铁钻工的控制系统进行优化,采用同步分流马达和PID(比例积分微分)控制,进一步分析液压缸增加输入流量对固定钳和动钳的液压缸同步性能、夹持定位精度及接头螺纹径向力的影响。结果表明采用PID控制时比同步分流马达夹持效果更好,当单个液压缸输入流量为18 L/min时,固定钳夹紧钻杆时钻杆轴线绕x、y轴偏角能控制在0.10°和0.06°以内,响应速度在6.8 s左右,上下钻杆重心沿x和y轴方向的距离可以分别控制在1.93和2.85 mm之内,保证了固定钳和动钳的夹持定位精度以及动作...

论文以石油钻机井口钻柱冲卸扣和旋扣机械化作业设备—铁钻工冲扣钳壳体为研究对象,根据力学分析计算结果,基于Solidworks三维建模软件对冲扣钳壳体的重要组成板件进行参数化的建模,建立了壳体重要零件的结构优化数学模型,在不改变冲扣钳壳体各零件之间的配合的前提下利用ANSYS Workbench有限元软件对冲扣钳壳体尺寸参数进行了轻量化设计,同时对零件尺寸进行了敏感度分析。通过轻量化设计,在满足工作要求及强度和刚度条件下可将自重相对减小11.2%,减少了材料成本,为铁钻工冲扣钳的设计研制提供了理论依据。

针对现有铁钻工旋扣钳转矩不足、紧扣效率低的问题,对铁钻工旋扣钳滚轮和钻杆的摩擦特性进行研究,分析了铁钻工上、卸扣过程中滚动摩擦力、静摩擦力的影响因素及提高旋扣钳转矩的方法。在此基础上,开展碳纤维滚轮的旋扣摩擦转矩试验研究,得出该材料滚动摩擦、静摩擦转矩相对现有钢制滚轮摩擦转矩可提高50%,旋扣钳滚轮使用该材料对钻杆损伤小、可提高旋扣转矩、提升上卸扣效率的结论。并给出继续优化材料的配方,改善耐磨性,跟踪油田现场应用及优化旋扣钳使用程序的发展建议。

铁钻工是一种配套钻井的自动化井口工具,主要用于进行钻杆、钻铤、接头的旋扣和冲扣作业,可替代人力操作,并能有效提高生产效率和安全性。文中探讨的铁钻工冲扣钳结构为三点直推式,适用于大转矩级别的铁钻工,通过对冲扣钳壳体进行过程分析、制定加工工艺流程并完成了生产制造,为三点直推式铁钻工的壳体加工提供了技术支撑。

钳牙是铁钻工完成上卸扣作业的关键部件之一,其工况条件恶劣,要求其材料强度高,使用寿命长。钳牙在制造时加工精度高、难度大,且缺乏精密的检测手段。针对上述难题,文中从钳牙材质的选择着手,通过对钳牙机械加工方法及热处理方法的分析,形成了一套钳牙的制造工艺,经过试验及现场应用验证,整体性能优良。

采用铁钻工对修井作业的管柱上卸扣时,由于管柱中心与井口中心不重合,造成管柱上/卸扣时剥皮、打滑,油管旋扣时偏扣等问题,同时也影响作业效率。文中提出一种修井铁钻工找中机构,可实现左右、前后两个方向自动找中,为修井铁钻工的推广应用提供了有力支撑。

HIR-90型铁钻工是一种可自动拧卸钻杆的钻井辅助作业设备。为实现HIR-90型铁钻工的高精度自动定位,笔者分别用RecurDyn和AMESim软件建立该型号铁钻工的多体动力学模型和液压系统模型并设计控制信号,驱动铁钻工进行自动定位,分析了HIR-90型铁钻工伸展定位机构、升降定位机构和回转定位机构在铁钻工自动定位过程中的动态特性。通过合理设计控制参数,实现了HIR-90型铁钻工高平稳性、高精准度的自动定位。

铁钻工已广泛应用于自动化钻井过程中,文中介绍了一种采用SIEMENS S7-300PLC作为主控制器的铁钻工电控系统,通过硬件选型、软件的设计、优化,能很好地满足铁钻工实际工况,控制线路简单、安全可靠,有本地和远控两种操作模式,故障信息可通过人机界面（HMI）进行显示,智能化程度较高。

具有互锁功能的气控液型伸缩臂式铁钻工是一种钻具上卸扣工具,其工作原理是能完成钻具整体快速旋上或卸开接头螺纹,同时实现了气控液型伸缩臂式铁钻工工作与顶驱工作的互锁。文中介绍了气控液型伸缩臂式铁钻工的结构、工作原理、技术参数等,也对其现场的使用情况进行了阐述,指出该铁钻工的优点。

为了解决油田现场出现的铁钻工故障排除困难、影响生产效率的问题,设计开发了铁钻工故障诊断系统。在对铁钻工工作原理和液压系统分析的基础上,通过建立铁钻工液压系统故障树,对铁钻工故障进行定性分析,利用VB程序语言和Access数据库技术,设计完成一套具备故障推理能力,以诊断知识库为核心的铁钻工故障诊断系统。通过现场工程实例验证,该系统能帮助现场操作人员快速排除铁钻工在工作过程中出现的故障,缩短故障排除时间,提高故障诊断准确率