ZJ50型石油钻机用动力绞车传动系统设计开题报告VIP

1 广陵学院毕业设计（论文）开题报告 学 生 姓 名： 杨峰 学号： 100007139 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 指 导 老 师： 赵毅红 2014 年 04 月 09 日 机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 2 2 开题 报告填写要求 1、开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审核的依据材料之一。此报告应在指导老师的指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业的教科部审核后生效； 2、开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按统一设计的电子文档标准格式（可从本学院网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3、“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包 括辞典、手册）； 4、有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2005 年3 月 21 日”或“ 2005 机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 3 3 毕业设计（论文）开题报告 1、 结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 在石油钻井中，带动钻具破碎岩石，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作 机及辅助设备组成。一般有八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固控设备、井控设备等。 钻井绞车是钻机起升系统设备之一，是钻机的核心部件。 基本结构构成： 1、滚筒、滚筒轴总成； 2、制动机构：主刹车和辅助刹车 ； 3、猫头和猫头轴总成； 3、传动系统：传递动力、内变速（多挡位）； 4、控制系统：离合器、摘挂挡、司钻控制台； 5、其它：润滑系统、壳体支撑系统。 机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 4 4 （ 1） 主要功能： 1、起下钻具和下套管； 2、控制钻压和送进钻具； （ 2） 其它功能：根据绞车结构形式不同附带的功能也不同。 1、带猫头结构：上卸钻具丝扣、起吊其它重物等； 2、整体起放井架和底座； 3、双滚筒绞车：钢丝捞砂作业、提取岩心。 （ 3） 要求： 1、绞车要有足够大的功率。满足最大拉力、最高转速、足够的寿命； 2、绞车滚筒要有足够的尺寸和缠绳容量； 3、绞车要适应宽范围 的载荷变化，要有最高的功率利用率； 4、绞车要有灵敏、可靠的刹车机构和足够能力的辅助刹车，能够准确地调节钻压，均匀送进钻具，控制钻具下放速度，刹车机构要耐热、耐磨； 5、绞车要具有刚劲的支架和底座；密闭润滑； 6、司钻操作要省力、方便。 （ 4） 根据绞车功能不同有不同的绞车结构： 1、带捞砂滚筒和不带捞砂滚筒，即通常说的单滚筒绞车和双滚筒绞车； 2、无猫头轴绞车。钻机钻台上单独配置液压猫头。 （ 5） 根据绞车传动形式不同有不同的绞车结构，这是绞车设计中变化最多的结构。 1、单轴绞车。绞车只有滚筒轴，结构非常简单。典型实例：车装钻机绞车 外变速（阿里森变速箱）；交流变频传动调速电机驱动绞车； 2、双轴绞车：类似于单轴绞车，绞车内无变速功能，只是比单轴绞车多了猫头轴； 3、三轴绞车：绞车中增加了一根动力输入的传动轴，绞车内变速。其结构较单、双轴复杂。我国早期和传动的绞车都是这种形式；4、多轴绞车：将四轴以上的绞车都称之为多轴绞车。即动力输入轴、中间轴（多根）、猫头轴、滚筒轴； 5、独立猫头轴多轴绞车：绞车主体（输入轴、中间轴、滚筒轴等）低位安装，位于后台底座，小功率的猫头轴高位安装，位于钻台上； 6、齿轮传动单轴绞车：现在电驱动钻机中普遍实用的结构 ，直流或交流变频调速电动机直接驱动减速或变速齿轮箱，以驱动滚筒轴。 （ 6）根据绞车制动形式不同有不同的绞车结构： 1、近距离刹车制动绞车； 2、远距离带刹车制动绞车； 3、气动无刹把带刹车制动绞车； 4、液压盘式刹车制动绞车； 5、水刹车辅助刹车绞车； 6、电磁涡流刹车辅助刹车制动绞车； 7、水冷气动盘式刹车辅助刹车制动绞车。 8、能耗制动无辅助刹车绞车。 机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 5 5 3. 石油钻机的研究背景与意义 据我国海洋石油 2015 年远景规划，我国将有 30 多个油田待开发，需建造 70 多座平台，新建和改造 10 多艘 中中 海油需建造 55 座海洋平台， 6 艘 4 个陆地终端、铺设海底管线 1000 多公里，投资总量每年将以百亿元以上递增。在此背景下，作为海洋工程装备必不可缺少的海洋钻机必定有大量的市场需求。另外目前我国在用钻井设备大多属于较落后的机械钻机，由于机械钻机存在工作效率低、劳动强度大、安全性差等缺点，因此急需进行更新，从而将产生大量更新需求。 4. 石油钻机国内外发展状况 内发展状况 纵观我国石油钻机的历史，其发展主要由 4 个因素所决定：一是钻机的有效使用年限，它决定其更新或改造周期。二是钻探深度 (地质 构造 )，它决定钻机的市场方向是浅井、中深井还是深井。三是从钻机的效率和效益出发，决定钻机的驱动形式是机械驱动或是电驱动，结构型式是橇装还是车装。目前国内陆地石油钻井业中，浅井钻机、中深井和深井钻机兼而有之，以中深井较多；在驱动型式上以机械驱动为主；在结构方式上以橇装为主。四是市场的有效需求，它决定钻机的发展规模。自 2o 世纪 9o 年代以来，由于钻机制造技术、部件质量和研发能力的提高，研发速度加快，研制成功 6、 6和 60机械驱动钻机和电驱动钻机，并朝系列化、标准化、多样化方向发展，钻机的 性能指标已达到 规定。国产钻机已形成系列，钻深有 1 500、2 000、 3 200、 4 500 和 6 000 m；驱动方式除常规的柴油机 液力变矩器驱动外，还有 动。尤其是 4 500 m 以浅钻机在提高移运性上成绩斐然，橇装钻机模块化程度大大提高，其中 3 000 m 以浅钻机采用自走式运载车、伸缩式井架，大大降低了移运成本，且均拥有自主知识产权 。目前，我国石油钻机的品种和质量基本满足了国内不同地区、不同井深的需要。已有一批国产石油钻机在国外承担钻井作业服 务，有一些在国内区块承担反承包钻井，并受到好评。从国内钻机生产能力上看，宝鸡石油机械厂、兰州石油化工机器总厂、四川宏华公司等主要生产中深井钻机；机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 6 6 江汉四机厂主要生产、 3 000 m 以浅车装浅井钻机；南阳石油机械厂主要生产车装和橇装模块式中浅井钻机，生产的替代大庆 130 型的模块化钻机，已经过多井次的工业化试验。该厂 3 000 m 车装钻机已生产 3O 多台，目前有 20 余台车装及橇装钻机在国外服务，其中由长城钻井公司牵头组织、南阳石油机械厂生产的 机自 1997 年就开始在加拿大进行钻井作业，使用情况良好。此外， 北京石油机械研究所与大港新世纪机械制造有限公司共同完成了 D(_一 30Y 顶驱工业性试验，北石所研制的为 套的顶驱已在克拉玛依和塔里木完成 2 口井的工业试验。南阳石油机械厂引进意大利轻便顶驱技术与 3 000 m 车装钻机配套后到印尼服务，与石油大学 (北京 )合作的盘式刹车技术已应用于 3 m 钻机，并投放到胜利油田及墨西哥市场。 油钻机国外发展状况 为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、德国、法国、意大利、加拿大、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发了各种类型的石油钻机。其 中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨，实际上是与以美国为代表的钻机技术及 我国目前普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在 20世纪 60年代已经成熟，到 70年代得到迅速发展。近年来，国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快，交流变频电驱动已经广泛使用，顶驱发展也十分迅速。今后石油钻机的发展趋势是多样化、两极化、自动化和人性化。 1类型趋于多样化 近几年来，根据井位环境差异和钻井工艺需要，开发出不同类型的石油钻机，如适应各种环境的沙漠钻机、海洋钻机、浅海或海滩钻机、 极地钻机、城市钻机、地震区钻机、全地彩钻机、直升机吊运钻机和陆地钻机等 ；适应各种钻井工艺的丛式井钻机、斜井钻机、小井眼 右机、特深井钻机、自走式钻机、自动化钻机、柔杆钻机、模块化钻机等 引。尽管钻机的类型多种多样，但新型钻机的发展有一个共性，即在重视钻机作业性能的基础上，逐步重视钻机的移运性能。这是因为对钻井承包商而言，其钻井成本主要包括两方面：一是直接钻井成本，二是辅助钻井成本，包括运载成本和停工成本，而运载成本和停工成本均与钻机本身有直接关系。 2规模趋于两极化 机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 7 7 石油钻机在规模上有两极发展的趋势，即深井钻机大型化和轻便钻机小型化。 (1)深井钻机趋向大型化 钻深能力已达 m，最大钩载达 12 500 了提高起升工作效率，绞车功率趋向于提高。美国 676 绞车已问世，该绞车由 4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷盘式刹车，起升钢丝绳直径5井泵单台最大功率 l 618 最高压力 52 7 苏联、罗马尼亚的钻机系列中，绞车输人功率最大 l 838 深井钻进都采用 4个 单根组成的立柱，故井架高度超过 50m。德国 u 架最高为 63 m。考虑安装防喷装置的需要，井架底座最高达 12 m。一般在深井中都用 339 725 0 着钻大井眼的需要，大尺寸高压防喷器也有新的发展，德国 76 25 70前美国可提供 476 25 105了把环形防喷器工作压力从 350 国 器。另外，还推出快拆法兰结构防喷器，拆换胶心方便，省去现场装卸螺栓的繁重劳动 。 (2)轻便石油钻机趋向小型化 为了适应浅海、海滩、沙漠、丘陵地带油气藏的勘探，国外公 司在 20世纪 6国在 1973年设计了 济钻深为 l 80000 m，结构紧凑、质量轻，模块化设计，每个模块质量不超过 18 t，既可用直升机运输，也可用雪橇、履带车、船舶等运输。轻型钻机主要以车装钻机为主，美国是世界上生产车装钻机较多的国家，使用也很广泛， 3 500 用车装钻机。其传动特点是设备布置成组集中，动力机组、传动装置、绞车和井架等均在同一自走车上，机泵组安装在可整拖的大底座上，采用液压机构起放井架。最小的微型钻机采用小井眼钻井技术，钻深可达 l 500 m，体积小，质量轻，最轻的只有 14 t，节省钻井费用 30 一 4o ，减少拆装时间 60约钻井液 88少井场面积70经济效益最好的一种石油钻机。 3 控制趋于自动化 顶驱、盘式刹车技术的逐步成熟，以及电动控制技术、液压驱动技术和可靠性的逐步提高，为实现钻机控制的自动化提供了可 能，再加上海洋及深井等复杂工况下，钻井机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 8 8 工艺及成本对钻井装备的要求使得钻机控制自动化成为钻机发展的一个重要趋势。顶部驱动装置克服了转盘钻井方式的缺陷，给钻井作业带来了诸多好处，既可满足复杂作业工况需求，提高作业效率，又使作业更安全。盘式刹车替代原带式刹车，作为 20世纪 8其制动力矩容量大、稳定、安全、可靠等特点，可实现遥控操作，易实现自动送钻，易维护，长寿命，易系列化设计和专业化生产。电驱动用于钻机最早开始于 20世纪 5后逐步完善、成熟。与机械驱动相比，电驱动具有操 作安全、维修保养方便、易于实现自动控制等特点，特别是全数字系统的出现，使得电驱动系统控制性能更完善，可靠性更高，调整及更改功能更便捷，故障诊断及维修更方便。电驱动可以通过编程控制器获得很多机械驱动所无法实现的功能，如顺序操作和联锁功能等。液压驱动具有转换容易、体积小、质量轻等特点。全液压驱动的绞车、转盘和钻井泵由挪威 0年代推出，与此之前推出的全液压顶驱、管排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器，构成了海洋钻机机械化、智能化操作系统。 4设计趋于人性化 新型钻机充分体现以人为本的思想 ，最大限度满足 栏、梯子要满足安全规定。上下井架有助 (阻 )力器，二层台有逃生器，钻台有逃生滑道。钻机设有天车防碰和紧急刹车装置，避免游车大钩碰撞天车，并能在任何情况下迅速制动大钩和绞车。选用无公害的摩擦盘 (片 )、刹车块、油漆，保证员工健康。刹车毂、辅助刹车的冷却水循环使用，柴油机排放满足环保要求。 （ 1）通过查找与石油钻机以及绞车相关的论文和著述，了解石油钻机以及其绞车的发展状况； （ 2）通过使用 二维绘图软件及 、 三 维绘图软件，了解石油钻机用绞车传动系统的零件、结构和工作原理； （ 3）通过使用 分析软件对其典型零件进行力学分析，以提高其安全可靠性能。 1 张连山 2010 年世界石油钻机技术发展 采工艺， 1998， 21(3)： 40机械 81001 杨峰 扬州大学广陵学院 9 9 44. 2 王进全 J 2006, 34(1):73 蒋波 ,赵毅红 ,王军领等 提环有限元分析及优化 J 学报 ,2011,14(4):604 刘扬松 J 2000, 28(5):75 振威石油网 L.2014百 度文库 . 6 L23:052014道客巴巴 . 7 中国石油天然气集团公司人事部 L014 读秀 . 8 金业权，刘刚 L014读秀 . 9 罗超 J 2003, 31(1):4610 张吴湖，白真权 J 2004, 33