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钻机二层台机械手研究 文献综述钻柱自动化排放的意义：钻井作业过程中需要对钻柱进行大量的排放作业，特别是在起下钻过程中，需要多次反复钻柱排放作业。钻柱排放作业不仅花费大量的时间，并且劳动强度大，安全风险高。据 2023年国际钻井承包商协会记录，30%52%的伤亡事故发生在起下钻过程中，并因此耽误了大量的钻井时间。钻柱自动化排放技术采用机械、液压、控制等技术，用机械装备代替人工操作，从而实现钻柱排放自动化。该技术使得钻柱排放作业不再需要人工直接参与，从而让钻工远离危险区域。钻柱自动化排放技术减轻了工人劳动强度、提高了安全操作水平、减少了安全风险，同时也提高了钻柱排放的自动化水平和工作效率，是实现安全、健康钻井和提高钻井效率的有效途径。目前全球大约有六百多家海上油田，全球自动钻杆排放系统的需求量大约是8万套，自动钻杆排放系统占国外市场的海洋钻井平台装备的80，占国内海洋钻井平台自动化的60，因此市场前景十分广阔，目前该公司正加大项目的投资力度，力争尽快形成产业化生产，以优质低价来满足国内外市场的需要。钻柱自动化排放技术发展过程自1895年旋转钻井技术开始应用于石油钻井工业以来，技术人员和钻工一直想寻找一种专门用于操作钻柱的方法，以减轻劳动强度，减少安全风险，提高操作速度。50数年以后，这种想法开始逐渐变为现实，1952年世界上第1套管柱排放装置在现场成功应用。此后通过50数年的发展，钻,井管柱自动化操作技术在欧美等发达国家逐渐发展成熟。纵观钻柱自动化排放技术的发展过程，该技术经历了3个发展阶段，分别是机械化、半自动化和,全自动化。1949年，Byr on Jacks on公司研制出第1台三臂管柱排放装置样机，并于1952年获得成功应用。1956年，第1套钻柱操作系统在 CUSS1钻井船上应用。该钻井船的钻柱水平排放在甲板上，操作系统重要用于排放水平放置的管柱。在20世纪 5060年代，钻机生产商研制了各种钻台操作机械手，用于帮助完毕对质量较大管柱的导向和移动操作，但没有一种完全机械化的管柱自动操作系统可以完毕起下钻的所有操作。20世纪70年代以后，随着一些新的井口操作自动化工具 (如液压大钳、动力卡瓦 ) 的应用，同时各种用途的钻柱排放装置不断出现，这些装置与井口自动化工具配合使用，使得钻井作业过程中对管柱的各种操作不再需要人工直接参与，钻柱排放技术开始从机械化向半自动化发展。1973年，挪威的SmedvigWestVenture钻井船上安装了BJ2 Hughes公司研制的机械化、半自动化钻柱排放系统。据记录，该钻井平台运用机械化管柱排放系统1 a节省了28 d的时间， 平均一趟钻节省 1 h。管柱排放系统在West Venture平台的成功应用，使得北海地区的其他钻井船也配备了管柱排放系统。20世纪80年代，由于一些国家法规的制定和实行，促进了钻柱自动排放技术的快速发展。各种不同结构特点的钻柱自动化操作系统相继研制成功，新建海洋石油钻井平台上所有配备了管柱自动排放系统。从20世纪 80年代中后期开始，随着计算机技术、信息技术和控制技术的发展，管柱自动排放技术开始向自动化和智能化方向发展。一些先进的管柱自动排放系统可以与钻机的其它操作集成在一起，1个人即可完毕钻台所有操作。系统完全按照设定的程序工作，可以自动判断工作状态，一旦出现误操作，系统可以自动停止，真正实现了安全、自动、高效作业。20世纪90年代以后，钻柱自动排放装置由最初的专为特定钻井船设计发展为模块化、系列化设计，钻柱自动排放技术的应用也由海洋钻井平台走向陆地钻机，逐步实现了模块化和系列化。现已可以根据钻机的类型选择不同的操作系统满足不同类型钻机的需要。1993年，Varco公司开发了可以遥控操作的管柱自动排放系统，1996年，第1个模块化设计的钻柱排放系统研制成功。1990年，精密钻井公司建造了Super Single钻机，该钻机为新型自动化钻机，带有管柱解决和排放装置 , 可以完全实现自动化钻井作业。1996年 , 斯伦贝谢Sedco Forex公司制造了一部基于简朴概念的新钻机，该钻机采用多项创新技术，力求提高作业效率，节省成本。该钻机配备了全自动管柱操作系统，可以实现管柱在放置区、钻台、起下钻和钻台与地面之间的全自动化运移操作。PLC控制液压系统35m远程控制手柄控制自由动作 程序控制规定动作自动感知钻杆位置，可编排钻杆排放顺序功能：控制机械臂伸出、夹持、缩回动作，自动避障、过载保护； 保证运动稳定性、快速响应特性； 动态响应：惯性、振动、摆动； 变幅过程中管柱升降运动与补偿功能；重要结构与功能：系统重要由二层台管排架、走台总成、纵向传动系统总成、滑车总成、机械臂总成以及机械手总成。纵向传动系统总成的动力和传动部分位于走台内部，可驱动滑车沿走台运动，采用螺旋传动方式，液压马达作为动力源。走台内部安装水平位移传感器，可指示滑车沿水平方向运动时的位置。滑车总成实现机械臂总成的旋转运动。滑车支架式滑车总成的保护外壳，内部为串有刹车装置和减速箱的低速大扭矩液压马达，顶部为旋转编码器，用于测量液压马达转轴的角位移、角速度等参数。滑车两侧各有水平滚子和垂直滚子，来减少在走派内部运动时的摩擦阻力。滑车总成顶部为一滚珠丝杠螺母，与纵向传动总成的传动丝杠相配合。传动法兰与机械臂基座连接，作用是向机械臂总成传递扭矩。机械臂总成顶部是基座，基座与滑车总成相连，基座油缸分别与上臂与基座连接，上臂与基座销铰连接，其靠近基座处装角位移传感器，上臂与前臂铰连接处也安装角位移传感器。机械手油缸（专门设计活塞油缸）作用是保持抓取管具手抓始终处在水平姿态。工作原理：起钻时，纵向传递总成使滑车总成定位至走台的进井口一侧，滑车总成驱动机械臂总成朝向井口。机械臂总成将管具提离钻台面，待稳定后机械臂总成缩回。滑车总成驱动机械臂总成旋转，直至管具进入走台与管排架指梁之间的空间。纵向传动总成驱动滑车总成到需要放置管具的某一排指梁之后，机械臂总成伸出将管具推至指定位置，待稳定后放下管具，完毕管具的存放过程。下钻的过程与起钻过程完全相反。机械手总成工作原理：机械手总成采用连杆机构，油缸驱动，油缸活塞杆回缩，通过滑块拉动手指连杆机构使手指张开，纳入钻杆，然后油缸活塞杆顶出使手指合拢圈住钻杆，此结构设计使机械手手指合拢后只能可靠地圈住钻杆，不能抱死钻杆，也就是手指与钻杆之间留有适当的间隙，在移动钻杆过程中，机械手可在钻杆上滑动。