动力吊卡与扶正机械手设计毕业论文.doc

1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要吊卡是一种用来吊起钻杆、油管和套管等管材的工具。它悬挂在提升系统大钩两侧的吊环里面，以便对井眼进行起出或下入钻具及油管、套管的作业。 吊卡在钻修井作业时，用来直接悬挂管柱的井口工具，上连吊环，不同的孔径悬挂不同的管柱。吊卡在顶驱系统中经常会承受所有管柱的重量，在接管和卸管过程中也起着不可替代的作用，按悬挂的管柱不同分为抽油杆吊卡、钻杆吊卡、套管吊卡和油管吊卡。在上管的过程中，机械臂会将管柱送到合适的位置，打开吊卡将管柱锁紧，当吊卡将管柱的位置摆放好后位于顶驱的上卸扣装置会将钻杆旋紧，卸下管柱时顶驱将钻杆卸扣，然后由吊卡将管柱送到合适的位置由机械臂移开管柱

2、。关键词：动力吊卡；钻修井；设计。东北石油大学本科生毕业设计（论文）IAbstractThe elevator is a tools which used to lift the drill pipe, tubing and casing pipe. It hungs in the lift system on both sides of the hook rings,which inside job starting out or down into the drill and tubing, casing to the borehole.When the elevator is in dr

3、illing work operation, the elevator is a wellhead tools which used to suspension the tubular pile and connect the rings up.And the different rings aperture hanging the different column.In the top drive system elevator often support all columns weight,which also important in the process of takeover a

4、nd unloading pipe.The suspension of the column is divided into the sucker rod elevator、drill pipe elevator, casing pipe elevator and tubing elevator.In the process of connect pipe,the mechanical arm will sent the pipe in a right place,open the elevator and lock the pipe.When the elevators location i

5、s right,the fastening and unfastening device at the top drive will screw the pipe.When we need set down the pipe the top drive will unfasten the pipe,then the elevator sent to the pipe in a right place and the mechanical arm will move away the pipe.Key words：Power elevators；Drilling and workover；Des

6、ign目 录第 1 章 概述.11.1 修井作业工艺过程.11.2 修井作业机械化装置的发展.11.3 吊卡的发展过程.3第 2 章 动力吊卡与扶正机械手总体设计.92.1 动力吊卡与扶正机械手总体方案设计.92.2 动力吊卡与扶正机械手的工作原理.11第 3 章 动力吊卡与扶正机械手的结构设计.143.1 动力吊卡控制开合的设计.143.2 动力吊卡锁紧装置设计.153.3 扶正机械手的设计.183.4 动力吊卡平衡性检测.20第 4 章 动力吊卡与扶正机械手的强度校核计算.224.1 概述 . 224.2 扶正机械手重要零部件的强度校核计.234.3 动力吊卡重要零部件的强度校核计算.30

7、4.4 总结.31结论.35参考文献.36致谢.37东北石油大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 概述1.1 修井作业的工艺过程修井作业一般分为二种形式即起下作业、循环冲洗、旋转钻进。起下作业指利用通井机、修井机等提升设备进行起下管柱的作业施工，完成起下井内的油管、杠柱、调整、配产、配注、新井下泵、检泵、打捞井下落物、处理井下卡钻事故情况等；循环冲洗指利用泵进行的洗井、冲砂、压井、压裂、酸化和封堵等项作业统称为循环冲洗作业；旋转钻进指利用转盘和钻具及井下工具进行的套铣、研磨、侧钻、钻水泥塞、造扣、倒扣等项施工。修井起下作业是现场工作频率最高的作业形式，也是最需要实现操作机械化的作业。1.2

8、修井作业机械化装置的发展1.2.1 国外修井作业机械化装置的发展状况目前 ,国外石油钻修井机发展方向主要体现在以下几个方面:一是朝着性能好、寿命长、安全可靠的方向发展;二是朝着机械化、自动化和智能化方向发展 ,突出高效、节能、降低钻井成本和提高经济效益;三是朝着满足各种环境条件和满足作业者不同需要的方向发展。1.2.1.1 钻修井机的快速运移性得到重视随着石油工业经济全球化的趋势日益加快 ,全方位实施 “低成本战略 ”成为世界石油公司的基本战略。钻修井机的高度集成化和良好运移性 ,能大大降低钻修井机的辅助成本 (运输成本和停工成本 ) ,因此钻修井机的快速运移性已成为作业者考察承包商的重要内容

9、之一 ,甚至在某些地区是进入市场的先决条件。提高钻修井机的快速运移性主要采用模块化设计和轮式运输方案等方式 ,拆卸安装方便、快捷、省时、省力 ,搬家运输车次少。如:美国 NATIOANAL OILWELL 设计的 1 500 HP 拖挂式直流电驱动钻机 ,其主要部分 (包括底座、井架及绞车 )可适应三种运输方式: 对于近距离及路况较好的情况下 ,采用井架直立 ,底座高位状态下整体轮式拖挂运输; 对于较远距离及路况较差的情况下 ,采用井架、底座低位状态下整体轮式拖挂运输; 在长距离、路况差的情况下 ,井架与底座分开运输 ,分别采用单独整体轮式拖挂运输。这样就大大提高了大型钻机的运移性能 ,整个井

10、场设施可以做到 2330 个东北石油大学本科生毕业设计（论文）2搬家车次运完。1.2.1.2 钻修井机的机械化、自动化和智能化得到了很大发传统的钻修井机是由彼此相互独立的子系统构成 ,重要的信息不能由其它子系统共享 ,而现代的石油钻修井机正向着整体化钻修井机/钻井系统的方向发展。所谓整体化钻修井机/钻井系统是指将所有的钻井机械装备、监测仪表和数据处理设备相互联结起来的构成一个标准化的系统 ,通过计算机网络可实现所有设备的信息共享。该系统可在中央控制室进行完全的控制。因此可实现先进的自动化和优化工艺 ,提高作业效率 ,降低作业成本。全液压可移动式钻修井机彻底改变了传统石油钻修井机的结构模式 ,利

11、用倍程油缸和液压顶驱 ,代替了传统钻修井机的井架和地盘 ,配以自动化工具 ,整套钻修井机自动化程度高 ,仅两人就可操作整套钻修井机进行钻井作业。该钻修井机作业费用明显下降 ,占地面积小 ,搬家省事 ,噪音低。顶部驱动钻井装置克服了转盘钻井方式存在的许多缺陷 ,被石油工业界广泛接受和普遍应用 ,成为国际钻井市场上的必备装置。顶部驱动钻井装置有液压顶部驱动装置和电驱动顶驱钻井装置。交流变频顶驱具有调速范围宽 ,电机无炭刷 ,防爆性能安全 ,功率因数高 ,重量轻等优点 ,且随着变频技术的不断完善 ,交流变频顶驱钻井装置已成为电驱动钻井装置的主流。1.2.2 我国修井技术的发展19921995 年,原

12、石油工业部机械制造司委托原石油勘探开发科学研究院机械所、石油大学(华东) 开发修井机计算机辅助设计系统。后来,该系统通过了专家评审,为修井机的设计与计算奠定了良好的基础。该计算机辅助设计软件基本包括了所有修井机基础设计的理论研究成果。国内油田的修井作业仍采用传统的方式，井口操作的机械化程度很低。为降低工人的劳动强度，改善工人的工作环境，增加修井工人工作的安全性，在国内一些石油机械厂和石油院校对修井井口作业的机械化进行了研究。最先开展的是对液压大钳的研究，在 70 年代中期以前，钻修井工人对油管等管柱的上卸扣普遍采用的是手动管钳，费力又费时，为加快钻井速度，从 60 年代末期各石油机械研究所掀起

13、对液压大钳的研究热潮，在参照前苏联、美国等西方国家液压大钳的基础上，设计并制造出适用十不同管径和井深的液压大钳，最初主要应用十钻井上，经过改造后推广到了修井作业中。到目前修井液压大钳已经发展成熟，修井液压大钳在修井作业中的应用是修井井口操作机械化发展的第一步也是重要的一步。东北石油大学本科生毕业设计（论文）31.3 吊卡的发展过程1.3.1 常规吊卡的主要功用吊卡是钻修井作业时，用来直接悬挂管柱的井口工具，上连吊环，不同的孔径悬挂不同的管柱。它的最大作用就是承受管柱的全部重量，在顶驱系统中，它即可以配合顶驱上的上卸扣装置工作，也可以配合下部的动力大钳进行上卸扣工作，在上管和卸管的过程中都是必不

14、可少的装备。1.3.2 常规吊卡分类在国内修井作业作业常用的吊卡主要有以下几种：1) DDZ 型为对开式吊卡(图 1.1)：适用于提升 18 度锥台肩钻杆，钻具等；2) DD 对开式吊卡(图 1.2): 是钻井与修井起下钻作业中，用于提升平台肩钻杆、套管、油管和钻铤；图 1.1 DDZ 型对开式吊卡 图 1.2 DD 型对开式吊卡3) CD 型侧开式吊卡(图 1.3): 是钻井与修井起下钻作业中，用于提升钻杆、套管、油管和钻铤的必备工具；4) CDZ 型侧开式吊卡(图 1.4): 是钻井与修井起下钻作业中，用于提升钻杆、套管、油管和钻铤的必备工具；东北石油大学本科生毕业设计（论文）4图 1.3

15、CD 型侧开式吊卡 图 1.4 CDZ 型侧开式吊卡5) SLX 型侧开式吊卡(图 1.5): SLX 型侧开式吊卡是钻井与修井起下钻作业中，用于提升钻杆、套管、油管和钻铤的必备工具；6) 单根辅助吊卡(图 1.6): 是悬持单根套管等管柱的必备工具。7) 抽油杆吊卡：是提下抽油杆专用工具，抽油杆吊卡分为舌簧自锁式和提引式两种结构图 1.5 SLX 型侧开式吊卡 图 1.6 单根辅助吊卡1.3.3 常规吊卡的改进1）采用小月牙更换技术和重力自销式吊卡锁的新型油管吊卡（图 1.7）新型油管吊卡在结构上作了两大改造：一是吊卡体小月牙改成可更换式；二是吊卡销改成重力自锁式。1.3.3.1 可更换小月

16、牙式油管吊卡的结构和工作原理 图 1.7 上是新型油管吊卡的装配结构示意，图 1.7 下是新型油管吊卡可更换小月牙体结构。以上各部件构成可更换小月牙式修井油管吊卡。新型油管吊卡的工作原理：小月牙体装在吊卡体内，用小月牙固定螺栓装在小月牙固定螺栓沉头孔中固定在吊卡体上，然后将活动月牙装在吊卡体和小月牙体之间的环形中，安装上活动月牙手柄，装配完毕便可用于起下油管作业。东北石油大学本科生毕业设计（论文）51.3.3.2 防脱吊卡销的结构和工作原理图 1.8a 是新型油管吊卡装配重力自锁式吊卡销结构，图 1.8b 是重力自锁式吊卡销的结构。以上各部件构成重力自锁式吊卡销。新型重力自锁式吊卡销的工作原理

17、：吊卡销装在新型油管吊卡上下通孔内, 钢板钩进入吊卡钢板定位槽。当需要起下油管时，把新型油管吊卡卡在油管体上，转动手柄,关闭活动月牙,然后将吊环挂入吊卡环孔内,把重力自锁式吊卡销插入吊卡上下通孔内，钢板钩进入吊卡钢板定位槽中，即可提升油管。1.3.3.3 特点该新型油管吊卡的特点为：（1）新型油管吊卡可以长期使用，出现小月牙磨损或变形后,只需更换月牙即可，可节约吊卡购置费用 90%。由于安装更换非常方便，工效也有较大提高，修井作业时间缩短，为原油生产争得了时间。该吊卡容易制造、节约成本、经久耐用，具有显著的经济效益。 （2）重力自锁式防脱吊卡销在油管、吊卡、吊环上弹时，销子由于自锁作用而不会弹

18、出吊卡体外，防止了吊环脱离吊卡体现象，也就从根本上避免了因吊卡脱离吊环所造成的机械和人身伤亡事故，具有显著的社会效益。 （3）该新型油管吊卡，已在一定范围内进行了推广应用，由于有可更换不同尺寸月牙的特点，它可同时适用于同管径的平式油管和加厚油管的起下作业。东北石油大学本科生毕业设计（论文）6图 1.7 新型油管吊卡的装配结构东北石油大学本科生毕业设计（论文）71销体；2焊块；3轴销；4钢板钩；5扭力簧；6吊卡钢板定位槽图 1.8 重力自销式卡销2）新型筒式轻便油管吊卡a）结构新型筒式轻便油管吊卡由吊筒(如图 1.9)、吊环(如图 1.10)、垫叉(如图 1.11)组成。吊筒由筒体、环形活门、吊

19、耳、提手等组成。环形活门套在筒体上，用小销钉限位在筒体两侧对称的长槽中；活门可沿筒体滑动，完成吊筒“开启”与“关闭”的规定动作。两吊耳侧壁上的矩形体分别楔入筒体上部两侧对称方孔中焊牢，通过两吊耳圆孔起悬吊作用。提手焊接在吊筒下部，更换单根油管时起扶正吊筒的作用。垫叉主要由底座、立柱、手柄、限位体等组成。立柱焊接在底座上,起支撑井下管柱质量的作用。手柄焊接在底座前端,起前后移动垫叉的作用。限位体的小轴插入底座后部的轴孔后，限位体可在底座长槽中以小轴的轴心为圆心作“开”、 “关”动作；当限位体关上后起锁定、扶正油管的作用。吊环为一异形环体(把吊环扁面处对准吊筒吊耳圆孔的开口处，可把吊环放入吊耳圆孔内，吊环的扁面