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交流变频电驱动钻机起升系统动载特性研究

2020-12-06阅读(820)

交流变频电驱动钻机起升系统动载特性研究

论文摘要

通过调研,掌握了国内外石油钻机的发展现状与趋势,对现有的在用交流变频电驱动钻机进行了分析,了解了其优缺点,为进行电驱动钻机的深入分析奠定了基础。为深入研究交流变频电驱动钻机起升系统的动态特性,本文结合钻井工艺及电驱动钻机的工作过程,对交流变频电驱动钻机起升系统的运动学和动力学进行了理论分析。建立了考虑钢丝绳和井架弹性的起升系统力学模型,即三质量、两自由度的振动系统,推导出了交流变频电驱动钻机起升系统的运动微分方程组。首先在不考虑钻柱与井壁摩擦阻力情况下,对该微分方程组进行了理论求解,得到了起升系统的振动频率、系统的响应和大钩的动载系数,并分析了大钩位移波动和加速度波动特性。然后结合实际的钻具组合和JC30DB-WZ型交流变频电驱动绞车的工作特性,在考虑钻柱与井壁之间摩擦阻力的情况下,得到了微分方程初值问题的数值解,并对求解结果进行了详细分析,得到了考虑摩擦阻力情况下的动载系数。分别对初速度为零和初速度不为零两种工况进行了讨论,为提高绞车控制精度提供了依据。为进一步深入研究钻柱与井壁摩擦阻力对起升系统的影响,在同时考虑电机特性和摩擦阻力的情况下,本文采用了ADAMS仿真软件,对JC30DB-WZ型交流变频电驱动单轴绞车起升系统进行了仿真计算与分析。结果表明:交流变频电驱动钻机在起升过程中存在动载,动载系数会随着起升条件的改变而改变;由于钻柱是直接下放到井底的,在起升过程中,钻柱与井壁之间会产生摩擦,这就使得起升过程的平稳性变差;当考虑钻柱与井壁摩擦产生随机载荷后,加剧了起升过程的不平稳性,使得大钩动载荷增加,滚筒与大钩速度呈现出明显的不均匀性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪言
  • 1.1 研究目的和意义
  • 1.2 国内外石油钻机的发展现状与趋势
  • 1.2.1 国内石油钻机的发展概况
  • 1.2.2 国外石油钻机的发展概况
  • 1.2.3 国内外石油钻机在发展水平上的差距
  • 1.2.4 石油钻机的发展趋势
  • 1.3 国内石油钻机控制系统发展现状与趋势
  • 1.4 国内外方法研究现状分析
  • 1.5 主要研究内容及技术路线
  • 1.5.1 主要研究内容
  • 1.5.2 研究方法
  • 第二章 石油钻机起升系统概述
  • 2.1 井架
  • 2.2 天车、游车、大钩和钢丝绳
  • 2.2.1 天车和游车
  • 2.2.2 大钩
  • 2.2.3 钢丝绳
  • 2.3 钻机绞车
  • 2.3.1 功用与结构组成
  • 2.3.2 绞车的选用
  • 2.4 刹车机构
  • 2.4.1 机械刹车功用与使用要求
  • 2.4.2 辅助刹车
  • 第三章 交流变频电驱动钻机起升系统动载特性研究
  • 3.1 概述
  • 3.2 JC30DB-WZ 型交流变频电驱动单轴绞车起升特性分析
  • 3.3 基于微分方程的交流变频电驱动钻机起升系统动载特性分析
  • 3.3.1 交流变频电驱动钻机起升系统力学模型的建立与运动微分方程组的推导
  • 3.3.2 交流变频电驱动钻机起升系统运动微分方程组的解析解
  • 3.3.3 基于Matlab 的起升系统运动微分方程组的数值解
  • 3.4 基于传递函数的交流变频电驱动钻机起升系统分析
  • 3.4.1 交流变频电驱动钻机起升系统的动力学模型
  • 3.4.2 起升系统运动方程组的建立
  • 3.4.3 交流变频电驱动钻机起升系统运动方程组的求解及结果
  • 3.5 基于MATLAB 的交流变频电驱动钻机起升系统动载特性分析
  • 3.5.1 动力分析
  • 3.5.2 考虑钻柱摩擦力时大钩动载系数的确定
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 交流变频电驱动钻机起升系统的仿真研究
  • 4.1 概述
  • 4.2 ADAMS 软件简介
  • 4.3 ADAMS 设计流程
  • 4.4 ADAMS 的分析计算方法
  • 4.5 交流变频电驱动钻机起升系统仿真建模
  • 4.6 交流变频电驱动钻机起升系统仿真
  • 4.6.1 基本载荷的仿真
  • 4.6.2 交流变频电驱动钻机起升系统实际工作过程的仿真
  • 4.6.3 考虑系统弹性时交流变频电驱动钻机起升系统的仿真
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 ZJ30DB/1700 型交流变频电驱动钻机工程试验研究
  • 5.1 概述
  • 5.2 实钻渤3-斜60 井工程数据
  • 5.3 ZJ30/1700DB 交流变频电驱动钻机的参数
  • 5.4 现场工程测试方案、仪器及过程
  • 5.4.1 检测方案
  • 5.4.2 检测仪器
  • 5.4.3 检测步骤
  • 5.5 试验结果及影响因素分析
  • 5.5.1 交流变频电驱动钻机起升曲线的绘制与起升性能分析
  • 5.5.2 死绳固定器处压力变送器采集到的钻机起升过程中的死绳拉力
  • 5.6 理论研究与现场试验结果对比
  • 5.6.1 绞车输出扭矩及转速测试结果与理论设计的对比
  • 5.6.2 起升动载的测试结果与理论计算的对比
  • 5.7 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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