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题名万米钻机全液压顶驱平衡装置液压回路设计与仿真
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作者
罗朝椿
王清岩
范黎明
李昊轩
钟蔚岭
郭乃铭
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机构
吉林大学建设工程学院
自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室
中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院
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出处
《煤田地质与勘探》
北大核心
2025年第2期233-242,共10页
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基金
国家深部探测技术与实验研究专项项目(SinoProbe09)。
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文摘
【目的】全液压顶驱平衡装置作为万米钻机重要设备之一,旨在动态精准调控拧卸扣过程中的轴向载荷,以保护钻杆接头螺纹免受损伤,确保钻探作业的稳定性和安全性。【方法】针对SP.TD-01A型全液压顶驱,设计了平衡装置及其液压回路,以实现顶驱使用过程中所需的平衡和弹跳功能。首先,确定顶驱平衡装置液压回路组成结构及主要工作参数。随后,利用Matlab/Simulink/SimScape仿真平台,构建了顶驱平衡装置液压回路动态仿真模型、顶驱主轴与钻杆拧卸扣机构动力学仿真模型,模拟测试顶驱主轴保护接头在拧卸扣过程中的轴向载荷变化和位移特性,以及平衡装置液压回路的流量−压强特性和能耗指标。【结果和结论】结果表明:设计的顶驱平衡装置功能结构合理且具有良好的动态调节性能。在主轴转速为10 r/min情况下,拧扣、预紧用时24 s,卸扣、脱扣用时26 s。拧扣阶段螺纹面最大压力(碰撞)为11.2 kN,稳定时约550 N。卸扣阶段,螺纹面最大压力为3.5 kN,平均约1.2 kN。完成拧扣作业后,顶驱弹离钻杆柱76.5 mm。设计的顶驱平衡装置及其液压回路已应用于SP.TD-01A型全液压顶驱系统,使用效果良好,在保护钻杆接头螺纹方面发挥了重要作用,在服务“松科二井”施工期间出于安全方面的考虑,顶驱主轴保护接头仅更换4次。研究工作对于后续顶驱系统研发具有指导意义。
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关键词
顶驱平衡装置
液压系统
拧卸扣作业
动态仿真分析
Matlab/Simulink/SimScape仿真平台
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Keywords
balancing device of a top drive drilling system tdds
hydraulic system
screwing-unscrewing operations
dynamic simulation analysis
Matlab/Simulink/SimScape Simulation Platform
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分类号
TD263
[矿业工程—矿井建设]
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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