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石油钻杆螺纹修复技术研究

万法伟  
【摘要】:石油钻杆是两端带有缧纹的钢管,通过锥管螺纹连接于钻机驱动设备和位于钻井底端的钻头。钻杆的用途是将钻井泥浆运送到钻头。由于钻井时钻杆受力大,温度高,加之高压泥浆的冲刷摩擦,钻杆台肩面和螺纹牙型很容易变形、磨损或局部损坏,从而造成整根钻杆报废。螺纹修复技术的应用可以大大提高钻杆的重复利用率,延长钻杆的实际使用寿命。与此同时,还可以有效的节约资源。课题以普通车床机构运动原理与螺纹修复的理论作为研究基础,着重分析普通车床加工螺纹时车刀的进给运动规律,将车刀运动轨迹简化为平面运动描述出来。深层次地分析普通车床螺纹加工方法与数控车床螺纹加工方法的车削进给原理,以及如何保证螺纹加工过程中各机构的运动关系,保证螺纹牙型正确。在此基础上,将数控车床螺纹修复运用空间几何的方法描述出来。通过对二者的比较,吸收数控车床精准的优点,将普通车床进行数控改装。用数控系统控制纵横两方向的伺服电动机,实现X、Z两方向的联动进给;将手动刀架拆除并更换电动四工位刀架;拆除机械丝杠、进给箱、溜板箱,换上滚珠丝杠;在床头箱后端加装主轴编码器,以便满足加工螺纹要求。数控系统由数控装置和伺服机构组成,前者决定数控系统的控制功能,后者决定数控系统的性能指标。通过对国内外几种数控系统的比较,从系统可靠性以及后期服务考虑,在广州数控系统或华中数控系统中择一选用,广州数控对车床改装已经有了多年的研究和探索,有丰富的经验,最终决定选用广州数控系统。在钻杆几种常见的锥管螺纹中选择最为常用的NC50钻杆螺纹进行数控编程修复。根据螺纹受损程度计算切削量、螺纹进给深度,在编程时将计算数据代入,然后进行室内试验调试程序。经过多次试验,最终修复出合格的螺纹,达到降低工人劳动强度与提高修复精度的要求。课题对钻杆输送装置结构做了重新设计,安装限位开关,保证钻杆精确停放位置,利于装夹过程中调心操作。设计上料机构,链条带动上料爪将待修复钻杆抬升至传送机构上。在传送机构中加入气缸,起到抬升或者降下轮毂的作用,根据钻杆重量选用合适的电机,以及轴承座等零件。传送过程中,机构出于抬升状态。在钻杆装夹之前,支撑机构工作,将整根钻杆水平托举,方便卡盘装夹。重新设计四爪卡盘,在螺纹修复之前可以调心对中夹紧,以提高螺纹修复精确度。


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