钻井机械3旋转系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年5月29日星期五,#,31 十月 2025,钻井机械3旋转系统,职培中心,第一章 钻机概论,目 录,第二章 钻机的起升系统,第三章 钻机的旋转系统,第四章 钻机的循环系统,第五章 钻机的驱动与传动系统,第六章 钻机气控制系统,第九章 液压、液力传动,第七章 离心泵,第八章 海洋石油钻井设备,第十章 钻井辅助设备,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,旋转系统包括转盘和水龙头两大部分，其主要作用是在通过钻具不断向井底传送钻井液的同时，保证钻具的旋转。,新型钻机配备顶驱系统。,游车下部的大钩正在锁住水龙头提环,钻工正安放卡瓦,三、旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,转盘,转盘主要由水平轴、转台、主轴承、壳体、方瓦及方补心等,组成。,主要作用是：,带动钻具旋转钻进和在起下钻过程中悬持钻具、卸开钻具螺纹以及在井下动力钻井时承受螺杆钻具的反向扭矩。转盘的动力经水平轴上法兰或链轮输入，通过锥齿轮转动转台，借助转台通孔中的方瓦和方补心带动方钻杆、钻柱和钻头转动；同时，方补心允许方钻杆轴向自由滑动，实现边旋转边送进。,第一节：转盘,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,一、概述,1、钻井工艺对转盘的要求：,（1）具有足够大的扭矩和一定的转速，以转动钻,柱带动钻头破碎岩石，并能满足打捞、对扣、,倒扣、造扣或磨铣等特殊作业的要求。,（2）具有抗震、抗冲击和抗腐蚀的能力，主轴承,应有足够的强度和寿命，并要求其承载能力,不小于钻机的最大,钩,载。,（3）能正反转，具有可靠的制动机构。,（4）具有良好的密封、润滑性能。,常用转盘的主要有：ZP520、ZP2712、,ZP445、ZP3712等型号。,（技术参数表31）,2、转盘的代号,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,更新设计标号:用阿拉伯数字表示,型号级别：转盘通孔直径，in10,转盘代号,ZP,驱动形式：机械驱动省略，Y液,压驱动，D电驱动,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,二、转盘的结构,1、水平轴总成传递动力,水平轴；小伞齿轮；轴承；输入链轮；制动,装置(制动棘轮),2、转台总成驱动方钻杆,转台；大伞齿轮；主轴承；防跳轴承；方瓦；方补心；泥浆密宫密封装置。,3、壳体连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油）,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（3分钟）,视频,转盘结构图,水平轴,锁销,大伞齿轮,小伞齿轮,大方瓦,方补心,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,转盘是用来承托管柱重量，提供扭矩和转速。转盘实质上相当于一个特殊结构的角传动减速器，主要由箱体、转台、主轴承、副轴承、齿圈、输入轴总成、锁紧装置、方瓦、箱盖等部分组成。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,主轴承,防跳轴承,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,转盘结构图,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,ZP-520,转盘,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,ZP-520,转盘,职培中心,三、,转盘的安装,1、,准备工作,1）准备好各种手工具。,2）准备好千斤顶。,3）准备好花篮螺丝及直径19.5mm的钢丝绳套，花,篮螺丝要清洗、除锈、涂抹润滑脂。,4）准备好挡铁及顶杠。,5）准备一根直径28mm的钢丝绳套。,6）检查转盘内润滑油的质量和数量。若变成或不,足时、要进行更换或加足。,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,2、,工作程序,1）将转盘下面和大梁为面上的泥土、杂物清理干净。,2）校平：以钻台面为基准用水平尺恻量；水平误差,不得大于2mm。,3）校正；F320和ZJ-45钻机转盘用8只M48的调节丝,杠，在4个方向上对称找正和顶紧；,4）为防止因链条拉力转盘与绞车发生相对位移在靠,近链轮的一边用顶杠一头顶在转盘外壳上另一,头顶在绞车的底座上，然后用直径28mm的钢丝绳,套把转盘和转盘大梁牢牢捆在一起。,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,3、,注意事项及安全要求,1）转盘固定时所用螺丝要涂抹好润滑脂。,2）安装转盘时钻台下面不得有人。,3）转盘安装质且必须达到平，正、稳、牢的标准。,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,四、,转盘的使用及维护保养,1、使用转盘前，应按规定检查机油的油质、油量，并使其符合要求。,2、,转盘启动前，对,锁紧装置上的销轴注入润滑脂。,其锁紧装置上的操纵杆或手柄应不在锁紧位置。启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠。检查转台与方瓦、,方瓦,与补心是否锁紧。,3、启动转盘要平稳操作，启动后要检查转台是否跳动，声音是否正常。每班应至少检查一次转盘的固定情况。,4、在钻进和起下钻过程中，应避免猛蹩、猛顿，严禁使用转盘崩扣。,5、新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一次。每班检查油池内的油面是否符合要求，检查油池和轴承温度是否正常。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,6、钻台和转盘面要保持清洁，油标尺和黄油嘴要上紧。,7、方补心不能高于大方瓦面3mm,大方瓦与转台面要平齐。,8、转盘在承受较大冲击载荷（卡钻、顿钻）应检查运转有无异常。,9、定期检查下座圈的连接螺栓，看其是否松动。,（3分钟）,视频,第二节：水龙头,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,在一部钻机中，水龙头既是旋转系统的设备，又是循环系统的一个部件。它悬挂于大钩之下，上接有水龙带，下接方钻杆。在钻进时，悬挂并承受井内钻柱的全部重量，并将钻柱与水龙带连接起来，构成钻井液循环通道。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,水龙头,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,一、概述,1、钻井工艺对水龙头的要求,1）水龙头主轴承应具有足够的强度和寿命，其,承载力应不小于钻机的最大钩载。,2）有可靠的高压钻井液密封系统，寿命长，拆,卸迅速、方便。能自动补偿工作中密封件的,磨损。,3）上端与水龙带连接处能适合水龙带在钻进过,程中的伸缩弯曲。,4）各承载件要有足够的强度和刚度，要求连接,可靠，能承受高压。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,2、水龙头的代号及参数,SL ,最大静载荷1/10，KN,水龙头代号,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,水龙头的技术参数见表32,常用的水龙头有SL450、SL130、SL135等型号。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,二、水龙头结构及工作原理,水龙头通过提环挂在大钩上，上部通过鹅颈管与水龙带相连，下部接方钻杆，连接下井钻具。,水龙头主要由鹅颈管、冲管总成、中心管、壳体、提环和主轴承等,组成,。,主要,功用,悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以至全部钻具重量；向转动着的钻具内输送高压钻井液。,（3分钟）,视频,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,1-鹅颈管，2-上盖，3-浮动充管总成，,4-泥浆伞，5-上辅助轴承，6-中心管，,7-壳体，8-主轴承，9-密封垫圈，10-下辅助轴承，11-下盖，12-压盖，13-方钻杆接头，14-护丝，15-提环销，16-缓冲器，17-提环,现场使用的,两用水龙头,，是在一般水龙头的基础上，增加了旋扣装置。,旋扣装置由气马达、伸缩机构及气路系统组成，接单根时，由气马达通过齿轮带动中心管旋转。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,1、新水龙头使用前必须按高于钻进中最大,工作压力12MPa的泵压试压15min，以不滋、,不漏 为合格。,2、,水龙头在搬运过程中，中心管必须带护,丝。使用前，应按油池的油尺标记加足机油，并,对冲管盘根盒和上、下机油盘根盒、提环销加注,润滑脂，并检查上、下盘根盒压盖、冲管盘根盒,是否上紧，用链钳转动中心管，确认无阻卡后方,可使用。,三、水龙头的使用、维护和保养,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,3、使用新水龙头或长期停用的水龙头时，必须先慢后快，用档启动转盘，待转动灵活后再提高转速。对新的水龙头或修理后第一次使用的水龙头，在使用满200h后应更换润滑油。工作中，每班应检查一次油位，并使之不得低于油标尺的最低刻度线。每两个月应更换一次润滑油。工作中，应在没有泵压的情况下，每班加注一次黄油。,4、在水龙头运转过程中，要随时检查冲管密封盘根盒处是否刺漏钻井液、机油盘根处是否溢漏机油、水龙头壳体是否温度过高(油温不得超过70)、冲管螺纹压帽是否上紧、鹅颈管与水龙带连接油壬是否刺漏。,5、接单根或起钻前，应检查冲管盘根磨损情况及盘根压帽的松紧程度。快速钻进或严重跳钻时，应检查鹅颈管法兰连接螺栓的固定情况。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（4分钟）,视频,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,第三节：顶部驱动钻井系统,现在，石油钻井已部分使用顶部驱动钻井系统。顶部驱动钻井系统是集转盘、水龙头为一体，用电动钻机作旋转钻井动力，并能随提升系统而升降的钻井旋转系统，是对转盘钻井的一次重大改进。具有转盘钻无可比拟的优点。,顶部驱动钻井的优势：,可接立柱钻进，减少23的接单根时间；能倒划眼和下钻划眼；起钻时可旋转钻杆和继续循环钻井液；钻柱可顺利取出缩径井段；可以不接方钻杆即可钻过桥塞点和缩径点；上、卸扣扭矩得到控制；采用钻井电机接卸钻杆和钻进，操作人员只需打背钳；钻台上只有平稳旋转的钻杆；起下钻时在井架内任何高度的位置随时都可以将主驱动轴同钻柱上扣和关井等。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（1分钟）,视频,一、概述,顶驱钻井系统（Top Drive Drilling System）,简称顶驱系统（Top Drive System-TDS）。,1.什么是顶部驱动钻井装置,顶驱：从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井,架内导轨向下送进，完成钻进，循环钻井液，接,立根，上卸扣等多种钻井操作，参见图4-1。,顶驱系统由三大部分组成：,水龙头一马达总成、导向滑车总成、钻杆,上卸扣总成。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,图4-1 顶部驱动钻井系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,2.思路:转盘水龙头动力水龙头,3.顶驱系统是四大新技术之一（顶驱、盘式,刹车、液压钻井泵和AC变频驱动）,4.顶驱发展,第一台顶驱由美国Varco公司研制（82年）。,后来，法国、挪威、加拿大、中国相继研制了,顶驱。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,5驱动型式有两种,（1）液马达驱动;,（2）电动机驱动:AC-SCR-DC顶驱动,AC变频f顶驱,80年代，挪威将AC-SCR-DC改成AC变频顶驱。,之后，美国（Varco公司）、挪威（MH公司）、,加拿大（Tesco公司和CANRIG公司）等研制了AC,变频顶驱。90年代，AC变频顶驱占了主导地位。,中国：有液压、AC-SCR-DC顶驱，尚无ACAC变,频顶驱。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,二、顶驱系统组成,1.钻井马达-水龙头总成,顶驱的主体。（图4-2）,它是Varco公司额定载荷6500kN的TDS-3S型顶驱钻井马达-水龙头总成。,顶驱不同仅动力有别：,液马达顶驱液马达；,AC-SCR-DC顶驱DC电机；,AC变频顶驱AC电机。,水龙头,钻井马达总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,由水龙头、马达和一级齿轮减速箱组成。,（,1,）马达：用并激,DC,马达，立式驱动主轴。,（,2,）水龙头：额定载荷,6500kN,；盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头的一致。,（,3,）气动刹车：在马达轴上端，快速制动。,（,4,）减速箱：马达轴下有小齿轮（,Z=18,），与主轴上的大齿轮（,Z=96,）相啮合，主轴下方接钻柱。,TDS-3S,变速箱是一个单速齿轮减速装置，减速比,5.331,。,（,5,）主轴：即水龙头的中心管。,（,6,）润滑系统,TDS-3S,顶驱的油润滑系统（图,4-3,），油泵强制润滑。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,图4-3顶驱水龙头,马达总成油润滑图,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（7）钻井马达,冷却系统,马达冷却系统为风冷。图4-4为冷却系统的总体安排。,用离心式鼓风机对电机进行强制冷却。,图4-4钻井马达,冷却系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,近距离安装鼓风机,基本的马达冷却系统（右图）向钻井马达提供近距离的冷却风,加高进气口近距离安装鼓风机（右图）,加高进气口的,近距离冷却系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,远距离鼓风机冷却系统（图4-6）,安装在井架上的远距离鼓风机，通过软管输送冷却风。,图,4-6,远距离,鼓风机冷却系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,2.,导轨,导向滑车总成,导向滑车和支撑装置总成如图,4-7,所示。,导轨：装在井架内,导向滑车：由马达底座和框架组成。,作用：对游车和顶驱起导向及承受反扭矩作用。,80,年代为双导轨，,90,年代改为单导轨。,图,4-7,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,3.,上扣卸扣装置（Pipehander）(I-8),主要：由旋转头、吊环联接器、吊环倾斜机构和扭矩扳手组成。,（可参见,Varco,公司的,TDS-8S,交流变频顶驱系统结构图。）,图,4-8,650,吨钻杆上卸扣装置总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,TDS-8S(AC),职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（1）,液控扭矩扳手,用处,：卸扣。,原理,：由液缸驱动横向夹紧活塞夹紧钻杆母接头，两个转矩液缸驱驱动扭矩筒完成卸扣操作。,（扭矩扳手上卸扣期间，上升扭矩管使母花键同上部公花键相啃合，为液缸提供反扭矩。）,转动保护接头及主轴松扣，然后启动钻井马达旋扣。（扭矩液缸84kN-m；可旋转25）,结合图,4-10,分析。,图,4-9,扭矩扳手总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（2）内防喷器及启动器,内防喷器,（图4-10）,是球型安全阀，防止泥浆溢流。,上部远控内防喷器和下部手动内防喷器，形成内井控防喷系统。,上部远控内防喷器是钻杆上卸扣装置的一部分。当上卸扣时，扭矩扳手同远控上部内防喷器的花键啮合形成扭矩。,下部与上部内防喷器型式相同。两个内防喷器一直接在钻柱中，可随时将顶驱装置同钻柱连接使用。,图,4-10,内防喷器阀及启动器总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（3）,吊环联接器、吊环和钻杆吊卡,图,4-11,为吊环联接器。,作用,:可由图,4-8,看出，它通过吊环将下部吊卡与主轴相连。,主轴穿过齿轮箱壳体，又同整体水龙头相接。,图,4-11,吊环联结及限扭器总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,图,4-12,、图,4-8,所示,（4）,吊环倾斜器,作用,：去卡抱待接立根接头。（吊鼠洞中的单根和接立根）,气阀控制气弹簧，使吊环前倾,30,0,，后摆,60,0,。,吊环倾斜器的倾斜臂位于吊环的前部，由空气弹簧启动。,图,4-12,长行程吊环倾斜装置总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（5）旋转头总成,当钻杆上卸扣装置在起钻中随钻柱部件旋转时，旋转头可自由旋转。,图,4-13,650t,旋转头总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,4.,平衡系统,平衡系统总成,如图4-14所示。,主要对上卸扣起伸缩作用。,防止上卸接头扣时螺纹的损坏；在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出，类似于大钩的,152mm,的减震冲程。,图,4-14,平衡系统总成,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,包含：,两个相同油缸和两个液压储能器。,缸体端与整体水龙头相连，活塞杆端与大钩连接（如图,4-14,），或者直接连到游车上。又称液气弹簧式平衡装置。,图,4-15,平衡系统示意图,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（1）前期TDS系统平衡油缸连接方式,TDS-3,型顶驱平衡油缸下端和水龙头相连，上端和大钩相连。它提供,152mm,的缓冲行程。,（2）整体式IDS系统平衡油缸连接方式,如IDS-1型顶驱，平衡油缸的下端与钻井马达壳体相连，上,端和游车相连接。取消了大钩，提供203mm的缓冲行程。,（3）新型IDS系统平衡油缸的连接方式,如,TDS-3S,、,TDS-9S,型，平衡油缸的上端与游车（当不用大,钩时）连接，下端直接固定在水龙头提环上（参见图,4-14,）。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,（4）平衡液压回路工作原理,该液压回路消耗的,液压能很少，可用其它,液压系统来补油保压，,不必单独加油泵。,图,4-16,平衡系统液压原理图,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,连接：,平衡系统的活塞杆上端与游车连接，油缸下端与水龙头连接。油缸上腔始终通高压油，油缸产生向上拉力作用在水龙头上，一直提着水龙头。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,工作过程：,两个油缸向上的合拉力大于顶驱和立根重量，,油缸带动顶驱和立根上移。此时蓄能器（参见图4-16）放出压力油供给油缸工作。随着蓄能器内油液放出，,油压降低，油缸的拉力减小。,当油缸向上的拉力小于顶驱和立根重量时，上跳过程由加速变为减速，最后停止上移。,当向上提起整个钻柱时钻柱和顶驱的重量大于油缸向上的拉力，油缸被拉下来，缸内排液，油液返回蓄能器。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,四、国产顶驱（DQ）,第一台国产顶驱DQ-60D，由勘探院机械所和宝石厂合,研，97年2月部级鉴定，中国成为第五位顶驱的生产国家。,1,DQ-60D顶驱（结构如图3-21所示）,主要特点：采用AC-SCR-DC驱动，PLC监测控制。,2,DQ-60,P,顶驱(,Portable,轻便),勘探院机械所与宝石鸡厂合研的DQ-60P轻便顶驱,（AC-SCR-DC驱动）。,3,DQ-20,H,顶驱(,Hydraulic),勘探院机械所研制,DQ-20H,液马达顶驱，钻深,2000m,。,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,国产顶驱钻井系统代号的标示方法,如下图所示。,DQ,更新设计标号：用阿拉伯数字表示,驱动形式：DZ-直流电，D-交流变频，Y-液马达,以100m计的名义钻井深度m,顶驱代号,职培中心,第三章 钻机的旋转系统,井下动力钻具：螺杆钻具简介,（8分钟）,视频,