石油鉆采機械概論(1-6)

石油鉆采機械概論(1-6)第一頁，共292頁。一地殼1.地殼的組成地球內(nèi)部分為三個圈層地殼有巖石組成，巖石可分為：火成巖，變質(zhì)巖，沉積巖；第二頁，共292頁。2.沉積巖種類及特點沉積巖可分為：沙巖，泥巖，石灰?guī)r三種3.地質(zhì)構(gòu)造（1.背斜構(gòu)造（2.向斜構(gòu)造（3.單歇構(gòu)造（4.斷層第三頁，共292頁。第四頁，共292頁。第五頁，共292頁。第六頁，共292頁。第七頁，共292頁。第八頁，共292頁。第九頁，共292頁。第十頁，共292頁。第十一頁，共292頁。第十二頁，共292頁。本節(jié)概略介紹常規(guī)鉆井（通常指鉆直井）的鉆井方法，鉆井工藝，鉆井參數(shù)，井斜及其控制方面的基本知識和定向鉆井的概念。一鉆井方法從地面鉆一孔道直達(dá)油氣層，即鉆井。鉆井的實質(zhì)就是要設(shè)法解決破碎巖石和取出巖屑，保護井壁，繼續(xù)加深鉆進方面的問題。兩種鉆井方法：頓鉆鉆井法，旋轉(zhuǎn)鉆井法第十三頁，共292頁。第十四頁，共292頁。第十五頁，共292頁。第十六頁，共292頁。第十七頁，共292頁。第十八頁，共292頁。第十九頁，共292頁。第二十頁，共292頁。第二十一頁，共292頁。第二十二頁，共292頁。第二十三頁，共292頁。第二十四頁，共292頁。第二十五頁，共292頁。第二十六頁，共292頁。第二十七頁，共292頁。一噴井式鉆井噴射式鉆井采用噴射式鉆頭，鉆井液通過具有特殊形式和結(jié)構(gòu)的小尺寸噴嘴，形成高速射流，射向井底．主要是利用水的高壓作用．噴射式鉆井工作方式取決于鉆頭噴嘴處射出的噴射流，主要用噴射速度，沖擊力和水功率三個參數(shù)來表征的．這三個參數(shù)是影響鉆速的關(guān)鍵因素．也不是這三個數(shù)越大越好，要經(jīng)濟合理．必須配備大功率的高壓鉆井泵及高壓閘門，高壓管匯，水龍帶，水龍頭，配備完善的固控設(shè)備．二平衡壓力鉆井平衡壓力鉆井是指鉆井過程中保持鉆井液動壓力與地層空隙相等，即第二十八頁，共292頁。第二十九頁，共292頁。第三十頁，共292頁。第三十一頁，共292頁。第三十二頁，共292頁。第三十三頁，共292頁。一欠平衡鉆井技術(shù)當(dāng)今新興的鉆井技術(shù)之一．保持鉆井液柱靜水頭施加的井底壓強低于井孔的地層壓強，容許地層流體進入井內(nèi)，循環(huán)出井，并在地面上得到處理和控制．二深井，超深井鉆井技術(shù)４５００-６０００m稱為深井，６０００m以上稱為超深井．深井，超深井鉆井中，機械鉆速低，鉆頭壽命短，起下作業(yè)頻繁，建井周期長，費用很高．三水平井技術(shù)是石油工業(yè)油氣勘探的一次技術(shù)革命．第三十四頁，共292頁。第三十五頁，共292頁。第三十六頁，共292頁。第三十七頁，共292頁。第三十八頁，共292頁。第三十九頁，共292頁。我過也在７０年代以來，先后在吉林，大慶和新疆等地用常規(guī)鉆機打了８００余口小井眼井．國產(chǎn)小井眼鉆機的研制工作已提上日程，期望在２１世紀(jì)能見到具有現(xiàn)代化水平的國產(chǎn)小靜眼鉆機投入使用．３.小井眼鉆井系統(tǒng)典型的小井眼鉆井系統(tǒng)有３種型式．轉(zhuǎn)盤鉆進，連續(xù)取心鉆進和井下馬達(dá)鉆進系統(tǒng)．共同特點：采用小鉆機，小直徑鉆具（鉆頭，鉆桿柱，井下馬達(dá)）和高速鉆進，比常規(guī)鉆井系統(tǒng)可節(jié)約鉆井成本４０％-７０％．（１，轉(zhuǎn)盤鉆井系統(tǒng)才用小直徑鉆桿和高速度的金剛石鉆頭．（２，連續(xù)取心鉆進系統(tǒng)（３，井下動力鉆具鉆進系統(tǒng)（４，小井眼水平鉆井系統(tǒng)第四十頁，共292頁。第四十一頁，共292頁。第四十二頁，共292頁。第四十三頁，共292頁。第四十四頁，共292頁。石油開發(fā)的基本目的是盡可能將儲存在油、氣層深處的油、氣開采出來，提高采收率(油田開發(fā)結(jié)束后，累積的采油量與實際的儲油量之比，稱作采收率)，降低成本。因此，鉆井完井之后，油田主要的和大量的工作就是實施各項完善的采油工藝，集中解決如何將井下的原油提升到地面并向外輸送，以及如何使地層中的原油流向井底兩大問題。本章將就諸如自噴井采油、機械采油、油田增產(chǎn)措施、第三次采油、油水井維護與修理等技術(shù)問題作概要的介紹，使讀者對采油工程工藝技術(shù)建立起必要的總體概念，初步了解完成這些工藝所應(yīng)用到的主要采油設(shè)備，為進一步學(xué)習(xí)、研究相關(guān)的工藝和設(shè)備奠定必要的基礎(chǔ)。第四十五頁，共292頁。開采原油的方法有自噴井采油法和機械采油法兩大類。白噴井采油法就是利用地層本身的能量由井底向地面舉升原油，稱作自噴井采油。其工藝和設(shè)備比較簡單．一、油井自噴基本原理1．自噴的誘導(dǎo)鉆井作業(yè)完成以后，由于井簡內(nèi)充滿著鉆井液，液柱作用于井底的壓力一般大于油、氣層壓力，加上鉆井和射孔過程中污染物的堵塞和阻礙，油、氣一般不能流入井筒內(nèi)，更不能自動噴到地面。因此，采油之前一般要降低井簡內(nèi)的液性壓力，清除堵塞油層的污物，使油、氣能夠暢流到地面。這種誘導(dǎo)作業(yè)過程稱作誘噴或誘流。方法：替噴法，抽及法，氣舉法，提撈法第四十六頁，共292頁。第四十七頁，共292頁。第四十八頁，共292頁。第四十九頁，共292頁。第五十頁，共292頁。

分層配產(chǎn)管拄由套管、油管、封隔器、工作簡配產(chǎn)器、錨類及油嘴等組成，各組成部分問通過螺紋連接。分層配產(chǎn)管柱根據(jù)油井內(nèi)各油層的性質(zhì)，用封隔器將各油層分隔開，選擇不同大小的油嘴，控制生產(chǎn)壓差，使各層段按照其自身特占講行生產(chǎn)。第五十一頁，共292頁。第五十二頁，共292頁。井口裝置的組成井口裝置一般由套管頭、油管頭和采油樹等部分組成。

（１，套管頭安裝在井口裝置的最下方，其作用是固定整套井口裝置，連接井下各層套管柱，使各層套管間的環(huán)形空間相互密封。目前下人油井的套管栓多達(dá)5層，故套管頭有單層、雙層及多層之分。（２，油管頭位于套管頭的上方，由油管頭四通和油管懸掛器等組成；其功能是懸掛油管柱，密封油管與生產(chǎn)套管之間的環(huán)形空間，并可進行各種工藝作業(yè)。（３，采油樹安裝在油管頭的上部，作用是引導(dǎo)油并噴出的油氣通向地面的輸油管線，控制和調(diào)節(jié)油井的流量和井口壓力，必要時可關(guān)閉油井。第五十三頁，共292頁。第五十四頁，共292頁。第五十五頁，共292頁。

隨著自噴油井油層壓力的逐步降低，流到井底的油氣所有的剩余能量不足以將油液噴到地面時，或者在低滲透、低壓力油層，其原始能量不能將油液自噴到地面時，通常要應(yīng)用專門的抽油裝置，特油井中的油濃舉升到地面，以便保持并底和油層之間油濃流動的壓力差，保證油氣源源不斷地流向井底。這種采油方式稱作機械采油或人工舉升采油。按照抽油裝置動力傳遞方式的不同，機械采油要分為有桿泵采油、無桿泵采油和氣舉法采油等多種類型。一、宵扦聶采油有桿泵采油是機械采油方法中應(yīng)用最廣的一種，在前蘇聯(lián)大約占77％，美國占81．5％，我國則占90％以上。第五十六頁，共292頁。設(shè)備包括3部分：地面部分——游梁式、鏈條式或液壓式抽油機；井下部分——抽油泵．又稱深并泵；抽油機與抽油泵連接部分——抽油桿。習(xí)慣上將有桿泵上述3部分稱作“三抽”設(shè)備。動力機通過減速箱、曲柄連桿機構(gòu)和游粱等，將高速旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槌橛蜋C驢頭的低速上下往復(fù)運動；井通過懸繩器、光桿和抽油桿帶動有游動閥的柱塞，在深井泵筒中上下往復(fù)運動，實現(xiàn)抽油．第五十七頁，共292頁。

抽油泵總是下放到液面以下的某一深度，故當(dāng)柱塞上行時，游動閥受油管內(nèi)液校的壓力自動關(guān)閉，隨著校塞的上行，油管上部的一部分液體排出地面；與此同時，柱塞下部泵筒空間內(nèi)壓力降低，井內(nèi)液體在壓差作用下頂開安裝于泵筒上的固定閻閥球，進入泵筒，抽油泵處于吸人過程，直至栓塞到達(dá)上死點為止。當(dāng)拄塞下行時，泵筒內(nèi)液體受壓縮，壓力升高．達(dá)到與泵筒外環(huán)形空間液拄壓力相等后，固定閥閥球靠自重下落，使固定閥關(guān)閉；校塞繼續(xù)下行，泵內(nèi)壓力進一步升高，當(dāng)超過油管內(nèi)液柱壓力時，泵筒內(nèi)液體即頂開游動閥閥球并進入油管，抽油泵開始排出過程．直至校塞到達(dá)下死點，如此循環(huán)不已。第五十八頁，共292頁。第五十九頁，共292頁。地面柱塞泵將處理合格的動力液增壓后、經(jīng)過地面管網(wǎng)和井口四通閥，沿中心油管注入并內(nèi)，驅(qū)動井下液馬達(dá)工作；液馬達(dá)的話塞帶動抽油泵的校塞作往復(fù)動，使抽油泵的固定閥和游動閥交替打開和關(guān)閉，實現(xiàn)吸油和排油動作；液馬達(dá)的乏動力液和抽汲的原油，一起從油，套管環(huán)行空間排到地面，通過井口四通閥進入地面輸油管道．第六十頁，共292頁。第六十一頁，共292頁。第六十二頁，共292頁。第六十三頁，共292頁。5．渦輪驅(qū)動沼油泵采油上部為軸流渦輪級，下部為軸流泵級，共同固定在一根軸上，其問有止推軸承和密封裝置。地須提供的高壓動力液通過井口閥和中心油管進入井下機組的中間部位，從渦輪級的下方向上流動，推動渦輪級帶動離心泵級轉(zhuǎn)動，抽出地層液。采出液自下向上流動，與乏動力液混合，一起進入泊套管環(huán)形空間排出。第六十四頁，共292頁。第六十五頁，共292頁。第六十六頁，共292頁。井下部分由油管和氣舉(單硫)閥等組成的氣舉裝置，其類型一般也相應(yīng)地分為開式、半封閉式和全封閉式3種。第六十七頁，共292頁。式中h——沖程長度；

D、d——下、上柱塞直徑；校塞下行時，固定閥關(guān)閉，游動閥打開，液體進入泵腔；與此同時，兩柱間的腔體增大，一部分液體儲存在腔內(nèi)，另一部分液體沿空心抽油扦排出。這種技術(shù)主要適用于小井眼、單井產(chǎn)量較低、原油粘度低和含水較高的油井．第六十八頁，共292頁。第六十九頁，共292頁。

為了提高油層的產(chǎn)量和采收李，我國各油田廣泛采用多種增產(chǎn)技術(shù)措施，包括油田注水、壓裂和酸化、剖面調(diào)整、防砂及大修等作業(yè).

一、油田注水工藝技術(shù)一般說來，油田開發(fā)初期，因地層壓力較高，原油所受的驅(qū)動力較大。但隨著原油不斷被采出，地層壓力逐漸降低。為了保持和提高油層的壓力，進面保證油田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，并提高最終采收率，從油田開發(fā)初期起，除了鉆出大量的采油井外．還要鉆出一批注水井，專門用于從地面向油層注入高壓水，以補充采油過程中不斷消耗的天然能量。這種作業(yè)過程稱油田注水。第七十頁，共292頁。第七十一頁，共292頁。第七十二頁，共292頁。第七十三頁，共292頁。第七十四頁，共292頁。第七十五頁，共292頁。體即壓裂液，通過液體的傳壓作用，在油層中擴大或造成裂縫，改善油層的滲透性和油氣的流動狀態(tài)，提高油井的油氣產(chǎn)量；對于注水井，則是提高油層的吸水性，增加注水效果。第七十六頁，共292頁。第七十七頁，共292頁。第七十八頁，共292頁。第七十九頁，共292頁。第八十頁，共292頁。第八十一頁，共292頁。第八十二頁，共292頁。經(jīng)過白噴井采油、機械采油和通常的注水和壓裂等提高采收串措施后，總的采油星加在一起，一般不超過原始地質(zhì)儲量的40％，大量的石油仍然埋藏在地下。因此，進一步提高原始地質(zhì)儲量的采收率，特別是復(fù)雜油藏的原油最終采收率，潛力很大．成為石油工作者最大的追求目標(biāo)。目前廣泛采用的許多高新采油技術(shù)或統(tǒng)稱“三次采油”，取得了很好的效果。本節(jié)將就相關(guān)的內(nèi)容作簡要介紹。一，微生物采油技術(shù)將經(jīng)過選擇的微生物及其代謝產(chǎn)物注入油層，利用其在油藏內(nèi)增殖產(chǎn)物的激勵和運移作用，增加二次采油后枯竭的油井產(chǎn)量，減少二次采油后留在地層中的殘余石油以提高采收率的技術(shù)，稱微生物采油技術(shù)。微生物采油的關(guān)鍵是必須保證微生物的生命活動，井使其在地層中繁殖。在其生命過程中，首先要求有有利于微生物生長的環(huán)境，同時必須不斷地從外界環(huán)境吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，以便在培養(yǎng)微生物過程中提供其生命的能源和碳源、氯源、無機鹽、生長因子及水等。第八十三頁，共292頁。第八十四頁，共292頁。第八十五頁，共292頁。第八十六頁，共292頁。第八十七頁，共292頁。第八十八頁，共292頁。第八十九頁，共292頁。第九十頁，共292頁。第九十一頁，共292頁。第九十二頁，共292頁。第九十三頁，共292頁。在油井自噴、抽油和注水過程中、由于地質(zhì)、工程和人為等因素，常會有一些影響生產(chǎn)的情況發(fā)生，有時還會出現(xiàn)油、水井或設(shè)備故障。因此，必須建立一套系統(tǒng)的維護和修理工藝程序，并配備相應(yīng)的設(shè)備。一、油井清蠟及降粘技術(shù)我國有些油田生產(chǎn)的原油含蠟量很高，開采過程中，無論蠟在油層內(nèi)還是在油管、集輸管內(nèi)析出．都會增加油流阻力，甚至堵塞油層影響生產(chǎn)。因此，在開采過程中，油井清蠟、防蠟和降粘是開采含蠟原油的主要措施之一。清蠟和防蠟技術(shù)由初期的機械清蠟、熱載體循環(huán)清蠟，已發(fā)展到電熱清蠟、化學(xué)清蠟、微生物清蠟等，并且做到清、防結(jié)合，以防為主，效果很好。1．機械清蠟以機械刮削方式清除油管、抽油桿及輸油管中沉積的蠟物質(zhì)，稱機械清蠟。第九十四頁，共292頁。

如圖2—50所示，由地面絞車滾筒纏繞鋼絲或鋼絲繩，通過滑輪、防噴管將加重鉛錘、副蠟片、麻花鉆頭、矛刺鉆頭等刮蠟器具下入油管，在油管結(jié)蠟部位上、下活動，刮碎管壁上的結(jié)蠟，并被油流帶出地面。如圖2—50所示，由地面絞車滾筒纏繞鋼絲或鋼絲繩，通過滑輪、防噴管將加重鉛錘、副蠟片、麻花鉆頭、矛刺鉆頭等刮蠟器具下入管，在油管結(jié)蠟部位上、下活動，刮碎管壁上的結(jié)蠟，并被油流帶出地面。機械清蠟的優(yōu)點是操作簡便有效，成本較低，缺點是清下的結(jié)蠟塊容易落人井底，堵塞射孔孔眼，加劇設(shè)備磨損。第九十五頁，共292頁。第九十六頁，共292頁。第九十七頁，共292頁。第九十八頁，共292頁。第九十九頁，共292頁。第一百頁，共292頁。第一百零一頁，共292頁。第一百零二頁，共292頁。第一百零三頁，共292頁。第一百零四頁，共292頁。第一百零五頁，共292頁。第一百零六頁，共292頁。第一百零七頁，共292頁。

油田上的油井分布很廣，從地下開采的產(chǎn)出液都需有一個收集、輸送、儲存和計量的過程；與此同時，井下產(chǎn)出液中，除原油外，同時伴有大量的天然氣、水、砂子、鹽類及其它雜質(zhì)，在送往煉油廠及共它用戶之前，還必須經(jīng)過初步的凈化處理等一系列工作。這些工作一般也屬于采油工程的范疇，油田上統(tǒng)稱油氣集輸，實質(zhì)是多相流體的混合輸送與分離工作。一，集油和集氣這項工作的目的是將各油井產(chǎn)出的原油和天然氣等匯集起來，經(jīng)過計量，輸送到集油站(聯(lián)合站或處理場)，進行分離、脫水等凈化處理。對于高粘度、高凝固點的原油，還要采用加熱、化學(xué)或物理等方法進行降粘、降凝處理，以保證在允許的輸送壓力下能夠?qū)⒃洼斔偷郊驼?，而不至于凝固在管道?nèi)。第一百零八頁，共292頁。第一百零九頁，共292頁。第一百一十頁，共292頁。第一百一十一頁，共292頁。第一百一十二頁，共292頁。第一百一十三頁，共292頁。第一百一十四頁，共292頁。第一百一十五頁，共292頁。第一百一十六頁，共292頁。第一百一十七頁，共292頁。第一百一十八頁，共292頁。第一百一十九頁，共292頁。石油鉆機或油、氣鉆機是指用來進行油氣勘探、開發(fā)的成套鉆井設(shè)備，通稱鉆機。陸用轉(zhuǎn)盤鉆機是成套鉆井設(shè)備中的基本型式．即通常所說的鉆機，也稱常規(guī)鉆機。為適應(yīng)各種地理環(huán)境和地質(zhì)條件，為加快鉆井速度，降低鉆井成本，提高鉆井綜合經(jīng)濟效益．近年來相繼研制了各種具有特殊用途的鉆機，如沙漠鉆機、叢式井鉆機、斜并鉆機、頂驅(qū)鉆機、且升飛機吊運的鉆機、小井眼鉆機、連續(xù)柔管鉆機等，可稱為特種鉆機。整套鉆機包括驅(qū)動與傳動、旋轉(zhuǎn)、起升、循環(huán)等系統(tǒng)設(shè)備，以及輔助設(shè)備與測量儀表等。本章簡要介紹鉆機的組成、類型、基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列、主要國產(chǎn)機械驅(qū)動與電驅(qū)動鉆機傳動方案、特點以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備。第一百二十頁，共292頁。一，石油鉆機組成石油鉆機屬于重型礦業(yè)機械，是由多種機器設(shè)備組成、具有多種功能的聯(lián)合工作機組。為滿足鉆井工藝要求，整套鉆機必須具備下列八大系統(tǒng)設(shè)備。(1)旋轉(zhuǎn)設(shè)備為了轉(zhuǎn)動井中鉆具，帶動鉆頭破碎巖石，常規(guī)鉆機配備有轉(zhuǎn)盤和水龍頭，頂驅(qū)動鉆機配備有頂驅(qū)鉆井裝置。(2)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備為了及時清洗井底、攜帶巖屑、保護井壁，鉆機配備有全套鉆井液的循環(huán)設(shè)備，如鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化及調(diào)配裝置(固控設(shè)備)等。當(dāng)采用井下動力鉆具鉆進時，本系統(tǒng)提供高壓鉆井液，以驅(qū)動井下渦輪鉆具或螺桿鉆具。(3)起升系統(tǒng)設(shè)備為了起下鉆具、下套管，控制鉆壓及鉆頭鉆進等，鉆機配備有一套起升設(shè)備，以輔助完成鉆井生產(chǎn)。這套設(shè)備由鉆井絞車、輔助剎車、游動系統(tǒng)(鋼絲繩、天車、游動滑車及大鉤)和井架組成。另外．還有用于起下操作的井口工具及機械化設(shè)備，如吊環(huán)、吊卡、卡瓦、動力大鉗或“鐵鉆工”、立根移運機構(gòu)等。第一百二十一頁，共292頁。第一百二十二頁，共292頁。第一百二十三頁，共292頁。第一百二十四頁，共292頁。第一百二十五頁，共292頁。第一百二十六頁，共292頁。第一百二十七頁，共292頁。第一百二十八頁，共292頁。第一百二十九頁，共292頁。第一百三十頁，共292頁。機械驅(qū)動鉆機是指以柴油機為動力，通過液力變矩器、鏈條、齒輪、三角膠帶等不同組合的傳動形式所驅(qū)動的鉆機。依據(jù)所采用的主傳動副類型，可分為齒輪鉆機、膠帶鉆機和鏈條鉆機。一、齒輪鉆機我國在60、70年代曾致力于齒輪鉆機的設(shè)計制造，如ZJ75—4、ZJ—150、zJl30—2、ZJl30—3，此類鉆機采用齒輪為主傳動副，配合萬向軸，傳動絞車和轉(zhuǎn)盤，成采用圓錐齒輪萬向軸并車驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。齒輪傳動允許線速度高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；萬向軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，維護保養(yǎng)方便，互換性好。但大功率螺旋齒圓錐齒輪制造困難，質(zhì)量不易保證，成本高，且現(xiàn)場不能更換、修理。因此進人80年代后，中深井以上鉆機不再采用齒輪而改用鏈條為主傳動副，不過在2000m級以下的淺井和輕便鉆機中，齒輪傳動鉆機仍具有優(yōu)越性。第一百三十一頁，共292頁。第一百三十二頁，共292頁。第一百三十三頁，共292頁。第一百三十四頁，共292頁。第一百三十五頁，共292頁。第一百三十六頁，共292頁。一、發(fā)展歷程電驅(qū)動鉆機發(fā)展歷程可分為：(1)交流電驅(qū)動鉆機即交流發(fā)電機(或工業(yè)電網(wǎng))—交流電動機驅(qū)動。(2)直流心驅(qū)動鉆機即直流發(fā)電機—直流電功機驅(qū)動。(3)可控硅整流直流電驅(qū)動鉆機即交流發(fā)電機—可控硅整流—直流電動機驅(qū)動。正在發(fā)展中的交流變頻調(diào)速驅(qū)動鉆機，即交流發(fā)電機—變頻調(diào)速器—交流電動機驅(qū)動。目前、海洋和陸地采用的幾乎全是可控硅整流直流電驅(qū)動鉆機。隨著大功率交流變頻調(diào)速器的研制成功并投入工業(yè)應(yīng)用，交流變頻調(diào)速電驅(qū)功鉆機將會日益增多。

第一百三十七頁，共292頁。第一百三十八頁，共292頁。第一百三十九頁，共292頁。第一百四十頁，共292頁。第一百四十一頁，共292頁。地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備包括轉(zhuǎn)盤和水龍頭及頂驅(qū)鉆井裝置。本節(jié)介紹轉(zhuǎn)盤和水龍頭。轉(zhuǎn)盤是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作機，是鉆機的關(guān)鍵部件。水龍頭在鉆井過程中懸持并允許鉆桿柱旋轉(zhuǎn)，讓鉆井液進入鉆桿柱內(nèi)腔完成循環(huán)洗井作業(yè)，是起升、循環(huán)與旋轉(zhuǎn)三個系統(tǒng)交匯的“關(guān)節(jié)”部件，習(xí)慣上把它歸人鉆機的地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備之列。鉆井轉(zhuǎn)盤與水龍頭，80年代已基本定型，90年代在結(jié)構(gòu)上和技術(shù)上沒有多大的變化和發(fā)展。1.轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤的功用與使用要求(I)轉(zhuǎn)盤的功用鉆井過程中，轉(zhuǎn)盤要完成如下主要工作：①轉(zhuǎn)動井中鉆具，傳遞足夠大的扭短和必要的轉(zhuǎn)速。②下套管或起下鉆時，承托井中全部套管柱或鉆桿柱重量。

第一百四十二頁，共292頁。第一百四十三頁，共292頁。第一百四十四頁，共292頁。第一百四十五頁，共292頁。第一百四十六頁，共292頁。第一百四十七頁，共292頁。第一百四十八頁，共292頁。第一百四十九頁，共292頁。第一百五十頁，共292頁。第一百五十一頁，共292頁。第一百五十二頁，共292頁。第一百五十三頁，共292頁。第一百五十四頁，共292頁。一，概述頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)(TopDriveDrillingSystem)或簡稱頂驅(qū)系統(tǒng)(TopDriveSystcm——TDS)，是一套安裝于井架內(nèi)部空間、由游車懸持的頂部驅(qū)動鉆井裝置。常規(guī)水龍頭與鉆井馬達(dá)相結(jié)合，并配備—種結(jié)構(gòu)新穎的鉆桿上卸扣裝置(或稱管柱處理裝置——Pipehander)，從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用導(dǎo)軌向下送進，可完成旋轉(zhuǎn)鉆進、倒劃眼、循環(huán)鉆并液、接鉆桿(單根、立根)、下套管和上卸管拄絲扣等各種鉆井操作。頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)是80年代以來鉆井設(shè)備發(fā)展的四大新技術(shù)(頂驅(qū)、盤式剎車、液壓鉆井泵和Ac變頻驅(qū)動)之一，鉆井實踐表明，頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)突出的優(yōu)點是：可節(jié)省鉆井時間20％一25％，可大大減少卡鉆事故，可控制井涌，避免井噴，用于深井、超深井、斜井及各種高難度的定向井鉆井時、其綜合經(jīng)濟效益尤為顯著。二，頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)的特點第一百五十五頁，共292頁。第一百五十六頁，共292頁。第一百五十七頁，共292頁。第一百五十八頁，共292頁。第一百五十九頁，共292頁。第一百六十頁，共292頁。第一百六十一頁，共292頁。第一百六十二頁，共292頁。第一百六十三頁，共292頁。第一百六十四頁，共292頁。現(xiàn)代石油鉆機具有絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵三大工作機組，為適應(yīng)石油鉆井工藝過程的要求，工作機組具有不同的負(fù)載特點和運動特性。驅(qū)動設(shè)備和傳動系統(tǒng)是鉆機八大系統(tǒng)設(shè)備中的兩大部分，它們是為三大工作機組服務(wù)的。驅(qū)動設(shè)備，或稱動力機組，提供各工作機需要的動力和運動。傳動系統(tǒng)，將動力機和各工作機聯(lián)系起來，將動力和運動傳遞并分配給各工作機。鉆機驅(qū)動設(shè)備類型的選擇和傳動系統(tǒng)的設(shè)計，必須滿足鉆井過程中各工作機對驅(qū)動特性及運動關(guān)系的要求，并具有良好的經(jīng)濟性。第一百六十五頁，共292頁。第一百六十六頁，共292頁。第一百六十七頁，共292頁。第一百六十八頁，共292頁。第一百六十九頁，共292頁。

3．分組驅(qū)動方案典型的分組驅(qū)動，將三工作機分成兩組，絞車、轉(zhuǎn)盤為油機或電動機)分別驅(qū)動，也稱為二分組驅(qū)動。分組驅(qū)動的目的主要是：(1)兼有統(tǒng)一驅(qū)動利用率高和單獨驅(qū)動傳動簡單、安裝方便的優(yōu)點；(2)現(xiàn)代深井、超深并鉆機采用7—9m高鉆臺，分組驅(qū)動可實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤、輔助絞車(貓頭軸)在高鉆臺上，而主絞車不上高鉆臺的方案；(3)滿足叢式井鉆機對工作機平面布置的要求：轉(zhuǎn)盤、絞車在鉆臺上并可隨鉆臺一起作縱橫方向的移動，而鉆井泵組不必移動。因此轉(zhuǎn)盤、絞車同鉆井泵組不能有任何機械傳動方面的聯(lián)系，必須進行兩組驅(qū)動。第一百七十頁，共292頁。第一百七十一頁，共292頁。第一百七十二頁，共292頁。第一百七十三頁，共292頁。第一百七十四頁，共292頁。四、鉆機驅(qū)動類型及典型驅(qū)動設(shè)備的外特性按照采用的動力設(shè)備的不同，分為機械驅(qū)動與電驅(qū)動兩大類。機械驅(qū)動以柴油機為動力機；電驅(qū)動以直流或交流電動機為動力機。1.機械驅(qū)動機械驅(qū)動，依驅(qū)動機組驅(qū)動特性的不同可進一步分為，柴油機直接驅(qū)動(或簡稱柴油機驅(qū)動)和柴油機—液力驅(qū)動機械傳動兩種。(1)柴油機驅(qū)動機械傳動以柴油機為動力，2—4臺柴油機，經(jīng)齒輪、膠帶、鏈條、萬向軸等機械傳動元件的多種形式的組合．實現(xiàn)并車、減速增矩、換向、倒車，以驅(qū)動傳動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。驅(qū)動特性就是柴油機本身的特性，工作機只能得到有限擋的有級調(diào)速。第一百七十五頁，共292頁。2．電驅(qū)動電驅(qū)動，依其發(fā)展歷程可分為：交流AC-AC驅(qū)動，直流DC-DC驅(qū)動，交直流AC-SCR-DC驅(qū)動，交流變頻驅(qū)動。3.幾種典型驅(qū)動設(shè)備的外特性所謂動力機的外特性，指的是扭矩M隨轉(zhuǎn)速n而變化的規(guī)律性，即M＝F(n)，常用曲線描述，稱為外特性曲線。第一百七十六頁，共292頁。一、柴油機驅(qū)動特點柴油機廣泛用作鉆井設(shè)備動力。其主要特點是：(1)不受地區(qū)限制，具有自持能力。無論寒帶、熱帶、高原、山地、平原、沙漠、沼澤、海洋、自帶燃料都可工作，這對勘探和開發(fā)新油田是非常重要的。(2)產(chǎn)品系列化后，不同級別鉆機，可采用所謂“積木式”即增加相同類型機組數(shù)目的辦法，以增加總裝機功率，從而減少柴油機品種。(3)在性能上，轉(zhuǎn)速可平穩(wěn)調(diào)節(jié)、能防止工作機過載，避免出設(shè)備事故。裝上全制式調(diào)速器，油門手柄處不同位置時，即可得到不同的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。當(dāng)外載增加超過Mmax時,柴油機便越過外特性上穩(wěn)定的工作點而滅火，不致造成傳動機構(gòu)或工作機因過載而損壞。(4)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷移運，適于野外流動作業(yè)。(5)作為鉆機動力機，它也有不足之處。扭矩曲線較平坦，適應(yīng)性系數(shù)小，過載能力有限，噪音大等。第一百七十七頁，共292頁。二，柴油機的驅(qū)動特性柴油機的特性就是柴油機自身的特性，包括外特性，負(fù)載特性和調(diào)速特性。1.外特性油泵固定在供油量最大位置時，性能參數(shù)N，Me,ge,GT隨n變化的規(guī)律性，即外特性。外特性是正確選擇及合理使用發(fā)動機的基礎(chǔ)。2.負(fù)荷特性定轉(zhuǎn)速下油耗ge隨功率Ne而變化的規(guī)律，稱為負(fù)載特性。依據(jù)負(fù)載特性，可確定動力機在定轉(zhuǎn)速下工作時的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，即蠔油率最小的功率范圍。3.調(diào)速特性油門手柄固定，油泵齒條由調(diào)速器自動控制時，Ne、Me與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，稱調(diào)速特性。第一百七十八頁，共292頁。三、鉆機柴油機的典型工況和功率標(biāo)定1．典型工況柴油機驅(qū)動鉆機三大工作機組時，典型工況有二(1)起升作業(yè)時驅(qū)動絞車功率在o一100％范內(nèi)周期地變化(柴油機配以變矩器時，采用遠(yuǎn)控油門裝置，負(fù)荷變化幅度稍小些)。每提升一根立根受載時間不長，工作是斷續(xù)的即間歇受載。(2)鉆進時驅(qū)動鉆井泵，或同時驅(qū)動泵與轉(zhuǎn)盤接近或達(dá)到滿功率運行，速度不變或變化很小。持續(xù)工作，每次可達(dá)10h以上。2。功率標(biāo)定標(biāo)定功率的原則是根據(jù)柴油機的用途、特點，考慮其動力性．經(jīng)濟性及使用壽命的平衡。鉆機柴油機應(yīng)根據(jù)其鉆井過程中工況的特點來標(biāo)定其功率及相應(yīng)的使用轉(zhuǎn)速。(1)起升功率Ｎd與轉(zhuǎn)速nd指用于起升時驅(qū)動絞車的功率和轉(zhuǎn)速。Nd取國標(biāo)規(guī)定的12h功率值，使用轉(zhuǎn)速nd可取該機的額定轉(zhuǎn)速。(2)鉆進功率Ndr與轉(zhuǎn)速ndr指用于鉆進時驅(qū)動泵和轉(zhuǎn)盤的功率和轉(zhuǎn)速。由于驅(qū)動泵和轉(zhuǎn)盤進行作業(yè)時，柴油機在接近或達(dá)到滿負(fù)荷工況持續(xù)運行，Ndr和轉(zhuǎn)速ndr都應(yīng)定得稍低些，可取相當(dāng)于國標(biāo)規(guī)定持續(xù)功率。ndr取該機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速。第一百七十九頁，共292頁。四，國產(chǎn)Ｚ１９０系列鉆機柴油機第一百八十頁，共292頁。六、機械傳動系統(tǒng)機械驅(qū)動鉆機的傳動方案依據(jù)鉆機的用途、鉆井深度、所采用的驅(qū)動類型及主傳動元件的不同而異。但是，任何一種鉆機其傳動系統(tǒng)的基本組成和所承擔(dān)的任務(wù)卻具有共性，都主要是由并車、倒車、減速增矩、變速變矩及轉(zhuǎn)換方向等幾部分所構(gòu)成，將及運動單獨地或統(tǒng)一地傳遞給各工作機，以滿足鉆井工作的需要。１.并車現(xiàn)代機械驅(qū)動鉆機都采用兩臺以上驅(qū)動機組，因此存在并車問題。廣泛采用的并車方式是：柴油機直接驅(qū)動，膠帶并車傳動。2．倒車轉(zhuǎn)盤需要倒車，絞車一般不需要倒車，倒車方案，花樣繁多。(1)齒正車、鏈倒車〔齒輪傳動正車、鏈傳動倒車)(2)雙錐齒輪正倒車這種方案適用于轉(zhuǎn)盤單獨倒車，需一個單獨的正倒車箱，齒輪鉆機常采用該方案。(3)鏈正車、齒倒車第一百八十一頁，共292頁。３.減速與變速鉆機動力機轉(zhuǎn)速高，而工作機轉(zhuǎn)速低，從動力機到工作機一般耍經(jīng)過3—5次減速。另外，絞車和轉(zhuǎn)盤要求調(diào)速范圍為5—10。為充分利用功率，一般應(yīng)設(shè)4—6個機械擋，柴油機—變矩器驅(qū)動時，也應(yīng)設(shè)3—4個機械擋。動力機至鉆井泵無需變速，除泵本身已有一次減速外，在傳動系統(tǒng)中再設(shè)I一2次減速即可。4.轉(zhuǎn)換方向鏈條鉆機，發(fā)動機與絞車滾筒鈾及泵軸采用軸線平行布置方案無轉(zhuǎn)向問題；而至轉(zhuǎn)盤則布兩種情況：轉(zhuǎn)盤水平軸平行發(fā)動機軸線者，鏈條傳轉(zhuǎn)盤，無轉(zhuǎn)向問題。轉(zhuǎn)盤水平軸垂直發(fā)動機軸線者，短萬向軸傳動轉(zhuǎn)盤，用角傳動轉(zhuǎn)向。第一百八十二頁，共292頁。柴油機與液力傳動元件變矩器或偶合器相結(jié)合，便構(gòu)成柴油機—變矩器或柴油機—偶合器驅(qū)動機組，可稱為柴油機—液力驅(qū)動。柴油機—變矩器驅(qū)動機組，因具有優(yōu)越的驅(qū)動特性，在現(xiàn)代鉆機中獲得廣泛應(yīng)用。偶合器屬于柔性傳動，但只能變速不能變矩。因此，柴油機—偶合器驅(qū)動。在鉆機中雖有應(yīng)用，但較少。一，液力傳動基本工作原理如圖1—14所示，主動軸經(jīng)離心泵將能量傳給工作液，工作濃又經(jīng)渦輪將能量傳給從動軸。因此，液體通過它在島心泵和渦輪機中的循外流功，實現(xiàn)運動的連續(xù)傳遞和能量的連續(xù)轉(zhuǎn)換。第一百八十三頁，共292頁。二，柴油機-偶合器驅(qū)動柴油機-偶合器驅(qū)動主要優(yōu)點是：傳動柔性，可吸收震動與沖擊；渦輪軸可隨外載變化而自動變速，可防止工作機過載，即使外載增加導(dǎo)致渦輪制動，動力機(主動軸)仍可以某一轉(zhuǎn)速工作而不滅火。第一百八十四頁，共292頁。第一百八十五頁，共292頁。三，柴油機—變矩器驅(qū)動1．液力變矩器(渦輪變矩器)導(dǎo)輪與外殼相連，是不轉(zhuǎn)動的，葉片大都為空間扭曲形狀。與偶合器相比，多了一個固定不動的導(dǎo)輪，性能便大不相同，當(dāng)泵輪扭矩ＭB一定時，導(dǎo)輪可改變渦輪輸出扭矩MT，使得MT可以小于、等于或大于MB。第一百八十六頁，共292頁。液力變矩器依結(jié)構(gòu)特點可分為：①按禍輪級數(shù)單級。②按渦輪內(nèi)液流流向離心式、向心式、軸流式。第一百八十七頁，共292頁。2．柴油機—變矩器驅(qū)動的特性柴油機加上變矩器組成柴油機—變矩器機組后，其驅(qū)動特性是柴油機—變矩器聯(lián)合工作的外特性，較柴油機直接驅(qū)動時的特性有根本性改變。(1)驅(qū)動特性如果變矩器選型合適，柴油機、變矩器匹配得當(dāng)，可得到輸入特性和聯(lián)合工作外特性曲線。(2)特性指標(biāo)①經(jīng)濟性能指標(biāo)變矩器最高效率ηmax≌90％(設(shè)計計算時取η＝ηmax)，高效區(qū)內(nèi)最低一般取ηmax≥８0％。②變矩性能指標(biāo)啟動變矩比Ｋ０＝3—4；高效區(qū)內(nèi)最大變矩比Ｋ１＝2—2．2。③加載性能指標(biāo)表征外界負(fù)荷變化時透過變矩器對柴油機工況的影響，可用透穿度Ｔ來表爾，令T12＝MB1／MB2，稱變矩器的透穿度。３．柴油機—變矩器驅(qū)動的優(yōu)越性(1)隨外載變化能自動無級地變速變矩，驅(qū)動絞車時，可明顯提高鉆機起升工效。第一百八十八頁，共292頁。(2)使柴油機始終維持在經(jīng)濟合理的工況運行，即使外載增大、導(dǎo)致渦輪軸處于制動狀態(tài)時，柴油機也不會被控滅火。(3)Ｋ值大，使機組適應(yīng)外載變化能力大大增強。(4)調(diào)速范圍R展寬，在高效工作區(qū)內(nèi)Ｒ≥２，在重載、輕載都可以工作、只不過效率較低些。為了提高效率，設(shè)3—4個機械變速擋即可，這就簡化了傳動，又方便了操作，擋間還是無級調(diào)速，可充分利用設(shè)備功率。(5)傳動平穩(wěn)柔和，吸收沖擊振動，延長機械設(shè)備壽命。(6)減少并車損失，柴油機—變矩器并車比柴油機用膠帶直接并車要減少功率損失約3％，這是很可觀的。液力變矩器主要不足之處是效率偏低，最高效率一般為85％一90％，且效率隨渦輪軸轉(zhuǎn)速在很大范圍內(nèi)變化；純鉆進驅(qū)動泵時工效明顯低于機械傳動。此外，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還需要一套補償和散熱冷卻系統(tǒng)．第一百八十九頁，共292頁。四、柴油機—變矩器驅(qū)動鉆機的提升曲線根據(jù)柴油機。變矩器聯(lián)合工作的外特性及鉆機所配備的機械變速擋數(shù)，便可繪出鉆機提升載荷與提升速度之間的關(guān)系曲線，稱提升特性曲線或鉆機牽引特性曲線。一般鉆機說明書中部給出該特性曲線。由各曲線圖可見，如能按規(guī)定及時換擋，實際的提升曲線很接近理想的等功率雙曲線，提升速度也是無級變化的，說明柴油機—變矩器的鉆機能充分利用提升功率，縮短起升時間，加快鉆井速度。第一百九十頁，共292頁。圖4-31為變矩器充油量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)示意圖。供油泵、散熱器、無油調(diào)節(jié)閥、變短器、油箱構(gòu)成工作回路系統(tǒng)。手輪調(diào)壓閥、踏板調(diào)壓閥、開關(guān)閥、手動控制購、充油調(diào)節(jié)閥氣動部分組成充油量調(diào)節(jié)的控制氣路。適當(dāng)操作手輪調(diào)壓閥或踏板調(diào)壓閥可調(diào)節(jié)控制氣的壓力大小，控制氣動活塞位移量，同時調(diào)節(jié)變矩器進、排油孔口的開、關(guān)程度，以實現(xiàn)充油量調(diào)節(jié)：進油口(孔口a、b)開度加大，排油口(孔口c)開度減小，則充油量增加；反之，充油量減小。當(dāng)控制氣壓力為最大值時、氣動活塞處于下死點位置，進油孔a、b連通，開度最大；排油孔口c全關(guān)．變矩器全量充油，用于重載工況，如鉆進、提升鉆檸。當(dāng)控制氣壓力處于零時，氣動活塞處于上死點位置，進、排孔口分別趨于全關(guān)、全開，變矩器無油或油量很小．用于空載工況。當(dāng)控制氣壓力調(diào)在最大一最小范圍內(nèi)某一值時，進油口局部開啟，排油口局部關(guān)閉，變矩器處于部分充油狀態(tài)，用于輕載工況，如劃眼、提升交吊卡等。第一百九十一頁，共292頁。第一百九十二頁，共292頁。石油鉆機電驅(qū)動技術(shù)，經(jīng)歷了AC—AC、DC—DC和AC—SCR—DC等階段，現(xiàn)已進入發(fā)展AC變頻驅(qū)動新時期。當(dāng)前，國外海陸油氣勘探領(lǐng)域正在使用的電驅(qū)動鉆機幾乎都是SCR直流電驅(qū)動形式，且SCR驅(qū)動已發(fā)展到第四代。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻(Ac變領(lǐng))驅(qū)動技術(shù)于80年代中期首先被引人頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)，10年來已有了長足的發(fā)展。可以預(yù)期，21世紀(jì)初，交流變頻驅(qū)動技術(shù)在石油裝備領(lǐng)域．尤其是在石油鉆機、頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)方面的研究開發(fā)與應(yīng)用，將進人一個蓬勃發(fā)展的時期。我國交流變頻驅(qū)功技術(shù)的研究開發(fā)已達(dá)到較高水平。還應(yīng)抓緊時機，全力研究開發(fā)國產(chǎn)交流變頻驅(qū)動鉆機和頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)，力爭在這一領(lǐng)域與國外同步發(fā)展。第一百九十三頁，共292頁。一，電動機的機械特性1．機械特性與特性硬度電動機的轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩Ｍ之關(guān)系n＝f(M)，稱為電動機的特性。電動機轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩改變而變化的程度稱為機械特性硬度，用硬度系數(shù)a表示。特性曲線上任一點的硬度系數(shù)a為該點轉(zhuǎn)矩變化百分?jǐn)?shù)與轉(zhuǎn)速變化百分?jǐn)?shù)之比，可分為3種類型。①特硬特性a＝∝，即轉(zhuǎn)速n不隨轉(zhuǎn)矩M變化；②硬特性a＝40一10，即轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩增加而下降，但改變程度不很大；③軟特性d＜10，即轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩增加快速下降。2．固有特性和人為特性固有特性是指電動機端電壓、頻率(指交流電流)、勵滋電流都為額定值，且電極電力回路中無附加電阻時所具有的特性。通過改變上述條件進行調(diào)節(jié)得到的機械特性稱人為特性或調(diào)節(jié)特性。第一百九十四頁，共292頁。二，直流電動機機械特性與人為特性1.直流電動機固有機械特性直流電動機固有機械特性與勵磁方式有關(guān)。(1)并勵(它勵)電動機具有硬特性。從空載到額定負(fù)載轉(zhuǎn)速約下降5％一10％。(2串勵電動機串勵電機的磁通是變化的，具有軟機械特性。此外，串勵電機電磁力矩與電流平方成正比．啟動轉(zhuǎn)矩大。因此、串勵電機適于驅(qū)動帶重載啟動的機械設(shè)備，如起重機、機車、絞車等。但應(yīng)強調(diào)的是：串勵電機輕載時電樞電流人很小，致使磁通由也很小，故轉(zhuǎn)速過高，有“飛車”危險。為安全計，不應(yīng)采用鏈條或膠帶傳動；負(fù)荷不應(yīng)低于額定值的25％一30％。2．直流電動機的人為特性(調(diào)速方法)由n＝f(M)公式可見，改變及Re、U及￠中任一個量即可改變轉(zhuǎn)速n，即它勵直流電動機有三種調(diào)速方法：電樞串電阻、降低供電電壓與減弱磁通。第一百九十五頁，共292頁。(1)電樞串電阻調(diào)速在電樞電路中串人可調(diào)電阻Rac保持電源電壓U和勵磁電流(磁通￠)不變。此法只能向降速方向調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍—般為1．5：1。這種調(diào)速方法簡單，但調(diào)節(jié)電阻Rac要長時間通過電樞電流，消耗大量電能．很不經(jīng)濟；可用于中小容量的電機，對鉆機驅(qū)動電機不適用。(2)降低電樞電壓調(diào)速此法自額定轉(zhuǎn)速住下調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)6：1到8：1。均勻降低電樞電壓U，可實現(xiàn)平滑無級調(diào)節(jié)。磁通不變，工作電流不超過額定值、允許輸出轉(zhuǎn)矩仍為額定值，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(3)減弱磁通調(diào)速此法只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)。對一般的直流電機，轉(zhuǎn)速不宜超過額定轉(zhuǎn)速的20％。弱磁調(diào)速，經(jīng)濟方便，可實現(xiàn)無級平滑調(diào)節(jié)。第一百九十六頁，共292頁。三、交流電動機固有機械特性與人為特性1.交流電動機固有機械特性同步電機轉(zhuǎn)于轉(zhuǎn)速n＝n1＝60f／P，只取決于交流電頻率f。和磁極對數(shù)P，不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩的改變發(fā)生變化。同步電機的啟動性能很差，但具有較高的功率因數(shù)和效率，可用于不經(jīng)常啟動、不需要調(diào)速的中等功率和大功率的電力驅(qū)動，如驅(qū)動大型壓氣機、水泵、輸油泵等。在AC—AC電驅(qū)動鉆機中曾用于驅(qū)動鉆井泵。異步電機過載能力較大，一殷過載系數(shù)K＝Mmax／Me＝1．6—2．8，在Ac—Ac電驅(qū)動鉆機中，常用繞線式異步電機驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤，但需設(shè)立較多機械擋，進行有級調(diào)速。采用轉(zhuǎn)子中串進允許長期電流通過的電阻，可調(diào)低速度，但功率損耗大，不經(jīng)濟。鼠籠式電機不宜經(jīng)常啟動及降速，只用于驅(qū)動鉆井泵及中小功率的輔助設(shè)備，如壓氣機、離心泵等。第一百九十七頁，共292頁。四、AC—SCR—DC可控硅宣流電驅(qū)動1．SCH電驅(qū)動2.SCK電驅(qū)動優(yōu)點與機械驅(qū)動(MD))相比較，SCR驅(qū)動具有如下優(yōu)越性：(1)直流電動機具有人為軟特性。調(diào)速范圍寬，R一般為2．5—5。超載能力強，K一般為1．6—2．5。因具有無級調(diào)速的鉆井特性，可提高鉆井效率。(2)極大地簡化了機械傳動系統(tǒng)，提高了傳動效率，如從動力機軸到絞車

輸入軸的傳動效率可達(dá)86％，比MD驅(qū)動約高1I％。(3)柴油機交流發(fā)電機組中的柴油機始終處于最性運轉(zhuǎn)工況(額定轉(zhuǎn)速、載荷自動均衡分配)，比MD可節(jié)省燃料18％一20％；大修周期延長80％，柴油機使用壽命延長。(4)并聯(lián)驅(qū)動、動力可互濟，動力分配更靈活合理。第一百九十八頁，共292頁。(5)SCR驅(qū)動便于鉆機的平面和立體布置，且維護費用僅為MD驅(qū)動的30％；自動化程度較高，使用更安全可靠。SCR驅(qū)動鉆機，雖然初投資略高于MD驅(qū)動鉆機，但其綜合經(jīng)濟性好，具有強大生命力。自1970年問世以來，獲得迅猛發(fā)展，不僅完全取代了DC—DC驅(qū)動，應(yīng)用于海洋鉆機，而且也主宰了陸上深井、超深井鉆機。五、加速發(fā)展AC變頻電驅(qū)動鉆機AC-AC是鉆機最早采用的驅(qū)動方式。由于交流電動機具有硬特性，不能滿足鉆機工作機對調(diào)速的要求．隨著DC—DC和SCR驅(qū)動型式的發(fā)展，使AC—AC驅(qū)動型式失去了競爭力。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速已發(fā)展成為一門成熟的交流變頻技術(shù)，已使交流電動機的調(diào)速控制性能達(dá)到了直流電動機調(diào)速控制性能的水平。此外，和直流電動機相比，交流電動機具有沒有整流子、碳刷等活動部件，防爆要求低，無須維護、安全可靠；單機容量大．體積小，質(zhì)量輕，價格便宜等明顯優(yōu)點。因此，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，先進、成熟的交流變頻器系列產(chǎn)品的問世和應(yīng)用，佼AC變頻驅(qū)動鉆機和頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)，比SCR直流電驅(qū)動型式具有明顯優(yōu)勢，必將成為電驅(qū)動鉆機的發(fā)展方向。第一百九十九頁，共292頁。1．交流變頻電驅(qū)動基本工作原理交流電功機轉(zhuǎn)速關(guān)系式為M＝6f／(1-S)／P，改變P、S或f都可以改變轉(zhuǎn)速．但最好調(diào)速方法是改變輸入的電源頻率f。為此，需要一個輸出頻率f及電壓均可調(diào)，并具有良好控制性能的變頻電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展．采用可自關(guān)斷的全控器件．應(yīng)用脈寬調(diào)劑(PWM)技術(shù)及電動機矢量控制技術(shù)，研制成先進的交流變頻器，形成了成熟的交流變頻電驅(qū)動系統(tǒng)。交流變頻電驅(qū)功系統(tǒng)由交流電源、交流變頻器和交流電動機組成。對于石油鉆機，交流電源主要是柴油交流發(fā)電機發(fā)出的交流電(380V一600V)。交流變頻器的主回路由一個整流器和一個逆變器組成，兩者通過直流電路相連接。整流器將輸入的固定頻率的交流電變?yōu)橹绷麟?，逆變器再將直流電變?yōu)轭l率和幅值可調(diào)的交流電供給交流電動機，從而可準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)控制電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩。第二百頁，共292頁。2．交流變頻電驅(qū)動的特點(1)能精確控制電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使鉆機的絞車、轉(zhuǎn)盤實現(xiàn)無級變速；可實現(xiàn)恒功率調(diào)速，調(diào)速范圍寬，大大簡化了機械變速機構(gòu)。低速性能好．能以極低速度恒扭矩輸出，對處理鉆井事故、側(cè)鉆修井、小泥漿流量作業(yè)及優(yōu)選參數(shù)鉆井極為有利。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速為零、處于制動狀態(tài)時，可保持最大扭矩、靜懸鉤載。(2)具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速限定功能，可防止扭斷鉆桿柱、損壞傳動機件。變頻器對電動機有過載、過熱、過電流保護性能。(3)電動機短時超載能力強（1.5一2倍），可帶載平穩(wěn)啟動。下鉆時可實現(xiàn)對電網(wǎng)能量反饋，減少制動裝置的能量損耗，節(jié)約能源。(4)交流電動機效率高達(dá)96％(直流電動機為91％)，沒有碳刷換向器，不須制成防爆型安全型。不須管道強制冷卻，維護費用低，易于操作管理，可靠性高。(5)容易實現(xiàn)自動化控制，提高鉆井自動化水平。交流變頻器備有多種通訊接口，通過專用接口可與微機連接，可實時自動檢測鉆井參數(shù)并實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，提高了鉆井自動化水平。第二百零一頁，共292頁。起升系統(tǒng)是鉆井機的核心，它包括絞車，游動系統(tǒng)，井架。第一節(jié)起升系統(tǒng)工作原理1.起下操作更換鉆頭時，需將井中的全部鉆柱取出，稱起鉆作業(yè)。(1)上提鉆具全露方鉆扦，用卡瓦將鉆柱座在轉(zhuǎn)盤上。(2)旋下方鉆桿，將方鉆桿—水龍頭置于大鼠洞中。(3)用吊環(huán)扣住鉆桿接頭。(4)掛合絞車滾筒，帶動鉆柱起升，提出卡瓦，將井中整個鉆柱起升一個根高度，然后摘開離合器，剎車。第二百零二頁，共292頁。(5)稍松剎車．下放鉆柱，用卡瓦將鉆柱卡在轉(zhuǎn)盤上．或扣牢下卡瓦坐在轉(zhuǎn)盤上。(6)用大鉗和貓頭或上卸扣氣缸，拉大鉗崩松頂部立根接頭絲扣。(7)用轉(zhuǎn)盤帶動鉆柱正轉(zhuǎn)或用旋繩器卸扣。(8)移立根入鉆桿盒并靠在二層臺指梁中，摘開吊卡。(9)下放空吊卡至轉(zhuǎn)盤上方剎住。起另一立根時又重復(fù)上述操作，每起一立根構(gòu)成一個起鉆循環(huán)，一直將井中鉆柱全部起出為止。2.下鉆操作將鉆頭，鉆鋌，方鉆桿組成的鉆桿柱下入到井中，稱下鉆作業(yè)。(1)掛吊卡，以高速擋提升至一立根高度。(2)二層臺處扣吊卡，稍提立根，移至井眼中心．對扣。(4)用貓頭和大鉗緊扣。(3)拉貓頭族繩或用旋繩器上扣。(5)稍提鉆柱，移出或提出卡瓦。(6)用機械剎車和輔助剎車控制下放速度，將鉆柱下放一立根的距離。(7)借助吊卡或卡瓦，將鉆柱座在轉(zhuǎn)盤上，從用卡上將吊環(huán)脫開。第二百零三頁，共292頁。二，游動系統(tǒng)中鋼繩與滑輪的運動分析第二百零四頁，共292頁。在起下鉆過程中，快繩側(cè)的滑輪轉(zhuǎn)速要比死繩側(cè)的高數(shù)倍，所以當(dāng)天車、游車進行檢修時，應(yīng)將其滑輪及軸承相互倒換，以使軸承的使用壽命均衡。在設(shè)計軸承選型計算時，應(yīng)以快繩側(cè)的軸承工況為依據(jù)。同樣，在快繩側(cè)的鋼繩由于彎曲次數(shù)比死繩側(cè)多出數(shù)倍．前邊的鋼繩會提前疲勞斷絲．所以鋼繩經(jīng)過一定時問后。應(yīng)從死繩端儲繩卷簡中放出新繩，從滾筒上截摔一段舊繩，然后重新固定纏好，即一段一段向滾筒方向補充新繩。三，游動系統(tǒng)鋼繩拉力和效率第二百零五頁，共292頁。第二百零六頁，共292頁。第二百零七頁，共292頁。第二百零八頁，共292頁。第二百零九頁，共292頁。第二百一十頁，共292頁。第二百一十一頁，共292頁。第二百一十二頁，共292頁。一，功能與結(jié)構(gòu)組成鉆井絞車不僅是起升系統(tǒng)設(shè)備，而且也是整個鉆機的核心部件，是鉆機三大工作機組之一。1.功用（1）用于起下鉆具，下套管。（2）鉆進過程中控制鉆壓，送進鉆具。（3）借助貓頭上，卸鉆具絲扣，起吊重物及進行其他輔助工作。（4）充當(dāng)轉(zhuǎn)盤的變速機構(gòu)或中間傳動機構(gòu)。（5）整體起放井架。2.結(jié)構(gòu)組成鉆井絞車是一臺多職能的起重工作機。組成部分：（1）滾筒，滾筒軸總成這是絞車的核心部件。第二百一十三頁，共292頁。（2）制動機構(gòu)包括機械剎車和水剎車（或電磁剎車）（3）貓頭和貓頭軸總成用于上卸扣，起吊重物；（4）傳動系統(tǒng)引入并分配動力和傳遞運動。（5）控制系統(tǒng)包括牙嵌式，齒式，氣動離合器，司鉆控制臺，控制閥等。（6）潤滑系統(tǒng)包括黃油潤滑，滴油潤滑和密封潤傳動時的飛濺或強制潤滑。（7）支撐系統(tǒng)有焊接的框架式支架或密封閉箱殼式坐架。二，絞車的類型與選用最能體現(xiàn)絞車結(jié)構(gòu)特點的是它的傳動方案。主要按車軸數(shù)的不同進行分類，可分為單軸，雙軸，三軸，多軸等不同的絞車類型。第二百一十四頁，共292頁。第二百一十五頁，共292頁。2．絞車的選用一臺鉆機采用何種結(jié)構(gòu)類型的絞車與多種因素有關(guān)，主要有：(1)功率大小主滾筒是否上鉆臺，如何安裝移運。(2)變速方式絞車變速在內(nèi)還是在外，這與整機傳動方案有關(guān)，要統(tǒng)一考慮，輕中型多為絞車外變速；重型、超重型鉆機則多采用絞車內(nèi)變速。(3)倒車方式絞車倒車在外還是在內(nèi)。(4)貓頭種類與數(shù)量貓頭軸要否慣性剎車；離合器數(shù)量及布置。(5)功用是否充當(dāng)轉(zhuǎn)盤中間機構(gòu)、變速機構(gòu)。(6)潤滑方式黃油、滴油、飛濺或是強制潤滑。(7)控制方式一般都采用集中氣控制、氣排擋，(8)驅(qū)動類型。四，絞車的技術(shù)參數(shù)鉆井絞車已制定有標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)絞車的主參數(shù)是名義井深。第二百一十六頁，共292頁。第二百一十七頁，共292頁。一，機械剎車功用與使用要求(1)功用下鉆、下套管時，剎慢或剎住滾筒，控制下放速度，懸持鉆具；正常鉆進時，控制滾筒轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)鉆壓．送進鉆具。(2)使用要求安全可靠，靈活省力，壽命長。剎車按作用原理可分為帶式、塊式、盤式等，石油礦場主要用帶式，盤式近年來也有較大發(fā)展。二，帶式剎車1．結(jié)構(gòu)組成與工作原理因5—14為單打桿剎車機構(gòu)示意圖。該剎車機構(gòu)是由控制部分(剎把4)、傳動部分(傳動杠桿或稱剎車曲軸3)、制動部分(剎帶1、剎車鼓2)、輔助部分(平衡梁6和調(diào)整螺釘7)、氣剎車等組成。第二百一十八頁，共292頁。剎車時，操作剎把4轉(zhuǎn)動傳動杠桿3，通過曲拐拉拽剎帶1活動端使其抱住剎車鼓20扭動剎把手柄可控制司鉆閻5啟動氣剎車。氣剎車起省力作用。平衡梁6用來均衡左、右剎帶松緊程度，以保證受力均勻。當(dāng)剎塊磨損使剎帶與剎鼓間隙增大導(dǎo)致利把的剎止角過時．可通過調(diào)整螺釘7調(diào)整到初始間隙。第二百一十九頁，共292頁。2.剎帶兩端的拉力第二百二十頁，共292頁。3．剎車杠桿工作分折剎車杠桿指剎把、曲拐抽、曲拐連桿等組成的機構(gòu)，其作用是將剎把上的操作力放大若干倍、以滿足剎住重載時剎帶活端總拉力t的需要?？蓪⒏軛U力放大的倍數(shù)叫做杠桿的增力倍數(shù)。杠桿可分為單杠桿和雙杠桿兩種。第二百二十一頁，共292頁。由上式可見，P或i的大小主要取決于l與r的比值，其次由于剎車塊的磨損情況不同，致使剎車塊與剎車鼓間的間隙由小變大，所以剎把的剎住角a也在變，因而P與i也隨a發(fā)生變化，β和η是定值。根據(jù)司鉆的操作情況，剎把的最合適的傾角應(yīng)為a＝45一30。，130型鉆機用單杠桿的i＝20一30，而這時剎把力卻要67—45kgf，這顯然是一個人力所不能勝任的。所以單杠桿機構(gòu)一般只用于輕型和中型鉆機。重型和超重型鉆機為了保證當(dāng)氣剎車出故障時仍能安全可靠地剎住(130一200)t的重載，就必須采用更高i值的雙杠桿剎車機構(gòu)。4.帶式剎車的優(yōu)缺點(1)帶式剎車的優(yōu)點①包角可達(dá)到270°技至330°。，其制動力矩可隨包角的增大而增大，以適應(yīng)重型絞車的需要。②采用雙杠桿剎車機構(gòu)既省力又安全。③機構(gòu)簡單緊湊，便于維修。(2)帶式剎車的缺點由于剎帶的作用，也存在一些缺點：第二百二十二頁，共292頁。①剎車時滾筒獨受一彎曲力，其值為T、t的向量和。②只能用于單向制動，固其反向制動力矩要小，倍。③活動端和固定端的剎車塊磨損不均衡。

三、盤式剎車盤式剎車包括：剎車盤5、剎車液缸1、剎車鉗或剎車杠桿2，剎車塊3，鉗架4以及液壓控制系統(tǒng)等，用以制動滾筒6。全套剎車剎車鉗有二：一為工作鉗，用于下鉆及鉆進過程；一為應(yīng)急鉗，作為安全保險用。第二百二十三頁，共292頁。剎車鉗的結(jié)構(gòu)方案可以分為柱什鉗和固定鉗兩種。前者中心液缸在剎車盤外緣，雙活塞反向動作。后者兩個對置液缸分居剎車盤外側(cè)，活塞直接對剎車塊加壓。而每一種又可以分為用液壓加壓的常開式和用彈簧加壓的常閉式。第二百二十四頁，共292頁。2．盤式剎車的優(yōu)缺點盤式剎車與帶式剎車相比有以下優(yōu)點：(1)剎車盤為中空帶通風(fēng)葉輪式，散熱性好．整個盤面積只有不到1／10在摩擦發(fā)熱，而其余面積都在交替散熱。盤和塊的熱穩(wěn)定性好(熱衰退小)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，制動力矩平穩(wěn)。(2)由于盤塊間的比壓大和盤的離心作用，盤塊間不易存水和油污物，所以剎車塊的吃水穩(wěn)定性好。(3)剎車盤的熱變形小，熱疲勞壽命較長。(4)比壓分布均勻，摩擦副的壽命較長。(5)正反向剎車力矩一樣，帶式則不一樣。(6)剎車盤的GD2比剎車鼓小，剎止的時間短，反映靈敏。(7)剎把力只有100N左右，操作省力。(8)每個剎車鉗皆可獨立剎止全部鉆桿柱重量，且有應(yīng)急鉗，剎車的可靠性大大提高。(9)更換剎車只需20nin。但盤式剎車存在兩個缺點：一是比壓比帶式大2倍，摩擦表面溫度高，對塊的材料要求高；二是多了液壓裝置及其密封圈等易損件。第二百二十五頁，共292頁。第二百二十六頁，共292頁。第二百二十七頁，共292頁。四，輔助剎車輔助剎車主要有水剎車及電磁渦流利車兩種。水剎車結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于鉆井絞車上作為減速機構(gòu)剎車。電磁混流剎車是近年新發(fā)展起來的，性能好、我國已設(shè)計制造系列電磁渦流剎車，正廣泛應(yīng)用于各級鉆機。1．水剎車(1)水剎車的功用、結(jié)構(gòu)與原理①水利車的作用在下鉆時剎慢滾筒，保持鉆具以安全的速度均勻下放。②作用原理下鉆時，滾筒軸轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)于水室中水因離心力作用被甩到外緣，并受迫被導(dǎo)流人定子水室；在定子水室由外緣流向心部，然后又受迫被導(dǎo)流人轉(zhuǎn)子水室，于是在各水室中液流都形成小渦流在不斷循環(huán)。簡言之，運動著的傾斜轉(zhuǎn)子葉片，迎面去切割高速循環(huán)的小渦流，遇到很大阻為，形成制動力矩。水剎車工作原理的實質(zhì)就是通過Df片和液流的互相作用，以吸收下鉆時產(chǎn)生的大部分動能，并轉(zhuǎn)化成熱能釋放，從而減輕帶剎車的負(fù)擔(dān)。第二百二十八頁，共292頁。第二百二十九頁，共292頁。②水剎車能力的調(diào)節(jié)水剎車內(nèi)水室充滿度的大小直接反映了剎車能力，水位的高低由水剎車水位調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)。水位調(diào)節(jié)裝置下部為水剎車進水口與水剎車下部水口相接，水位調(diào)節(jié)裝置上部回水口與水剎車上部水口相接。2．電磁渦流剎車電磁渦流利車是適用于海洋和陸地鉆機上的新型輔助剎車。它利用電磁感應(yīng)原理進行無損制動，無易損件，制動性能好，使用壽命長，操作維修簡單。在國內(nèi)外鉆機上正在獲得廣泛應(yīng)用。三相380v的交流電源經(jīng)三相變壓器降壓輸入整流器，經(jīng)過三相整流橋輸出連續(xù)可調(diào)的直流電至激磁線圈，在激磁周圍產(chǎn)生固定磁場，轉(zhuǎn)子即處于此磁場中。當(dāng)它被滾筒軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)于磁通密度的變化在轉(zhuǎn)子表面感生電動勢，逐即引起渦電流。此渦電流形成旋轉(zhuǎn)磁場，與固定磁場相互作用便產(chǎn)生制動力矩。制動產(chǎn)生的熱量內(nèi)從側(cè)面輸入的冷卻水帶走。第二百三十頁，共292頁。一，并架及其類型1.概述〔1)功用①安放天車，懸掛游車、大鉤及專用工具(如吊鉗等)。在鉆井過程中進行起下鉆具操作，下管套。②起下鉆過程中，用以存放立根，能容納立根的總長度稱立根容量。(2)結(jié)構(gòu)組成石油礦場k上使用各種并架，井架的組成主要有：①井架主體多為型材組成的空間桁架結(jié)構(gòu)。②天車臺安置天車和天車架。③天車架安裝、維修天車之用。④二層臺包括井架工進行起下操作的工作臺和存靠立根的指梁。⑤立管平臺裝拆水龍帶操作臺。⑥工作梯。第二百三十一頁，共292頁。①足夠的承載能力，保證起下一定深度的鉆桿柱和下放一定深度的套管柱。所謂足夠即要與該井架所配用的鉆機大鉤公稱起重量(最大鉆桿柱重量)及大鉤最大起重量相適應(yīng)。②間；井架上、下底應(yīng)有必要的尺寸，以安裝天車井保證起下操作時游動系統(tǒng)設(shè)備暢行無阻；保證鉆臺有足夠面積，以便于布置設(shè)備、安放工具，方便工人安全操作，使司鉆有良好的視野。③應(yīng)保證拆裝方便，移運迅速。第二百三十二頁，共292頁。2．整體結(jié)構(gòu)類型鉆井井架按整體結(jié)構(gòu)型式的主要特征可分為塔形井架、前開口井架、A形井架、桅形井架、動力力井架等多種類型。(1)塔形井架①井架本體是封閉的整體結(jié)構(gòu)．整體穩(wěn)定性好，求載能力大。②整個井架是由單個構(gòu)件用螺栓連接而成的可拆結(jié)構(gòu)。井架尺寸可不受運輸條件限制，允許井架內(nèi)部空間大，起下操作方便、安全。但單件拆裝工作量大，高空作業(yè)，不安全。(2)前開口井架①整體井架本體分成4—5段，各段一般為焊接的整體結(jié)構(gòu)，段問采用錐銷定位和螺栓連接，地面或接近地面水平組裝，整體起放，分段運輸。②因受運輸尺寸限制，井架本體截面尺寸比塔形井架小。為方便游動系統(tǒng)設(shè)備上下暢行，無井架做成前扇敞開、截面為II型不封閉空間結(jié)構(gòu)。第二百三十三頁，共292頁。(3)A形井架①A形井架結(jié)構(gòu)型式的主要特征①兩大腿通過天車臺、二層臺及附加桿件連成“A”字形。在大腿的前方或后方有撐稈支承，或后方有人字架支承，構(gòu)成一完整的空間結(jié)構(gòu)。整個并架在地面或接近地面水平組裝，整體起放，分段運輸。②A形井架的每根大腿部是封閉的整體結(jié)構(gòu)，承載能力和穩(wěn)定性較好。但因只有兩脆，且腿間聯(lián)系較弱，致使井架整體穩(wěn)定性不理想。(4)桅形井架桅形井架是一節(jié)或幾節(jié)桿件結(jié)構(gòu)或管柱結(jié)構(gòu)組成的單柱式井架，有整體式和伸縮式兩種。桅形井架一般是利用液缸或絞車整體起放，整體或分段運輸。二、并架基本參數(shù)及受載分析1.井架的基本參數(shù)(1)最大鉤載井架的最大鉤載是指死繩固定在指定位置、用規(guī)定的鉆井繩數(shù)、沒有風(fēng)載和立根的條件下，大鉤的最大其重量。最大鉤載包括游車和大鉤的自重（鉆機的最大鉤載不包括游車和大鉤自重）。第二百三十四頁，共292頁。(2)立根載荷指立根自重及其承受的風(fēng)載在二層臺指梁上所產(chǎn)生的水平方向作用力。(3)井架高度井架高度根據(jù)其類型不同而定義。①塔形井架其高度是指井架大腿底板底面到天車梁底而的垂直高度②前開口井架和A形井架是指井架下底角銷扎中心到天車梁面的垂直高度。③桅形井架高度指撬座或車輪與地面接觸點到天車梁底面的垂直高度。(4)井架的有效高度指鉆臺到天車梁底面的垂直高度。(5)一層臺高度指由鉆臺面到二層臺面的垂直高度。(6)二層臺容量指二層臺(安裝在最小高度上)所能存放鉆桿的數(shù)量。(7)上底尺寸和下底尺寸塔形井架的上底尺寸和下底尺寸分別指井架相鄰大腿上底和下底軸線間的水平距離。對于單角鋼大腿，則指角鋼外緣之間的距離。(8)大門高度塔形井架大門高度是指井架大腿底板底面到大門頂面的垂直高度。一般應(yīng)高于8m，以便將單根拉上鉆臺。第二百三十五頁，共292頁。2．井架基本載荷分析(1)恒裁井架的恒載指長期作用在井架上的不變載荷，包括井架本身的重量及在其上的各種設(shè)備和工具，加大車、游動系統(tǒng)和吊鉗等重量。設(shè)計汁算井架時，一般將集中載荷分配到井架相應(yīng)各層節(jié)點上。井架工作時與起落時載荷不同，分布到各點上的力也不同。(2)大鉤載溝計算時取其最大值即最大鉤載，閉式塔形井架和A形井架的鉤載一般按作用在井架頂部中心考慮。前開口井架和桅形井架，它的作用點隨具體結(jié)構(gòu)而異。(3)工作繩拉力(4)風(fēng)載(5)立根載荷(6)繃?yán)K載荷這主要是針對桅形井架而言的。第二百三十六頁，共292頁。天車，游車，鋼絲繩和大鉤，統(tǒng)稱為游動系統(tǒng)。天車，游動滑車是用的鋼絲繩聯(lián)系起來組成復(fù)滑輪系統(tǒng)。一、天車和游車天車，是安裝在井架頂部的定滑輪組；游車，是在井架內(nèi)部上下作住復(fù)運動的動滑輪組；常說的游動系統(tǒng)是指游車論數(shù)×天車輪數(shù)。天車主要由天車架、滑輪、滑輪軸、軸承、軸承座和輔助滑輪等零件組成。天車架是由鋼梁焊接的矩形框架，用以安裝天車輪并與井架頂部相連接。6個滑輪分為兩組，中間由一個軸套隔開?？炖K滑輪安裝在兩組天車滑輪之間的前方，便于使快繩直接從井架外側(cè)引向滾筒。每個滑輪采用一個雙列圓錐滾子軸承，每個軸承都有一個單獨的潤滑油道，鉆在滑輪軸上，用鋰基黃油潤滑。第二百三十七頁，共292頁。第二百三十八頁，共292頁。三，大鉤大鉤有單鉤、雙鉤和三鉤。石油鉆機用大鉤一般都是三鉤(主鉤及兩吊環(huán)鉤)。大鉤主要由鉤身、釣桿、鉤座、提環(huán)、止推軸承和彈簧組成。鉆井作業(yè)對大鉤的要求是：應(yīng)具有足夠的強度和工作可靠性；鉤身能靈活轉(zhuǎn)動，以便上、卸扣；大鉤彈簧行程應(yīng)足以補償上、卸鉆桿時的距離；鉤口和側(cè)鉤的閉鎖裝置應(yīng)絕對可靠、閉啟方便；大鉤應(yīng)有緩沖減振功能，減小拆卸立根的沖擊。第二百三十九頁，共292頁。第二百四十頁，共292頁。三、鋼絲經(jīng)GBl805—86規(guī)定，各級鉆機均選用6×(19)纖維繩芯或6×(19)十7×7金屬繩芯的圓股鋼絲繩。各級鉆機選用的鋼絲繩應(yīng)保持鉆井繩數(shù)和最大鉆柱重量情況下，安全系數(shù)≥3，在最大繩數(shù)和最大鉤載俏況下，安全系數(shù)≥2。游動系統(tǒng)鋼絲繩有交叉穿法和順穿法，如圖5—38所示。第二百四十一頁，共292頁。往復(fù)泵在石油礦場上應(yīng)用非常廣泛，常用于高壓下輸送高粘度、大密度和高含砂量、高腐蝕性的液體，流量相對較小。按用途的不同，石油礦場用往復(fù)泵往往被冠以相應(yīng)的名稱，例如：在鉆井過程中，為了攜帶出井底的巖屑和供給井底動力鉆具的動力，用于向井底輸送和循環(huán)鉆井液的住復(fù)泵，稱鉆井泵或泥漿泵；為了固化井壁．向井底注入高壓水泥漿的往復(fù)泵，稱固井泵；為了造成油層的人工裂縫，提高原油產(chǎn)量和采收率，用于向井內(nèi)注入含有大量固體顆粒的液體或酸堿液體的住復(fù)泵，稱壓裂泵；向井內(nèi)油層注入高壓水驅(qū)油的往復(fù)泵，稱注水泵；在采油過程中，用于在井內(nèi)抽汲原油的拄復(fù)泵，稱抽油泵。第二百四十二頁，共292頁。一、往復(fù)泵的工作原理圖6—1為臥式單缸單作用住復(fù)式活塞泵的示意圖。主要由液缸、活塞、吸入閥、排出閥、閥室、曲柄或曲軸、連桿、十字頭、活塞桿，以及齒輪、皮帶輪和傳動軸等零部件組成。當(dāng)動力機通過皮帶、齒輪等傳動件帶動曲軸或曲柄以角速度ω按圖示方向，從左邊水平位置開始旋轉(zhuǎn)時．活塞向右邊即泵的動力端移動，液缸內(nèi)形成一定的真空度，吸人池中的液體在液面壓力Ｐa的作用下，推開吸入閥，進入液缸．直到活塞移到右死點為止，為液缸的吸入過程。曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動，活塞開始向左即液力端移動，缸套內(nèi)液體受擠壓，壓力升高，吸入閥關(guān)閉，排出閥被推開，液體經(jīng)排出閥和排出管進入排出池，直到活塞移到左死點時為止，為液缸的排出過程。曲柄連續(xù)旋轉(zhuǎn)，每一周(o一2π)內(nèi)活塞往復(fù)運動一次，單作用泵的液缸完成一次吸入和排出過程。在吸入或排出過程中，活塞移動的距離以Ｓ表示，稱作活塞的沖程長度；曲柄半徑用r表示，它們之間的關(guān)系為S=2r。第二百四十三頁，共292頁。第二百四十四頁，共292頁。二，往復(fù)泵的分類分類：(1)按缸數(shù)分有單缸泵、雙缸泵、三缸泵、四缸泵等。(2)按直接與工作液體接觸的工作機構(gòu)分有活塞式及柱塞式兩種。(3)按作用方式分主要有單作用式和雙作用式。(4)按液缸的布置方案及其相互位置分有臥式泵、立式泵、v形或星形泵等。第二百四十五頁，共292頁。三、往復(fù)泵的基本性能參數(shù)住復(fù)泵的工作特性參數(shù)如下：(1)泵的流量單位時間內(nèi)泵通過排出或吸人管道所輸送的液體量。流量通常以單位時間內(nèi)的體積表示．稱體積流量．有時也以單位時間內(nèi)的重量表爾，稱重量流量．往復(fù)泵的曲軸旋轉(zhuǎn)一周，泵所排出或吸人的液體體積，稱泵的排量，它只與泵的液缸數(shù)日及幾何尺寸有關(guān)，而與時間無關(guān)?！髁俊迸c“排量”實際是兩個不同的概念。(2)泵的壓力通常是指泵排出口處單傳面積上所受到的液體作用力，即壓強。(3)泵的功率和效率泵是把動力機的機械能轉(zhuǎn)化為液體能的機器。單位時間內(nèi)動力機傳到住復(fù)泵主動軸上的能量，稱泵的輸入功率或主軸功率；而單位時間內(nèi)液體經(jīng)泵作用后所增加的能量，稱有效功率，或輸出功率；泵的總效率η是指有效功率與輸人功率的比值。(4)泵數(shù)指單位時間內(nèi)活塞或柱塞的往復(fù)次數(shù)，簡稱沖次。第二百四十六頁，共292頁。一、活塞運動規(guī)律往復(fù)泵的基本工作理論及其主要特性參數(shù)(流量、壓力等)的計算，都是與活塞或柱塞的運動規(guī)律密切相關(guān)的。目前的往復(fù)泵大多還是曲柄連桿機構(gòu)傳動。第二百四十七頁，共292頁。一、活塞運動規(guī)律往復(fù)泵的基本工作理論及其主要特性參數(shù)(流量、壓力等)的計算，都是與活塞或柱塞的運動規(guī)律密切相關(guān)的。目前的往復(fù)泵大多還是曲柄連桿機構(gòu)傳動。第二百四十八頁，共292頁。第二百四十九頁，共292頁。第二百五十頁，共292頁。二、注復(fù)泵的流復(fù)及流舞曲線1．平均流量往復(fù)泵在單位時間內(nèi)理論上應(yīng)輸送的液體體積，稱作泵的理論平均流量，它與泵的活塞截面積Ｆ、活塞沖程長度Ｓ．以及活塞每分鐘在缸套中往復(fù)的次數(shù)，即泵的沖次n有關(guān)。對于單作用泵，設(shè)缸數(shù)為i，其理論平均流量為：第二百五十一頁，共292頁。第二百五十二頁，共292頁。第二百五十三頁，共292頁。如果以曲柄轉(zhuǎn)角Φ為橫坐標(biāo)，流量為縱坐標(biāo)，就可以作出泵的瞬時流量和平均流量隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的曲線，如圖6—5所示。這類曲線稱為泵的流量曲線。通常，只需繪制吸入或排出過程的流量曲線。在考慮λ影響的條件下，二者的形狀賂有區(qū)別。第二百五十四頁，共292頁。流量曲線的用途：（１）判斷流量的均勻程度第二百五十五頁，共292頁。當(dāng)往復(fù)泵缸數(shù)增多時流量趨于均勻，目前鉆井泵大多數(shù)使用是三，四缸單作用或雙缸雙作用往復(fù)泵。(2)確定泵輸送的液體體積

這個關(guān)系表明，在同樣的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，泵或某個液缸所輸送的液體體積與流量曲線所包圍的面積成正比。流量曲線的波動情況反映了泵或液缸輸送液體的變化程度。這個關(guān)系在空氣包的體積計算中十分有用。(3)檢驗曲柄布置是否合理對于多缸往復(fù)泵，尤其是多缸雙作用泵，通

過繪制流量曲線．可發(fā)現(xiàn)各液缸瞬時流量是否疊加合理，從而檢驗曲柄布置方案的合理性。第二百五十六頁，共292頁。一、往復(fù)泵的有效壓頭在《流體力學(xué)》中介紹過位置水頭、壓力水頭和速度水頭的概念，分別表示單位重量液體所具有的位能、壓能及動能的大小。3項水頭之和是液缽的總水頭或總比能，即單位重量液缽所具有的總能量，以J／N(或m掖柱)表示。第二百五十七頁，共292頁。第二百五十八頁，共292頁。第二百五十九頁，共292頁。三、往復(fù)泵的效率１.機械損失它是克服泵內(nèi)齒輪傳動、軸承、活塞、密封和十字頭等機械方面摩擦所消耗的功率。泵的輸入功率減去這部分損失后所剩下的功率，稱作轉(zhuǎn)化功率。轉(zhuǎn)化功率是指單位時間內(nèi)內(nèi)機械能轉(zhuǎn)化為液體能的那部分功率，全部用于對液體作功，即提高液體的能量。第二百六十頁，共292頁。2容積損失

泵實際輸送的液體體積總要比理論輸出體積小，因為有一部分獲得能量的高壓液體會從活塞與缸套間的間隙、缸套諾封、閥蓋密封及拉桿密封(對雙作用泵)等處漏失，造成一定的能量損失。單位時間內(nèi)漏失的液體體積，實際流量與接受能量的轉(zhuǎn)化流量之比值為容積效率．第二百六十一頁，共292頁。一、注復(fù)員的特性曲線往復(fù)泵的特性曲線主要表示泵的流量、輸入功率及效率等與壓力間的關(guān)系。第二百六十二頁，共292頁。二，往復(fù)泵的工況任何泵裝置工作時，都必須和管路組成一定的輸送系統(tǒng)，才能輸送液體。在輸送過程中，液體遵守質(zhì)量守恒和能量守恒規(guī)律。前者指單位時間內(nèi)泵所輸送的液體量Q等于流過管線的液體量Q′，即Q＝Q′。后者則指泵所提供給液體的能量Ｈ，全部消耗在克服管路的阻力損失及提高靜壓頭上。設(shè)管路系統(tǒng)消耗及具有的總能量為Ｈ′，則有Ｈ＝Ｈ′。第二百六十三頁，共292頁。由圖可以看出，在排出管長度即井深一定的情況下，泵的流量不同，管路消耗的壓力不同。降低泵的流量可以使壓力減小，即壓降減小。同樣，在流量一定的情況下，井探增加，泵壓升高。這說明，泵實際給出的工作壓力總是與負(fù)載(此處指管路阻力)直接相關(guān)的，負(fù)載增大，泵壓就升高，反之，泵壓就下降。第二百六十四頁，共292頁。三、鉆并泵的臨界特性在往復(fù)泵的設(shè)計和使用過程中，一般受到泵的沖次及壓力的限制。泵的沖次n不能超過額定值。對鉆井泵來說，沖次過高，不僅會加速活塞和缸套的磨損，使吸人條件惡化，降低使用效率，還會使泵閥產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊，大大縮短泵閥壽命。在泵的沖程長度、活塞及活塞桿截面積一定的條件下，泵的流量Q與沖次n成正比。對于同一臺鉆井泵，沖程長度和活塞桿截面