2-钻机起升系统

石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备1石油钻机起升系统石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备2概述钻机的起升系统实质上是一台重型起重机，它是钻机的核心。作用：起下钻具、下套管、控制钻头送进等。组成：包括井架、天车、游车、大钩、游动系统钢绳、绞车和辅助刹车等设备。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备32.1井架石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备4井架:是一种具有一定高度和空间的金属桁架结构。在钻井或修井过程中，井架的作用：安放天车，悬挂游车、大钩、吊环、吊卡等机具，以及起下、存放钻杆、油管及抽油杆，并需承受井中钻柱重量。对井架的要求如下：1)应具有足够的强度、刚度和整体稳定性。以保证起下一定深度的钻杆柱、套管或油管柱。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备52)有足够的工作高度和空间，足够的钻台面积。（1）工作高度大，方便起下立根。（2）工作空间大，以安装天车，并保证起下操作时游动系统设备畅行无阻；（3）钻台面积够布置设备，安放工具，方便工人操作，使司钻有良好的视野。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备63)应保证拆装方便，安全，移动迅速。结构应简单、轻便，并尽可能采用分段或整体运输，水平安装及整体起放的安装移运方法。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备72.1.1概述1.井架的基本组成主要包括：井架主体，天车台，二层台，立管平台，工作梯。2.井架的基本参数井架的基本参数是反映井架特征和性能的技术指标，亦是设计、选择和使用井架的依据。基本参数主要包括：井架高度、最大钩载、二层台立根容量、抗风能力等。3.井架型号井架型号的组成：JJ(表示井架)、最大钩载/井架高度-井架型式、改进序号。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备82.1.2井架结构类型井架按其主体结构形式可分为四种基本类型：塔形井架；前开口井架；A形井架；桅形井架。1．塔形井架如图所示，塔形井架是一种横截面为正方形或矩形的四棱截锥体空间桁架。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备9井架主体由四扇平面梯形桁架组成,每扇又分为若干桁格，同一高度的四面桁格在空间构成井架的一层，故整个井架也可视为由多层空间桁架组成。塔形井架的主要特点：(1)井架主体部分为封闭结构，整体稳定性好，承载能力大。(2)整个井架由许多单一构件用螺栓联接而成，制造简单，运输方便。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备10(3)井架内部空间大，起下操作方便，安全。(4)拆装工作量大，高空作业不安全，搬迁不方便。塔形井架适用于较少搬迁而要求承载能力大，稳定性好的钻机，如海洋钻机、超深井钻机。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备112.前开口井架前开口井架亦称为Π形井架，如图所示。其主要结构特征是：1)整个井架主体是3～5段焊接结构组成。段间采用锥销定位和螺栓联接。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备122)通常采取水平拆装，整体起落和分段运输的办法搬迁井架。搬迁方便、安全、迅速。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备133)因受运输尺寸限制，井架主体截面尺寸较小，使井架内部空间比较狭窄。为了方便游系设备上下运行和立根排放，井架主体作成前扇敞开，横截面为开口矩形(即Π形)的不封闭空间结构，其整体稳定性较塔形井架差。有的前开口井架最上段作成四边封闭结构以增强其稳定性。4)井架各段两侧桁架结构形式相同，背扇则采用特殊腹杆布置形式，如菱形，以保证司钻视野良好。由于前开口井架具有结构简单，移运、搬迁方便、良好的承载能力和整体稳定性，而成为应用最广泛的陆地钻机井架。美国陆地钻机几乎全部采用前开口井架。我国制造的各种钻机(从15－60)都可以配置此类井架。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备143.A形井架它是由两个等截面的空间杆件结构或管柱式结构的大腿，靠天车台和二层台及附加杆件连接而成的“A”字形空间结构。大腿的前方或后方有撑杆支承，或在后方用人字架支承。整个井架仍和前开口井架一样，采取地面水平组装，整体起放，分段运输。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备15两个大腿都是由3～5段封闭的焊接结构用螺栓联结的整体结构。大腿断面依所选型材不同，而采取不同的截面形状，一般为矩形或三角形。撑杆有杆系柱结构，矩形断面或管柱结构。A形井架的每根大腿都是封闭的整体结构，承载能力强和稳定性好。井架内部空间大，钻台宽敞，司钻视野开阔。由于两腿间联系较弱，致使井架整体稳定性较差。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备16下图是A形井架利用本身的撑杆来起放井架，安装方便，起放平稳。但撑杆在起放时要在大腿上滑动，且撑杆受力复杂，故井架大腿和撑杆结构较复杂。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备174．桅形井架桅形井架是一节或几节杆件结构或管柱结构组成的单柱式井架，有整体式和伸缩式两种。这种井架一般利用液压缸或绞车整体起放，分段或整体运输，拆装移运很方便。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备18石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备19由于井架横截面尺寸小，为了避免游系设备上下运行不便，并适应井架伸缩或折叠的需要，井架前扇一般做成部分或全部敞开的Π形截面结构。同时井架工作时也向井口方向前倾(倾角一般在7°以内)。因此，绷绳成了井架不可缺少的基本支承之一，是桅形井架整体结构的主要特征。桅形井架结构简单，轻便，但承载能力小，只用于车装轻便钻机和修井机。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备20*瓶式塔形井架（海洋钻机）井架采用塔形结构，二层台以下井架立柱采用直立柱结构，二层台立根以上位置开始收口，井架所有杆件形心相交。因而井架稳定性好、抗风抗震能力强、井口活动范围大，立根容量租、二层台操作方便。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备21*海洋钻机井架双层底座（海洋钻机）为了适应海上一个平台钻多口井以及自升钻井平台完井后要降平台启航，井架需移离井口，移向平台的中心位置以满足平台的稳定性的需要。因此井架底座应能移动，移动方式有液压式和齿条式两种。双层底座原理图石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备22*钻机井架未来发展趋势（海洋钻机）（1）发展自升式K型特种井架，采用分段组装、分段套装、垂直连接方式。安装空间小，作业高度可调。（2）发展带有钻柱运动补偿结构的井架。分天车型运动补偿，游车型运动补偿、绞车型运动补偿。（3）完善井架配套结构、提高井架适应性。如设计顶驱安装、设置使用可靠的钻杆自动排放系统等。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备23游动系统2.2钻机游动系统石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备242.2.1概述钻机的游动系统由天车、游车、钢丝绳和大钩组成。它实质上是用钢丝绳把天车和游动滑车联系起来组成的动滑轮系统。它可以大大降低快绳拉力，从而大为减小钻井绞车上的载荷。通常所说的游动系统结构，指的是游车轮数×天车轮数。“游动系统5×6”表示游车轮数为5，天车轮数为6。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备252.2.2游动系统钢丝绳与滑轮力学分析1.运动分析图2-1游动系统运动与受力F1F2F3F4F5F64FfVf0FdVdbcV1V2V3V4V5V6则钢绳速度依次为：Vf=V1=6V;V2=V3=4V;V5=V4=2V;V6=Vd=0则钢绳各段受力：(1)当静止不动时Fr=F1=F2=…=Fd(2)起钻时FrF1F2…Fd(2)(3)下钻时FrF1F2…Fd石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备26由上述分析可见：其一，起下钻过程，快绳侧的钢丝绳运动速度明显高于死绳侧，其弯曲次数比死绳侧要多出数倍，快绳侧钢丝绳会疲劳断丝或断芯。当钢丝绳一个螺距上断丝数达到绳中全部钢丝数10%，或者钢绳断芯致使钢绳直径小于原始直径的75%时，应将此段钢绳报废。其二，起下钻过程，快绳一侧的滑轮转速要比死绳一侧高数倍，所以愈靠近快绳处的滑轮轮槽及滑轮轴承磨损愈严重。定期将滑轮及轴承进行倒换，即把靠近死绳侧的滑轮及轴承与靠近快绳侧的滑轮及轴承对换，以均衡它们的寿命.石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备27表2-1给出了钻机游动系统的效率值，可直接选取。表2-1游动系统效率结论：游动系统轮数越多，游动系统效率越低。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备282.2.3天车天车是安装在井架顶部的定滑轮组。天车架是由钢粱焊接的矩形框架，用以安装天车滑轮轴并与井架顶部相连接（如下图所示）。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备291.天车的结构特点三种基本结构形式：滑轮轴共轴线，并且各滑轮相互平行；滑轮轴线平行，快绳滑轮在另一根轴上；滑轮轴不共轴线，并且快绳滑轮偏斜。2.天车的技术规范技术规范中所列参数包含：最大钩载、滑轮数、滑轮尺寸、重量、安装尺寸。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备30六个滑轮分为两组，中间由一个轴套隔开。快绳滑轮安装在两组天车滑轮之间的前上方，便于快绳直接从井架外侧引向滚筒。滑轮轴承为双列园锥滚子轴承，用锂基黄油润滑，每个轴承都单独有一个钻在滑轮轴上的润滑油通道图2-2TC-350天车举例说明（TC-350）石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备312.2.4游车游车是靠钢绳悬在井架内部作上下往复运动的动滑轮组。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备32YC-350游车可配用不同规格的轮槽形状的滑轮，便于用11/4in，13／8in,32.5mm，33.5mm，34.5mm的钢丝绳，以适应我国油田目前所用钢丝绳规格较多的状况。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备332.2.5大钩大钩悬挂在游车下面。钻机大钩一般皆为三钩，主钩悬挂水龙头，副钩悬挂吊环。大钩主要由钩身、钩杆、钩座、提环、止推轴承和弹簧组成。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备341.钻井工作对大钩的要求：1)应具有足够的强度和工作可靠性；2)钩身能灵活转动，以便上、卸扣；3)大钩弹簧行程应足够补偿上、卸扣时钻杆在垂直方向上的位移；4)钩口和侧钩的闭锁装置应绝对可靠，启闭方便；5)具有缓冲减振功能，能减小拆卸立根时的冲击。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备352.大钩结构特点：钻井大钩有两大类：一类是独立大钩，可与游车分开拆装；另一类是游车大钩，游车和大钩为整体结构，二者不能分开。DG-350大钩如图所示，主要配备于ZJ45级钻机。图2-4DG-350大钩石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备36大钩的吊环1与吊环座3由销轴2连接。吊环座3与大钩中心处的钩杆13焊接在一起。筒体7和钩身8用左旋螺纹连接，并用止动块防止螺纹松动。钩身和筒体可沿钩杆上下运动，筒体内装有5、6两个压缩弹簧。典型结构（DG-350）吊环销轴吊环座钩杆筒体钩身压缩弹簧石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备37在工作时，大钩下的钻柱载荷通过钩身作用在筒体上，使弹簧5、6压缩，通过筒体的台阶端面作用于固定在钩杆上的止推轴承16的座圈15上，从而使大钩载荷通过提环作用于游车上。压缩弹簧在起钻时能使立根松扣后向上弹起。石油钻采设备—钻机起升系统2019/11/6石油钻采设备38DG-350大钩筒体内装有机油。止推轴承上座圈将油腔分为两部分，座圈上开有油孔使两部分油腔相通。由于油流通过孔道的阻尼作用，吸收了起下作业时钩身的冲击振动，可防止钻杆接头螺纹损坏。筒体上端有一个由六个小弹簧和定位盘4组成的定位装