绞车石油钻机

钻井绞车基础知识程瑞亮BasicKnowledgeofDrawworksAssociateProfessor第一部分钻井绞车原理及结构目录第三部分钻井绞车保养要求第四部分钻井绞车故障分析与处理第二部分钻井绞车操作规程第一部分钻井绞车原理及结构一、概述：绞车是起升系统的重要设备，也是一部钻机的核心设备，是钻机的三大工作机之一1、绞车的功用1）在钻进过程中悬挂钻具，送进钻柱、钻头，控制钻压。2）在起下作业中起下钻具和下套管。3）利用绞车的猫头机构紧、卸钻具丝扣和起吊重物。4）作为转盘的变速机构和中间传动机构。5）对于自升式井架钻机，用来起放井架。6）利用绞车的捞砂滚筒，进行提取岩心筒、试油等项工作2、绞车型号及技术规范钻机代号绞车型号技术参数ZJ40/2250CJDZJ50/3150LZJ70/4500DZZJ50/3150DB-1ZJ45J、ZJ45LJC40-3JC50JC70DJC50DBJC45输入功率，kW7351100147018401103快绳拉力，kN280340485340343钢丝绳直径，mm3235383832.5滚筒（直径×长度），mm640×1175685×113770×1361.15770×1556685×1245刹车盘（径×厚度），mm1600×761600×761400×75提升档数4+4R4+2R无级变速无级变速6+2R主刹车伊顿236WCB2PSZ751PSZ751液压盘刹带刹车辅助刹车伊顿336WCSDS50，YS50伊顿436WCB能耗电机DS50上扣猫头最大拉力（kN）30356030卸扣猫头最大拉力（kN）100100100100质量（kg）30003600054000409012952绞车尺寸（长×宽×高）5190×2484×2181765×2995×25807670×3080×28908000×2946×26257000×3600×2725绞车级别基本参数最大快绳拉力a额定输入功率钢丝绳公称直径名义钻深范围114mm钻杆127mm钻杆kNkW（hp）mm（in）m10115110~200（150~270）22（7/8）500~1000500~80015135257~330（350~450）26（1）800~1500700~140020200330~400（450~550）29（11/8）1200~20001100~180030210400~550（550~750）29（11/8）1600~30001500~250040275735（1000）32（11/4）2500~40002000~3200503401100（1500）35（13/8）3500~50002800~4500704851470（2000）38（11/2）4500~70004000~600090575/550b2210（3000）42（15/8）6000~90005000~80001207702940（4000）52（2）7500~120007000~10000二、现代绞车的结构方案钻井绞车种类繁多，但最能体现其结构特点的是绞车中轴的数目，下面按绞车轴数对各种绞车进行简单归纳和分析1、单、双轴绞车：最初钻机的绞车是单轴绞车，这种绞车仅有一根滚筒轴，绞车的变速由绞车前边独立的一台四档-倒档的齿轮变速箱实现，这种绞车的特点是，猫头转速偏高，位置过低，操作不方便。为了克服单轴绞车的缺点，而研制了双轴绞车，即把猫头单独装配在一根轴上，就成了双轴绞车。单、双轴绞车一般适用于浅井或中深井。2、三轴和多轴绞车：为了满足深井和超深井钻井的需要，三轴和多轴绞车相继问世，四轴以上的绞车为多轴绞车，现代重型和超重型绞车属于此种类型的绞车。如大庆Ⅱ型钻机绞车JC-14.5和ZJ40/2250CJD钻机的JC40-3都是三轴绞车。ZJ45J和ZJ45L钻机的JC-45是五轴绞车3、独立猫头轴-多轴绞车：由于重型和超重型绞车外形尺寸大、重量大（一般20~30t）、搬家安装困难，尤其是现代深井和超深井钻机钻台较高（一般6~11m），为了避免绞车上高钻台非自升式井架），近年来又研制了独立猫头轴-多轴绞车。此种绞车的结构方案为：①独立猫头轴和转盘传动装置构成一个单元，置于钻台上，担负接、卸钻具丝扣和提升一般重物，还可充当转盘中间传动装置。②主绞车置于钻台下面后台上或联动机底座上，担负起、下钻具、下套管、处理事故等提升任务，可避免长的上钻台链条。此种绞车的滚筒、猫头机构以及转盘都单独有各自的档速、制动机构，这样它们都能根据所需，获得较优的工作特性。ZJ32J-1、ZJ50/3150L、ZJ40/2250JLD、ZJ70/4500LD等钻机的绞车均属于这种类型4、电驱动绞车：由于直流电驱动和交流变频电驱动钻机的问世，结构更为简单的电驱动绞车应运而生。此种绞车利用直流电机或交流变频电机为动力，分别驱动滚筒轴和猫头轴。因电动绞车的结构较简单，一般猫头轴不分设单元，和主绞车构成一整体三、典型绞车结构（一）JC50DB绞车1、总述：绞车基本形式为单轴绞车，其结构主要由滚筒轴、齿轮减速箱、转盘传动箱、绞车架及润滑、气控、水冷却系统等组成。其传动形式为，电机通过齿轮减速箱直接传动滚筒轴。钻台上配有液压猫头，以满足钻进和起下作业的要求。绞车的主刹车为液压盘式刹车，两个刹车盘集中布置在轴左端；辅助刹车既可用能耗制动，也可用336WCB型伊顿盘式气刹车。转盘由独立驱动电机通过链条传动箱、锥齿轮箱及万向传动轴来驱动，独立驱动电机置于钻台面上，并与绞车电机通过右侧伊顿CH1250离合器连接，这样既可实现两电机并车传动绞车，也可在一个电机出故障时相互替换使用，以提高绞车和转盘的可靠性计算机程序控制西门子全数字矢量变频器,驱动YJ型低基频大扭矩变频调速电机，可实现带载起动及零转速输出最大扭矩一体化司钻控制室，司钻控制室主要包括控制、显示和监视三大功能显示功能监视功能控制功能JC50DB2、绞车的特点1）滚筒轴是由一台交流变频电机通过齿轮减速箱驱动的，特殊情况下，可由两台电机并车驱动。滚筒提升速度，通过电机实现无级变速。2）减速箱中间轴上装有伊顿CH1940离合器，以满足下放空吊卡和起下钻点动操作。3）下钻时电动机反转，则变成发电机，可充当绞车的辅助刹车进行能耗制动。实现对电网能量反馈，减少制动装置的能量损耗，节约能源。根据需要也可在滚筒轴右端安装一个伊顿336WCB2盘式气刹车作为绞车的第二辅助刹车能耗制动原理在钻具整个下放过程中，绞车滚筒以反力矩拖动绞车电机反转，绞车电机这时处于“发电”工况，产生电磁制动力矩，使游动系统和钻具的下放以给定值运行。系统通过总线方式实时采集绞车电机的相关电气参数，通过PLC系统把实际速度与设定速度的差值发送到变频系统，通过软件动态控制绞车电机的下放速度，实现绞车的数控能耗制动4）采用双联电动齿轮油泵装置，对齿轮减速箱强制润滑。5）减速箱采用收缩盘式结构与滚筒轴相连，安全可靠，减小轴向尺寸。6）主刹车采用液压盘式刹车，两个刹车盘集中布置在轴左端，每个刹车盘上装有两个工作钳和一个安全钳，由司钻房集中控制。7）装有过卷阀式和数码式防碰装置，使起下作业安全可靠。8）油气水管线布置于铺板下易于检修的地方3、绞车提升能力：如表ZJ50/3150DB-1钻机的最大钩载3150kN，此时，必须两台电机并车。当单电机超载1.5倍时的提升能力：大钩载荷1857kN，提升速度0.7m/s。交流变频电机额定转速803rpm，额定转矩11876Nm电机转数（rpm）大钩载荷（kN）12绳提升速度（m/s）12绳80312380.793010700.8210099860.8811288820.9912078251.0613876281.2215674931.3817374021.52JC50DB绞车提升曲线JC50DB提升曲线0501001502002503003500.0000.2000.4000.6000.8001.0001.2001.400钩速m/s钩载T12绳10绳4、绞车主要部件1）滚筒轴总成滚筒轴总成主要由水气葫芦、两个刹车盘、滚筒体、轴和轴承等组成。两个刹车盘直径￠1400mm，厚度75mm，刹车盘内有冷却水道、进、排水口和放水口。开槽滚筒体由三段铸、焊而成，滚筒体直径￠790mm，缠绳部位长度1555.6mm，总长度2108mm。滚筒轴轴承规格23052CC/W33（260×400×104）。滚筒轴的动力由两台型号为YJ31F（1000kW，800rpm）交流变频电机通过3H215.04绞车齿轮减速机传至滚筒轴2）绞车齿轮减速机该减速机的作用是将绞车电机（型号为YJ31F（1000kW，800rpm）交流变频电机）的动力通过减速器输入轴与绞车电机之间的齿式联轴器传至滚筒轴，绞车电机也可以通过CH1250伊顿离合器并车共同驱动滚筒轴。所以减速机是JC50DB单轴绞车的外变速机构。该减速机为二级平行轴直齿圆柱齿轮减速器，第一级小齿轮齿数35，大齿轮齿数69，第二级小齿轮齿数34，大齿轮齿数75，齿数比4.394，额定功率1840kW，输入转速803~1800rpm。齿轮箱齿轮和轴承由电动油泵循环润滑系统强制润滑和冷却，润滑油为N220。为了保证润滑油能正常工作，在环境温度低于0℃时启动设备应对润滑油进行预热，预热温度≥8℃。润滑油工作温度为5~85，最大工作温升≤45℃，齿轮箱的工作环境温度为-40~45℃。润滑油应3~9个月检查油质一次3）转盘链条箱和角传动箱其作用是将转盘电机的动力通过LT500/250T离合器和齿式联轴器传给角传动箱，链传动副采用2″3排链条（140-3×64），小链轮Z21，大链轮Z27。角传动箱中的主动锥齿轮Z25m16左旋，被动锥齿轮Z26m16右旋，每根锥齿轮轴采用两个不同型式的轴承支撑，靠近锥齿轮端的轴承是22326CC/W33（130×280×93）双列调心滚子轴承，远离锥齿轮端的轴承是NU326（130×280×58）主要承受径向载荷的短圆柱滚子轴承，角传动箱通过一根1574mm的传动轴和两根W51.5×870万向轴传动转盘，三根轴共采用三个22224C/W33（120×215×58）双列调心滚子轴承支撑（二）JC45绞车绞车返回气控箱刹把支撑系统（框架式支架或密闭箱壳式座架）继续结束传动系统（由绞车轴、轴承、链轮、齿轮、链条）继续结束XSZF-40司钻控制房ZJ40CJD液压起升系统操纵箱控制系统（牙嵌、齿式、气动离合器，司钻操作台、控制阀）继续结束轮毂式离合器支撑系统6、转盘继续结束（1）组成：由壳体、转台、负荷轴承、防跳轴承、水平轴、大小锥齿轮等组成。转盘水龙头第二部分钻井绞车操作规程1）启动绞车主电机之前，先启动润滑油泵电机，待润滑油循环正常后，再启动主电机，并可挂合滚筒离合器（CH1940），进行绞车作业。2）当空吊卡下放遇阻或上卸钻柱时需要点动操作时，可操作CH1940离合器合主盘刹来完成。3）为满足减速箱中间轴上的CH1940离合器的要求，司钻控制房内总气压表压力应达到0.7~0.8Mpa。当起升最大负荷时压力不低于0.75Mpa。4）下钻过程中由于电机的特性自动实现能耗制动。严禁不挂辅助刹车将钻柱自由落体下放，然后用主刹车猛刹。建议正常下钻作业时，开始就使用能耗制动，以减少下钻动能，使之匀速下钻。5）处理事故时，可以操作转盘离合器和转盘惯性刹车，以实现转盘点动或停止在某一位置。转盘离合器和转盘惯性刹车的气控阀是联锁的，在作业中相互切换时，必须在放气位置即中间的“分”位上停留2~4秒，使挂合的离合器有充足的时间放气，以防止过快磨损摩擦片或烧坏橡胶气胎第三部分钻井绞车保养要求1）脂润滑采用汽车通用锂基脂ZL-1和ZL-2，环境温度在-29~5℃时，应采用ZL-1，环境温度在0~52℃时应采用ZL-2，要以润滑点的标牌指示、润滑日期为准进行正确润滑。2）稀油润滑绞车的减速箱采用双联电动齿轮油泵进行喷油润滑。正常打钻，用一套油泵进行润滑，另一套备用。两套油泵有各自的吸入虑清器和排出虑清器，油液经1″排出管排