第五章 起升系统工作原理与设备第一节 起升系统工作原理一、起下钻操作1.起钻：换钻头，取钻柱。2.下钻：钻柱入井。二、游系运动分析大钩速度；钢绳速度；天车轮的切向速度；有效绳数（除快、死绳外的游绳数）；滑轮直径。 起升系统钻机的核心：绞车、游动系统、井架。从快绳侧死绳侧钢绳速度为大钩升高H, 快绳拉下绳长为ZXH 。 天车轮切向速度 和转速 为可见：快绳一侧的滑轮转速大于死绳一侧的滑轮转速。 【检修天、游车应将滑轮及轴承倒换，使寿命均衡。 快绳侧钢绳弯曲次数大于死绳侧，会提前疲劳断丝。 】快绳死 绳 绞车三、游动系统载荷设 、 为游系起升重量和效率， 、 为下钻游系起重量和效率， 、 为快绳和死绳拉力，为游绳的拉力。1.大钩静载荷 kNL井深，km；单位长度钻柱质量，kg/m。 2. 游系静载荷 kN游动系统固定质量tf（游车、 大钩、吊环、钢绳） 3. 天车台载荷（天车梁所受的载荷） kN( , 不考虑倾斜。)4.当大钩静止悬重时， 各段游绳拉力相等。 【 】 5当起升时，各绳拉力。 由于轴承的摩擦阻力和钢绳过滑轮的弯曲阻力有： 为单轮绳效率 ，则（ ； ； ； ）因 【 】， 所以 等比级数和 【 】 可写为：起升时快绳拉力： （代入上式）起升游系效率： 6当下钻时，各绳拉力。【与起钻时相反，阻力帮助 】【 】由于 （代入上式）下放时游系效率： 结论：起、下钻时各游绳的拉力不同， 。 与 表达式不同，其值相近，可认为，可以用于起或下钻游系的总效率， 单轮效率。 起升游 系效率四、滚筒缠绳层数确定滚筒外经 ；绳径d。缠一层绳，中径 ，第一层缠绳不工作，利于排绳。缠绳：一左旋，一右旋。每圈有3/4圈于槽中，则（ ）；1/4圈跳向另一槽，直径重叠， ；每圈半径增量：从第二层到最后一层缠绳直径变化。滚筒原始直径： 第一层直径： （以钢绳中径计算）第二层直径： （在 基础增加 ）任意层直径：第末层直径： 第二第末层，平均直径为：总层数； 半径增量系数, 0.9 缠绳总层数 取决于立根长和有效绳数 ，缠到第二第e层上，按 平均直径计算 。从 （不考虑第一层， 每层的排数）代入 得： 式中 立根长度每层的排数， ；L滚筒长，mm；排绳间隙，取11.5mm。解二次方程得 。 第二节 钻井绞车一、 绞车的作用绞车是钻机的核心、关键设备。（钻机三大机组：绞车、转盘、钻井泵）。1. 起下钻，下套管提出钻具，再放下去，叫起下钻作业。由绞车完成。 下套管，也用绞车完成。2. 控制钻压（扶刹把，加钻压）钻头旋转破岩，由钻铤重提供钻压，压力大小由刹车调节。 刹车松开，钻压过大；钻柱提起，钻压为零；要适当控制刹 车调节钻压。 3. 上卸扣（拉猫头，上卸扣）借助猫头拉大钳手柄，完成钻杆上卸扣。（现用液压大钳）4. 起升井架，吊重物A形，K形（形）井架绞车整体起升。5. 作为转盘的传动中间装置转盘的离合器在绞车里。二、绞车的使用要求1要能传递足够大的功率钻柱很重，起升功率很大。2 滚筒要有足够大缠绳容量起升一立根（28m）缠绳长,余量行程23m，游绳数10 根，缠绳300 多米。3. 要有适当的档数钩载是变化的，N=QV，保证N=常数，Q,V。国标规定六个档。多档功率利用率越充分。 4. 刹车机构灵敏可靠钻压靠刹车调节，钻具的起升下放的停止、钻柱悬持也靠刹车。5. 猫头要有足够的拉力猫头的作用是上卸扣，崩扣力矩很大，猫头要有很大的拉力。目前用液压大钳，吊钳备用。三、绞车的结构类型按轴分：有单轴、双轴、三轴及多轴绞车；按筒分：有单滚筒和多滚筒绞车。主滚筒起下钻具，捞砂筒提捞作业； 按速分：有2速、3速、4速、6速绞车 1.单轴绞车 C-1500绞车（P114图3-47所示，打井深1200m）特点： 猫头装在滚筒轴两端，滚筒活装在轴上；绞车外变速,另有变速箱。单轴交流 变频电驱 动绞车2.双轴绞车ZJ15D双轴绞车如图5-7所示。 由滚筒轴外加一猫头轴组成。绞车外变速。3. 三轴绞车 图5-8是ZJ130-1三轴绞车。特点：三轴：输入、猫头（变速）、滚筒轴；链条变速，兼顾转盘。优点：变速方便，高档独立。缺点：开式，润滑不好；重达20t，安装运输困难；4. 档偏低（国标6档）。 4.多轴绞车四轴以上为多轴绞车。 JC45绞车特点： （图5-9）四轴：输入、中间（变速）、猫头、滚筒轴。内链条变速，内齿轮倒车；密封式，润滑良好；六档，总重达30t（分块搬运）。5.独立猫头轴多轴绞车 猫头轴独立上钻台，绞车在钻台下。如图5-10所示。 “链轮33接猫头轴”6.电驱动绞车ZJ60D绞车：双直流马达驱动；四轴绞车；四个机械档。如图5-11所示。 四、典型绞车结构（JC45绞车）图5-9为JC-45绞车，用于ZJ45、ZJ45J钻机。1. 基本参数N绞1500HP；链条正档2倒档；P快MAX=31.7T；总重30.1T，分两块运输。2. 结构特点四轴，箱体支撑密封绞车，内部齿轮倒档，手动离 合器换档。 （1） 输入轴总称有三个变速链轮，一个倒档齿轮，一个输入链轮。（2）猫头轴总称拉大钳，上卸扣。【死猫头左右各一，摩擦猫头左右各一，不参与变速。】（3） 中间轴 或变速轴有三个变速链轮，一个倒档齿轮，高低速链轮各一，齿式离合器（挂档）。（4）绞车滚筒轴总成 如图5-12所示。 滚筒轴合金钢锻造；调质处理；材料：35CrMo；长：3.7m；重980kg。滚筒轴滚筒刹车鼓绞车的滚筒体 如图5-13所示。 铸、焊组合结构，可配带槽滚筒，也配光滚筒。 滚筒轴，静配合键，烘装（传递扭矩大）。 刹车鼓 在滚筒两侧，耐热合金材料，刹车时表温800,易“龟裂” ，打3200m的井磨4mm。滚筒刹车鼓其它部件低、高速气胎离合器；齿套离合器；链轮、辅助刹车、牙嵌离合器。(5)箱体JC45绞车：为箱体闭式结构，链条喷射压力润滑。JC14.5绞车：非箱体开式结构，链条滴油润滑。 五、绞车的技术规范绞车的主参数用名义井深表示。标准绞车型号:JC-JC绞车；表示100m单位的名义钻深上限；型式,机驱无代号，电驱为D。 1996-1997DRECO 和IRI推 出交流变频绞车四个机械档，链条 传动，三台电机驱 动。五、国外大型 绞车的发展链传动，紧凑的两档变速，交流变频电驱动绞车交 流 电 机气胎离合器气胎离合器刹车钳刹车钳1996-1997德国WIRTH公司推出齿轮传动绞车直流、交流变频、液压驱动方式任选齿轮传动 动力齿轮箱 电磁 刹车液压盘 式刹车2000年国民油井公司推出交、直流驱动方式任选的齿轮绞车单轴绞车齿轮箱齿轮箱VARCO公司推出了ADS自动绞车系统 四台电机，两组刹车，两个齿轮箱电 机气胎离合器气胎离合器齿轮箱六、国外大型绞车的主要特点1.单一起升功能，不带猫头和捞砂滚筒齿轮箱2. 既可直流驱动、也可交流变频驱动3. 发展趋势是交流变频和单速齿轮传动齿轮箱SSGD-750 绞车齿轮箱滚筒液压盘式刹 车刹车钳4.盘式刹车AHD绞车采用气 动钳盘式盘刹应急刹车 钳主刹车钳5. 带自动送钻装置动力自动送钻离合器电机齿轮箱两台交流变 频电机滚筒齿轮箱辽河石油勘探局装备工程公司生产的单轴交流变频电动绞车七、国内单轴绞车绞车07年4月北京石油 装备博览会参展 产品自动送 钻电机电磁涡流 辅助刹车液压盘石 式主刹车滚筒齿轮箱