第二章旋转钻井设备

第二章旋转钻井设备2.1转盘P93-972.1.1功用与使用要求

钻井工作要求转盘具有如下功能；

(1)转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速。

(2)下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻柱的重量。

(3)完成卸钻头、卸扣；处理事故时倒扣、造扣等辅助工作；

(4)采用井下动力钻具时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。

转盘的工作条件十分恶劣，井中钻柱的振动使其承受的载荷极不稳定，冲击振动相当严重，且受到泥浆和油水的污蚀(工作环境最不清洁)。

为保证转盘能实现上述功能，正常运转，这就要求：

(1)转盘的主轴承有足够的强度和寿命，以保证承受最大套管柱重量，在轴向力和钻杆柱径向力作用下具有足够的寿命(3000小时以上)。

(2)转台和锥齿轮能传递钻柱所需的扭矩，能倒转及可靠地制动。

(3)密封性好，严防外界的泥浆，油水污液渗入转盘内部污染转盘润滑系统。2.1.2转盘的结构组成和特点转盘实质上是一个特殊的角传动减速器,它主要由:①水平轴总成;②转台总成;③主、辅轴承;④壳体四部分组成。

1．水平轴总成

水平轴头部装有与转台大锥齿轮相啮合的小锥齿轮，尾部装输入链轮或联接法兰(万向轴输入时)．轴通过一对调心双列滚子轴承(或头部为滚子轴承，尾部为调心双列滚子轴承)和套筒固定在壳体上。套筒的作用是使水平轴部件能进行整体装配。水平轴下方的壳体构成一独立油池使二轴承得到润滑。2．转台总成

装有大锥齿轮的转台体如同一又短又粗的空心立轴，借助主、辅轴承座在壳体上。

转台中心通孔较大，以便通过钻井时开井所用的最大号钻头。通孔内装有方补心及小方瓦(小方瓦与所采用的方钻杆相配)，方补心通过锁销锁在转台体上。3．主辅轴承

主轴承起承载、承转和定位的作用。起下钻时，承受钻柱或套管柱的重量；4．壳体

壳体是结构较为复杂的铸钢件，内腔形成两个油池，外形应上便于安装、固定于钻台底座上，

动力经水平轴上的法兰或链轮传入，通过锥齿轮传动副驱动转台.借助转台内内通孔中的的大方瓦，方补心带动方钻杆、钻杆柱和钻头转动，同时时，方补心心允许方钻钻杆轴向自自由滑动，，实现钻杆杆柱边旋转转，边送进进。起下钻钻或下套管管时，钻杆杆柱或套管管柱靠卡瓦或吊卡座在转台上上。现代钻钻机的钻井井转盘主要要结构类似似，只是在在轴承布置方方案、传动副类型型及部件具体结结构上有所差异异。图2-2为广泛采用用的一种方方案，这种种方案的特特点是：(1)转台、迷宫宫盘做成一一体，使外外界泥浆、、油污不易易浸入转盘盘，污染润润滑系统。。(2)辅助轴承离离大齿轮远远，转台定定位好，保保证了锥齿齿轮副的啮啮合性能亦亦使主轴承承不致产生生过度偏磨磨。(3)辅助轴承座座在下部大大螺母支座座上。优点点是轴承磨磨损后间隙隙易调整，，以确确保转台定定位。不不足足之处在于于由于轴承承长期承受受振动和冲冲击，大螺螺母易滑扣扣，甚至脱脱落，或因因泥浆、污污水长期侵侵蚀而使大大螺母拆卸卸困难，检检修不便。。因此需要要在使用中中及时检查查大螺母支支座，及时时调整。2.1.3基本参数表征转盘的的基本参数数已系列化化，见表6-1石油钻机转转盘基本参参数(摘自JB4304-86)1.通孔直径转盘转台中中心孔的尺尺寸,它决定了第第一次开钻钻时可下入入的最大钻钻头直径（（最大钻头头直径至少少比其小10mm）。是转盘盘的主参数数，它决定定了转盘的的其它几何何尺寸及承承载能力。。2．中心距Y转台中心至至水平轴链链轮第一排排轮齿中心心的距离。。3．最大静载载荷转盘上能承承受的最大大重量，应应与钻机最最大钩载相相匹配。该该载荷为转转盘主轴承承的计算载载荷，决定定了主轴承承的规格。。4．最大工作作扭矩转盘在最低低工作转速速时允许承承受的最大大扭矩，它它决定了转转盘的输入入功率及传传动零件的的尺寸。5．最高转转速转盘在轻轻载荷下下允许使使用的最最高转速速，一般般规定为为300r／min。为满足足钻井工工艺的需需要，转转盘亦能能提供多多种转速速。一般般地通常常最低工工作转速速为50～60r／min，而用于于打捞作作业或取取芯钻进进的事故故转速为为25～30r／min。转盈的维维护、使使用、保保养(教材无)(1)启动转盘盘前必须须打开制制动销。。(2)启动转盘盘应平稳稳操作。。(3)末装上转转盘链条条或转盘盘万向轴轴护罩，，不准使使用转盘盘。(4)每班都要要检查转转盘的平平、正、、稳、紧紧、油面面情况，，经常保保持外表表清洁。。(5)不准用转转盘崩扣扣和上扣扣。(6)每周应仔仔细检查查一次大大小油池池润滑油油清洁情情况，及及时清洗洗换油。。2.2.1功用及使使用要求求水龙头通通过提环环挂在大大钩上，，随大钩钩运行而而上提下下放。2.2水龙头(P97-100)水龙头下下部接方方钻杆，，连接井井中钻具具；上部部通过鹅鹅颈管与与长长的的水龙带带相连，，通过它它们向钻钻具中心心导入钻钻井液。。水龙头的的功用主主要是：：(1)悬持旋转转着的钻钻柱，承承受大部部以至全全部钻柱柱重量，，并为旋旋转钻柱柱提供上上部轴承承支承。。是转与不不转的分分界。。(2)向旋转着着的钻柱柱导入高高压钻井井液。水龙头是是：提升、旋旋转、循循环三大大工作机机组交汇汇的“关关节”部部件对水龙头头的要求求是：(1)各承载零零件，如如提环、、壳体、、中心管管等和主主轴承必必须具有有足够的的强度、、刚度及及寿命。。(2)高压钻井井液密封封系统必必须工作作可靠，，寿命长长，更换换快速、、方便。。(3)机油密封封良好，，能自动动补偿工工作过程程中密封封元件的的磨损。。2.2.2组成及结结构特点点根据水龙龙头在钻钻井工作作中的功功用，水水龙头一一般由以以下三部部分组成成(参见图6-3，6-4)：1.承载系统统：中心管及及其接头头、壳体体、耳轴轴、提环环和主轴轴承等。。钻柱重重量通过过方钻杆杆、中心心管、主主轴承、、壳体、、耳轴、、提环将将载荷传传递给大大钩。2.钻井液系统：：鹅颈管、钻井井液冲管总成成。高压钻井井液经鹅颈管管、冲管流进进旋转着的中中心管到达钻钻柱内。冲管管上部和下部部都设置钻井井液密封装置置，以防高压压钻井液泄漏漏。3.辅助系统：扶正轴承、防防跳轴承及机机油密封装置置。壳体内腔腔构成油池，，以润滑主轴轴承、扶正轴轴承及防跳轴轴承。上、、下机油密封封盒主要是防防止钻井液及及油水漏入油油池和机油泄泄漏，以保证证各轴承正常常工作。上、下扶正轴轴承对中心管管径向定位，，保证其工作作稳定：摆动动小，以改善善钻井液和机机油密封的工工作条件，延延长其寿命。。防防跳轴承用以以承受钻井过过程中由钻柱柱传来的冲击击和振动，防防止中心管的的轴向窜动。。各种钻井水水龙头，一般般由上述三部部分组成，其其轴承布置方方案和冲管总总成的结构形形式不同形成成了多种水龙龙头具体结构构。经长期钻钻井实践，现现代钻机大多多采用如图6－5，6-6所采用的轴承承布置方案和和冲管总成结结构。下面具具体分析：1)扶正轴承布置置方案两扶正轴承分分置于主轴承承两边(图6-5)，最大限度地地扩大了扶正正轴承间距A，扶效果好。。中心管工作作稳定、摆动动小，非常有有利于钻井液液密封和机油油密封。防跳跳轴承布置在在上扶正轴承承下方或上扶扶正轴承用锥锥形滚子轴承承起扶正和防防跳作用。即即在结构紧凑凑的原则下尽尽量增大扶正正间距。2)浮动冲管、Y形液压自封式式密封、快卸卸结构这种结构形式式的特点是：：(1)浮动冲管。冲管浮动于鹅鹅颈管过渡接接头和中心管管之间，工作作时不转动，，但允许许略有轴向窜窜动，使其磨磨损均匀。冲管与中心管管之间是转与与不转的动密密封。(2)Y形密封圈与钢钢制隔环交迭迭布置。这种密封圈可可借助钻井液液压力自行封封紧。它的唇唇部在钻井液液压力作用下下始终贴住冲冲管外壁，工工作过程中，，即使在密封封圈不断磨损损情况下，仍仍能靠液压涨涨开唇部而形形成密封。(3)密封圈数目少少(3－4)。可通过密封盒盒进行黄油润润滑，减小了了摩擦和磨损损。(4)冲管的径向定定位由密封盒盒保证。密封盒与中心心管用定位止止口，圆柱面面配合定位这这样可提高加加工及配合精精度，保证冲冲管与中心管管有很好的同同心性，不易易产生离，延延长了冲管与与密封圈的寿寿命。(5)快速拆装，更更换方便。只需将上、下下密封盒压帽帽旋出，就可可取出冲管总总成，更换密密封圈或冲管管。2.2.3特性参数水龙头工作的的基本参数见见表6-2。1.最大静载荷水龙头主要受受力件所能承承受的最大载载荷，它应等等于或大于钻钻机最大钩载载。它是水龙龙头的主参数数。2.最高转速：水龙头许用最最高转速(r／min)，它应与转盘盘的最高转速速一致，一般般为300r／min。3.最大工作压力力水龙头最大工工作压力应与与钻井泵、高高压管汇、水水龙带相匹配配，一般为35MPa。4.各连接尺寸，几何尺寸见见表6-2。水龙头水龙头的维护护、使用、保养(1)水龙头搬放、、运输必须带带护丝。(2)使用前按油尺尺标记加足机机油，盘根应应打黄油。(3)使用前检查中中心管转动情情况，以一人人用36英寸链钳转动动灵活为合格格。(4)钻前进行水压压试验100～300大气压，在15分钟内下降不不超过3大气压为合格格。(5)每次起下钻时时，应检查一一次油面情况况及冲管盘根根磨损情况，，油温及各部部温度不得超超过70℃。(6)快速钻进及跳跳钻严重时应应加强检查鹅鹅颈管法兰连连接螺栓及各各紧固件松紧紧情况。(7)水龙头运转200小时和700小时后，应分分别检查机油油清洁程度和和换油。(8)拆换冲管及盘盘根时，应加加黄油润滑。。(9)润滑各型水龙头的的润滑作业分分别有具体规规定。现以SL7-130型水龙头为例例介绍如下:水龙头故障及及排出方法2.3顶驱钻井系统统P101-1072.3.1组成把常规水龙头头和钻井马达达相结合，配配备一种结构构新颖的钻杆杆上卸扣装置置，则组成了了顶部驱动装装置。从它悬持在游游动系统下面面直接旋转钻钻具并沿井架架内专用导向向下送进，从从而取代了转盘和和方钻杆，完完成旋转钻进进，循环钻井井液，接钻杆杆和上、卸钻钻柱等各种钻钻井操作。1.水龙头钻井马马达总成水龙头钻井马马达是顶驱钻钻井装置的主主体部件。它它由水龙头、、直流电动机机或液压马达达和减速装置置组成，以实实现悬持钻具具，导入高压压钻井液和旋旋转钻具的功功能。2.导向滑车总成成钻井马达装在在一个特制的的导向滑车上上，并通过专专用连杆挂到到水龙头加长长的提环销上上。导向滑车车结构见图6-8，主要由钻井井马达座架和和滑车框架构构成。前者用用于固定钻井井马达，后者者装有导向轮轮，可沿导轨轨滚动。导导轨装装在井架内部部，对游车及及顶驱钻井系系统起导向作作用，钻进时时导轨承受反反扭矩。3.钻杆上卸扣装装置钻杆上卸扣装装置是顶驱钻钻井系统的关关键部件，它它主要由旋转转头，钻杆吊吊卡，液压扭扭矩钳，吊环环联接器及吊吊环倾斜器组组成，见图6-9，6-10，6-11，它可完成接接立根，起下下钻时上卸立立根丝扣及打打开与扣紧吊吊卡等操作。。2.3.2顶驱钻井系统统特点和转盘旋转钻钻井方法相比比，顶驱钻井井系统旋转钻钻井具有以下下特点:1.可显著降低钻钻井辅助时间间，提高钻井井效率。顶部驱动钻井井系统可实现现立根钻进，，省去转盘、、方钻杆、大大鼠洞、避免免了转盘钻井井接单根时频频繁的常规操操作，减少了了三分之二的的钻柱连接时时间。2.可避避免免或或减减少少或或易易于于排排除除卡卡钻钻、、埋埋钻钻、、井井漏漏、、井井喷喷等等井井下下事事故故，大大大大提提高高了了钻钻井井的的安安全全性性。。由于于顶顶部部驱驱动动钻钻井井系系统统可可以以充充分分循循环环泥泥浆浆，，免免除除了了常常规规转转盘盘钻钻三三分分之之二二左左右右的的接接换换单单根根时时停停止止泥泥浆浆循循环环的的时时间间。。在在任任何何位位置置和和时时间间均均可可以以快快速速方方便便连连接接水水龙龙头头、、钻钻井井马马达达与与钻钻柱柱，，实实现现边边旋旋转转边边循循环环泥泥浆浆，，边边起起下下。。所所以以不不仅仅可可以以有有效效预预防防塌塌孔孔、、压压差差卡卡钻钻、、埋埋钻钻(如落落物物，，沉沉沙沙卡卡钻钻等等)等事事故故，，而而且且一一旦旦发发生生此此类类事事故故，，可可以以迅迅速速循循环环泥泥浆浆，，进进行行压压井井作作业业。。这这对对于于成成本本高高昂昂的的海海上上钻钻井井和和陆陆地地深深井井，，超超深深井井钻钻井井，，有有着着特特别别重重要要的的意意义义和和作作用用。。3.特别别适适合合于于钻钻定定向向井井、、水水平平井井，，可可显显著著提提高高钻钻机机钻钻定定向向井井、、水水平平井井的的能能力力和和节节约约钻钻井井时时间间，，降降低低钻钻井井成成本本。。由于于钻钻机机的的钻钻井井能能力力对对于于深深井井和和超超深深井井钻钻机机来来说说，，主主要要取取决决于于绞绞车车的的提提升升能能力力。。而而常常规规钻钻机机在在提提钻钻时时不不能能实实现现倒倒划划眼眼，，在在钻钻斜斜井井和和水水平平井井时时，，提提钻钻时时钻钻柱柱受受到到的的阻阻力力(滑动动摩摩擦擦)特别别大大，，而而使使其其有有效效钻钻井井距距离离受受到到很很大大限限制制。。顶顶驱驱钻钻井井系系统统可可以以实实现现倒倒划划眼眼(即提提钻钻时时旋旋转转钻钻柱柱)，对对于于钻钻大大斜斜度度井井和和水水平平井井，，可可以以大大大大降降低低提提钻钻时时的的摩摩擦擦阻阻力力（（“滚动动”摩擦)。从而而成倍倍增大大钻定定向井井的水水平半半径(如VARCO公司资资料介介绍9000m钻探能能力钻钻机钻钻定向向井水水平半半径可可达6000m)。由由于顶顶驱动动钻井井系统统以立立根钻钻进，，在钻钻定向向井时时减少少了测测量次次数，，容易易控制制井底底马达达的造造斜方方位，，节约约了定定向钻钻井时时间。。4.顶驱钻钻井系系统可可连续续取芯芯27m，改善善了取取芯条条件，，提高高了岩岩芯质质量。。5.具有理理想长长度的的过钻钻短节节，进一一步节节约辅辅助时时间和和增加加钻井井施工工的安安全性性。由由于于转盘盘钻井井每次次接单单根时时要把把钻具具提高高井底底约9m，以加加接单单根。。而顶顶驱钻钻井系系统在在主轴轴下部部接有有理想想长度度(如2m)的过钻钻尺寸寸短节节，加加接立立根时时，一一般钻钻柱只只需提提高3m左右，，既节节约了了约三三分之之二的的提高高和下下放时时间，，又因因提离离井底底距小小，减减少了了塌孔孔的可可能性性，使使钻井井施工工更加加安全全。6.钻台上无传传动部件，，操作更加加安全，减轻工人人劳动强度度，增加了了操作安全全性。由由于立根根钻进。避避免了转盘盘接单根时时频繁常规规操作，减减轻了工人人劳动强度度。同时钻钻台上除旋旋转钻柱外外，取消了了转盘及其其传动装置置和方钻杆杆等，使工工人操作更更加安全，，减少了人人身事故。。2.3.3顶驱装置的的发展顶驱装置是是在近十年年来得到了了迅速的推推广应用，，