钻机设计第二章

1、l柴油机功率柴油机功率Ne 输出形式输出形式扭矩扭矩Me，转速转速nel绞车功率绞车功率Nd 转化为转化为大钩起升功率大钩起升功率Nh ，大钩载荷大钩载荷Qh，钩速钩速Vl转盘转盘功率功率Nr，转速转速nrl钻井泵钻井泵功率功率Np l泵压泵压p，l液体排量液体排量Q钻机的能量传递钻机的能量传递 游动系统起重量和大钩载荷游动系统起重量和大钩载荷 v游动系统起重量游动系统起重量Q游游vG游游游动系统重量游动系统重量vQ钩钩大钩载荷大钩载荷v q 钻柱平均单位长度重量钻柱平均单位长度重量v Li 任意井深任意井深v ？游钩游GQQiqLQ钩1、静止工况、静止工况 v若若液液=1.2，钢钢=7.8，

2、则，则 ）1 (钢液浮钩 iiqLFqLQ0.850.8468 . 72 . 111钢液2、起升工况、起升工况 v取取K阻阻=0.15，则，则 ）K(1 阻钢液阻浮钩iiqLFFqLQ.011阻钢液K3、下放工况、下放工况 v依上依上取取K阻阻=0.15 ，则，则 0.71阻钢液K）（阻钢液阻浮钩K1 iiqLFFqLQ小结：小结：v静止：静止：v起升：起升：v下放：下放：v若：若：Li=L（最大井深），则（最大井深），则Q钩钩=Q柱柱游钩游GQQ 85. 0游钩游GQQ游钩游GQQ7 . 0大钩静载荷大钩静载荷v定义：在起升钻具过程中，大钩在起升钻具过程中，大钩在在均速均速提升井中全部钻杆柱

3、时所承提升井中全部钻杆柱时所承受的载荷。受的载荷。v它取决于钻杆柱结构、一定相对密它取决于钻杆柱结构、一定相对密度的泥浆对钻杆柱形成的浮力，以度的泥浆对钻杆柱形成的浮力，以及钻柱与井壁间的摩擦阻力。及钻柱与井壁间的摩擦阻力。）钢液(1 10fshKK LKqQ1、静止工况、静止工况 PPPPPz1z21 PzQ 游zQP游 起下钻时，滑轮轴承起下钻时，滑轮轴承摩擦阻摩擦阻力力和钢绳通过滑轮时的和钢绳通过滑轮时的弯曲弯曲阻力阻力，使各绳拉力发生变化。，使各绳拉力发生变化。2、起升工况、起升工况 vv单滑轮效率（轴承，弯绳）单滑轮效率（轴承，弯绳） 01221PPPPPPPzzzzzzzPPPPP

4、PP121游游zPzzPPPPPPPQzzzzzz)1 ()1 (1)1 ()(12121游游zQP )1 ()1 (zz游3、下放工况、下放工况 v 01221PPPPPPPzzzzzzzPPPPPPP/121游游/)1 ()1 ()1 (1)/1/1/1/1 (12121PzzPzPPPPPPQzzzzzzzz游游zQP)1 ()1 (zzz游小结小结 v静止：静止：v起升：起升：v下放：下放：v游游游动系统效率游动系统效率游游zQP)1 ()1 (zzz游游游zQP )1 ()1 (zz游zQP 游游动系统效率简化游动系统效率简化 起升起升 下放下放v 取取 =0.97（单滑轮效率）（单

5、滑轮效率）v Z 6 8 10 12 14 16 18 起升起升 0.900 0.874 0.849 0.825 0.802 0.780 0.758 下放下放 0.898 0.870 0.843 0.816 0.790 0.764 0.739v 近似近似v )1 ()1 (zzz游)1 ()1 (zz游12z游游游21z游（1 1）滑轮组钢丝绳速度）滑轮组钢丝绳速度 vV V 大钩速度大钩速度vV V快绳速度快绳速度v滚筒转速滚筒转速vi i第第i i滑轮转速滑轮转速vR R 滑轮缠绳半径滑轮缠绳半径vz z 有效绳数有效绳数钢丝绳速度钢丝绳速度 v天车天车 游车游车010VVVVii012V

6、VVii00VVV 0zVVVzVV2VVVV2VVVV2VVVVVzz)2(4220103402301201总结：总结： v各绳速度各绳速度v快绳速度：快绳速度：v结论：钢丝绳各段速度不同结论：钢丝绳各段速度不同为偶数为奇数iiViViVi) 1(VzV 意义：意义：v 设计时以快绳轮为依据设计时以快绳轮为依据v 维修时快绳轮和死绳轮等调换位置维修时快绳轮和死绳轮等调换位置v 钢丝绳快绳侧疲劳损坏严重（绳过各轮时钢丝绳快绳侧疲劳损坏严重（绳过各轮时的弯曲产生疲劳载荷）的弯曲产生疲劳载荷）v 钢丝绳疲劳寿命的计算依据钢丝绳疲劳寿命的计算依据kNkN（吨）公（吨）公里法里法v 钢丝绳整盘使用，逐

7、段报废，目前检测依钢丝绳整盘使用，逐段报废，目前检测依据，每节距的断丝数。据，每节距的断丝数。vne提升柴油机输出转速提升柴油机输出转速 vni绞车滚筒转速绞车滚筒转速vii绞车第绞车第i挡提升时从柴油挡提升时从柴油机到滚筒轴的总传动比机到滚筒轴的总传动比 （2 2）滚筒上钢丝绳速度）滚筒上钢丝绳速度 vDi提升时滚筒缠至第提升时滚筒缠至第i层钢丝绳时的工作直径层钢丝绳时的工作直径（2 2）滚筒上钢丝绳速度）滚筒上钢丝绳速度 无槽滚筒与带槽滚筒无槽滚筒与带槽滚筒v光滚筒光滚筒早期的滚筒一般为光滚筒早期的滚筒一般为光滚筒v光滚筒第一层不工作，充当绳槽光滚筒第一层不工作，充当绳槽v带槽滚筒（带槽滚

8、筒（Lebus绳槽）绳槽）v双螺旋双螺旋-平行绳槽平行绳槽 在起钻之前由于大钩与吊环之间、吊环与吊在起钻之前由于大钩与吊环之间、吊环与吊卡之间存有间隙，起升钢绳全处于松弛状态，所卡之间存有间隙，起升钢绳全处于松弛状态，所以挂合绞车滚筒离合器后滚筒开始缠绳、起升运以挂合绞车滚筒离合器后滚筒开始缠绳、起升运动之处的一瞬间，大钩承受动之处的一瞬间，大钩承受冲击载荷冲击载荷。 又由于起升之初处于加速状态，所以大钩又又由于起升之初处于加速状态，所以大钩又承受承受惯性载荷惯性载荷。 又由于游动钢绳是一弹性体，井架和天车台又由于游动钢绳是一弹性体，井架和天车台架也是架也是弹性体弹性体，且带有变形内，且带有变

9、形内阻尼阻尼，所以动载，所以动载时间历程呈一个时间历程呈一个类正弦衰减波类正弦衰减波，在十几个波动后，在十几个波动后动载波逐渐消失，载荷成为静载动载波逐渐消失，载荷成为静载Qst。（1）钩载）钩载时间历程曲线图时间历程曲线图 起升钻杆柱起升钻杆柱时在时在大钩下或吊环上大钩下或吊环上用拉力传感器实用拉力传感器实测的测的钩载钩载时间时间历程曲线。历程曲线。24知识准备知识准备a、离合器、离合器v气胎离合器气胎离合器25滚筒结构滚筒结构vJC4526盘式离合器盘式离合器 由由机械原理机械原理得知，得知，设发动机与工作机轴直接设发动机与工作机轴直接联接联接，如图，如图3-8，启动时无，启动时无间隙，间

10、隙，M1为为从发动机来的从发动机来的主动力矩主动力矩，M2为为工作机负工作机负载形成的阻力矩载形成的阻力矩，并设此，并设此系统的折算转动惯量为常系统的折算转动惯量为常数，则此系统的数，则此系统的力矩型运力矩型运动方程动方程：28起升系统动力学模型起升系统动力学模型 柴油轴柴油轴链轴链轴29v运动微分方程运动微分方程v转动惯量折合转动惯量折合原则：动能守恒原则：动能守恒 dtdJJMM)(212121iiiJJ30运动、功率分析运动、功率分析v完全打滑段完全打滑段 OA AIv半打滑段半打滑段 AB AIIv同步加速段同步加速段 BKCv 加速功加速功 AIII+AIVv 起升功起升功 AVv摩

11、擦功摩擦功 A摩摩=AI+AIIv 起升曲线起升曲线 当起升系统采取当起升系统采取无极调速时无极调速时，在起钻，在起钻过程中，随着钩载不过程中，随着钩载不断降低，起升速度无断降低，起升速度无级的级的自动自动加快，从而加快，从而随时随刻充分利用系随时随刻充分利用系统配备功率统配备功率，达到起，达到起升速度最快，总机起升速度最快，总机起升时间最少的目的。升时间最少的目的。33起升功率利用率起升功率利用率 v Nm平均使用功率平均使用功率v N绞车配备功率绞车配备功率v Tmin起升最小时间，无起升最小时间，无级调速驱动时级调速驱动时100%利用功利用功率下才能达到率下才能达到v Th实际起升时间。

12、实际起升时间。hhmTTNTNTNNminmin34最大起升功率利用率最大起升功率利用率max ve=3 max=0.75ve=4 max=0.8ve=5 max=0.827ve=6 max=0.856v档数档数e要适中要适中1maxee钻井曲线钻井曲线 定义：定义：起钻行程次数与起钻立根数（或井深）的相对关起钻行程次数与起钻立根数（或井深）的相对关系曲线。系曲线。来源：来源：理论钻机曲线是根据实际钻井统计资料拟合而来理论钻机曲线是根据实际钻井统计资料拟合而来的。的。作用：作用：1、根据它可计算出一口井起钻立根总数及各起升、根据它可计算出一口井起钻立根总数及各起升档所起立根总数；档所起立根总数

13、； 2、计算一口井的机动起升时间；、计算一口井的机动起升时间； 3、核算起升部件的强度，诸如滚动轴的疲劳强度，、核算起升部件的强度，诸如滚动轴的疲劳强度，绞车、天车、游车的轴承及钢丝的疲劳寿命。绞车、天车、游车的轴承及钢丝的疲劳寿命。BAyX 如：如：起钻次数起钻次数 X 1 2 3 4 所起立根数所起立根数Y 40 60 70 80 250166. 2410994. 2yX钻井曲线钻井曲线 “直接最小二乘法直接最小二乘法”拟合，迭代拟合，迭代试算：试算：如：如：起钻次数起钻次数 1 2 3 4 实际值实际值 40 60 70 80 理论值理论值 42.35 58.32 70.33 80.3137起钻立根总数求解起钻立根总数求解 v理论值理论值 “间接参数代换法间接参数代换法”拟合，纵坐标为拟合，纵坐标为z，横坐标为，横坐标为y：y 40 60 70 80 z 40 100 170 250bayz 944. 1410418. 9yX