钻井辅助设备基础知识

1、程程 瑞瑞 亮亮 Basic Knowledge of Drilling Auxiliary EquipmentAssociate Professor第一部分第一部分 钻井转盘钻井转盘目目 录录第三部分第三部分 钻井天车、游车及大钩钻井天车、游车及大钩 第二部分第二部分 钻井水龙头钻井水龙头第一部分第一部分 钻井转盘钻井转盘转盘（转盘（rotary table）问世于）问世于1900年，是美国人年，是美国人发明的，转盘钻机因此而得名。在发明的，转盘钻机因此而得名。在1901年年1月月1日美国人在日美国人在Fangzhuiding Oilfield, Texas用转用转盘钻机成功地钻出了世界上第

2、一口高产油井，盘钻机成功地钻出了世界上第一口高产油井，初喷产量初喷产量75000bbl/d。自此，转盘钻机开始跨。自此，转盘钻机开始跨入取代绳式和杆式冲击钻的历史进程。转盘实入取代绳式和杆式冲击钻的历史进程。转盘实质上是一个级传动的圆锥齿轮减速器，它将发质上是一个级传动的圆锥齿轮减速器，它将发动机的动力通过方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤动机的动力通过方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，旋转驱动钻柱钻头转动，钻出井眼。和钻头，旋转驱动钻柱钻头转动，钻出井眼。转盘是目前旋转钻机的关键设备，也是钻机三转盘是目前旋转钻机的关键设备，也是钻机三大工作机之一大工作机之一 一、一、 概述概述1、钻井工艺对转盘的要

3、求、钻井工艺对转盘的要求（1）转盘能输出足够大的扭矩和必要的转速，以）转盘能输出足够大的扭矩和必要的转速，以转动钻柱带动钻头破碎岩石，并能满足打捞、对转动钻柱带动钻头破碎岩石，并能满足打捞、对扣、倒扣、造扣或磨铣等特殊作业的要求。扣、倒扣、造扣或磨铣等特殊作业的要求。（2）转盘必须具有抗震、抗冲击和抗腐蚀的能力。）转盘必须具有抗震、抗冲击和抗腐蚀的能力。尤其是主轴承应有足够的强度和寿命，并要求其尤其是主轴承应有足够的强度和寿命，并要求其承载能力大于钻机的最大钩载。承载能力大于钻机的最大钩载。（3）转盘能正反转，要有可靠制动机构。）转盘能正反转，要有可靠制动机构。（4）必须有良好的密封、润滑，以

4、防止转盘外界）必须有良好的密封、润滑，以防止转盘外界的泥浆、污物进入转盘内部，损坏主辅轴承的泥浆、污物进入转盘内部，损坏主辅轴承2、技术参数、技术参数 钻机代号钻机代号ZJ20KZJ50/3150LZJ40/2250CJDZJ45JZJ70/4500DZZJ50/3150DB-1ZJ90/6750转盘代号转盘代号ZP175ZP275ZP205ZP375ZP475通孔直径通孔直径mm444.5698.5520.7952.51206.5最大静负荷最大静负荷KN2250450044135850最高转速最高转速rpm300250350300300齿轮传动比齿轮传动比3.583.6673.223.56主

5、轴承主轴承537101098001060155800950120800106015510501270220辅助轴承辅助轴承5006006060071067800950120800950120质量质量kg3888616361828026二、转盘结构二、转盘结构1、ZP275转盘转盘1）转台总成）转台总成 主要由转台迷宫圈、转台、固定在主要由转台迷宫圈、转台、固定在转台上的大锥齿轮、主、辅轴承、下座圈、大方转台上的大锥齿轮、主、辅轴承、下座圈、大方瓦和方补心等组成。瓦和方补心等组成。转台迷宫圈（两道环槽）烘装在转台外缘上，与转台迷宫圈（两道环槽）烘装在转台外缘上，与壳体上的两道环槽形成动密封，防止

6、钻井液及污壳体上的两道环槽形成动密封，防止钻井液及污物进入转台而损坏主轴承。物进入转台而损坏主轴承。转台是一个铸钢件，其内孔上部为方形，以安装转台是一个铸钢件，其内孔上部为方形，以安装方瓦，下部为圆形。下座圈用螺栓固定在转台的方瓦，下部为圆形。下座圈用螺栓固定在转台的下部，以支承辅助轴承，并形成下部迷宫密封，下部，以支承辅助轴承，并形成下部迷宫密封，防止外界污物进入转台内。转台是用一对圆锥齿防止外界污物进入转台内。转台是用一对圆锥齿轮来传动的，大齿轮烘装在转台上，小圆锥齿轮轮来传动的，大齿轮烘装在转台上，小圆锥齿轮过盈配合装在水平轴的一端过盈配合装在水平轴的一端 主、辅轴承均采用推力向心球轴承

7、，主轴承主、辅轴承均采用推力向心球轴承，主轴承主要承受方钻杆下滑造成的轴向力和锥齿轮副主要承受方钻杆下滑造成的轴向力和锥齿轮副啮合所产生的径向力。啮合所产生的径向力。大方瓦为两体式方形铸件，每个方瓦上有两大方瓦为两体式方形铸件，每个方瓦上有两个制动销，一个用于将大方瓦与转台锁在一起，个制动销，一个用于将大方瓦与转台锁在一起，防止大方瓦在钻井过程中从转台中跳出，另一防止大方瓦在钻井过程中从转台中跳出，另一个制动销可将大方瓦与方补心锁在一起，以防个制动销可将大方瓦与方补心锁在一起，以防方补心跳出。从转台中取出方瓦是用两个方瓦方补心跳出。从转台中取出方瓦是用两个方瓦提环操作提环操作 2）转盘的制动机

8、构）转盘的制动机构 在转盘的上部装有制动转在转盘的上部装有制动转台两个方向转动的制动装置，它由两个操纵杆、台两个方向转动的制动装置，它由两个操纵杆、左右掣子和和转台外缘上的燕尾槽组成。左右掣子和和转台外缘上的燕尾槽组成。3）壳体）壳体 壳体是转盘的底座，采用铸焊结构，壳体是转盘的底座，采用铸焊结构，由铸钢件和板材焊接而成。其主要是作为主辅由铸钢件和板材焊接而成。其主要是作为主辅轴承及输入轴总成的支撑，同时，也是润滑锥轴承及输入轴总成的支撑，同时，也是润滑锥齿轮和轴承的油池。齿轮和轴承的油池。2、ZP-520/ZP205型转盘型转盘与与ZP-275型转盘类似，主要区别有两点：其型转盘类似，主要区

9、别有两点：其一，一，ZP-520水平轴采用两副轴承支撑，必水平轴采用两副轴承支撑，必须拆下锥齿轮才能更换轴承。因此，只能须拆下锥齿轮才能更换轴承。因此，只能通过键将小齿轮固定在轴上。而通过键将小齿轮固定在轴上。而ZP-275采采用不同型号轴承，可从轴一端更换轴承。用不同型号轴承，可从轴一端更换轴承。其二，转盘的制动其二，转盘的制动 机构不同。机构不同。ZP-520通过通过键固定在水平轴上的两个方向相反的制动键固定在水平轴上的两个方向相反的制动棘轮、两套制动传动杠杆和箱体上的两个棘轮、两套制动传动杠杆和箱体上的两个制动手柄来实现制动制动手柄来实现制动五、转盘使用及维护保养五、转盘使用及维护保养1

10、）使用前的准备与检查）使用前的准备与检查（1）新启用的转盘，应先在油池内加入闭式工业齿）新启用的转盘，应先在油池内加入闭式工业齿轮油，油面应达到游标尺最高位置。轮油，油面应达到游标尺最高位置。（2）对锁紧装置上的销轴注入润滑脂。）对锁紧装置上的销轴注入润滑脂。（3）检查锁紧）检查锁紧 装置上的操纵杆或手柄位置，在转盘装置上的操纵杆或手柄位置，在转盘开动前应在不锁紧位置。因为锁紧的转盘在启动时开动前应在不锁紧位置。因为锁紧的转盘在启动时会使转盘内的零部件产生严重的损坏。制动块和销会使转盘内的零部件产生严重的损坏。制动块和销子转动应灵活，制动可靠。子转动应灵活，制动可靠。（4）转台与方瓦、方瓦与补

11、心是否锁紧。）转台与方瓦、方瓦与补心是否锁紧。（5）检查快速轴上的弹簧密封圈密封是否可靠）检查快速轴上的弹簧密封圈密封是否可靠（6）检查链轮是否有轴向位移，如果有则用螺）检查链轮是否有轴向位移，如果有则用螺栓固紧轴端压板。然后装上转盘链条护罩或万栓固紧轴端压板。然后装上转盘链条护罩或万向轴护罩，未装上护罩前不得使其运转。向轴护罩，未装上护罩前不得使其运转。（7）使转盘平稳启动，慢慢合上气阀手柄或转）使转盘平稳启动，慢慢合上气阀手柄或转盘离合器，检查转台是否跳动；并检查圆锥齿盘离合器，检查转台是否跳动；并检查圆锥齿轮的啮合情况，声音是否正常，应无咬卡和撞轮的啮合情况，声音是否正常，应无咬卡和撞击

12、现象击现象2）工作中的检查）工作中的检查（1）定期检查转盘的固定情况，检查是否平、）定期检查转盘的固定情况，检查是否平、正、稳和牢固。正、稳和牢固。（2）检查运转的声音是否正常，动力输入轴端）检查运转的声音是否正常，动力输入轴端的弹簧密封圈密封是否可靠。的弹簧密封圈密封是否可靠。（4）严禁使用转盘崩扣，防止损坏齿轮牙齿。）严禁使用转盘崩扣，防止损坏齿轮牙齿。（5）钻进和起下钻过程中应避免猛蹩，猛顿，以防由）钻进和起下钻过程中应避免猛蹩，猛顿，以防由此而损坏零件。此而损坏零件。（6）钻台和转盘面要保持清洁。油标尺和黄油嘴要上）钻台和转盘面要保持清洁。油标尺和黄油嘴要上紧。紧。（7）大方瓦与转台面

13、要齐平。）大方瓦与转台面要齐平。（8）转盘在承受较大冲击载荷后（如卡钻、顿钻）应）转盘在承受较大冲击载荷后（如卡钻、顿钻）应注意检查运转声音有无异常。注意检查运转声音有无异常。（9）定期检查输入轴轴端的万向轴连接法兰（或链轮）定期检查输入轴轴端的万向轴连接法兰（或链轮）是否有轴向窜动，若有窜动应拧紧轴端压板螺钉。是否有轴向窜动，若有窜动应拧紧轴端压板螺钉。（10）定期检查下座圈的连接螺栓是否松动）定期检查下座圈的连接螺栓是否松动 第二部分第二部分 水龙头水龙头水龙头水龙头悬挂在大钩上，通过上部的鹅颈管与悬挂在大钩上，通过上部的鹅颈管与水龙带一端相连，水龙带另一端与立管相水龙带一端相连，水龙带另

14、一端与立管相连，下部与方钻杆连接。因此，在钻井中连，下部与方钻杆连接。因此，在钻井中它不但要导输来自钻井泵的钻井液，还要它不但要导输来自钻井泵的钻井液，还要在旋转的情况下承受井中钻具的重量。所在旋转的情况下承受井中钻具的重量。所以以 ，水龙头是旋转钻机中的提升、旋转、水龙头是旋转钻机中的提升、旋转、循环三大工作机中相交汇的一台关键设备循环三大工作机中相交汇的一台关键设备 一、概述一、概述1、钻井工艺对水龙头的要求、钻井工艺对水龙头的要求1）水龙头主轴承应具有足够的强度和寿命，）水龙头主轴承应具有足够的强度和寿命，其承载力应大于钻机的最大钩载。其承载力应大于钻机的最大钩载。2）要有可靠的高压钻井

15、液密封系统，寿命长，）要有可靠的高压钻井液密封系统，寿命长，拆卸迅速、方便。能自动补偿工作中密封拆卸迅速、方便。能自动补偿工作中密封件的磨损。件的磨损。3）上端与水龙带连接处能适合水龙带在钻进）上端与水龙带连接处能适合水龙带在钻进过程中伸缩弯曲。过程中伸缩弯曲。4）各承载件要有足够的强度和刚度，并且要）各承载件要有足够的强度和刚度，并且要求连接可靠，能承受高压。求连接可靠，能承受高压。2、水龙头型号、水龙头型号 二、水龙头的结构组成二、水龙头的结构组成1、普通水龙头、普通水龙头1）固定部分：由提环、鹅颈管、上盖、壳体、下盖）固定部分：由提环、鹅颈管、上盖、壳体、下盖等组成。等组成。上盖上盖 又

16、称支架，是支架式铸钢件。其上部加工成又称支架，是支架式铸钢件。其上部加工成法兰，通过螺栓安装鹅颈管。其下部是圆形，通过法兰，通过螺栓安装鹅颈管。其下部是圆形，通过螺栓与壳体上部连接，构成壳体上盖，在圆盖中心螺栓与壳体上部连接，构成壳体上盖，在圆盖中心孔处装有扶正（防跳）轴承和两个安装密封圈，即孔处装有扶正（防跳）轴承和两个安装密封圈，即上机油密封圈，以防壳体内部的油液漏外漏和外界上机油密封圈，以防壳体内部的油液漏外漏和外界的泥浆及其它赃物侵入壳体内部的泥浆及其它赃物侵入壳体内部鹅颈管：是一个鹅颈形中空式合金钢铸件，其下部鹅颈管：是一个鹅颈形中空式合金钢铸件，其下部的异型法兰上加工有螺纹，通过上

17、泥浆盘根盒压盖的异型法兰上加工有螺纹，通过上泥浆盘根盒压盖与冲管总成连接与冲管总成连接 。下盖：是一个圆形铸钢件，通过螺栓与壳体下盖：是一个圆形铸钢件，通过螺栓与壳体连接，在其中心孔处安装下扶正轴承和密封圈。连接，在其中心孔处安装下扶正轴承和密封圈。2）旋转部分）旋转部分中心管（中心管（swivel stem）：是用合金钢锻造并）：是用合金钢锻造并经热处理加工而成，它是水龙头旋转部分的重经热处理加工而成，它是水龙头旋转部分的重要承载部件。它不仅要在旋转的情况下承受全要承载部件。它不仅要在旋转的情况下承受全部钻柱的重量，而且其内孔还要承受高压泥浆部钻柱的重量，而且其内孔还要承受高压泥浆压力。中心

18、管上端连接冲管总成，下端母扣与压力。中心管上端连接冲管总成，下端母扣与保护接头连接，保护接头再与方钻杆上端连接。保护接头连接，保护接头再与方钻杆上端连接。主、辅轴承：主轴承为圆锥滚子轴承，承主、辅轴承：主轴承为圆锥滚子轴承，承载能力大。下扶正轴承为短圆柱滚子轴承。载能力大。下扶正轴承为短圆柱滚子轴承。上、下扶正轴承的作用是承受中心管转动上、下扶正轴承的作用是承受中心管转动时的径向摆动力，使中心管居中，保证密时的径向摆动力，使中心管居中，保证密封效果。因此，上、下扶正轴承距离较远封效果。因此，上、下扶正轴承距离较远时扶正效果较好时扶正效果较好 密封部分：由上、下泥浆冲管盘根盒密封密封部分：由上、

19、下泥浆冲管盘根盒密封组件和上、下机油盘根盒密封组件四部分组件和上、下机油盘根盒密封组件四部分组成组成 四、水龙头的使用、维护和保养四、水龙头的使用、维护和保养1、水龙头在搬运、运输过程中必须带护丝。、水龙头在搬运、运输过程中必须带护丝。2、检查中心管转动情况：中心管一人用链钳转、检查中心管转动情况：中心管一人用链钳转动自如，无阻卡现象。动自如，无阻卡现象。3、新水龙头在使用前必须试压，压力不降为合、新水龙头在使用前必须试压，压力不降为合格；否则需重装盘根盒。格；否则需重装盘根盒。4、水龙头壳体是否温度过高、水龙头壳体是否温度过高5、润滑、润滑水龙头体内的油位每班都要检查一次。检查油水龙头体内的

20、油位每班都要检查一次。检查油面是否在要求的位置上面是否在要求的位置上第三部分第三部分 钻井天车、游车及大钩钻井天车、游车及大钩一、概述一、概述钻机游动系统钻机游动系统:由井架、天车、游车、大钩、钢由井架、天车、游车、大钩、钢丝绳设备组成丝绳设备组成 天车是固定在井架顶部的定滑轮组，游车是动天车是固定在井架顶部的定滑轮组，游车是动滑轮组，利用动滑轮省力的原理，在钻井中钻滑轮组，利用动滑轮省力的原理，在钻井中钻机可以提起机可以提起100多吨甚至几百吨的重量多吨甚至几百吨的重量 1、游动系统型号、游动系统型号二、天二、天 车车天车主要是由天车架、滑轮组和辅助滑轮等零、部件天车主要是由天车架、滑轮组和

21、辅助滑轮等零、部件组成。组成。1、天车的结构特点、天车的结构特点1）TC-350、TC-250天车天车这两种天车结构型式相同，主要由天车架、滑轮组和这两种天车结构型式相同，主要由天车架、滑轮组和辅助滑轮等组成。辅助滑轮等组成。TC-350主要配备于主要配备于ZJ45J，TC-250主要配备于主要配备于ZJ32L-1、ZJ40/2250L钻机钻机 （1）天车架（天车底座）天车架（天车底座） 是一个由两根横梁是一个由两根横梁及两至三根纵梁焊接成的方形框架结构，两横及两至三根纵梁焊接成的方形框架结构，两横梁座在井架天车梁上，用四个梁座在井架天车梁上，用四个U形螺栓固定。形螺栓固定。（2）滑轮组）滑轮

22、组 每个滑轮都是由两个双列圆锥滚每个滑轮都是由两个双列圆锥滚子轴承支撑在滑轮轴上，采用注油隔环和弹簧子轴承支撑在滑轮轴上，采用注油隔环和弹簧圈对每个滑轮两轴承进行润滑和定位。两组滑圈对每个滑轮两轴承进行润滑和定位。两组滑轮之间用一个轴套隔开，每组滑轮用螺母固定轮之间用一个轴套隔开，每组滑轮用螺母固定在天车轴上。快绳滑轮则单独安装在两组滑轮在天车轴上。快绳滑轮则单独安装在两组滑轮之间的前方。滑轮轴通过轴承座固定在天车底之间的前方。滑轮轴通过轴承座固定在天车底座上座上（3）辅助滑轮）辅助滑轮 又称高悬猫头绳轮。辅助滑轮又称高悬猫头绳轮。辅助滑轮都是通过吊架用销子悬挂在天车底座上，辅都是通过吊架用销

23、子悬挂在天车底座上，辅助滑轮内装有两副圆柱滚子轴承，销轴的一助滑轮内装有两副圆柱滚子轴承，销轴的一端装有一个黄油杯，用来向轴承加注润滑脂端装有一个黄油杯，用来向轴承加注润滑脂 2）TC-200天车天车该天车是该天车是TC 1-130天车的变型，配备于大庆天车的变型，配备于大庆型钻机。其结构主要由天车架、滑轮组和辅型钻机。其结构主要由天车架、滑轮组和辅助滑轮等组成。助滑轮等组成。TC-200天车滑轮装在一根轴天车滑轮装在一根轴上，各滑轮相互平行。上，各滑轮相互平行。3、天车维护保养及故障排除、天车维护保养及故障排除1）检查各滑轮转动是否灵活，有无阻滞现象，）检查各滑轮转动是否灵活，有无阻滞现象，

24、以一人用手能自由旋转为宜。当旋转任一滑轮以一人用手能自由旋转为宜。当旋转任一滑轮时，其相邻滑轮不应随着转动。时，其相邻滑轮不应随着转动。2）检查各螺母是否松动，防止螺丝松动用的开）检查各螺母是否松动，防止螺丝松动用的开口销、铁丝是否装配牢固。在解卡、顿钻等重口销、铁丝是否装配牢固。在解卡、顿钻等重大事故后要仔细对天车进行全面检查。大事故后要仔细对天车进行全面检查。3）检查护架、栏杆是否可靠，管座上的焊缝有）检查护架、栏杆是否可靠，管座上的焊缝有无碰裂现象。无碰裂现象。4）要按规定时间用润滑脂对各滑轮轴承进行润）要按规定时间用润滑脂对各滑轮轴承进行润滑。滑。5）检查各润滑轴承的温升。）检查各润滑

25、轴承的温升。三、游三、游 车车1、游车的结构、游车的结构 如图所示，主要由横梁、左、右侧如图所示，主要由横梁、左、右侧板组、滑轮、滑轮轴、销座（钢板）、下提环（吊板组、滑轮、滑轮轴、销座（钢板）、下提环（吊环）、护罩等零、部件组成环）、护罩等零、部件组成 。滑轮用双列圆锥滚子滑轮用双列圆锥滚子轴承支撑在滑轮轴上，每个轴承都通过安装在滑轮轴承支撑在滑轮轴上，每个轴承都通过安装在滑轮轴两端的油杯单独进行润滑。侧板组上部用螺杆与轴两端的油杯单独进行润滑。侧板组上部用螺杆与横梁联结，下提环被两个提环销联结在销座上。销横梁联结，下提环被两个提环销联结在销座上。销座用销轴与侧板组连接，提环销的一端用开槽螺

26、母座用销轴与侧板组连接，提环销的一端用开槽螺母及开口销固定。当摘挂大钩时，可以拆掉游车上的及开口销固定。当摘挂大钩时，可以拆掉游车上的任何一个或两个提环销。为使两侧板组加紧滑轮轴，任何一个或两个提环销。为使两侧板组加紧滑轮轴，通过两侧板组的中部和上部的调节垫片进行调节。通过两侧板组的中部和上部的调节垫片进行调节。用止动块（或键）将轴固定在侧板上，以防止轴转用止动块（或键）将轴固定在侧板上，以防止轴转动动 2、使用与维护保养、使用与维护保养1）游车在使用前及使用过程中，应经常检查，）游车在使用前及使用过程中，应经常检查，发现故障，立即排除。发现故障，立即排除。2）在使用期间，滑轮轴承发出噪音和由

27、不平）在使用期间，滑轮轴承发出噪音和由不平稳转动造成的滑轮抖动，表明轴承的间隙稳转动造成的滑轮抖动，表明轴承的间隙过大，应及时更换磨损了的轴承。过大，应及时更换磨损了的轴承。3）滑轮槽应定期检查，当滑轮槽半径磨损至）滑轮槽应定期检查，当滑轮槽半径磨损至规定的滑轮槽半径数值时，应该更换滑轮。规定的滑轮槽半径数值时，应该更换滑轮。5）润滑）润滑 用油枪向轴两端油杯注入润滑脂，用油枪向轴两端油杯注入润滑脂，每周一次每周一次 四、大钩四、大钩1、大钩结构特点、大钩结构特点1）DG-350、DG-315大钩大钩这两种大钩结构相同，这两种大钩结构相同，DG-350大钩主要配备于大钩主要配备于ZJ45J钻机和钻机和ZJ45钻机，钻机，DG-315大钩主要配大钩主要配备