第二章起下钻工作和游动系统

1、.本章主要内容与要求：本章主要内容与要求：第一节第一节 起下钻操作和游动系统工作分析起下钻操作和游动系统工作分析第二节第二节 起升时间和功率利用率起升时间和功率利用率第三节第三节 天车和游车天车和游车第四节第四节 大钩大钩本章与井架是钻机的起升系统的核心，它主要由井架、天车、大钩、游动系统钢丝绳和绞车等设备组成。重点：重点：起下钻操作及游动系统的组成难点：难点：游动系统钢丝绳与滑轮的力学工作分析.1、掌握起下钻步骤和游动系统的结构组成2、明确钻机游动系统钢丝绳与滑轮的运动情况3、了解钻机起升时间和功率利用率4、掌握天车、游车和大钩的结构以及维护保养.一、一、起下钻操作和时间起下钻操作和时间1、

2、起钻过程操作2、下钻过程操作3、起下一根立根的时间 式中字母含义见P18手下吊起ttttt.运动分析：运动分析：如图P19（1）钢绳速度钢绳速度 (i-1)V (当i为奇数时 )Vi= iv (当 i为偶数时 )V大钩的速度；i死绳端开始数的有效绳数（2）游动系统滑轮的切向速度游动系统滑轮的切向速度 和转速和转速ziiVDniVVii,.,3,2,160,/轮rV因为n2rVn2所以iViVin注意注意P19说明说明.动力分析动力分析 大钩静止时 各绳的拉力: 大钩起升时各绳的拉力: zQPPPPP游/21.111ZzQPZ游游游所以游动系统效率由于zznzPPPPPPPPPPP1211/21

3、.，有为一个绳轮的效率，则设. 各绳的拉力:11ZZ游ZZZ11游21z游游zzzzzPPPPPPPPPP1221121.有为一个绳轮的效率，则设ZZZ11游注意：注意：Z越多，越多，游游越低越低为什么？为什么？.1、写出起下钻操作步骤。2、填空 游动系统的效率主要取决于 ，它越多，效率越低。 在起钻过程中，快绳一侧的滑轮转速要比死绳一侧的 。（高或低） 钢绳工作一段时间后，应从 端储绳卷筒中放出新绳，再从滚筒上斩段断一段钢绳重新固定好。 .一、绞车各挡起重量一、绞车各挡起重量Qi和各和各挡所起立根数挡所起立根数Si的确定的确定1、在一定绞车功率和一定起升挡速度下，绞车各挡可能起升的载荷为：2

4、、参考图22，则绞车各挡可能起升的载荷写为：3、由此两公式可以得出任意挡所能起的立根数为：0GqlyQii310iiVNQqlGqlVNyii0310.那么，各挡所起的立根数为：最高挡所起立根数为：一个例题： P22具体进行分析1311110iIiiIVVqlNyySqlGqlVNySkkk0310. 所谓机动起升时间是指绞车卷扬起升立根所用的时间。注意区别注意区别以下说法的含义：1、第i挡起升速度Vi起升一根立根所用的理论机动起升时间：2、速度系数：iiVlt起平iiVV.3、第i挡起升速度Vi起升一根一根立根所用的实际机动起升时间为：4、第i挡起升速度Vi起升Si个立根个立根所用的实际机动

5、起升时间为：iiiiiiiiiVSlVSsTVlVlt起平起/.（1）柴油机直接驱动的钻机一次起钻总的实际机动起升时间 见P23公式（214）（2）柴油机液力变矩器驱动或直流电驱动的钻机的实际机动起升时间 见P24公式（215）.明确：1、大钩起升功率利用率为：大钩起升功率利用率为：2、大钩起升功率利用率与实际机动起升时间T起的关系为：越高可保证T起 越少，因此提高提高的目的就在于的目的就在于加速起钻加速起钻。这是因为因为 NN理论全功率大钩实际利用的功率/.。的目的就在于加速起钻越少，因此提高越高可保证由此可见，根所耗的最少时间。利用功率时起升全部立为，这里所以即面积面积又由于，于是为起升功

6、，则有知，若由图即指大钩的实好耗功率，各点的平均功率；，代表起起平起平起起平卡平平TTTTNNNTTNCBAOOABCANTATANANNNNhgfedcbaNNN%10052,minminmin.增长的越来越不明显。以后但越高，挡数越多则分配的合理时才能达到结论：只有当起升速度maxmaxmaxmax8,1kkk3、一定挡数、一定挡数k可能达到最大功率利用率可能达到最大功率利用率.区别：区别：大钩起升功率利用率大钩起升功率利用率和起升发动机功和起升发动机功率利用率率利用率。见见P25几点结论：几点结论：（1）由于）由于 ，越高可保证T起 越少，因此提高的目的就在于加速起钻。（2）起升系统发动

7、机的功率利用率）起升系统发动机的功率利用率的高低的高低取决于下列因素：取决于下列因素： P28K起平TTNNmin.一、天车和游动滑车的技术规范（见一、天车和游动滑车的技术规范（见P26、27表）表） 钻机游动系统的组成 钻机游动系统主要由井架、天车、大钩和游动系统及钢丝绳等设备组成。天车天车是固定在井架顶部的定滑轮组、游车游车是动滑轮组，二者用钢丝绳联系起来形成复滑轮系统，在井架内部作上下往复运动，以减轻钢绳载荷，从而大大减轻钻机绞车在钻井各个作业中的负荷。 游动系统命名 游动系统是根据游车（游车（m）和天车（天车（m+1）的滑轮数命名的。 天车、游车、大钩的型号 变型序号：用阿拉伯数字表示

8、，原型不标 产品级别：以10KN为单位的最大载荷 产品名称代号：TC 天车、YC游车、 DG大钩 游动系统设备基本参数 见P26-27表22和表23.天车特点：天车特点： 天车系列设计及制造符合 API4F 及 8C 规范，并拥有 API 会标使用权。 行业标准符合 SY/T5527 要求。 滑轮绳槽经淬火淬火处理，耐磨损，寿命长。 为防止钢丝绳跳槽或脱落，设有挡绳棍或卡绳槽， 设有防碰缓冲木，并带防护网。 设有供天车维修使用的起吊架。 可按用户要求配置捞砂滑轮和辅助滑轮组。 天车滑轮及轴承可以与其配套的游车互换。 .天车的组成：天车的组成：天车主要由天车架（天车底座）、滑轮组和辅助滑轮等组成

9、。 滑轮轴共线，却各滑轮相互平行 天车的结构形式天车的结构形式 滑轮轴线平行，快绳滑轮在另一根轴上。 滑轮轴不共轴线，却快绳滑轮偏斜。 TC350天车、TC250天车（属类 ， 交叉穿绳法 ） 天车架（天车底座） 如下张幻灯片图如下张幻灯片图 滑轮组（共7个滑轮，其中一个快绳滑轮） 辅助滑轮（又称高悬猫头绳轮）：支架、滑轮、轴承、轮轴和黄油杯等。.铸造是指熔炼金属、制造铸型，并将熔炼金属浇入铸型，冷固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法。锻压是指对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变其外形、形状及弹性能，用以制造机械零件、工件和毛坯的成形方法，是锻造和冲压的统称，有自由锻造，模型

10、锻造和板料冲压。.正火正火将金属合金加热适当温度，保温一段时间后在空气中将金属合金加热适当温度，保温一段时间后在空气中冷却的热处理工艺。它与退火的区别是冷却速度稍快些，使组织更细，冷却的热处理工艺。它与退火的区别是冷却速度稍快些，使组织更细，强度、硬度更高些。强度、硬度更高些。淬火淬火将钢加热到一定温度以上，保温一段时间后快速冷却，将钢加热到一定温度以上，保温一段时间后快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。其目的是提高钢的硬度、强度和耐以获得马氏体组织的热处理工艺。其目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。磨性。回火回火是将淬火钢重新加热到某一温度，保温后冷却下来的一是将淬火钢重新加热到某一温度，

11、保温后冷却下来的一种热处理工艺。其目的是为了消除淬火内应力，降低脆性，稳定工件种热处理工艺。其目的是为了消除淬火内应力，降低脆性，稳定工件的尺寸；调整硬度，提纲塑性和韧性，获得工件最终所需要的力学性的尺寸；调整硬度，提纲塑性和韧性，获得工件最终所需要的力学性能。能。衡量金属硬度的方法：布氏硬度（衡量金属硬度的方法：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（）、洛氏硬度（HRC）、维氏）、维氏硬度（硬度（HV）.天车天车. 三、天车的维护保养（见三、天车的维护保养（见P27） 天车和游车组成提升系统的滑轮系。作为定滑轮的天车改变力的方向，作为动滑轮的游车起省力作用，减轻绞车的负荷，从而使提升系统获得很大的机械

12、效能。天车一般是多个滑轮装在同一根芯轴或两根轴心线一致的芯轴上。现在的天车大都是滑轮通过滚柱轴承装在一根芯轴上。芯轴一般是双支承的，轴的直径较大，芯轴的一端或两端有黄油嘴，芯轴里有润滑油道。润滑脂从黄油嘴注入，以润滑轴承。常用的天车有TC135、TC130、TC350、GF400、TC450、TC4315等。在天车工作前，必须有专人检查天车轮的灵活性。各滑轮的转动应灵活，无阻滞现象。当转动一个滑轮时，其相邻滑轮不应随着转动。所有连接必须固定牢靠，不得有松动现象。各滑轮轴承应定期逐个注满润滑脂。天车轴及天车层底座应固定牢靠；护罩和防条绳应齐全完好，固定牢靠。当出现顿钻或提断钻具等事故时，应仔细检

13、查钢丝绳是否跳槽。滑轮槽严重磨损或偏磨时，应视情况换位使用或更换滑轮。轴承温度过高、发出噪声或滑轮不稳和抖动时，应及时采取降温措施和更换润滑脂或更换磨损的轴承。滑轮有裂痕或轮缘缺损时，严禁继续使用，应及时更换。. 游车的结构 ：主要由横梁、左右侧反转组、滑轮、滑轮组、销座（钢板）、下提环（吊环）、护罩等组成。 游动滑车的技术规范 （ 表23 ） 使用与维护保养 （重点）.游车游车.游车特点：游车特点： 符合 API 8C 规范，并拥有 API 会标使用权。 滑轮轮槽经淬火处理，耐磨损，寿命长。 符合行业标准 SY/T5527 要求 滑轮与轴承和配套的天车可互换。. 形状为流线型，以防起下时挂碰

14、二层台上的外伸物。同时，游车要保证一定的重量，以便它在空载运行时平稳而垂直地下落。现在，钻机各型游车都是一根芯轴，滑轮在轴上排成一列，其结构与天车相似。常用的游车有TC135、YC130、YC350、MC400、YC450、YC315等。在游车工作前，应检查各滑轮是否旋转灵活及各连接部件是否紧固。在工作时，因为每个滑轮转动圈数不一，滑轮应定期“掉头”使用，以使滑轮的磨损情况趋于平衡。每周应将游车直放到钻台上仔细保养一次。保养时应保养时应检查下列内容：检查下列内容：各条油路是否通畅；钢丝绳是否碰磨护罩；各固定螺栓有无松动；焊接钢板的焊缝有无裂纹等。各轴承应每周注润滑油一次，注油时注至少量油脂挤出

15、轴承外面为止。冬季，在寒冷地区，应使用防冻润滑脂。搬运游车时，应用起重机吊挂上横梁顶部的游车鼻子，不允许放在地面上拖运。 . 大钩既是钻机游动系统的主要设备，又是连接水龙头和游动系统的纽带。一、大钩的功用及工艺要求一、大钩的功用及工艺要求1、大钩的功用2、钻井工艺对大钩的要求. 大钩大钩是提升系统的重要设备，它的功用是在正常钻进时悬挂水龙头和钻具，在起下钻时悬挂吊环起下钻具，完成起吊重物、安放设备及起放井架等辅助工作。目前使用的大钩有两大类。一类是独立大钩独立大钩，其提环挂在游车的吊环上，可与游车分开拆装，如DG130型大钩；另一类是将游车和大钩做成一个整体结构的游车大钩游车大钩，如MC400

16、型游车大钩。为防止水龙头提环从大钩中脱出，在钩口处装有安全锁体、滑块、拔块、弹簧座及弹簧等构成的安全锁紧装置。为悬挂吊环和提放钻具，钩身压装轴及挂吊环轴用耳环闭锁，用止动板防止两支撑轴移动。钩身与钩杆用轴销连接，钩身可绕轴销转一定角度。. 独立大钩：与游车分开拆装 大钩的结构特点大钩的结构特点 游车大钩：与游车是整体结构 DG350、DG2130型大钩的结构见图见图29 组成：组成：钩身、筒体、吊环座、内外弹簧、钩杆、吊环、缓冲减震装置、安全锁紧装置和转动安全锁紧装置等组成。 YD125型游车大钩的结构见图见图210 .游车大钩游车大钩.游车大钩系列游车大钩系列 1、执行SY/T5527-20

17、01石油钻机主要提升设备及相关技术标准。2、符合API Spec 8C及相关技术标准。3、承载零件用优质合金钢制造。4、游动滑车和大钩采用一体化设计，整体尺寸小，结构紧凑，缩短了组合长度，适宜于各种钻机和修井机配套使用。.独立大钩独立大钩. 常用的大钩有DC130、DG350、MC400、MC200等。三、大钩的技术规范三、大钩的技术规范 见表见表25.四、大钩及游动系统的维护保养四、大钩及游动系统的维护保养 1、使用前的检查 2、大钩的使用 3、大钩的维护保养 4、大钩的润滑、运输及存放. 作用：作用：钻机游动系统所用的钢丝绳称为大绳。起着悬持游车、大钩和井中全部钻具的作用；起着悬吊游车、大

18、钩及传递绞车动力的作用；由于钢丝绳运动频繁、速度高、负荷大，并承受弯曲、扭转、挤压、冲击、振动等复杂应力的作用。 钢丝绳的结构与分类钢丝绳的结构与分类 钢丝绳按绳中钢丝捻成股和股捻成绳的方向来分，通常分为右旋和左旋两种。按丝捻成股和股捻成绳的方法来分，通常分为顺捻(股中钢丝的捻向与股的捻向相同，一般只作拖拉或牵引绳)、逆捻(股中钢丝的捻向与股的捻向相反，适用于提升设备)和混捻(钢丝绳的各股中既有顺捻，也有逆捻)三种。 钢丝绳的合理使用：钢丝绳的合理使用： 钢丝绳由于承受复杂应力的作用，而且这些应力与滑轮和滚筒直径、钢丝绳结构、钢丝绳润滑和操作条件密切相关。因此，使用时要满足其破断拉力和安全系数

19、的要求。.油田用钢丝绳油田用钢丝绳. 钢丝绳以热轧高碳线材为主要原材料，具有较高的抗拉强度、疲劳强度和冲击韧性。钢丝绳的结构设计与其它金属制品和机械产品相比有很强的特殊性，主要表现为钢丝绳的生产工艺直接影响钢丝绳的性能，仅从钢丝绳的理论结构计算进行的产品设计往往很难直接用于生产。同时，由于钢丝绳结构设计的实际数学模型涉及的因素很多，如钢丝绳的结构、规格、材质性能、润滑状况、捻距、捻角、车速、变形器结构、拉丝模结构以及设备状况等一系列因素的影响，因而很难全面、准确地建立实际的数学模型，加大了钢丝绳设计的难度，这也决定了钢丝绳的结构设计与工艺设计是密不可分的。 . 按钢丝绳的捻制方法来分，石油工程

20、中常用左交互捻和右交互捻两种结构形式的钢丝绳。在用户无特殊要求时，一般均按左交互捻供货。 按钢丝绳截面形式分类，可将钢丝绳分成西鲁式（S）、填充式（Fi）、纤维绳芯式（NF）、绳式钢芯式（LWR）四种形式，捻制与截面形式见图3-14。 修井施工中的吊升用钢丝绳（大绳），一般常选用6股19丝左交互捻制成的西鲁式纤维绳芯钢丝绳。 .637S+FC. 钢丝绳强度一般分三级，即普通强度（P）、高强度（G）、特高强度（T）三级。.1）钢丝绳必须采用符合GB4354要求的盘条钢制造，其化学成分中硫、磷含量不得大于0.035%；2）钢丝绳直径的极限偏差不超过（0.801.6）mm0.020mm，（1.63.

21、7）mm0.030mm；3）钢丝椭圆度不得超过钢丝公称直径公差之半；4）钢丝表面在全长上应光滑、清洁，不得有裂纹、竹节、斑痕、腐蚀和划痕等缺陷；5）钢丝制股后，股应均匀紧密地捻制，不得有股丝松动现象，股中心钢丝的尺寸应能充分有效的支撑外层钢丝，股中钢丝接头应尽量减少，在必须接头时，应采用熔焊。接头处钢丝直径不得过大、发脆、接头间距不得小于5m；6）股制成绳后，钢丝绳各股应均匀紧密地捻制在绳芯上，但允许股间有均匀的间隙；7）在同一条钢丝绳中，各层股的捻距不应有明显差别；8）钢丝绳内不得有断裂、折弯、交错、锈蚀的钢丝；9）制成的钢丝绳不应松散，在自由展开状态下，不应呈波浪状；10）钢丝绳及股的捻距

22、不应超过7.25绳径(D)/10股径；.11）石油修井专用619S+NF钢丝绳内纤维绳芯用高质量剑麻制造，也可使用聚丙纤维等其它材料制造，不允许使用黄麻。纤维绳芯的直径应均匀一致，并能有效地支撑绳股；12）钢丝绳表面应均匀地涂敷专用表面脂，纤维绳芯浸透专用麻芯脂；13）钢丝绳在连续使用35月后,绷绳应允许每捻距内断丝少于12，提升大绳用每捻距内允许断丝少于6丝；14）任何用途的钢丝绳不得打结、接结，不应有夹偏等缺陷，原则上用于绷绳的钢丝绳不得插接；15）任何用途的钢丝绳，均不得有断股现象；16）提升大绳使用58井次，应倒换绳头一次，必要时可由井架死绳端切断13m；17）当游动滑车放到井口时，大

23、绳在滚筒上的余绳，应不少于15圈，活绳头在滚筒上固定牢靠；18）大绳死绳头应该用不少于5只配套绳卡固定，卡距150200mm；19）不得用鎯头等重物敲击大绳、绷绳；20）长期停用的钢丝绳应该盘好、垫起，做好防腐工作。.六、游动系统钢丝绳穿绳方法：六、游动系统钢丝绳穿绳方法： 顺穿法 交叉穿法 （如P27）.钢丝绳的使用安全技术要求主要有：钢丝绳的使用安全技术要求主要有：(1)待用的钢丝绳必须缠绕在滚筒上。倒出时必须绷紧，避免打结。弯曲的钢丝绳应用人力拉直，禁止用锤子或其他工具敲击。(2)使用时勿使钢丝绳与井架任何部位相摩擦。(3)切割钢丝绳时，应先用软铁丝绑好两端，再用气割或剁绳器切断。(4)

24、卡绳卡时，两绳卡之间的距离应不小于绳径的6倍。上绳卡时，要上正，卡子的拧紧程度应在拧紧螺母后，钢丝绳被压扁1/3为宜。特殊绳头卡固，可根据情况调整距离。(5)绞车大绳每周应检查一次润滑状态，如浸油麻芯被挤出时，应立即换用新的钢丝绳。(6)大绳在绞车滚筒上必须始终排列整齐(最好使用钢丝绳排绳器)。(7)大绳加载操作要平稳柔和，以减少钢丝绳所受的冲击载荷。(8)倒大绳时，应使新绳从滚筒上旋转下放，不允许钢丝绳扭劲。(9)井深超过2000m以后，每次下钻前，要检查大绳的断丝和磨损情况。 .防碰天车装置防碰天车装置是控制顶天车的一套应急刹车系统。常用的防碰天车装置有两种形式：一种为重锤式；另一种为过卷

25、阀式。重锤式防碰天车工作原理：在天车以下的适当位置通过井架安装一根直径64mm钢丝绳作为限位绳，其下端用一只三通气开关与重锤相连，重锤与提环相连，提环与253mm开口相连，开口销与限位绳相连。当游车上行碰到限位绳时，重锤与提环上的开口销脱落使气开关工作，常开继气器切断高、低速离合器气源，同时高压气直接进入刹车汽缸紧急刹车，使游车不能继续上行。过卷阀式防碰天车工作原理：过卷阀固定在绞车前部滚筒上部的绞车横梁上，横梁上有滑动槽，过卷阀可在滑动槽内左、右移动。当滚筒在缠绳过程中缠至游车相应升高到某一限定的高度时，缠在滚筒上的钢丝绳就会碰上过卷阀的套筒，套筒带动球杆偏摆，使过卷阀的气路接通。一路气进入司钻控制台内的常开两用继气器，使常开两用继气器关闭，这样就切断了滚筒高、低速离合器的气源，离合器通过快速放气阀放气，使滚筒停止工作。另一路气经换向阀和快速放气阀，进入