第七章 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)-z

第七章旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤、水龍頭和頂驅(qū)裝置轉(zhuǎn)盤的功用①轉(zhuǎn)動井中鉆具，傳遞足夠大的扭矩和必要的轉(zhuǎn)速。②下套管或起下鉆時，承托井中全部套管柱或鉆桿柱重量。③完成卸鉆頭、卸扣，處理事故時倒扣、進扣等輔助工作；渦輪鉆井時，轉(zhuǎn)盤制動上部鉆桿柱，以承受反扭矩。第一節(jié)轉(zhuǎn)盤①轉(zhuǎn)盤的主軸承應有足夠的強度和壽命。以保證承受成百噸重的套管柱或鉆桿柱重量，及圓錐齒輪傳動造成的軸向、徑向載荷作用下有足夠的壽命。②轉(zhuǎn)臺和圓錐齒輪能傳遞足夠大的扭矩（可達50～100kN·m），能倒轉(zhuǎn)，能可靠地制動。③密封性好，嚴防外界的泥漿、油水污液滲入轉(zhuǎn)盤內(nèi)部，減緩齒輪和軸承的磨損。轉(zhuǎn)盤的使用要求轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)組成水平軸總成—傳遞動力水平軸；小傘齒輪；軸承；輸入鏈輪；制動裝置(制動棘輪)

轉(zhuǎn)臺總成—驅(qū)動方鉆桿轉(zhuǎn)臺；大傘齒輪；主軸承；防跳軸承；方瓦；方補心；泥漿密宮密封裝置。殼體—連接，儲油潤滑（靠小錐輪旋轉(zhuǎn)帶油）

轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)盤的工作原理動力經(jīng)水平軸上的法蘭或鏈輪傳入，通過圓錐齒輪傳動轉(zhuǎn)臺，借助轉(zhuǎn)臺通孔中的方補心和小方瓦帶動方鉆桿、鉆桿柱和鉆頭轉(zhuǎn)動，同時，小方瓦允許鉆桿軸向自由滑動，實現(xiàn)鉆桿柱的邊旋轉(zhuǎn)邊送進。起下鉆或下套管時，鉆桿柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在轉(zhuǎn)臺上。

特性參數(shù)通孔直徑：轉(zhuǎn)盤通孔直徑是轉(zhuǎn)盤主要幾何參數(shù)，它應比第一次開鉆時用的最大號鉆頭直徑至少大10mm。最大靜負荷：轉(zhuǎn)盤上能承受的最大重量。最大工作扭矩：轉(zhuǎn)盤在最低工作轉(zhuǎn)速時應達到的工作扭矩。最高轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)盤在輕載荷下允許使用的最高轉(zhuǎn)速，一般規(guī)定為300r/min。中心矩：轉(zhuǎn)臺中心至水平軸鏈輪第一排輪齒中心的距離。型號例：ZP175，機械驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，通孔直徑17.5in（444.5mm）第二節(jié)水龍頭鉆井水龍頭通過提環(huán)掛在大鉤上，上部通過鵝頸管與很長的水龍帶相連，下部接方鉆桿，連接鉆具，是鉆機中非常具有專業(yè)特點的設備。1、主要功用懸持旋轉(zhuǎn)著的鉆桿柱，承受大部分以至全部鉆具重量；向轉(zhuǎn)動著的鉆桿柱內(nèi)引輸高壓鉆井液是起升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)三大工作機組相交匯的“關(guān)節(jié)”部件，在鉆機組成中處于重要的地位。2、對水龍頭的要求水龍頭的主軸承必須具有足夠的強度和壽命；高壓鉆井液密封系統(tǒng)（或稱沖管總成）必須工作可靠，壽命長，更換快速、方便；機油密封良好，能自動補償工作過程中密封元件的磨損；各承載零件，如提環(huán)、殼體、中心管等，應有足夠的強度和剛性。

3、結(jié)構(gòu)組成

(1)承載系統(tǒng)中心管及其接頭、殼體、耳軸、提環(huán)和主軸承（負荷軸承）等。

(2)鉆井液系統(tǒng)包括鵝頸管、鉆井液沖管總成（包括上、下鉆井液密封盒組件等）。

(3)輔助系統(tǒng)包括扶正、防跳輔助軸承、機油密封盒組件及上蓋等。功能：對高壓、磨礪性強的鉆井液進行動密封特點：沖管浮立在鵝頸管過渡接頭和中心管之間，工作時不轉(zhuǎn)動，但允許略有軸向竄動，沖管磨損均勻。Y形密封圈與鋼制隔環(huán)交迭布置。密封圈數(shù)目少，僅有3～4個?？赏ㄟ^密封盒上黃油嘴注入黃油，潤滑條件好，減少了摩擦能量損失和磨損。沖管和中心管同心性好。密封盒有定位止口，圓柱配合面定心，保證沖管和中心管有很好的同心性，不易發(fā)生偏磨。能快速拆裝，更換方便。只需將上、下密封盒壓帽旋出，就可取出沖管總成，快速更換密封圈或沖管。浮動式快卸沖管總成4、特點

軸承布置

兩扶正軸承分置于主軸承兩邊，扶正好。

耐壓：鵝頸管；沖管總成

沖管總成為快卸密封結(jié)構(gòu)（易損件）

浮動沖管（工作時不轉(zhuǎn)動，有軸向竄動。），Y形液壓自密封、快卸結(jié)構(gòu)5、型號表示方法：例SL135—1，最大靜負荷1350kN水龍頭，第一次改型第三節(jié)頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)

一、概述頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)（TopDriveDrillingSystem）簡稱頂驅(qū)系統(tǒng)（TopDriveSystem）TDS：從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，沿井架內(nèi)導軌向下送進，完成鉆進、循環(huán)鉆井液、接立根和上卸扣等多種鉆井操作頂驅(qū)系統(tǒng)是鉆井水龍頭和鉆井馬達的組合，因此應屬于鉆機旋轉(zhuǎn)設備，“動力水龍頭”發(fā)展歷程1982年問世，美國Varco，AC-SCR-DC80年代中期，挪威Ro-galand研發(fā)中心，引入交流變頻，AC-GTO-AC90年代，交流變頻頂驅(qū)占主導地位，MH、Varco、Tesco、CANRIG公司液壓驅(qū)動頂驅(qū)頂驅(qū)系統(tǒng)是四大新技術(shù)之一（頂驅(qū)、盤式剎車、液壓鉆井泵和AC變頻驅(qū)動）二、頂驅(qū)鉆井特點立根（28m）鉆進，節(jié)省2/3接單根時間：轉(zhuǎn)盤鉆以單根加長鉆桿，頂驅(qū)以立根鉆進井架不需加高。可隨時壓井：起下鉆時，任意高度需循環(huán)井液，水龍頭可立即接上設遙控內(nèi)防噴器（IBOP），安全性提高減少卡鉆事故：實現(xiàn)倒劃眼起鉆（鉆頭取不出時，邊轉(zhuǎn)邊提），實現(xiàn)劃眼下鉆（鉆頭下不去時，邊轉(zhuǎn)邊放）。沒有聯(lián)接方鉆桿立根鉆水平井、叢式井、斜井時容易控制井底馬達的造斜方位。鉆桿上、卸扣操作機械化。頂驅(qū)完成立根鉆進，提高取巖心質(zhì)量。三、頂驅(qū)系統(tǒng)組成組成:鉆井馬達-水龍頭總成導軌導向滑車總成上卸扣裝置控制系統(tǒng)：電氣液聯(lián)合控制按驅(qū)動形式分類：液馬達頂驅(qū)—液馬達；AC-SCR-DC頂驅(qū)—DC電機；AC變頻頂驅(qū)—AC電機。AC變頻電驅(qū)動AC變頻電驅(qū)動能更好地滿足現(xiàn)代鉆井工藝發(fā)展需要，具有更好的鉆井適應性、鉆井經(jīng)濟性及可靠性與先進性。比AC—SCR—DC電驅(qū)動具有更多的優(yōu)點，是一種成熟的調(diào)速技術(shù)，可精確地調(diào)節(jié)和控制AC電動機的工作轉(zhuǎn)速和扭矩；調(diào)速范圍寬廣；當轉(zhuǎn)速為0時具有全扭矩；啟動電流小，可加速啟動和加速制動；過載能力強，工作效率高，反饋制動剎車；無電刷工作火花；具有多種安全保護功能；各項技術(shù)經(jīng)濟指標先進。頂驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)水龍頭—馬達總成導向滑車總成鉆桿上卸扣總成。1.鉆井馬達-水龍頭總成TDS-3S型頂驅(qū)鉆井馬達-水龍頭總成：Varco公司，由水龍頭、馬達和一級齒輪減速箱組成。（1）馬達：用并激DC馬達。（2）水龍頭：額定載荷6500kN；盤根盒為快速裝卸式，與普通水龍頭的一致。（3）氣動剎車：在馬達軸上端，快速制動。（4）減速箱：馬達軸下有小齒輪（Z=18），與主軸上的大齒輪（Z=96）相嚙合，主軸下方接鉆柱。TDS-3S變速箱是一個單速齒輪減速裝置，減速比5.331。（5）主軸：即水龍頭的中心管。（6）潤滑系統(tǒng)TDS-3S頂驅(qū)的油潤滑系統(tǒng)：油泵強制潤滑（7）鉆井馬達冷卻系統(tǒng)馬達冷卻系統(tǒng)為風冷。圖4-4為冷卻系統(tǒng)的總體安排。用離心式鼓風機對電機進行強制冷卻。圖4-4鉆井馬達

冷卻系統(tǒng)

①近距離安裝鼓風機基本的馬達冷卻系統(tǒng)（看圖4-5）,向鉆井馬達提供近距離的冷卻風。②加高進氣口的近距離安裝鼓風機（圖4-5）圖4-5加高進氣口的近距離冷卻系統(tǒng)

③遠距離鼓風機冷卻系統(tǒng)安裝在井架上的遠距離鼓風機，通過軟管輸送冷卻風。圖4-6

遠距離鼓風機冷卻系統(tǒng)

2.導軌—導向滑車總成導向滑車和支撐裝置總成如圖4-7所示。①導軌：裝在井架內(nèi)②導向滑車：由馬達底座和框架組成。作用：對游車和頂驅(qū)起導向及承受反扭矩作用。80年代為雙導軌，90年代改為單導軌。

圖4-7

馬達支架和導向滑車總成

TDS-8S(AC)

3.上扣卸扣裝置（Pipehandler）由旋轉(zhuǎn)頭、吊環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)傾斜機構(gòu)和扭矩扳手組成。圖4-8650噸鉆桿上卸扣裝置總成

（1）液控扭矩扳手用處：卸扣。原理：由液缸驅(qū)動橫向夾緊活塞夾緊鉆桿母接頭，兩個轉(zhuǎn)矩液缸驅(qū)驅(qū)動扭矩管，轉(zhuǎn)動保護接頭及主軸松扣，然后啟動鉆井馬達旋扣。，（扭矩液缸84kN-m；可旋轉(zhuǎn)25°）

圖4-9

扭矩扳手總成

（2）內(nèi)防噴器及啟動器內(nèi)防噴器是球型安全閥，防止泥漿溢流。上部遠控內(nèi)防噴器和下部手動內(nèi)防噴器，形成內(nèi)井控防噴系統(tǒng)。上部遠控內(nèi)防噴器是鉆桿上卸扣裝置的一部分。當上卸扣時，扭矩扳手同遠控上部內(nèi)防噴器的花鍵嚙合形成扭矩。下部與上部內(nèi)防噴器型式相同。兩個內(nèi)防噴器一直接在鉆柱中，可隨時將頂驅(qū)裝置同鉆柱連接使用。

（3）吊環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)和鉆桿吊卡作用:吊環(huán)聯(lián)接器通過吊環(huán)將下部吊卡與主軸相連。

主軸穿過齒輪箱殼體，又同整體水龍頭相接。

圖4-11吊環(huán)聯(lián)結(jié)及限扭器總成

（4）吊環(huán)傾斜器

作用：去卡抱待接立根接頭。（吊鼠洞中的單根和接立根）氣閥控制氣彈簧，使吊環(huán)前傾300，后擺600。

吊環(huán)傾斜器的傾斜臂位于吊環(huán)的前部，由空氣彈簧啟動。圖4-12長行程吊環(huán)傾斜裝置總成

（5）旋轉(zhuǎn)頭總成當鉆桿上卸扣裝置在起鉆中隨鉆柱部件旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)頭可自由旋轉(zhuǎn)。

圖4-13650t旋轉(zhuǎn)頭總成4.平衡系統(tǒng)主要對上卸扣起伸縮作用。防止上卸接頭扣時螺紋的損壞；在卸扣時可幫助公扣接頭從母扣接頭中彈出，類似于大鉤的152mm的減震沖程。

平衡系統(tǒng)組成：

兩個相同油缸和兩個液壓儲能器。缸體端與整體水龍頭相連，活塞桿端與大鉤連接，或者直接連到游車上。又稱液氣彈簧式平衡裝置。

（1）前期TDS系統(tǒng)平衡油缸連接方式TDS-3型頂驅(qū)平衡油缸下端和水龍頭相連，上端和大鉤相連。它提供152mm的緩沖行程。

（2）整體式IDS系統(tǒng)平衡油缸連接方式如IDS-1型頂驅(qū)，平衡油缸的下端與鉆井馬達殼體相連，上端和游車相連接。取消了大鉤，提供203mm的緩沖行程。（3）新型IDS系統(tǒng)平衡油缸的連接方式如TDS-3S、TDS-9S型，平衡油缸的上端與游車（當不用大鉤時）連接，下端直接固定在水龍頭提環(huán)上。

（4）平衡液壓回路工作原理該液壓回路消耗的液壓能很少，可用其它液壓系統(tǒng)來補油保壓，不必單獨加油泵。①連接：平衡系統(tǒng)的活塞桿上端與游車連接，油缸下端與水龍頭連接。油缸上腔始終通高壓油，油缸產(chǎn)生向上拉力作用在水龍頭上，一直提著水龍頭。②工作過程：★兩個油缸向上的合拉力大于頂驅(qū)和立根重量，油缸帶動頂驅(qū)和立根上移。此時蓄能器放出壓力油供給油缸工作。隨著蓄能器內(nèi)油液放出，油壓降低，油缸的拉力減小?！锂斢透紫蛏系睦π∮陧旘?qū)和立根重量時，上跳過程由加速變?yōu)闇p速，最后停止上移。當向上提起整個鉆柱時★鉆柱和頂驅(qū)的重量大于油缸向上的拉力，油缸被拉下來，缸內(nèi)排液，油液返回蓄能器。OnBoardHydraulics液壓管匯總成液壓油箱M10hpACMotor變量泵定量泵System儲能罐IBOP儲能罐平衡液缸儲能罐頂驅(qū)自重平衡液缸平衡液缸閥匯電極盤剎旋轉(zhuǎn)頭鎖銷液缸旋轉(zhuǎn)頭懸浮液缸旋轉(zhuǎn)頭液壓馬達旋轉(zhuǎn)頭PiphandlerClampCylinder吊環(huán)傾斜液缸吊環(huán)傾斜閥匯UpperIBOP執(zhí)行液缸齒輪油噴嘴/節(jié)流孔液壓馬達齒輪油泵齒輪油池10hp液壓泵