第二章旋轉鉆井設備2.1轉盤P93-972.1.1功用與使用要求

鉆井工作要求轉盤具有如下功能；

(1)轉動井中鉆具，傳遞足夠大的扭矩和必要的轉速。

(2)下套管或起下鉆時，承托井中全部套管柱或鉆柱的重量。

(3)完成卸鉆頭、卸扣；處理事故時倒扣、造扣等輔助工作；

(4)采用井下動力鉆具時，轉盤制動上部鉆桿柱，以承受反扭矩。

轉盤的工作條件十分惡劣，井中鉆柱的振動使其承受的載荷極不穩定，沖擊振動相當嚴重，且受到泥漿和油水的污蝕(工作環境最不清潔)。

為保證轉盤能實現上述功能，正常運轉，這就要求：

(1)轉盤的主軸承有足夠的強度和壽命，以保證承受最大套管柱重量，在軸向力和鉆桿柱徑向力作用下具有足夠的壽命(3000小時以上)。

(2)轉臺和錐齒輪能傳遞鉆柱所需的扭矩，能倒轉及可靠地制動。

(3)密封性好，嚴防外界的泥漿，油水污液滲入轉盤內部污染轉盤潤滑系統。2.1.2轉盤的結構組成和特點轉盤實質上是一個特殊的角傳動減速器,它主要由:①水平軸總成;②轉臺總成;③主、輔軸承;④殼體四部分組成。

1．水平軸總成

水平軸頭部裝有與轉臺大錐齒輪相嚙合的小錐齒輪，尾部裝輸入鏈輪或聯接法蘭(萬向軸輸入時)．軸通過一對調心雙列滾子軸承(或頭部為滾子軸承，尾部為調心雙列滾子軸承)和套筒固定在殼體上。套筒的作用是使水平軸部件能進行整體裝配。水平軸下方的殼體構成一獨立油池使二軸承得到潤滑。2．轉臺總成

裝有大錐齒輪的轉臺體如同一又短又粗的空心立軸，借助主、輔軸承座在殼體上。

轉臺中心通孔較大，以便通過鉆井時開井所用的最大號鉆頭。通孔內裝有方補心及小方瓦(小方瓦與所采用的方鉆桿相配)，方補心通過鎖銷鎖在轉臺體上。3．主輔軸承

主軸承起承載、承轉和定位的作用。起下鉆時，承受鉆柱或套管柱的重量；4．殼體

殼體是結構較為復雜的鑄鋼件，內腔形成兩個油池，外形應上便于安裝、固定于鉆臺底座上，

動力經水平軸上的法蘭或鏈輪傳入，通過錐齒輪傳動副驅動轉臺.借助轉臺內內通孔中的的大方瓦，方補心帶動方鉆桿、鉆桿柱和鉆頭轉動，同時時，方補心心允許方鉆鉆桿軸向自自由滑動，，實現鉆桿桿柱邊旋轉轉，邊送進進。起下鉆鉆或下套管管時，鉆桿桿柱或套管管柱靠卡瓦或吊卡座在轉臺上上。現代鉆鉆機的鉆井井轉盤主要要結構類似似，只是在在軸承布置方方案、傳動副類型型及部件具體結結構上有所差異異。圖2-2為廣泛采用用的一種方方案，這種種方案的特特點是：(1)轉臺、迷宮宮盤做成一一體，使外外界泥漿、、油污不易易浸入轉盤盤，污染潤潤滑系統。。(2)輔助軸承離離大齒輪遠遠，轉臺定定位好，保保證了錐齒齒輪副的嚙嚙合性能亦亦使主軸承承不致產生生過度偏磨磨。(3)輔助軸承座座在下部大大螺母支座座上。優點點是軸承磨磨損后間隙隙易調整，，以確確保轉臺定定位。不不足足之處在于于由于軸承承長期承受受振動和沖沖擊，大螺螺母易滑扣扣，甚至脫脫落，或因因泥漿、污污水長期侵侵蝕而使大大螺母拆卸卸困難，檢檢修不便。。因此需要要在使用中中及時檢查查大螺母支支座，及時時調整。2.1.3基本參數表征轉盤的的基本參數數已系列化化，見表6-1石油鉆機轉轉盤基本參參數(摘自JB4304-86)1.通孔直徑轉盤轉臺中中心孔的尺尺寸,它決定了第第一次開鉆鉆時可下入入的最大鉆鉆頭直徑（（最大鉆頭頭直徑至少少比其小10mm）。是轉盤盤的主參數數，它決定定了轉盤的的其它幾何何尺寸及承承載能力。。2．中心距Y轉臺中心至至水平軸鏈鏈輪第一排排輪齒中心心的距離。。3．最大靜載載荷轉盤上能承承受的最大大重量，應應與鉆機最最大鉤載相相匹配。該該載荷為轉轉盤主軸承承的計算載載荷，決定定了主軸承承的規格。。4．最大工作作扭矩轉盤在最低低工作轉速速時允許承承受的最大大扭矩，它它決定了轉轉盤的輸入入功率及傳傳動零件的的尺寸。5．最高轉轉速轉盤在輕輕載荷下下允許使使用的最最高轉速速，一般般規定為為300r／min。為滿足足鉆井工工藝的需需要，轉轉盤亦能能提供多多種轉速速。一般般地通常常最低工工作轉速速為50～60r／min，而用于于打撈作作業或取取芯鉆進進的事故故轉速為為25～30r／min。轉盈的維維護、使使用、保保養(教材無)(1)啟動轉盤盤前必須須打開制制動銷。。(2)啟動轉盤盤應平穩穩操作。。(3)末裝上轉轉盤鏈條條或轉盤盤萬向軸軸護罩，，不準使使用轉盤盤。(4)每班都要要檢查轉轉盤的平平、正、、穩、緊緊、油面面情況，，經常保保持外表表清潔。。(5)不準用轉轉盤崩扣扣和上扣扣。(6)每周應仔仔細檢查查一次大大小油池池潤滑油油清潔情情況，及及時清洗洗換油。。2.2.1功用及使使用要求求水龍頭通通過提環環掛在大大鉤上，，隨大鉤鉤運行而而上提下下放。2.2水龍頭(P97-100)水龍頭下下部接方方鉆桿，，連接井井中鉆具具；上部部通過鵝鵝頸管與與長長的的水龍帶帶相連，，通過它它們向鉆鉆具中心心導入鉆鉆井液。。水龍頭的的功用主主要是：：(1)懸持旋轉轉著的鉆鉆柱，承承受大部部以至全全部鉆柱柱重量，，并為旋旋轉鉆柱柱提供上上部軸承承支承。。是轉與不不轉的分分界。。(2)向旋轉著著的鉆柱柱導入高高壓鉆井井液。水龍頭是是：提升、旋旋轉、循循環三大大工作機機組交匯匯的“關關節”部部件對水龍頭頭的要求求是：(1)各承載零零件，如如提環、、殼體、、中心管管等和主主軸承必必須具有有足夠的的強度、、剛度及及壽命。。(2)高壓鉆井井液密封封系統必必須工作作可靠，，壽命長長，更換換快速、、方便。。(3)機油密封封良好，，能自動動補償工工作過程程中密封封元件的的磨損。。2.2.2組成及結結構特點點根據水龍龍頭在鉆鉆井工作作中的功功用，水水龍頭一一般由以以下三部部分組成成(參見圖6-3，6-4)：1.承載系統統：中心管及及其接頭頭、殼體體、耳軸軸、提環環和主軸軸承等。。鉆柱重重量通過過方鉆桿桿、中心心管、主主軸承、、殼體、、耳軸、、提環將將載荷傳傳遞給大大鉤。2.鉆井液系統：：鵝頸管、鉆井井液沖管總成成。高壓鉆井井液經鵝頸管管、沖管流進進旋轉著的中中心管到達鉆鉆柱內。沖管管上部和下部部都設置鉆井井液密封裝置置，以防高壓壓鉆井液泄漏漏。3.輔助系統：扶正軸承、防防跳軸承及機機油密封裝置置。殼體內腔腔構成油池，，以潤滑主軸軸承、扶正軸軸承及防跳軸軸承。上、、下機油密封封盒主要是防防止鉆井液及及油水漏入油油池和機油泄泄漏，以保證證各軸承正常常工作。上、下扶正軸軸承對中心管管徑向定位，，保證其工作作穩定：擺動動小，以改善善鉆井液和機機油密封的工工作條件，延延長其壽命。。防防跳軸承用以以承受鉆井過過程中由鉆柱柱傳來的沖擊擊和振動，防防止中心管的的軸向竄動。。各種鉆井水水龍頭，一般般由上述三部部分組成，其其軸承布置方方案和沖管總總成的結構形形式不同形成成了多種水龍龍頭具體結構構。經長期鉆鉆井實踐，現現代鉆機大多多采用如圖6－5，6-6所采用的軸承承布置方案和和沖管總成結結構。下面具具體分析：1)扶正軸承布置置方案兩扶正軸承分分置于主軸承承兩邊(圖6-5)，最大限度地地擴大了扶正正軸承間距A，扶效果好。。中心管工作作穩定、擺動動小，非常有有利于鉆井液液密封和機油油密封。防跳跳軸承布置在在上扶正軸承承下方或上扶扶正軸承用錐錐形滾子軸承承起扶正和防防跳作用。即即在結構緊湊湊的原則下盡盡量增大扶正正間距。2)浮動沖管、Y形液壓自封式式密封、快卸卸結構這種結構形式式的特點是：：(1)浮動沖管。沖管浮動于鵝鵝頸管過渡接接頭和中心管管之間，工作作時不轉動，，但允許許略有軸向竄竄動，使其磨磨損均勻。沖管與中心管管之間是轉與與不轉的動密密封。(2)Y形密封圈與鋼鋼制隔環交迭迭布置。這種密封圈可可借助鉆井液液壓力自行封封緊。它的唇唇部在鉆井液液壓力作用下下始終貼住沖沖管外壁，工工作過程中，，即使在密封封圈不斷磨損損情況下，仍仍能靠液壓漲漲開唇部而形形成密封。(3)密封圈數目少少(3－4)。可通過密封盒盒進行黃油潤潤滑，減小了了摩擦和磨損損。(4)沖管的徑向定定位由密封盒盒保證。密封盒與中心心管用定位止止口，圓柱面面配合定位這這樣可提高加加工及配合精精度，保證沖沖管與中心管管有很好的同同心性，不易易產生離，延延長了沖管與與密封圈的壽壽命。(5)快速拆裝，更更換方便。只需將上、下下密封盒壓帽帽旋出，就可可取出沖管總總成，更換密密封圈或沖管管。2.2.3特性參數水龍頭工作的的基本參數見見表6-2。1.最大靜載荷水龍頭主要受受力件所能承承受的最大載載荷，它應等等于或大于鉆鉆機最大鉤載載。它是水龍龍頭的主參數數。2.最高轉速：水龍頭許用最最高轉速(r／min)，它應與轉盤盤的最高轉速速一致，一般般為300r／min。3.最大工作壓力力水龍頭最大工工作壓力應與與鉆井泵、高高壓管匯、水水龍帶相匹配配，一般為35MPa。4.各連接尺寸，幾何尺寸見見表6-2。水龍頭水龍頭的維護護、使用、保養(1)水龍頭搬放、、運輸必須帶帶護絲。(2)使用前按油尺尺標記加足機機油，盤根應應打黃油。(3)使用前檢查中中心管轉動情情況，以一人人用36英寸鏈鉗轉動動靈活為合格格。(4)鉆前進行水壓壓試驗100～300大氣壓，在15分鐘內下降不不超過3大氣壓為合格格。(5)每次起下鉆時時，應檢查一一次油面情況況及沖管盤根根磨損情況，，油溫及各部部溫度不得超超過70℃。(6)快速鉆進及跳跳鉆嚴重時應應加強檢查鵝鵝頸管法蘭連連接螺栓及各各緊固件松緊緊情況。(7)水龍頭運轉200小時和700小時后，應分分別檢查機油油清潔程度和和換油。(8)拆換沖管及盤盤根時，應加加黃油潤滑。。(9)潤滑各型水龍頭的的潤滑作業分分別有具體規規定。現以SL7-130型水龍頭為例例介紹如下:水龍頭故障及及排出方法2.3頂驅鉆井系統統P101-1072.3.1組成把常規水龍頭頭和鉆井馬達達相結合，配配備一種結構構新穎的鉆桿桿上卸扣裝置置，則組成了了頂部驅動裝裝置。從它懸持在游游動系統下面面直接旋轉鉆鉆具并沿井架架內專用導向向下送進，從從而取代了轉盤和和方鉆桿，完完成旋轉鉆進進，循環鉆井井液，接鉆桿桿和上、卸鉆鉆柱等各種鉆鉆井操作。1.水龍頭鉆井馬馬達總成水龍頭鉆井馬馬達是頂驅鉆鉆井裝置的主主體部件。它它由水龍頭、、直流電動機機或液壓馬達達和減速裝置置組成，以實實現懸持鉆具具，導入高壓壓鉆井液和旋旋轉鉆具的功功能。2.導向滑車總成成鉆井馬達裝在在一個特制的的導向滑車上上，并通過專專用連桿掛到到水龍頭加長長的提環銷上上。導向滑車車結構見圖6-8，主要由鉆井井馬達座架和和滑車框架構構成。前者用用于固定鉆井井馬達，后者者裝有導向輪輪，可沿導軌軌滾動。導導軌裝裝在井架內部部，對游車及及頂驅鉆井系系統起導向作作用，鉆進時時導軌承受反反扭矩。3.鉆桿上卸扣裝裝置鉆桿上卸扣裝裝置是頂驅鉆鉆井系統的關關鍵部件，它它主要由旋轉轉頭，鉆桿吊吊卡，液壓扭扭矩鉗，吊環環聯接器及吊吊環傾斜器組組成，見圖6-9，6-10，6-11，它可完成接接立根，起下下鉆時上卸立立根絲扣及打打開與扣緊吊吊卡等操作。。2.3.2頂驅鉆井系統統特點和轉盤旋轉鉆鉆井方法相比比，頂驅鉆井井系統旋轉鉆鉆井具有以下下特點:1.可顯著降低鉆鉆井輔助時間間，提高鉆井井效率。頂部驅動鉆井井系統可實現現立根鉆進，，省去轉盤、、方鉆桿、大大鼠洞、避免免了轉盤鉆井井接單根時頻頻繁的常規操操作，減少了了三分之二的的鉆柱連接時時間。2.可避避免免或或減減少少或或易易于于排排除除卡卡鉆鉆、、埋埋鉆鉆、、井井漏漏、、井井噴噴等等井井下下事事故故，大大大大提提高高了了鉆鉆井井的的安安全全性性。。由于于頂頂部部驅驅動動鉆鉆井井系系統統可可以以充充分分循循環環泥泥漿漿，，免免除除了了常常規規轉轉盤盤鉆鉆三三分分之之二二左左右右的的接接換換單單根根時時停停止止泥泥漿漿循循環環的的時時間間。。在在任任何何位位置置和和時時間間均均可可以以快快速速方方便便連連接接水水龍龍頭頭、、鉆鉆井井馬馬達達與與鉆鉆柱柱，，實實現現邊邊旋旋轉轉邊邊循循環環泥泥漿漿，，邊邊起起下下。。所所以以不不僅僅可可以以有有效效預預防防塌塌孔孔、、壓壓差差卡卡鉆鉆、、埋埋鉆鉆(如落落物物，，沉沉沙沙卡卡鉆鉆等等)等事事故故，，而而且且一一旦旦發發生生此此類類事事故故，，可可以以迅迅速速循循環環泥泥漿漿，，進進行行壓壓井井作作業業。。這這對對于于成成本本高高昂昂的的海海上上鉆鉆井井和和陸陸地地深深井井，，超超深深井井鉆鉆井井，，有有著著特特別別重重要要的的意意義義和和作作用用。。3.特別別適適合合于于鉆鉆定定向向井井、、水水平平井井，，可可顯顯著著提提高高鉆鉆機機鉆鉆定定向向井井、、水水平平井井的的能能力力和和節節約約鉆鉆井井時時間間，，降降低低鉆鉆井井成成本本。。由于于鉆鉆機機的的鉆鉆井井能能力力對對于于深深井井和和超超深深井井鉆鉆機機來來說說，，主主要要取取決決于于絞絞車車的的提提升升能能力力。。而而常常規規鉆鉆機機在在提提鉆鉆時時不不能能實實現現倒倒劃劃眼眼，，在在鉆鉆斜斜井井和和水水平平井井時時，，提提鉆鉆時時鉆鉆柱柱受受到到的的阻阻力力(滑動動摩摩擦擦)特別別大大，，而而使使其其有有效效鉆鉆井井距距離離受受到到很很大大限限制制。。頂頂驅驅鉆鉆井井系系統統可可以以實實現現倒倒劃劃眼眼(即提提鉆鉆時時旋旋轉轉鉆鉆柱柱)，對對于于鉆鉆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鉆鉆時時的的摩摩擦擦阻阻力力（（“滾動動”摩擦)。從而而成倍倍增大大鉆定定向井井的水水平半半徑(如VARCO公司資資料介介紹9000m鉆探能能力鉆鉆機鉆鉆定向向井水水平半半徑可可達6000m)。由由于頂頂驅動動鉆井井系統統以立立根鉆鉆進，，在鉆鉆定向向井時時減少少了測測量次次數，，容易易控制制井底底馬達達的造造斜方方位，，節約約了定定向鉆鉆井時時間。。4.頂驅鉆鉆井系系統可可連續續取芯芯27m，改善善了取取芯條條件，，提高高了巖巖芯質質量。。5.具有理理想長長度的的過鉆鉆短節節，進一一步節節約輔輔助時時間和和增加加鉆井井施工工的安安全性性。由由于于轉盤盤鉆井井每次次接單單根時時要把把鉆具具提高高井底底約9m，以加加接單單根。。而頂頂驅鉆鉆井系系統在在主軸軸下部部接有有理想想長度度(如2m)的過鉆鉆尺寸寸短節節，加加接立立根時時，一一般鉆鉆柱只只需提提高3m左右，，既節節約了了約三三分之之二的的提高高和下下放時時間，，又因因提離離井底底距小小，減減少了了塌孔孔的可可能性性，使使鉆井井施工工更加加安全全。6.鉆臺上無傳傳動部件，，操作更加加安全，減輕工人人勞動強度度，增加了了操作安全全性。由由于立根根鉆進。避避免了轉盤盤接單根時時頻繁常規規操作，減減輕了工人人勞動強度度。同時鉆鉆臺上除旋旋轉鉆柱外外，取消了了轉盤及其其傳動裝置置和方鉆桿桿等，使工工人操作更更加安全，，減少了人人身事故。。2.3.3頂驅裝置的的發展頂驅裝置是是在近十年年來得到了了迅速的推推廣應用，，