石油钻采设备及工艺-李振林 §2-3 机械驱动钻机

§2-3机械驱动钻机一、皮带并车传动的钻机二、链条并车传动的钻机三、万向轴－锥齿轮并车传动的钻机返回附：本节复习题机械驱动钻机指的是以柴油机为动力，通过液力变矩器、链条、齿轮、三角胶带等不同组合的传动形式所驱动的钻机。依所采用的主传动副类型，机械驱动钻机可分为：万向轴－锥齿轮并车传动钻机（齿轮钻机）、三角胶带并车传动的钻机（胶带钻机）、链条并车传动的钻机（链条钻机）。一、皮带并车传动的钻机对于柴油机直接驱动的钻机，最好采用柔性件并车。皮带并车传动的钻机指的是采用三角胶带作为钻机的主传动副，用皮带将多台动力机组并车，去统一驱动各工作机组及辅助设备，并用皮带传动泵。优点：传动柔和、并车容易、制造简单、维护保养方便。不足：常规三角胶带用于大功率传动时，根数多，结构不紧凑，寿命短。我国矿场此类钻机有70年代中期投产的大庆I-130，80年代投产的ZJ45J及1988年生产的窄型联组胶带并车的ZJ32J-2。二、链条并车传动的钻机•采用链条作为主传动副；2～4台柴油机－变矩器（或偶合器）驱动机组，用多排小节距套筒滚子链条并车，统一驱动各工作机，一般仍用皮带传动泵。•高质量的多排小节矩链条并车时，传递功率大于三角胶带，结构紧凑，寿命长，适用于各级井深钻机•美国一直是发展链条钻机的。自60年代开始，苏联、罗马尼亚也大力发展链条钻机。•我国自70年代中期开始重视研制石油工业用套筒滚子链条，组织力量进行技术攻关，现已能生产高性能石油钻机用套筒滚子链。•我国石油矿场所用链条钻机大多是从罗马尼亚进口的，如F-200-2DH钻机、F-320-3DH钻机。•ZJ45是国产第一台链条钻机。三、万向轴－锥齿轮并车传动的钻机•采用万向轴、齿轮作为主传动副，柴油机－变矩器驱动，每台驱动机组带一个螺旋锥齿轮箱组成一个联动机组，采用大功率万向轴并车传动，并用万向轴传动泵。•优点：齿轮传动允许线速度高，体积小，结构紧凑；万向轴结构简单、紧凑，维护保养方便，互换性好。•不足：大功率传动螺旋伞齿轮制造比较困难，质量不易保证，成本高，且现场不能更换、维修。因此：这种钻机现已不再生产。ZJ130-3钻机传动系统图例采用万向轴、齿轮作为主传动副，柴油机－变矩器驱动，每台驱动机组带一个螺旋锥齿轮箱组成一个联动机组，采用大功率万向轴并车传动，并用万向轴传动泵。1）柴油机－液力变矩器柔性驱动，能随外载改变自动变速、变矩，充分利用柴油机功率，吸收震动冲击，传动平稳，可延长机械设备寿命；2）采用高强度高精度套筒滚子链并车传动，结构紧凑，寿命长；3）DS-45电磁涡流刹车制动性能好，制动力矩可精确调节，控制灵敏，能保证迅速、安全下钻，减轻了司钻劳动强度，延长了机械刹车使用寿命；4）采用ZP275转盘，能下大直径套管，可满足复杂地层钻井时下多层技术套管的需要。ZJ45钻机：•ZJ45钻机是在ZJ45J基础上，按照GB1806-79“石油钻机的型式与基本参数”的规定进行设计制造的，1985年完成工业试验并通过鉴定，是第一台国产链条并车传动钻机。•ZJ45钻机的投产标志着国产石油钻机传动滚子链条和国产链条钻机跨入了新的发展阶段。•为保证钻机部件的可靠性和通用性，采用了ZJ45J的多种定型部件：1）PZ12V190B-1柴油机；2）51.5×870万向轴装置；3）JJ300/43-A型井架；4）TC350天车；5）YC350游车；6）DC350大钩；7）SL450水龙头；8）JC45绞车；9）3NB-1000钻井泵•为了提高ZJ45钻机的技术水平，采用了一些新部件：1）YB-700-II型大功率液力变矩器；2）国产6排1’1/2英寸高强度高精度套筒滚子链条；3）DS-45型电涡流刹车；4）绞车改用开槽滚筒；采用过卷阀控制式防碰天车装置；5）ZP275转盘；6）司钻控制油门装置。ZJ45钻机特点：1）柴油机－液力变矩器柔性驱动，能随外载改变自动变速、变矩，充分利用柴油机功率，吸收震动冲击，传动平稳，可延长机械设备寿命；2）采用高强度高精度套筒滚子链并车传动，结构紧凑，寿命长；3）DS-45电磁涡流刹车制动性能好，制动力矩可精确调节，控制灵敏，能保证迅速、安全下钻，减轻了司钻劳动强度，延长了机械刹车使用寿命；4）采用ZP275转盘，能下大直径套管，可满足复杂地层钻井时下多层技术套管的需要。优点：ZJ45钻机设计合理，布局紧凑，结构简单，使用方便，性能良好，能满足喷射钻井需要。3台动力机组并车统一驱动绞车、转盘和1台泵，另2台动力机组并车驱动另一台泵，构成一独立机－泵组。F-320-3DH钻机：F为罗“钻机”的字头，代表F新系列，320－最大钩载（tf），3－三部柴油机D－柴油机驱动，H－装有液力变矩器•特点：1）具有柴油机－液力变矩器驱动、链条并车传动的优点；2）3台动力机组并车统一驱动绞车、转盘和1台泵，另2台动力机组并车驱动另一台泵，构成一独立机－泵组。•不足：动力机组出力不足，可靠性差，维护保养费用高。•技术改造后特点（P59）：1）用12V190BG2-1柴油机、YB-900变矩器代替原动力机组，可提高功率60％，燃油消耗降低8％，工作可靠；2）主要部件实现国产化，方便备件供应和维修；3）采用3NB-1300钻井泵，排量均匀，运转平稳，易损件品种数量少；4）采用DS-60电涡流刹车代替FH60水刹车，在低速下钻时能提供大的制动力矩，保证下钻平稳、迅速安全，并延长了带刹车的寿命；5）增设自动送钻器，送钻均匀平稳，提高了钻机自动化程度。•柴油机－变矩器柔性传动；•链条并车、传泵、传绞车、传转盘驱动装置；•配备有可调液面偶合器，能在不影响柴油机和钻井泵最佳运转工况条件下，大幅度调节转盘转速和扭矩；•钻台虽然高4.7m，但绞车滚筒下钻台，避免了大功率爬坡链传动；•采用集中气控制、气排挡，并设有柴油机气控油门装置，柴油机运转自动监督警报系统。F200-2DH钻机：F为罗“钻机”的字头，代表F新系列，200－最大钩载（tf），2－两部柴油机D－柴油机驱动，H－装有液力变矩器特点：•柴油机－变矩器柔性传动；•链条并车、传泵、传绞车、传转盘驱动装置；•配备有可调液面偶合器，能在不影响柴油机和钻井泵最佳运转工况条件下，大幅度调节转盘转速和扭矩；•钻台虽然高4.7m，但绞车滚筒下钻台，避免了大功率爬坡链传动；•采用集中气控制、气排挡，并设有柴油机气控油门装置，柴油机运转自动监督警报系统；•采用A型井架，钻台视野开阔，起放、安装、移运安全方便。•不足：钻机的动力机组出力不足，可靠性差；•技术改造方向：用PZ12V190B-1柴油机加上YB-720变矩器代替其现有柴油机和变矩器。3台PZ12V190B-1柴油机，经万向轴、气离合器、窄型联组胶带并车传动，统一驱动绞车、转盘和两台3NB-1300C钻井泵：结构合理，传动效率高，操纵灵便，能满足钻井工艺要求。ZJ32J-2钻机：ZJ32J-2钻机是兰石厂研制的用于取代大庆型钻机的窄型联组胶带传动钻机，1988年11月在江苏油田进行了工业试验鉴定。特点：1）基本参数符合国标GB1806-86规定（将钻机定为6级）；2）柴油机驱动，窄型联组胶带直接并车，省去了减速箱和正车箱，结构紧凑，布局合理，提高了传动效率，使钻井泵实现正转，改善了钻井泵使用性能；3）窄型联组胶带传动胶带传动平稳、寿命长；4）采用密封式绞车、开槽滚筒、过卷阀控制的防碰天车装置、电磁涡流刹车，提高了起升机组的可靠性、安全性和工作效能；5）采用整体自升式∏型井架，便于安装、移运；采用4.5m高钻台，便于安装井控设备。皮带并车传动的钻机指的是采用三角胶带作为钻机的主传动副，用皮带将多台动力机组并车，去统一驱动各工作机组及辅助设备，并用皮带传动泵。ZJ45J钻机：ZJ45J石油钻机，是为了满足我国深部油气层勘探开发的需要，吸取大庆型钻机的成功经验，按照GB1806-79，由兰石厂制造的一种新型胶带传动钻机。与大庆型钻机相比，ZJ45J具有以下特点：1）基本参数符合GB1806－79规定（将钻机定为5级），指标较先进；2）采用3台PZ12V190B-1柴油机，装机功率3×700kW（12小时功率），功率配备合理；3）采用净空43m的“A”型井架，可地面安装、整体起升；采用4.5m高钻台，便于安装井口防喷装置；4）提升系统绳系，在钻井时采用5×6，以提高起升速度；在下套管、处理事故时采用6×7，以保证安全；5）采用密封式绞车，爬台链、传转盘链均为闭式传动，改善了链条的润滑条件，可延长使用寿命；6）采用2台3NB－1000钻井泵，可满足强力喷射钻井需要；7）水刹车采用可自动调节水位的水箱。皮带并车传动的钻机指的是采用三角胶带作为钻机的主传动副，用皮带将多台动力机组并车，去统一驱动各工作机组及辅助设备，并用皮带传动泵。大庆I-130是在多年来各油田使用和改造ZJ130-1、R-3200积累了丰富经验，取得了一批改造成果的基础上，为适应当时我国勘探开发事业的需要，于70年代中期由江汉机械研究所设计，兰州石油化工机器厂生产的。优点：增大了柴油机功率；简化了传动系统，提高了传动效率；局部改进了绞车架，装备了行星猫头，爬坡链由2排增加到3排，增强了起升机组的可靠性和安全性；采用了ZP7-520转盘和SL7－130水龙头，提高了泵组功率和泵压，实现了集中气控制；采用方钻杆旋转短节接单根，并配备了排绳器和气动卸扣器等小型设备，减轻了工人劳动强度，保证了安全操作；机房采用大块金属底座用搭扣装置拼联，高压管汇实现了软管化和由壬化，有利于移运安装。不足：1）绞车功率小，起升速度偏低；2）最大钩载小，处理卡钻事故和下套管能力弱；3）柴油机装机功率过大，利用不充分，燃料消耗多；4）绞车、爬坡链条均为开式传动，润滑条件差，易磨损，寿命短；5）NB-600泵压力偏低，不能满足高压喷射钻井的要求；6）采用常规胶带传动，结构笨重，胶带寿命短。复习题1.何谓