第二章__钻机的起升系统

第二章钻机的起升系统钻机的起升系统是钻机的核心，它主要由井架、天车、游车、大钩、游动系统钢丝绳和绞车等设备组成。

本章主要介绍这些设备的结构原理、特点、使用及维护。

第一节井架井架是钻机提升系统的重要组成部分之一。

作用：安放和悬挂游动系统、吊环、吊卡等，并承受井中钻柱重量，在起下钻作业时还要存放钻杆或套管。

结构：它是一种具有一定高度和空间的金属桁架结构.因此，井架必须具有足够的承载能力、足够的强度、刚度和整体稳定性。

一、概述1、井架的基本组成石油矿场上使用的各种竞价主要由以下及部分组成：（1）、井架主体：由型钢材、横、斜拉筋组成的空间桁架。

（2）、天车台：用来安防天车及天车架，天车架是供安装、维修天车时起吊天车之用。

天台车上有检修天车的过道，周围有护栏。

（3）、二层台：是由操作台和指梁组成，是起下钻作业时井架工工作场所。

塔形井架二层台在井架内部，其余井架二层台在井架外前侧。

（4）、立管平台：是装拆水龙带的操作台，也是供上井架人员短暂休息的场所。

（5）、工作梯：有盘旋式和直立式两种，是井架工上下井架的通道。

2、井架的基本参数井架的基本参数是反映井架特征和性能的技术指标，是设计、选择和使用井架的依据。

3、井架代号井架代号如下：JJ改进序号，用阿拉伯数字表示井架形式：T-- 塔形井架；K--前开口井架；A--A型井架；W--桅型井架井架有效高度，m井架代号二、井架结构类型虽然用于石油矿场的井架种类繁多，但按其主体结构形式主要可分为塔形井架、前开口井架、A型井架、桅型井架等基本类型。

1塔形井架塔形井架是一种四棱截椎体的金属空间桁架结构，其横截面为正方形，立面为梯形，井架前扇有大门，后扇有绞车大门，主体部分是一个封闭的四棱锥体桁架结构。

每扇平面桁架又分成若干桁格，同一高度的四面桁格在空间构成井架的一层，因此，整个井架可看作是由多层空间桁架所组成的四棱截锥空间桁架结构。

井架的四个大腿和横、斜拉筋都是通过螺栓连接而成的，拆装繁琐，且不安全。

钻井工程理论与技术（第二版）课后题简答题答案第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。

答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。

地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。

地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。

也称地层压力。

上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。

该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。

基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。

也称有效上覆岩层压力或骨架应力。

地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。

答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。

如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。

由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。

3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。

答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。

随着井深的增加，岩石的强度增大。

在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。

在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。

所以dc指数也随井深的增加而增大。

4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。

答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。

钻井设备操作规程目录第一章钻井设备及使用操作要求第一节起升系统一、井架二、天车和游动滑车三、大钩四、绞车五、液压盘刹六、钻井用钢丝绳第二节旋转系统一、转盘二、水龙头第三节循环系统一、钻井泵二、钻井液净化设备第四节动力与传动系统一、柴油机二、传动系统三、柴油发电机组第五节气控系统一、控制系统的功能二、钻机气控系统的组成三、气源设备第六节辅助设备第二章设备安全操作规程第一节设备安装安全操作规程一、井架底座二、转盘三、绞车四、井架五、吊装绞车上钻台六、游车大钩七、水龙头八、液、气动绞车九、B型大钳十、液压大钳十一、液压猫头十二、机房设备（施）十三、泵房及高压管汇十四、钻机气路十五、起井架十六、起放底座十七、井架绷绳第五节车载钻机一、ZJ30/1700CZ车载钻机（一）基本参数（二）搬迁（三）安装（四）操作（五）检查与维护（六）安全注意事项二、ZJ20CZ、ZJ30CZ车载钻机（一）主要技术参数（二）试运转规定（三）操作规程（四）启动发动机（五）整机移迁与井场就位（六）井架起升操作（七）放井架（八）施工操作（九）检查维护第三节设备检修规程及安全技术规定一、保养绞车二、检修钻井泵三、换刹带四、更换水龙头冲管总成五、更换大绳第一章钻井设备及使用操作要求一部石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成, 一般称为八大系统, 具备起下钻、旋转钻进、循环洗井。

主要包括绞车、井架、天车、游车、大钩、水龙头（动力水龙头）、转盘、钻井泵、动力机、联动机组、固相控制设备、井控设备等。

第一节起升系统提升系统由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳等组成, 其中天车、游动滑车、钢丝绳组成的系统通称为游动系统。

主要作用是起下钻具、控制钻压、下套管以及处理井下复杂情况和辅助起升重物。

一、井架井架的用途主要是悬吊和起下钻具, 安装天车、游动滑车、大钩、吊环、吊钳、吊卡等起升设备与工具, 存放钻具。

井架主要由以下几部分组成: 主体、人字架、天车台、二层台、立管台、钻台、井架底座和工作梯。

石油钻采机械任务二钻机游动系统起升系统—游动系统教学设计2.辅助刹车机构：仅用于下钻时将钻柱刹慢，吸收下钻能量，使钻柱匀速下放。

一、带刹车的结构原理1、带刹车的结构组成：控制部分（刹把）、传动部分（刹带轴、刹把轴、曲拐、连杆）、制动部分（两根刹带、刹带块、刹带吊耳及机械换挡机构）、辅助部分（平衡梁）、气动部分（刹车气缸）。

2. 带刹车的任务是控制下放速度或停止被下放载荷所带动的滚筒的旋转速度，以达到调节钻压、送进钻具、悬挂钻具的目的。

为此，要求刹车装置能平稳送钻、灵活省力和安全可靠。

3.作用原理刹车时，操作刹把4转动传动杠杆3，通过曲拐拉拽刹带1活动端抱住刹车鼓。

扭动刹把手柄可控制司钻阀5启动气刹车。

气刹车起省力作用。

4.气刹车与防碰天车气刹车：减轻司钻的负载（旋转刹把气缸拉刹带活端）。

防碰天车：游车超高使气缸刹车。

5.带刹车的使用：（1）刹把调节与刹带、刹车块的更换（重点掌握，见P36）（2）刹车机构的润滑6.带刹车的优缺点：优点：（1）结构紧凑、简单，操作方便、容易维修；（2）采用双杠杆刹车加刹车气缸，即省力又安全；（3）制动力矩随刹车带包角的增大而增大，适用于各类钻机的需要。

缺点：（1）刹车时滚筒轴受到横向力作用，其值为刹带固定端拉力T与活动端拉力t的向量和，使滚筒产生附加弯曲应力；（2）反向制动力矩比正向制动力矩减小eαμ，只适用于单向制动；（3）活动端与固定端受力不均，在整条刹带上，刹车块磨损不一致。

7.绞车带刹车的使用安全技术要求主要有：教学设计画图分析^p 讲授了解师生共同总结(1)下钻时，为节约时间，合理地利用绞车功率，应根据大钩负荷，按规定选择合理的起升速度和挡位。

(2)链条是绞车的主要传动件，更换链条时应整盘更换。

(3)挂合换档离合器时，动作要平稳，严禁猛烈撞击。

(4)绞车传动轴未停止转动前不得改变传动方向。

(5)挂合气胎离合器时动作要平稳。

(6)在上提钻具的过程中需要刹车时，必须先摘开低速或高速气胎离合器。

石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计第二章：石油钻机总体参数设计第一节：概述第二节：钻井井身结构第三节：钻机基本参数第二节：起升系统参数第三节：旋转系统参数第四节：循环系统参数第五节：钻机总体参数设计学习目的：掌握石油钻机参数及总体参数设计与计算石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计第一节：概述石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计钻机特点：1、起升、旋转、循环三个系统联合的工作机组。

由于各工作机组的作用、工作程序、载荷特性不一样，所以，钻机的传动与控制系统庞大复杂。

石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计2、钻井操作不连续。

更换钻头、下套管固井、处理事故等。

辅助性操作比重大：非钻进时的起下钻、搬家拆装、故障停机等。

起钻能耗大、下钻产生的能量不能回收，而且需要设备消耗。

3、钻机的工作场所周期性变化。

石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计钻具组成整套钻具由方钻杆、钻杆及其接头、钻铤和钻头组成。

有时候带有扶正器、减震器等井下工具。

1.方钻杆——钻杆——钻铤——井下工具组合（BHA)2.立根：三立根（28m）；双立根（19m）。

石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计提高钻井速度的技术措施“钻速”——通常指机械钻速，即在纯钻进周期内每小时钻进的米数。

影响钻速的因素很多，除了组织因素和人的因素之外，主要有：地层特性、钻机性能、泥浆性能、钻头类型、钻压、转速以及水力因素。

钻压—转速—水力因素石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计1、钻压钻压：当钻压超过岩石抗压强度决定的临界值时，钻速随钻压的提高而直线增长。

单位钻压（ω）：每单位钻头直径的钻压。

普通铣齿牙轮钻头：ω＝10－25 KN/inch；石油钻采机械主讲：马卫国“密封润滑、滑动轴承、镶齿、喷射”四合一优质钻头，可采用大钻压。

ω＝20－40 KN/inch；全钻压：W= ωD头石油钻采机械主讲：马卫国2、转速传统经验：对于一开，使用大尺寸钻头时，一般保持钻头周切线速度V为一常数。