钻机的旋转系统--课件

第三章钻机的旋转系统第三章钻机的旋转系统1ppt课件学学习习目目标标1.理解旋转系统的作用2.了解转盘型号含义3.掌握水龙头的组成4.掌握转盘的结构5.掌握顶驱钻井系统的结构组成6.了解国产顶驱钻井系统的发展重点：转盘、水龙头的结构组成重点：转盘、水龙头的结构组成难点：顶驱钻井系统的结构组成难点：顶驱钻井系统的结构组成2ppt课件3ppt课件4ppt课件3.1 3.1 转盘转盘ZP-700转盘转盘外形图片外形图片5ppt课件6ppt课件 转盘是钻机的三大工作机之一，其主要功用如下：(1)将发动机的动力传递给井下钻具，驱动钻头旋转，钻出井眼。(2)下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量。(3)完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、造扣等辅助工作；涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。此外，转盘的工作条件是十分恶劣的。在各工作机中，它的工作环境最不清洁，泥浆吸溅，油水污蚀；井中钻杆柱的振跳首先直接传到转盘上，冲击扳动相当严重。7ppt课件3.1.1概述1.钻井工艺对转盘的要求 (1)能提供足够大的扭矩和一定的转速。带动钻头破碎岩石，并能满足其它特殊作业的要求。(2)转盘的主轴承有足够的强度和寿命。其承载能力不小于最大钩载，其寿命不低于3000小时。(3)能进行正反转，并能可靠地制动。(4)密封、润滑性能好。防止外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，否则将加速齿轮和轴承的磨损，造成转盘破坏而不能正常工作。8ppt课件2.转盘代号 转盘代号的标示方法如下图所示。示列：ZP175 表示通孔直径为17.5英寸的转盘，型号为ZP175。ZPZP更新设计标号：用阿拉伯数字表示更新设计标号：用阿拉伯数字表示驱驱动动形形式式：Y-Y-液液压压，D-D-电电，机机械械省省略略型号级别：转盘通孔直径型号级别：转盘通孔直径(in10)(in10)转盘代号转盘代号9ppt课件3.转盘的技术参数 石油钻机常用的转盘有ZP175、ZP205、ZP275、ZP375、ZP495等五种标准规格，技术参数见表3-1。但一些非标准型号转盘目前仍在部分油田使用。（1）通孔直径：转盘通孔直径是转盘主要几何参数，它应比第一次开钻时所用最大号钻头的直径至少大l0mm。（2）最大静载荷：转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配。该载荷经转台作用到主轴承上，因此决定着主轴承的规格。10ppt课件（3）最大工作扭矩：转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，它决定着转盘的输入功率及传动零件的尺寸。JB430486规定，以150rmin在最大扭矩下运转2小时，齿轮齿顶不得有损伤现象。（4）最高转速：转盘在轻载荷下允许的最高转速，一般规定为300 rmin。（5）中心距：转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。11ppt课件表3-1 标准转盘的主要技术参数转盘代号转盘代号ZP 175ZP 175ZP 205ZP 205ZP 275ZP 275ZP 375ZP 375ZP 495ZP 495通孔直径通孔直径mm（in）444.5444.5(17.5)(17.5)520.7520.7(20.5)(20.5)698.5698.5(27.5)(27.5)952.5952.5(37.5)(37.5)1257.31257.3(49.5)(49.5)中心距中心距mm1118111813531353135313531353135316511651最大静负荷最大静负荷KN1350135031503150450045005850585072507250最大工作扭最大工作扭矩矩Nm13729137292255522555274592745932362323623628536285最高转速最高转速r/min300300350350250250300300300300齿轮传动齿轮传动比比3.583.583.223.223.673.673.563.563.933.93外形尺寸外形尺寸长长宽宽高高mm139511395128058280585 5229212292147566475668 82392162392167068570685246812468181071810718 82940212940218481384813质量质量Kg388838886182618261636163802680261162611626表3-1 标准转盘的主要技术参数12ppt课件3.1.2转盘的结构 13ppt课件 转盘实质上是一个大功率的圆锥齿轮减速器。转盘是通过一对锥齿轮副实现减速和改变力的传动方向,使转台获得一定范围内的转速和扭矩输出,驱动钻具进行钻井作业的设备。转盘一般由底座、转台总成、主辅轴承(负荷轴承及防跳轴承)、锥齿轮副、水平轴（输入）总成、锁紧装置、上盖和方瓦等部件组成。下面以ZP7520转盘（与ZJl30-3和大庆I-130钻机配套）为例，剖析钻井转盘的一般结构组成、工作原理及主要零部件的作用。14ppt课件转盘结构图转盘结构图转盘结构图转盘结构图水平轴水平轴锁销锁销大伞齿轮大伞齿轮小伞齿轮小伞齿轮大方瓦大方瓦方补心方补心主轴承主轴承防跳轴承防跳轴承 转转盘盘是是用用来来承承托托管管柱柱重重量量，提提供供扭扭矩矩和和转转速速。转转盘盘实实质质上上相相当当于于一一个个特特殊殊结结构构的的角角传传动动减减速速器器，主主要要由由箱箱体体、转转台台、主主轴轴承承、副副轴轴承承、齿齿圈圈、输输入入轴轴总总成成、锁锁紧紧装装置置、方方瓦瓦、箱箱盖盖等等部部分组成。分组成。15ppt课件第二章钻机主要设备的使用转盘的结构图1-箱体2-上盖3-齿圈4-组合轴承5-内衬6-方补心7-转台8-输入轴9-法兰10-密封11-轴承12-轴承盒13-轴承14-伞齿轮15-压紧圈16-锁紧装置17-油标18-螺栓19、20-O型密封圈16ppt课件17ppt课件1水平轴总成 水平轴头部装有小锥齿轮，尾部装联接法兰(万向轴传动时)或链轮(链传动时)。轴通过一付双列调心轴承和套筒座在壳体中，套筒的作用是使水平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪可实现转台的制动。水平轴下方壳体构成一独立油池，使水平轴轴承得到良好的润滑。18ppt课件19ppt课件输输入入轴轴1连接法兰 2轴 3轴承 4链轮 5连接法兰 6磨擦盘 7离合器 8支架20ppt课件链链条条驱驱动动1ZP375转盘转盘 2挡油盘挡油盘 3链轮链轮4压板压板21ppt课件2转台总成 转台体如同一根又短又粗的空心立轴，借助主轴承坐在壳体上。下部辅助轴承防止转台倾斜和向上振跳。转台中心通孔都比较大，以便通过钻井中开井所用的最大号钻头。通孔内装着方补心和小方瓦(小方瓦正好跟方钻扦相配合)，两者通过锁销锁在转台体上。转台上部静配合装着一个迷宫盘，构成一整体结构，防止泥浆污水漏入转盘油池内。22ppt课件23ppt课件24ppt课件25ppt课件方补心 滚子方补心有四方驱动和四销驱动两种型式；适用于ZP175-ZP375转盘，用于31/2-6等不同规格的四方和六方钻杆。性能特点：1、执行SY/T5080-2004、符合API Spec.7K等相关技术标准。2、主 要 受 力 件 选 用 优 质 合 金 钢 制 造。3、特 殊 结 构 设 计 保 证 滚 轮 更 换 调 整 快 捷。26ppt课件转盘主补心 转盘主补心及内衬适用于ZP175-ZP375转盘，材料为优质合金钢铸件,尺寸符合SY/T5080-2004石油钻机和修井机用转盘及API Spec.7K标准要求。主补心分为四销驱动和四方驱动两种型式，有整体式和分体式两种结构，可以放入内衬、卡瓦、滚子方补心等。27ppt课件3主、辅轴承 主轴承起承载和承转作用。静止时，承受最重套管柱重量；旋转工作时，承受主要有方钻杆下滑造成的轴向载荷及锥齿轮传动形成的径向载荷。主轴承、锥齿轮共用一个油池，飞溅润滑。4壳体 壳体是结构比较复杂而紧固的铸钢件，内腔形成两个油池；外形上便于安装固定和运输，便于工人进行井口操作。28ppt课件29ppt课件 图3-1所示，为ZP375转盘结构图。转台(6)是转盘用以输出转速和扭矩的旋转体，大锥齿圈（4）与转台紧配合装在一起。负荷轴承（5）和防跳轴承（11）均采用角接触推力球轴承，既可承受最大钻柱和套管柱负荷，也可承受钻进和起下钻时来自井下向上的冲击负荷，下座圈（30）与转台用螺栓(28)连接，起到支承防跳轴承的作用，垫片（29）可调整防跳轴承的轴向间隙，转台由负荷轴承支承在底座内。30ppt课件1 1底底座座 2 2挡挡板板 3 3上上盖盖 4 4大大齿齿圈圈 5 5负负荷荷轴轴承承 6 6转转台台 7 7制制动动块块 8 8制制动动销销 9 9方方补补芯芯 1010方方瓦瓦 1111防防跳跳轴轴承承 12.2912.29调调整整垫垫片片 1313齿齿轮轮 14.14.1717轴轴承承 1515输输入入轴轴 1616轴轴承承套套 18.21.28.3118.21.28.31螺螺栓栓 1919弹弹性性密密封封圈圈 20.2520.25轴轴承承压板压板 2222链轮链轮(连接部件连接部件)23)23排油口排油口 24.27.33“O”24.27.33“O”型密封圈型密封圈 2626迷宫密封环迷宫密封环 3030下坐圈下坐圈 3232挡污盘挡污盘 图图3-1 ZP3753-1 ZP375转盘结构转盘结构图图31ppt课件转盘驱动装置流程图 32ppt课件四、转盘驱动装置的维护保养四、转盘驱动装置的维护保养f为为使使设设备备能能够够持持续续的的正正常常工工作作，使使各各零零部部件件具具有有尽尽可可能能长长的的寿寿命命，除除了了按按规规程程进进行行正正确确的的操操作作使使用用外外，还还必必须须进进行行正正确的维护保养。确的维护保养。f在在设设备备的的使使用用过过程程中中，应应进进行行周周期期性性的的维维护护保保养养。周周期期性性维维护护分分为为：班班维维护护、周维护、月维护、半年及一年维护。周维护、月维护、半年及一年维护。33ppt课件1）日常检查及维护保养）日常检查及维护保养f在检查中如发现有异常情况在检查中如发现有异常情况,应及时处理应及时处理,不允许设备带病运行。不允许设备带病运行。2）定期检查）定期检查f当当转转盘盘驱驱动动装装置置运运行行一一段段时时间间后后，运运动动部部件件会会产产生生磨磨损损，连连接接部部分分会会产产生生松松动动，管管路路会会不不畅畅，密密封封件件会会老老化化等等，若若不不及及时时检检修修对对设设备备的的使使用会产生不良影响用会产生不良影响,以致于带来严重的后果。以致于带来严重的后果。34ppt课件3）检修与调整）检修与调整f转转盘盘驱驱动动装装置置在在运运行行过过程程中中或或在在进进行行拆拆装装检检修修时时，需需对对链链条条/链链轮轮、惯惯刹刹等等及及时时进进行行调调整整。本本节节将将给给出出各各部部分的调整要求及许用磨损量。分的调整要求及许用磨损量。转盘的检修和调整转盘的检修和调整f主主要要是是检检修修和和调调整整转转盘盘的的轴轴承承和和转转台台的的旋旋转转平平稳稳性性以以及润滑系统的可靠性及润滑系统的可靠性 转盘惯刹的检修和调整转盘惯刹的检修和调整f正正常常工工作作期期间间，摩摩擦擦片片与与摩摩擦擦毂毂之之间间的的间间隙隙不不需需要要调调整整（设设备备出出厂厂时时已已调调整整好好）。需需注注意意的的是是，当当摩摩擦擦片片如果磨损到铆钉头将要露出时，须更换摩擦片。如果磨损到铆钉头将要露出时，须更换摩擦片。链传动的维护和调整链传动的维护和调整35ppt课件f 如如果果其其磨磨损损伸伸长长量量超超过过3%或或规规定定的的极极限限，则则更更换换整整根根链链条条。不不要要将将一一段段新新链链条条与与一一段段已已磨磨损损的的链链条条连连在在一一起起使使用用。因因为为这这样样可可能能使使链链条条传传动动不不平平稳稳而而损损坏坏传传动动装装置置。不不可可调调节节的的传传动动机机构构中中，许许用用磨磨损损伸长量大约被限制为链条节距的一半。伸长量大约被限制为链条节距的一半。36ppt课件 链条松紧度的检查链条松紧度的检查f将将一一个个链链轮轮轴轴刹刹住住，用用人人工工盘盘动动另另一一个个链链轮轮轴轴使使链链条条张张紧紧，链链条条中中点点的位移如下图所示。然后测量链条垂度，与标准比较。的位移如下图所示。然后测量链条垂度，与标准比较。37ppt课件 链轮磨损的检查链轮磨损的检查f目目测测传传动动件件的的贴贴合合情情况况及及链链轮轮齿齿部部的的表表面面粗粗糙糙度度，检检查查齿齿厚厚是是否否减减薄薄(最最大大减减薄薄量量为为5%)及及轮轮齿齿啮啮合合部部分分是是否否有有凹凹陷陷，如如果果不不用用样样板板就就能能明明显显看看出出链链齿齿的的磨磨损损，就应予以更换。就应予以更换。f严严禁禁将将新新链链条条用用在在已已磨磨损损的的链链轮轮上上，因因为为这这样样将将导导致致链链条条迅迅速速磨磨损损。新新链链条条的的节节距距比比已已磨磨损损的的链链轮轮的的有有效效节节距距短短得得多多，所所以以在在链链条条与与链链轮轮轮轮齿齿脱脱开开之之前前，链链条条上上的的全全部部载载荷荷都都集集中中在在最最后后一一个个轮轮齿齿上上。那那么么，当当链链条条与与链链轮轮脱脱离离啮啮合合时时，滚滚子子从从轮轮齿齿上上的的凹凹陷陷处处猛猛地地跳跳出出，当当载载荷荷从从一一个个轮轮齿齿传传递递到到下下一一个个轮轮齿齿时时，就就在在链链条上引起一个冲击载荷。条上引起一个冲击载荷。38ppt课件 链轮共面度和平行度的检查链轮共面度和平行度的检查f在在维维修修过过程程中中，只只要要有有一一个个链链传传动动轴轴经经过过拆拆卸卸(更更换换此此轴轴中中任任一一零零件件)重重新新安安装装后后必必须须进进行行找找正正，检检查查链链轮轮的的共共面面度度和和平平行行度度。检检查查方方法法如如下，见下图：下，见下图：f用用一一个个长长的的平平尺尺(或或拉拉紧紧细细钢钢丝丝)靠靠在在链链轮轮侧侧面面，可可测测出出平平行行度度和和共共面面度度，其其允允许许误误差差应应小小于于1mm(0.04in)。若若超超差差则则必必须须进进行行校校正正改改善善，在在轴轴的的适适当当环环节节加加减减垫垫片片(或或改改变变隔隔套套尺尺寸寸)将将轴轴沿沿横横向向作作位位移移改改善善共共面度。面度。39ppt课件链传动的找正 40ppt课件3.2 3.2 水龙头水龙头41ppt课件42ppt课件43ppt课件3.2.1概述 钻井水龙头是钻机中非常具有专业特点的设备。水龙头通过提环挂在大钩上，随大钩运行而上提下放。下部接方钻杆，连接井中钻具；上部通过鹅颈管与长长的水龙带相连，通过它们向钻具中心导入钻井液。水龙头是起升系统、旋转、循环三大工作机组相交汇的关节部件，在钻机组成中处于重要的地位。水龙头的主要功用：水龙头的主要功用：（1 1）悬持旋转着的钻柱，承受大部以至全部钻柱重量，）悬持旋转着的钻柱，承受大部以至全部钻柱重量，并为旋转钻柱提供上部轴承支承。并为旋转钻柱提供上部轴承支承。（2 2）向旋转着的钻柱导入高压钻井液。）向旋转着的钻柱导入高压钻井液。44ppt课件1.钻井工艺对水龙头的要求(1)各承载零件，如提环、壳体、中心管等和主轴承必须具有足够的强度、刚度及寿命。(2)高压钻井液密封系统必须工作可靠，寿命长，更换快速、方便。(3)机油密封良好，能自动补偿工作过程中密封元件的磨损。45ppt课件2.水龙头的结构组成 根据水龙头在钻井工作中的功用，水龙头一般由以下三部分组成。（1 1）承承载载系系统统 包括：中心管及其接头、壳体、耳轴、提环和主轴承等。钻柱重量通过方钻杆、中心管、主轴承、壳体、耳轴、提环将载荷传递给大钩。（2 2）钻钻井井液液系系统统 包 括：鹅 颈 管、钻 井 液 冲 管 总 成。高压钻井液经鹅颈管、冲管流进旋转着的中心管到达钻柱内。冲管上部和下部都设置钻井液密封装置，以防高压钻井液泄漏。46ppt课件47ppt课件（3 3）辅辅助助系系统统 包括：扶正轴承、防跳轴承及机油密封装置。壳体内腔构成油池，以润滑主轴承、扶正轴承及防跳轴承。上、下机油密封盒主要是防止钻井液及油水漏入油池和机油泄漏，以保证各轴承正常工作。上、下扶正轴承对中心管径向定位，保证其工作稳定：摆动小，以改善钻井液和机油密封的工作条件，延长其寿命。防跳轴承用以承受钻井过程中由钻柱传来的冲击和振动，防止中心管的轴向窜动。48ppt课件3.水龙头的结构特点 各种钻井水龙头，一般由上述三部分组成，其轴承布置方案和冲管总成的结构形式不同形成了多种水龙头具体结构。经长期钻井实践，现代钻机大多采用如图65所示的轴承布置方案和图66所示的冲管总成结构，下面具体分析。水龙头结构水龙头结构图图 49ppt课件.轴轴 承承 布布 置置 方方 案案 扶扶正正轴轴承承：两扶正轴承分置于主轴承两边(图6-5)，最大限度地扩大了扶正轴承间距A，扶效果好。中心管工作稳定、摆动小，非常有利于钻井液密封和机油密封。防防跳跳轴轴承承：防跳轴承布置在上扶正轴承下方或上扶正轴承用锥形滚子轴承起扶正和防跳作用。即在结构紧凑的原则下尽量增大扶正间距。50ppt课件51ppt课件.浮动冲管、Y形液压自封式密封、快卸结构(如图6-6)52ppt课件冲冲管管盘盘根根装装置置结结构构图图 53ppt课件54ppt课件 这种结构形式的特点是：浮动冲管。冲管浮动于鹅颈管过渡接头和中心管之间，工作时不转动，但允许略有轴向窜动，使其磨损均匀。Y形密封圈与钢制隔环交迭布置。55ppt课件 这种Y形密封圈可借助钻井液压力自行封紧。它的唇部在钻井液压力作用下始终贴住冲管外壁，工作过程中，即使在密封圈不断磨损情况下，仍能靠液压涨开唇部而形成密封。密封圈数目少(34)。可通过密封盒进行黄油润滑，减小了摩擦和磨损。冲管的径向定位由密封盒保证。密封盒与中心管用定位止口，圆柱面配合定位这样可提高加工及配合精度，保证冲管与中心管有很好的同心性，不易产生离，延长了冲管与密封圈的寿命。快速拆装，更换方便。只需将上、下密封盒压帽旋出，就可取出冲管总成，更换密封圈或冲管。56ppt课件4.水龙头的主要技术规范和参数(1)水龙头型号的表示方法 SYSYT T 553055309292标标准准规定了石油钻机用水龙头型号的表示方法。如下所示。标记示例：SL-l35SL-l35 表示最大静载荷为1350kN的石油钻机用水龙头。57ppt课件 另外，在SY/T 553092标标准准颁布之后，一些生产厂商在常规水龙头的基础上，增加了气动上卸扣旋转功能，有的称之为两用水龙头，有的称之为旋扣水龙头，在基本表示的基础上分别表示如下：两用水龙头表示方法两用水龙头表示方法旋扣水龙头表示方法旋扣水龙头表示方法 58ppt课件（2）水龙头的基本参数59ppt课件 1.最大静载荷：水龙头主要受力件所能承受的最大载荷，它应等于或大于钻机最大钩载。它是水龙头的主参数。2.最高转速：水龙头许用最高转速(rmin)，它应与转盘的最高转速一致，一般为300rmin。3.最大工作压力：水龙头最大工作压力应与钻井泵、高压管汇、水龙带相匹配，一般为35MPa。4.各连接尺寸：几何尺寸见表6-2。60ppt课件水龙头水龙头61ppt课件两用水龙头62ppt课件SL450/20Q两用水龙头63ppt课件64ppt课件