一、鉆機(jī)的提升系統(tǒng)
鉆機(jī)的提升系統(tǒng)由絞車(chē)、井架、天車(chē)、游車(chē)、大鉤及鋼絲繩等組成。
井架: 井架由井架的主體、人字架、天車(chē)臺(tái)、二層臺(tái)、工作梯、立管平臺(tái)、鉆臺(tái)和井架底座等幾個(gè)部分組成,主要用于安放和懸掛天車(chē)、游車(chē)、大鉤、吊環(huán)、液氣大鉗、液壓繃扣器、吊鉗、吊卡等提升設(shè)備與工具。目前,在國(guó)內(nèi)外石油礦場(chǎng)上使用的井架種類(lèi)繁多,但就結(jié)構(gòu)型式來(lái)講,一般可分為塔型井架和A型井架兩種。
天車(chē)和游車(chē): 天車(chē)和游車(chē)組成提升系統(tǒng)的滑輪系。作為定滑輪的天車(chē)改變力的方向,作為動(dòng)滑輪的游車(chē)起省力作用,減輕絞車(chē)的負(fù)荷,從而使提升系統(tǒng)獲得很大的機(jī)械效能。
天車(chē):天車(chē)一般是多個(gè)滑輪裝在同一根芯軸或兩根軸心線(xiàn)一致的芯軸上。現(xiàn)在的天車(chē)大都是滑輪通過(guò)滾柱軸承裝在一根芯軸上。芯軸一般是雙支承的,軸的直徑較大,芯軸的一端或兩端有黃油嘴,芯軸里有潤(rùn)滑油道。潤(rùn)滑脂從黃油嘴注入,以潤(rùn)滑軸承。常用的天車(chē)有TC-135、TC-130、TC-350、GF-400、TC-450、TC4-315等。
游車(chē):游車(chē)的形狀為流線(xiàn)型,以防起下時(shí)掛碰二層臺(tái)上的外伸物。同時(shí),游車(chē)要保證一定的重量,以便它在空載運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)而垂直地下落。現(xiàn)在,鉆機(jī)各型游車(chē)都是一根芯軸,滑輪在軸上排成一列,其結(jié)構(gòu)與天車(chē)相似。常用的游車(chē)有TC-135、YC-130、YC-350、MC-400、YC-450、YC-315等。 大鉤: 大鉤是提升系統(tǒng)的重要設(shè)備,它的功用是在正常鉆進(jìn)時(shí)懸掛水龍頭和鉆具,在起下鉆時(shí)懸掛吊環(huán)起下鉆具,完成起吊重物、安放設(shè)備及起放井架等輔助工作。目前使用的大鉤有兩大類(lèi)。一類(lèi)是單獨(dú)的大鉤,其提環(huán)掛在游車(chē)的吊環(huán)上,可與游車(chē)分開(kāi)拆裝;另一類(lèi)是將游車(chē)和大鉤做成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的游車(chē)大鉤。為防止水龍頭提環(huán)從大鉤中脫出,在鉤口處裝有安全鎖體、滑塊、拔塊、彈簧座及彈簧等構(gòu)成的安全鎖緊裝置。為懸掛吊環(huán)和提放鉆具,鉤身壓裝軸及掛吊環(huán)軸用耳環(huán)閉鎖,用止動(dòng)板防止兩支撐軸移動(dòng)。鉤身與鉤桿用軸銷(xiāo)連接,鉤身可繞軸銷(xiāo)轉(zhuǎn)一定角度。絞車(chē)是構(gòu)成提升系統(tǒng)的主要設(shè)備,是組成一部鉆機(jī)的核心部件,是鉆機(jī)的主要工作機(jī)械之一。其功用是:提供幾種不同的起升速度和起重量,滿(mǎn)足起下鉆具和下套管的需要;懸掛鉆具,在鉆進(jìn)過(guò)程中送鉆和控制鉆壓;利用絞車(chē)的貓頭機(jī)構(gòu)上、卸鉆具螺紋;作為轉(zhuǎn)盤(pán)的變速機(jī)構(gòu)和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu);當(dāng)采用整體起升式井架時(shí)用來(lái)起放井架;當(dāng)絞車(chē)帶撈砂滾筒時(shí),還擔(dān)負(fù)著提取巖心筒、試油等項(xiàng)工作;幫助安裝鉆臺(tái)設(shè)備,完成其他輔助工作。常用的JC-50D型絞車(chē)為內(nèi)變速、墻板式、全密閉四軸絞車(chē),JC-45型絞車(chē)是五軸絞車(chē),JC-14.5型絞車(chē)是三軸絞車(chē)。絞車(chē)一般由絞車(chē)傳動(dòng)部分、提升部分、轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)箱部分、控制部分、潤(rùn)滑部分和剎車(chē)機(jī)構(gòu)等組成。
鉆井用鋼絲繩:鉆機(jī)游動(dòng)系統(tǒng)所用的鋼絲繩稱(chēng)為大繩。它起著懸吊游車(chē)、大鉤及傳遞絞車(chē)動(dòng)力的作用。由于鋼絲繩運(yùn)動(dòng)頻繁、速度高、負(fù)荷大,并承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、擠壓、沖擊、振動(dòng)等復(fù)雜應(yīng)力的作用。 鋼絲繩按繩中鋼絲捻成股和股捻成繩的方向來(lái)分,通常分為右旋和左旋兩種。按絲捻成股和股捻成繩的方法來(lái)分,通常分為順捻(股中鋼絲的捻向與股的捻向相同,一般只作拖拉或牽引繩)、逆捻(股中鋼絲的捻向與股的捻向相反,適用于提升設(shè)備)和混捻(鋼絲繩的各股中既有順捻,也有逆捻)三種。
二、鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)
旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)盤(pán)和水龍頭兩大部分,其主要作用是在通過(guò)鉆具不斷向井底傳送鉆井液的同時(shí),保證鉆具的旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)盤(pán):轉(zhuǎn)盤(pán)主要由水平軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、主軸承、殼體、方瓦及方補(bǔ)心等組成,其主要作用是帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和在起下鉆過(guò)程中懸持鉆具、卸開(kāi)鉆具螺紋以及在井下動(dòng)力鉆井時(shí)承受螺桿鉆具的反向扭矩。轉(zhuǎn)盤(pán)的動(dòng)力經(jīng)水平軸上法蘭或鏈輪輸入,通過(guò)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái),借助轉(zhuǎn)臺(tái)通孔中的方瓦和方補(bǔ)心帶動(dòng)方鉆桿、鉆柱和鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí),方補(bǔ)心允許方鉆桿軸向自由滑動(dòng),實(shí)現(xiàn)邊旋轉(zhuǎn)邊送進(jìn)。常用轉(zhuǎn)盤(pán)的主要有ZP-520、ZP-271/2、MRL-271/2、ZP-445、ZP-371/2等型號(hào)。
水龍頭:在一部鉆機(jī)中,水龍頭既是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)備,又是循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)部件。它懸掛于大鉤之下,上接有水龍帶,下接方鉆桿。在鉆進(jìn)時(shí),懸掛并承受井內(nèi)鉆柱的全部重量,并將鉆柱與水龍帶連接起來(lái),構(gòu)成鉆井液循環(huán)通道。 水龍頭主要由固定、旋轉(zhuǎn)和密封部分組成。常用的水龍頭有CH-400、SL-450、SL-130、SL-135等型號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)使用的兩用水龍頭,是在一般水龍頭的基礎(chǔ)上,增加了旋扣裝置。旋扣裝置由氣馬達(dá)、伸縮機(jī)構(gòu)及氣路系統(tǒng)組成,接單根時(shí),由氣馬達(dá)通過(guò)齒輪帶動(dòng)中心管旋轉(zhuǎn)。
三、鉆機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)
鉆機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)主要包括鉆井泵、地面管匯、鉆井液凈化設(shè)備等。在井下動(dòng)力鉆井中,循環(huán)系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力的任務(wù)
。
鉆井泵:鉆井泵常用的安全閥有銷(xiāo)釘式、杠桿銷(xiāo)釘式和彈簧式安全閥三種。銷(xiāo)釘式安全閥是利用不同直徑的銷(xiāo)釘來(lái)限制過(guò)高泵壓的裝置,當(dāng)泵壓達(dá)到銷(xiāo)釘所限制的壓力時(shí),銷(xiāo)釘被剪斷,鉆井液從閥的泄壓口排出,泵壓回零,從而起到安全保護(hù)作用。杠桿銷(xiāo)釘式安全閥使用的銷(xiāo)釘是同一直徑,靠移動(dòng)銷(xiāo)釘在不同銷(xiāo)孔中的位置來(lái)改變力臂距離,從而調(diào)節(jié)安全閥的壓力,達(dá)到限制泵壓的目的。彈簧式安全閥是利用彈簧的作用設(shè)計(jì)的一種安全閥。鉆井液凈化設(shè)備:鉆井液凈化設(shè)備的主要作用是使從井內(nèi)返出的鉆井液能得到充分的凈化。鉆井液凈化設(shè)備主要包括振動(dòng)篩、旋流除砂器、離心分離機(jī)、除氣器、循環(huán)罐和攪拌器等。
四、鉆機(jī)的動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)
動(dòng)力設(shè)備和傳動(dòng)系統(tǒng)是鉆機(jī)的兩大組成部分。動(dòng)力設(shè)備提供各工作機(jī)需要的動(dòng)力,而傳動(dòng)系統(tǒng)則將動(dòng)力機(jī)和各工作機(jī)聯(lián)系起來(lái),將動(dòng)力傳遞并分配給各工作機(jī)。
動(dòng)力設(shè)備:目前,鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)類(lèi)型主要有柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)、柴油機(jī)-液力驅(qū)動(dòng)、柴油機(jī)-(交)直流電驅(qū)動(dòng)和工業(yè)電網(wǎng)電驅(qū)動(dòng)四類(lèi)。我國(guó)石油礦場(chǎng)多采用柴油機(jī)作動(dòng)力,即使是電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī),它的發(fā)電機(jī)仍是由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。一些最大的陸地和海洋用深井鉆機(jī)一般還是由柴油機(jī)來(lái)直接的或間接的驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),然后由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鉆機(jī)的各個(gè)設(shè)備或部件。傳動(dòng)系統(tǒng):由動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng),有的很簡(jiǎn)單,如單獨(dú)驅(qū)動(dòng);有的則比較復(fù)雜,有各種并車(chē)、變速、倒車(chē)機(jī)構(gòu)。不可調(diào)速的動(dòng)力機(jī)不能滿(mǎn)足絞車(chē)或轉(zhuǎn)盤(pán)的要求,傳動(dòng)系統(tǒng)就是要解決變速變矩的問(wèn)題。鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本功用是將動(dòng)力機(jī)發(fā)出的動(dòng)力分別傳送給各工作機(jī),即絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵等,主要解決增矩減速、變矩變速、并車(chē)、正倒車(chē)以及傳動(dòng)脫離或掛合問(wèn)題。鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布置有統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)(如大慶130型、ZJ45型鉆機(jī))、分組驅(qū)動(dòng)(如車(chē)裝鉆機(jī))和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)(電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī))三種形式。傳動(dòng)系統(tǒng)各傳動(dòng)部分護(hù)罩必須完好,固定牢靠。機(jī)房四周欄桿要安裝齊全,固定牢靠,梯子穩(wěn)固且有光滑的扶手。
電傳動(dòng)系統(tǒng)(以ZJ50D鉆機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)為例):石油鉆機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)由多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)出50Hz、600V的交流電,經(jīng)SCR傳動(dòng)柜整流為0V~750V直流電去驅(qū)動(dòng)絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)和鉆井泵;經(jīng)MCC控制柜變交流600V為380V/220V去驅(qū)動(dòng)鉆井輔機(jī)及提供井場(chǎng)照明。
五、鉆機(jī)的氣控系統(tǒng)
鉆機(jī)的控制系統(tǒng)按控制方式分為機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、液壓控制、電控制及綜合控制等幾種(目前最常用的是氣動(dòng)控制),氣控系統(tǒng)主要由供氣機(jī)構(gòu)、發(fā)令機(jī)構(gòu)、傳令機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成。主要功能是控制柴油機(jī)的啟動(dòng)、停車(chē)、調(diào)速和聯(lián)動(dòng)機(jī)并車(chē)與停車(chē);控制絞車(chē)換檔及絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵的啟動(dòng)與停止;控制絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向;控制滾筒剎車(chē)、貓頭的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止;控制氣動(dòng)卡瓦、液氣大鉗、氣動(dòng)旋扣器、頂部驅(qū)動(dòng)裝置等起下鉆操作機(jī)械;控制氣動(dòng)絞車(chē)、防碰天車(chē)裝置、自動(dòng)送鉆裝置及井口防噴器裝置;控制空氣壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、除砂泵、離心泵、攪拌機(jī)等裝置;控制井架底座的升降、井架的起、放、緩沖作用。