钻机的驱动与传动
钻机驱动设备与传动系统
④ 通用特性
最内层的等油耗率曲线 表明发动机最经济的工 作范围。 Z12V190B柴油机的通 用特性曲线
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(4) 石油机械常用柴油机
① Z190系列钻机柴油机
济南柴油机厂研制生产的Z190系列柴油机包括 有 Z8V190，Z8V190-1，Z8V190-2和Z812V190B， Z12V190B-1，Z12V190B-2等基本机型及相应的 配套机座（即带有风扇、水箱和底架的动力机组， 如PZ12V190B）。此外，还发展有能适应不同环 境、满足不同性能要求的专用机型。 Z190系列柴油机是国产钻机用动力机，也可用 于固定发电、船舶、内燃机车及其他工程机械。
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② 负荷特性
定转速下，ge,GT,tr,pk随功率Ne 而变化的规律，称负荷特性，其 中GT为每小时油耗。 依据负荷特性，可确定动力机在 定转速下工作时的经济负荷，即 耗油率最小的功率范围。由坐标 原点引射线与ge曲线相切，切点 所对应之功率即最经济的功率， 因为该点Ne与ge比值最大。 Z12V190B型柴油机负荷特 性曲线。
170000 26000 70～100℃ -
26
6.3 柴油机驱动钻机工作特性
（1）绞车、转盘、钻井泵负载特点及对驱动特性的要求 ① 绞车 按绞车工作特点，对动力机组的要求是： a、能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围5～10。
b、具有短期过载能力，以克服启动动载、振动冲击和轻 度卡钻。
液力偶合器主要由泵轮，涡轮、外壳和输入输 出轴组成。
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柴油机－偶合器驱动主要优点是：传动柔性，可吸 收震动与冲击；涡轮轴可随外载变化而自动变速， 可防止工作机过载，即使外载增加导致涡轮制动， 动力机（主动轴）仍可以某一转速工作而不熄火。 扭矩的计算式为：
钻井八大件与钻井八大系统
钻井八大件与钻井八大系统钻井的八大件：天车，大钩、游车、井架、泥浆泵、水龙头、绞车、转盘1井架井架由井架的主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井架底座等几个部分组成，主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。
2天车天车一般是多个滑轮装在同一根芯轴或两根轴心线一致的芯轴上。
现在的天车大都是滑轮通过滚柱轴承装在一根芯轴上。
芯轴一般是双支承的，轴的直径较大，芯轴的一端或两端有黄油嘴，芯轴里有润滑油道。
润滑脂从黄油嘴注入，以润滑轴承。
3游车游车的形状为流线型，以防起下时挂碰二层台上的外伸物。
同时，游车要保证一定的重量，以便它在空载运行时平稳而垂直地下落。
现在，钻机各型游车都是一根芯轴，滑轮在轴上排成一列，其结构与天车相似。
4大钩大钩是提升系统的重要设备，它的功用是在正常钻进时悬挂水龙头和钻具，在起下钻时悬挂吊环起下钻具，完成起吊重物、安放设备及起放井架等辅助工作。
目前使用的大钩有两大类。
一类是单独的大钩，其提环挂在游车的吊环上，可与游车分开拆装，如DG—130型大钩；另一类是将游车和大钩做成一个整体结构的游车大钩，如MC—400型游车大钩。
为防止水龙头提环从大钩中脱出，在钩口处装有安全锁体、滑块、拔块、弹簧座及弹簧等构成的安全锁紧装置。
为悬挂吊环和提放钻具，钩身压装轴及挂吊环轴用耳环闭锁，用止动板防止两支撑轴移动。
钩身与钩杆用轴销连接，钩身可绕轴销转一定角度。
5绞车绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的主要工作机械之一。
其功用是：提供几种不同的起升速度和起重量，满足起下钻具和下套管的需要；悬挂钻具，在钻进过程中送钻和控制钻压；利用绞车的猫头机构上、卸钻具螺纹；作为转盘的变速机构和中间传动机构；当采用整体起升式井架时用来起放井架；当绞车带捞砂滚筒时，还担负着提取岩心筒、试油等项工作；帮助安装钻台设备，完成其他辅助工作。
石油钻井八大系统
不含离心机
石油钻机的组成
八大系统
一、起升系统
二、旋转系统
三、钻井液循环系统
四、传动系统
五、控制系统
徐 闹
六、动力驱动系统
七、钻机底座
八、钻机辅助设备系统
4、动力系统
作用： 为绞车、转盘、钻井 泵提供动力
组成： 柴油机或柴油发电机、 电动机
5、传动系统
作用 把柴油机或柴油机 组的动力分配到各 个工作机组
用以处理加重钻井液时，可除去钻井液中多余的胶体，控制钻井液粘
振动筛 度，回收重晶石；处理旋流器底流，可回收液相，减少淡水和油的浪
费。
3.4、泥浆净化设备
泥浆净化设备工作流程示意图 1一振动筛处理过的泥浆 2一清洁泥浆 3一水力旋流器 4一细目振动筛 5一排出固体颗粒 6一筛网底流 7一泥浆返回循环系统
组成 机械传动、电动传 动、液压传动
6、控制系统
作用 指挥各系统协调工 作
组成 司钻控制台、各种 控制阀门、离合器 和线路
石油钻机的组成
八大系统
一、起升系统
二、旋转系统
三、钻井液循环系统
四、传动系统
五、控制系统
六、动力驱动系统
七、钻机井架和底座
陈
八、钻机辅助设备系统
德 鹏
7.1.2、井架类型
井架类型（按井架的整体结构形状划分） ①塔形井架 ②前开口井架（Π形） ③A形井架 ④伸缩井架 ⑤桅形井架 ⑥直立套管井架
目前国内常用的石油钻 井井架有塔型和AБайду номын сангаас两种。
7.1.3、井架的结构
1）井架本体1：空间桁架结构； 2）天车台5：安置天车和天车架； 3）天车架6：安装、维修天车； 4）二层台4：包括井架工进行
钻井设备介绍
石油钻机drilling rig:用于钻油气井和开采地下石油天然气的成套设备。
通常由起升系统、旋转系统、钻井流体循环系统、动力驱动系统、传动系统、控制系统、钻机辅助设备等构成。
功能：1.通过钻柱给钻头提供必要的钻速、扭矩、钻压，以破碎井下岩石达到钻探目的。
2.循环系统能及时清洗井底产生的碎屑，并使之携带出地面，以利于钻头在井下继续钻进。
3.起升系统能以一定速度起升井内钻柱和下放钻柱，并能下放套管。
4.钻井过程中，钻柱可能在井内发生遇阻、卡钻等情况，钻机必须有能处理以上事故的能力。
5.钻完一口井后钻机必须有移动性和拆装能力。
分类按钻井能力不同分类：浅井钻机、中深井钻机、深井钻机和超深井钻机。
按驱动方式来分类：机械驱动钻机mechanical drive rig、直流电驱动钻机AC-SCR-DC drive rig、交流变频电驱动钻机AC-VFD-AC drive rig、机电复合驱动钻机和液压钻机hydraulic drilling rig；按搬家rig move、安装、移动方式不同区分:撬装钻机skid-mounted rig、车装钻机self-propelled rig、拖挂式钻机trailer-mounted rig、整体移动钻机unitary move rig；按使用场合分类：陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、极地钻机；此外还有区别与常规钻机的斜直井钻机。
基本参数1.名义钻深：钻机在规定的钻井绳数下使用规定的钻杆柱时，钻机的经济钻井深度。
2.最大勾载：在规定的最多绳数下，下套管、处理事故或进行其他特殊作业时，大钩不允许超过的载荷。
3.绞车额定功率、游动系统绳数、钻井钢丝绳直径、钻井泵单台功率、钻盘开口直径、钻台高度、井架高度。
井架derrick树立于钻台上用于石油钻井时提升和下放钻具的起重架。
主要有井架主体、天车台、立管操作台、下套管扶正装置和工作梯组成。
按主体结构可分为塔型架、K型架cantilever mast、A型架A-mast(具体包括伸缩式K型架telescoping mast和垂升式K型架bootstrap mast)。
钻机配套规程
第一章钻机主要技术参数第一节主要钻机技术参数一、石油钻机的形式石油钻机的形式包括：驱动形式、传动形式、移运方式驱动方式分为：机械驱动钻机、复合驱动钻机、电驱动钻机和液压驱动钻机。
其中电驱动又分为：交流电驱动、直流电驱动和交流变频电驱动传动形式分为：链传动、胶带传动和齿轮传动移动方式分为：块装式钻机、自行式车装钻机和拖挂式车装钻机二、石油钻机的基本型号及配置参数（一）、钻机型号表示方法：（三）、在用钻机的性能特点及基本参数1、直流电驱动钻机采用先进的AC-SCR-DC电传动技术，绞车、泥浆泵分别通过直流电动机独立驱动，实现无级变速。
平行四边形整体起升底座，有双升式（弹弓式）和旋升式两种结构，钻台面分9m和10.5m两种。
绞车采用整体链传动设计模式，设有机械变档装置，配备液压盘式主刹车系统和电磁涡流辅助刹车（也可选配气控盘式刹车），配备独立自动送钻装置;转盘可通过链条箱从绞车取力传动，也可采用单独的直流电机驱动方式。
直流驱动钻机主要技术参数2、交流变频电驱动钻机钻机采用先进的全数字交流变频技术，以PLC逻辑控制技术为核心，通过电、气、液一体化设计控制。
绞车、泥浆泵分别通过宽频大功率交流变频电动机独立驱动，能实现全程无级变速。
平行四边形整体起升底座，有双升式（弹弓式）和旋升式两种结构，钻台面分9m和10.5m两种。
绞车为单滚筒齿轮传动，一档无级调速，主刹车为液压盘式刹车，辅助刹车为电机能耗制动，并能通过计算机定量、定位控制制动力矩; 转盘交流变频电机带二级变速传动箱驱动，可实现全程无级变速，传动效率高，并可满足高转速、大扭矩的要求交流变频驱动钻机主要技术参数交流变频驱动钻机主要技术参数续表3、复合驱动钻机主机模块采用前高后低的布置方式，动力和传动系统低位安装，底座采用箱块式或前台旋升后台块装结构。
动力传动采用柴油机+液力偶合器+整体链条并车箱驱动绞车和泥浆泵，同时并车箱可带节能发电机和自动压风机。
转盘采用交流变频电机或直流电机独立驱动。
长螺旋钻机工作原理
长螺旋钻机工作原理
长螺旋钻机是一种用于探矿或取样的重要工具，它的工作原理如下：
1. 钻杆与刀翼：长螺旋钻机通过钻杆将钻头与钻机连接起来，钻头的末端装有刀翼。
刀翼通常由硬质合金制成，能够在地下环境中切削岩石或土壤。
2. 旋转机构：长螺旋钻机通常配备有一套旋转机构，通过电动机或燃气发动机提供转动力，使钻杆与刀翼能够旋转。
旋转速度可以根据实际需要进行调节。
3. 推进机构：长螺旋钻机通常还配备有一套推进机构，用于将钻杆与刀翼推进到地下。
推进机构通常由液压系统或机械机构驱动，能够提供足够的推进力。
4. 钻控系统：长螺旋钻机配备有钻控系统，通过操作面板或遥控器控制钻机的工作。
操作人员可以根据需要来控制旋转速度、推进力度等参数，以确保钻机的安全工作。
5. 钻芯提取：长螺旋钻机在钻进过程中，会将钻芯带回地面。
钻芯是从地下取得的样本，可以用来进行地质调查和分析。
总体来说，长螺旋钻机的工作原理是通过旋转钻杆与刀翼，以及推进机构将钻头推进地下，并通过钻芯提取样本。
同时，操作人员可以通过钻控系统对钻机进行控制，以达到预期的钻进效果。
旋挖知识点总结
旋挖知识点总结1. 旋挖钻机的工作原理旋挖钻机是一种多功能、高效的土层钻探设备，其工作原理主要包括机械传动、液压传动和旋挖钻头的工作原理。
1.1 机械传动旋挖钻机通过发动机驱动液压泵，产生高压油液，通过液压传动系统，将高压油液传递给液压缸，驱动设备进行运动。
同时，机械传动系统将发动机的动力转化为旋挖钻杆的旋转和推进力。
1.2 液压传动液压传动系统是旋挖钻机的主要动力来源，通过控制液压泵、液压缸和控制阀等部件，实现设备的运转、旋转和钻进操作。
1.3 旋挖钻头的工作原理旋挖钻头是旋挖钻机的核心部件，其工作原理是通过旋转钻杆和旋挖钻头，对地下土层进行钻探和取芯。
钻杆连接在旋挖钻头的上部，通过旋转钻杆，旋挖钻头在地下土层中产生旋转和锤击作用，将土层破碎并取芯上升到地面。
2. 旋挖钻机的操作方法旋挖钻机的操作方法包括机械操作、液压操作和安全操作。
2.1 机械操作在使用旋挖钻机之前，需要对设备进行机械操作，包括检查机械传动系统是否正常、润滑部件是否充足、各部件是否松动或损坏等。
在操作过程中，需要根据设备的工作规程，掌握设备的启动、停止、转向、振动和行走等操作方法。
2.2 液压操作液压传动系统是旋挖钻机的关键部件，正确操作液压系统对设备的正常工作至关重要。
在操作过程中，需要根据设备的液压图纸和操作规程，熟悉液压泵、液压缸、控制阀等液压元件的工作原理和操作方法，确保设备的安全高效运行。
2.3 安全操作安全操作是旋挖钻机操作的首要任务，操作人员需要严格遵守设备的安全操作规程，正确使用安全带、安全帽、防护眼镜等个人防护装备，确保操作人员的人身安全。
在操作过程中，还需要注意设备的稳定性、工作环境的安全性、周围人员的安全等方面，确保设备的安全运行。
3. 旋挖钻机的安全注意事项旋挖钻机作为一种大型机械设备，操作过程中存在较大的安全隐患，操作人员需要严格遵守相关的安全操作规程，注意以下几点安全注意事项：3.1 设备的稳定性在使用旋挖钻机进行施工作业时，需要确保设备的稳定性，避免设备倾覆或滑动等意外事故。
常见工程钻机种类及工作原理
常见工程钻机种类及工作原理一、冲击式钻机靠钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底以破碎岩层。
其结构简单，没有循环洗井系统，岩屑的清除与钻机不能同时进行，因而功效较低。
钻井深度一般在250米以内，有时可达500～600米。
主要有2种：①冲抓锥。
利用钻具本身的重量冲击地层。
钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣，当钻具在自身重量作用下向下运动时，抓瓣张开，切入岩层，然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具，抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入锥体内，提出井口卸出岩屑。
钻井深度通常为40～50米，最深达100～150米。
②钢丝绳冲击式钻机。
由桅杆和装在顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具、电动机等组成。
作业时，电动机通过传动装置驱动冲击机构，带动钢丝绳使钻具作上下往复运动，在向下运动时靠钻头本身的重量切入并破碎岩层，向上运动靠钢丝绳牵引。
钻头冲程为0.5～1米，冲击频率30～60次／分。
岩屑由抽砂筒清出地面，钻进与清除岩屑同时进行。
二回转式钻机依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。
主要有5种：（1）锅锥。
利用其锅锥形钻具旋转切削土层。
根据钻具的大小分别称大锅锥和小锅锥，可由人力或动力驱动。
切下的土屑落到锅内，提升到地面卸出。
其结构简单，功效低，适宜于一般土层或砂卵石土层。
钻井深度小锅锥为80～100米，大锅锥为30～40米。
（2）循环泥浆洗井转盘式钻机。
由塔架、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水龙头和电动机等组成。
作业时，动力机通过传动装置驱动转盘，由主动钻杆带动钻头旋转破碎岩层。
有正、反两种循环方式。
正循环钻机工作时，井底岩屑通过钻杆外的环形通道被带出井口，在沉淀池沉淀后，泥浆流回泥浆池供循环使用。
反循环钻机工作时，泥浆在沉淀池沉淀后从井口自行流入井底，携带岩屑的泥浆则由砂石泵经钻头水口通过钻杆内腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。
钻机在钻杆内形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力较强，钻井速度快，适用于土层、砂层和卵石直径小于钻杆内径的松散地层。
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5. 使用经济性
适应性系数K • • • •
M max K Me
Mmax——发动机稳定工作状态时发出的最大扭矩 Me ——发动机额定（标定）功率时的扭矩； K值大小表明： 动力机适应外载变化（增加）的能力。 K值大，表明动力机过载能力大。
nmax 速度范围R R nmin
• nmax——动力机最高稳定工作转速； • nmin ——动力机最低稳定工作转速。 R越大，表明动力机速度调节范围越宽。
单独驱动方案
• 传动系统简单、效率高； • 工作机之间没有机械形式的联系，便于钻机在井 场的平面布置。 • 动力机不能互济，装机功率利用率低。
统一驱动方案：
• 转盘、绞车、钻井泵三工作机由2～4台动力机并 车统一驱动； • 左图，三台柴油机由胶带并车统一驱动； • 右图，三台柴油机－变矩器由链条并车统一驱动
典型的分组驱动方案：
• 将三工作机分成两组，绞车、转盘为一组，钻井 泵为另一组，由动力机（柴油机或电动机）分别 驱动，也称为二分组驱动。
交流电二分组驱动（上图）：
• 转盘、绞车共用一个变速箱，由一台交流电动机 驱动； • 钻井泵由另一台交流电动机驱动；
直流电二分组驱动（下图）：
• 钻台上，两台直流电动机驱动绞车，并可通过绞 车去驱动转盘； • 钻台下，4台直流电动机二对一驱动两台钻井泵。
§5-1
概述
一、绞车、转盘、钻井泵负载特点 及对驱动特性的要求 二、钻机的典型驱动方案 三、驱动设备的特性指标 四、钻机驱动类型及典型驱动设备的外特性
一、绞车、转盘、钻井泵负载特点 及对驱动特性的要求
绞车的特点： • 若大钩提升速度能随载荷的 变化按理想功率曲线 QhV C 相应地改变， • 即沿右图中曲线1工作，这 是最理想的情况，功率利用 最充分。
绞车的工作特点，对动力机组的要求：
• 能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围 V R 5 ~ 10 。 V • 具有短期过载能力，以克服启动动载、振动冲击 和轻度卡钻。 • 绞车工作时起停交替，要求动力传动系统有良好 的启动性能和灵敏可靠的离合控制装置。 绞车驱动需要的是：具有恒功率调节、能无级变 速并具有良好启动性能的柔性驱动。
统一驱动方案：
• 装机功率利用率高，可并车调剂各工作机不同的 功率需要，动力机有故障时动力可互济。 • 但驱动系统复杂，传动效率低。
分组驱动方案的目的：
• 兼有统一驱动功率利用率高和单独驱动传动简单、 安装方便的优点； • 现代深井、超深井钻井采用7～9m高钻台，分组 驱动可实现转盘、辅助绞车（猫头轴）在高钻台 上，而主绞车不上高钻台的方案； • 满足丛式井钻机对工作机平面布置的要求： 转盘、绞车在钻台上并可随钻台一起作纵横方向 的移动，而钻井泵组不必移动。 因此转盘、绞车同钻井泵组不能有任何机械传动 方面的联系，必须进行两分组驱动。
KG
G Ne
kg / kw
• G ——发动机（包括必备的附件）的质量，kg； • Ne——额定功率，kw。 使用经济性
• • 除已特殊指明的燃料经济性之外，使用经济性尚包括： 对工作地区的适应性、启动性能、控制操作的灵敏程度、 工作的可靠性、安全性、持久性及维护保养难易性等。
§5-1
概述
一、绞车、转盘、钻井泵负载特点 及对驱动特性的要求 二、钻机的典型驱动方案 三、驱动设备的特性指标 四、钻机驱动类型及典型驱动设备的外特性
§5-1
概述
一、绞车、转盘、钻井泵负载特点 及对驱动特性的要求 二、钻机的典型驱动方案 三、驱动设备的特性指标 四、钻机驱动类型及典型驱动设各类动力机有一些共同的技术经济指标， 可用来评价它们的动力性和经济性： 1. 适应性系数K 2. 速度范围R 3. 燃料（能源）的经济性 4. 发动机比质量
绞车的特点： • 若大钩提升速度V能随立根 数的每一次减少而相应增加 • 即沿曲线2工作，则功率利 用虽不是最理想的，也已很 充分。 • 但在机械变速有限档的情况 下，这是不可能做到的。
绞车的特点： • 曲线3是分级变速时的曲线 • 阴影三角面积是未被利用的 功率， • 可见功率利用不充分。
§5-1
概述
一、绞车、转盘、钻井泵负载特点 及对驱动特性的要求 二、钻机的典型驱动方案 三、驱动设备的特性指标 四、钻机驱动类型及典型驱动设备的外特性
二、钻机的典型驱动方案
• • • 单独驱动方案 统一驱动方案 分组驱动方案
单独驱动方案
• 转盘、绞车、钻井泵三大工作机组，各由不同的 动力机一对一或二对一地进行驱动； • 电驱动钻机大都采用下图所示的单独驱动方案；
现代石油钻机具有绞车、转盘、钻井泵三大工作 机组，为适应石油钻井工艺过程的要求，工作机 组具有不同的负载特点和运动特性。 驱动设备和传动系统是为三大工作机组服务的。 • 驱动设备，或称动力机组，提供工作机需要的动 力和运动。 • 传动系统，将动力机和各工作机联系起来，将动 力和运动传递并分配给各工作机。 钻机驱动设备类型的选择和传动系统的设计，必 须满足钻井过程中各工作机对驱动特性及运动关 系的要求，并具有良好的经济性。
通常所说的柔性，即指K值大、R值大， • 即动力机随外载增加（或减少）而能自动 增矩减速（或减矩增速）的范围宽。
燃料（能源）的经济性 • 指的是提供同样功率时所消耗的燃料费用。 • 柴油机、燃气轮机，以耗油率来表征； • 电动机，则以耗电量、功率因素来表征。
发动机比质量 • 即每单位功率（KW）的质量：
max min
钻井工作对转盘的要求： • 转速调节范围R=5～10。 • 能倒转、能微调转速以处理事故。 • 有限制扭矩装置，防止过载扭断钻杆。 转盘配备的功率是一定的，具有恒功率调节、能 无级变速的柔性驱动、能充分利用功率，但钻井 工艺有时要求恒转矩调节。
钻井泵一般都在额定冲次附近工作，负载的波动 幅度也不大，因此对驱动系统的要求比绞车、转 盘都简单。 钻井工作对钻井泵的主要要求： • 速度调节范围R=1.3～1.5，以充分利用功率； • 允许短期过载，以克服可能出现的蹩泵。