石油钻采机械概论 总结

3. 直流电机人为特性（用人工调节转速）
（1）电枢串阻 在电枢中串入可调电阻，保证电源电压U和励磁 电流（磁通）不变。相当于加大（电枢电阻）。 （2）降低供电电压U（降低电枢电压） 使固有特性n—M曲线下移。 （3）减弱磁通调速 改变 Φ （定子励磁磁通），使 n0 、Δn 都变， 从而改变特性。
四、旋转系统 1. 转盘名义直径 2. 最高转速 3. 最大静负荷 4. 最大工作扭矩 五、钻井泵功率 Np 输入轴功率，额定功率
Np pmax Qmin
p
103
kW
第三章 石油钻机的驱动
3.1 机械驱动钻机 机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过 不同组合的传动形式所驱动的钻机。 依据主传动副类型，分为齿轮、胶带和链 条钻机。 传动系统图分析方法。
石油钻采机械概论分钻井机械和采油机械 两大部分。 一、油气藏与油气田 二、含油气盆地 三、油气勘探 目前油气勘探的主要方法和技术有四种： 即地面地质法、地球物理法、遥感技术和 钻探法。各自特点。
第一章 钻井工艺概述
1.1 钻井方法 一、机械钻井法 1. 顿钻钻井法 2． 旋转钻井法 二、钻井工艺过程 1．钻前准备 2．钻进过程：起、下钻；正常钻进。 3．固井 4．完井 5．钻井事故的处理


三、平衡压力钻井 含义；目的；关键；技术保证。 1.2 钻井技术的新发展 一．欠平衡钻井(原理; 优点; 适用于地层条件;方 法;主要设备）。 二、深、超深井钻井技术 三、水平井技术 四、小井眼钻井技术 五、连续柔管钻井技术
第二章 石油钻机概论
2.1 钻机的组成 钻机包括：驱动与传动、旋转、起升、循 环设备，辅助设备和测量仪表。 一、地面旋转设备 主要组成：转盘、水龙头、钻具，顶驱钻 机配备有顶驱装置。 作用：转动钻具，带动钻头破碎岩石。
二、循环系统设备 主要有：钻井泵，钻井液净化、处理调配装置。 作用：清洗井底，携带岩屑，保护井壁，冷却钻 头。 三、起升系统设备 主要有：绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。 作用：起下钻具、下套管，控制钻压。

四、动力驱动系统 有：柴油机组、发动机组、电动机组。 作用：提供动力。 五、传动系统设备 联动机组—动力并车。 作用：传递、分配动力。 六、控制系统和监测仪表 司钻台、液、气、电控制、仪表 各种钻井仪表及随钻测量系统（MWD）。

二、 优点 1. 传动效率高，较机械传动高16%； 2. 无级变速（在某机械档下，无级变速）； 3. 简化传动、控制，易装调整，自动保护。 3.3 电机驱动特性 一、 电动机机械性能 1. 机械特性 电机转速n与电磁转矩M之间变化关系，称机械 特性。
2. 特性硬度 转速n不随转矩M变，为特硬特性； n随M增加而下降不大，为硬特性； n随M增加而加速下降，为软特性。 3. 固有机械特性 电机的电压、频率（交流）、励磁（激磁）电流 为额定值，其电机回路上无附加电阻时所具有的 特性。 4. 人为特性 人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称人 为特性。
Zl D0 d D0 (1 )d 2 n 0 e e d d
Z Z (1 ) t' 1 Z
4.2 钻井绞车 绞车的作用；绞车的使用要求；绞车的结构类型；典型绞 车结构（JC45绞车）分析。 4.3 刹车机构 一、刹车功用与使用要求 二、带刹车结构与原理 三、最大制动力的确定 Q's t max D2 D2 下放时静力矩： M Pt ' b bt '
四、可控硅直流驱动
AC—SCR—DC 由柴油机驱动AC发电机输出交流电，经可 控硅整流驱动DC电机。 可控硅驱动特点：直接由SCR调节电压、 控制弱磁而调速。
4. 用DC电机（不用AC电机）原因 （1）直流电机：调速宽；能频繁启动；载 荷变化范围宽；启动制动平稳。 （2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载 荷而变化【只能由调频f改变转速】。 5.交流变频技术，用AC—变频器—AC 。
第四章

起升系统工作原理与设备
4.1 起升系统工作原理 游动系统运动分析：快绳侧→死绳侧钢绳速度分析； 游动系统载荷： Qt 当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等： Pf Pf P PZ Pd Z 1 P P P 当起升时，各绳拉力： Pf 1 2 Z 2 Z 2 Z Q P ( )
同步电机启动性能差，用于不常启动、不 变速场合。 （3）同步电机采用异步启动法。 异步启动：定子通电形成旋转磁场，使转 子线圈产生感应电流，使转子转起来，之 后转子再通直流电，实现异步启动，同步 工作。
2. 异步电动机
一、定义 转子转速小于磁场旋转速 度，称异步电机 。 二、工作原理 属于硬特性： 异步电机常用于驱动绞车 和转盘。 改变定子电压 、电流频 率 、定子和转子串阻都可 改变特性。

七、钻机底座 安装钻井设备。 八、辅助设备 钻机八大（系统）设备：旋转、循环、起 升、动力、传动、控制、底座、辅助。 八大部件：绞车；转盘；水龙头；大钩； 游车；天车；钻井泵；柴油机。
2.2 钻机分类与特点
一、分类方法 二、钻机特点 1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作； 2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作； 3.钻井过程不连续； 4.工作地区广阔，自然环境恶劣。
二、电磁涡流刹车 新型辅助刹车，利用电磁感应原理实现制动。 1.结构 主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈。 2.原理 定子通直流，产生固定磁场。 当滚筒带动转子转动时，转子产生涡流。 涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力 矩。 主磁路(右手定则); 感应电动势与涡流(右手定则); 电磁力(左手定则); 电磁转矩M=FR2Z=CnB2

二、交流电机特性（固有） 1. 同步电动机 （1）定义 转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0） 相同（通交流电），故称同步电机， 特硬特性。 （2）工作原理：定子绕组通三相交流电产生旋转 磁场，转子励磁绕组通直流电形成直流励磁磁场， 两磁场相互作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着 以同步转速一起旋转，即 n=n0 。
3.2 电驱动钻机
电驱钻机—工作机用电动机带动。 一、分类 1. 交流电驱钻机：即交流发电机（或工业电网）→ 交流电动机驱动（AC→AC）； 2. 直流电驱钻机：即直流发电机—直流电动机驱动 （DC→DC）； 3. 可控硅整流直流电驱钻机：即交流发电机→可控 硅整流→直流电动机驱动（AC→SCR→DC）； 4.交流变频调速驱动钻机，即交流发电机→变频调 速器→交流电机驱动。
P R3 m cos
t l cos i P r sin( )
六、盘式刹车
1. 结构组成 包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹 车杠杆）、刹车块、液控系统等。 2. 刹车钳类型：①杠杆钳；②固定钳。 3.工作方式 常开式：液压加压刹车； 常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹。 2 R R R R 4. 单钳制动力矩 M 2N 1 2NR
T te


Fb T t t (e
1)
M b Fb Rb t (e 1) Rb
五、刹车杠杆工作分析
1.单杠杆刹车机构 刹把力：
r sin( ) Pt l cos
增力倍数： 2．双杠杆刹车机构 两套单杠杆组成。 t l n cos 增力倍数： i
2 2Z
最大制动力矩： Qst max ' D2 最大制动力： Fb max tb ZDb 式中： β －动载系数；ηb-滚筒效率； Db－刹车鼓直径，m。
M b max M Fb max
Dd 2
四、刹带两端的拉力 死端拉力 T： 制动力： 制动力矩：
t f
快绳拉力：
Qt 1 Pf Z t
起升游系效率：
(1 Z ) t Z (1 )
下放时游系效率： Z 1 游系效率近似计算式： t 2 滚筒缠绳层数确定：任意 Di D0 d 2(i 1)d 层直径： 半径增量系数 0.9 缠绳总层数计算式：

3．特性 （M-n曲线） 调节线圈的电流可改变M-n曲线。 当转速低时，仍有较大制动力矩。 滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、 高速段力矩几乎不变(硬特性)。

4.5 井架 一、功用、组成与要求；钻井工艺对井架的基本要求。 二、整体结构类型 1. 塔架 2. 前开口井架 3．A形井架 4．桅形井架 三、井架基本载荷 1．恒载 ：井架自重、设备、工具重； 2．最大静载: 即最大钩载； 3．工作绳拉力：快绳和死绳合力； 4．风载； 5．立根载荷：①立根重水平载荷；②立根风载。 4.6 游动系统 天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。
三、直流电机特性 定子（通直流）形成固定磁极，转子电枢 通电，磁力作用使转子转动。 【左手定则判断：掌心对N，四指－电流， 母指－力】 1. 直流电机类型 按励磁绕组（定子）与电枢绕组（转子） 联接方式分：他励电机、并励电机、串励 电机、复励电机。

2. 直流电机固有特性 （1）他励或并励：硬特性； （2）串励：属软特性，n随M增加而下降； （3）复励：介于并、串联之间，属软特性。 （4）适用场合 串励电机：适驱动绞车，载荷增大，转速自动下 降，实现恒功率调节。 并、他励电机：适驱动钻井泵，实现定速恒转矩 调节。
3．钢绳直径dw 根据Qmax（最大钩载）的Pfmax（Zmax时快绳拉力） 决定。 4．快绳最大拉力 Qh max 起升时： P
f max