第二章 钻机起升系统工作理论.ppt

1、石油钻机设计,机电工程学院 机电工程系 许志倩 15216397095 ,第二章 钻机起升系统工作理论,游动系统工作原理：钢绳、滑轮运动分析，游系效率，快绳拉力； 提升系统运动学与动力学：起升滚筒轴速度图、力矩图和功率图，提升动载系数； 起升时间与起升功率利用率：绞车功率与各档起重量，钻机起升时间，钻机起升特性曲线； 下钻过程运动学与动力学：下钻速度、力矩图与功率图，最大制动力。,教学内容和课程基本要求,2.1 游动系统工作原理 2.2 起升系统运动学与动力学分析 2.3 起升时间与起升功率利用率 2.4 下钻过程运动学与动力学 2.5 钻井曲线 2.6 机械钻速曲线,第二章 钻机起升系统工作

2、理论,2.1 游动系统工作原理,油井特点：细百毫米长几千米刚钢管壁 井身结构：导管表层套管技术套管油层套管,2.1 游动系统工作原理,2.1.1 钢绳、滑轮运动分析V 大钩速度 V快绳速度 滚筒转速 i第i滑轮转速 R 滑轮缠绳半径 z 有效绳数,钢丝绳速度,天车 游车,各轮角速度,天车：i为偶数，且游车：i为奇数，且,总结：,各绳速度各轮角速度快绳速度：结论：天车、游车轮各轮转速不同，钢丝绳各段速度不同,意义：,设计时以快绳轮为依据 维修时快绳轮和死绳轮等调换位置 钢丝绳快绳侧疲劳损坏严重（绳过各轮时的弯曲产生疲劳载荷） 钢丝绳疲劳寿命的计算依据kN（吨）公里法 钢丝绳整盘使用，逐段报废，目

3、前检测依据，每节距的断丝数。,2.1.2 游动系统起重量和大钩载荷,游动系统起重量Q游G游游动系统重量 Q钩大钩载荷q 钻柱平均单位长度重量Li 任意井深？,静止工况,若液=1.2，钢=7.8，则,起升工况,取K阻=0.15，则,下放工况,依上，则,小结：,静止：起升：下放：若：Li=L（最大井深），则Q钩=Q柱,2.1.3 钢丝绳拉力,静止工况,起升工况,单滑轮效率（轴承，弯绳）,下放工况,小结,起升时快绳拉力 静止：起升：下放：游游动系统效率,2.1.4 游动系统效率,起升 下放 取 =0.97（单滑轮效率）Z 6 8 10 12 14 16 18起升游 0.900 0.874 0.849

4、 0.825 0.802 0.780 0.758下放游 0.898 0.870 0.843 0.816 0.790 0.764 0.739游 0.899 0.872 0.846 0.820 0.796 0.772 0.749近似,2.2 起升系统运动学与动力学分析,（1）钩载时间历程曲线图,（2）离合器结构,气胎离合器,滚筒结构,JC45,盘式离合器,（3）起升曲线,起升系统动力学模型,运动微分方程转动惯量折合 原则：动能守恒,离合器特性曲线,M=f(t) Mf=ct c=Mcr/Mcr Mf气胎离合器传递扭矩 Mcr离合器传递最大扭矩 c驱动机组及气胎离合器传动特性系数,运动、功率分析,完全

5、打滑段 OA AI 半打滑段 AB AII 同步加速段 BKC 加速功 AIII+AIV 起升功 AV摩擦功 A摩=AI+AII,2.3 起升时间与起升功率利用率,（1）绞车功率与各档起重量对于机械驱动的钻机 一般设有四个起升档 在每个换档点应该有,无极调速特性曲线，起升功率利用率100%,各档起重量,各档大钩载荷：各档自起载荷：各档自起立根数：,（2）起升功率利用率,N平平均使用功率 N 绞车配备功率 对于k档的机械驱动绞车档数k要适中,2.4 下钻过程运动学与动力学,（1）下钻模型： 加速段 OC 匀速段 CD 减速段 DE 刹车动载,（2）最大制动力矩,下钻静力矩最大制动力矩DS初始缠绳直径； 筒滚筒效率筒=0.97。,2.5 钻井曲线,定义：起钻次数与钻井立根数（井深）间的关系 如：起钻次数 X 1 2 3 4 所起立根数Y 40 60 70 80 250 钻井曲线形式：如上例拟合时应注意使最大立根数相等,钻井曲线的应用,求钻一口井过程的总立根数Nmax或：,2.6 机械钻速曲线,钻井速度V和井深Li间的关系L(km) A2 70 曲线13.2 604.5 40 曲线26 30 曲线3,机械钻井时间,相对井深 当=1时，总机械钻井时间,