CN103130121A

CN103130121A - 适用于钻井绞车的液压排绳系统及其液压排绳方法

Info

Publication number: CN103130121A
Application number: CN 201110404453
Authority: CN
Inventors: 晋兆建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明公开了一种适用于钻井绞车的液压排绳系统，主要由活塞杆(1)、套装在活塞杆(1)上的液压缸(2)、以及安装在液压缸(2)上的排绳支架(3)构成，所述活塞杆(1)的两端还设置有限位开关(4)。本发明还公开了一种基于上述液压排绳系统的液压排绳方法。本发明按照液压比例来控制排绳速度，同机械调速相比，可实现无级调速，控制精度高，适用和应用范围大，传动平稳且能保证排绳质量。

Description

适用于钻井绞车的液压排绳系统及其液压排绳方法

技术领域

本发明涉及一种适用于钻井绞车的液压排绳系统及其液压排绳方法。

背景技术

尽管各型绞车结构上各式各样，但究其实质一般都由以下几部分组成：

(1)滚筒、滚筒轴总成，这是绞车的核心工作部件。滚筒应有足够的容绳量，保证缠绳状态良好以延长钢丝绳寿命；

(2)绞车具有灵敏可靠的主刹车机构及性能良好的辅助刹车，使其能准确地调节钻压，均匀送进钻具，在下钻过程中随意控制下钻速度和省力地将最重钻柱载荷刹住；

(3)猫头和猫头轴总成，用以满足用大钳上卸扣和其它辅助起重的需要。有的猫头轴上还装有捞砂滚筒，用以提取岩心筒；

(4)传动变速系统，引入并分配动力和传递运动，提供足够的档速；

(5)控制系统，包括牙嵌、齿式、气动离合器。它们一般部属于钻机控制系统的组成部分；

(6)润滑系统，包括黄油润滑、滴油润滑和密封、飞溅或强制润滑；

(7)支撑系统，有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。中型绞车整体运输，其重量约在10吨以内；重型和超重型绞车要拆散成单元运输，运输的单元应在15吨以内，以便移运。

在石油钻井过程当中，绞车的主要功能表现在：

(1)将钻井工具(包括方钻杆、钻杆、钻挺、钻头等)下入几百米至几千米，甚至超过万米的井底。

(2)将钻井工具从几百米至几千米，甚至上万米的井底起出。

(3)在钻井中，要悬吊部分钻具重量，以控制压在钻头上的压力。

(4)钻井中，如出现井下事故，需在井筒内下入或起出处理井下故障的各种井下工具。

(5)在钻机安装、拆卸时，需将井架整体起立或下放。

(6)在固井作业中，需要向井内下入套管等。

根据绞车的功用和特点，一般来说，钻井工作对绞车有以下要求：

(1)为了保证起升最重的钻具，要求绞车各零部件在强度、刚度满足其使用性能的前提下，绞车要有足够的功率。

(2)为了适应起重量的变化及提高功效，绞车应有足够的起升档数或变速调解范围。

(3)绞车滚筒应有足够的尺寸和容绳量。

(4)绞车应有灵敏可靠的刹车系统，以便刹住最大载荷，准确调节钻压，均匀送进钻具。

(5)绞车控制部分应便于操作，安全可靠。

绞车的传动方案决定了它的结构类型，按绞车轴数可分为单轴、双轴、三轴、多轴及主辅绞车。前二种绞车一般皆需外带变速箱

1.单滚筒轴绞车

这类绞车的特点是猫头直接装在滚筒轴两端，滚筒装在滚筒轴上。为了提供不同的起升速度，在绞车外面设置变速箱分别传动绞车和转盘。这种绞车结构简单，功率小，重量轻，移运方便，如C-1500型钻机绞车就是这种类型。其缺点是猫头转速偏高，位置过低，操作不便，且滚筒档速不能独立安排，影响起下钻速度。

2.双滚筒轴绞车

双轴绞车由猫头轴和滚筒轴组成，由于猫头和滚筒分轴，使猫头的速度和位置都得到改善，解决了猫头的操作不便问题。其仍然采取外变速方案。如ZJ15D和ZJ20-2吨型钻机采用此方案，以使绞车结构简单，重量轻，便于移运。

3.三滚筒轴绞车

这类绞车的特点是在双轴绞车的基础上增加了引入动力的传动轴，且猫头轴亦参加变速传动。大庆130钻机和ZJ130-1采用的JC1-14.5绞车即属此类，它能实现相互独立的三个低速档和一个高速档。由于三轴之间空间较大，不能设置倒档，该型钻机在机房设置有倒档齿轮箱。由于变速机构也兼顾转盘，取消了外变速箱，但绞车本身却复杂了。重达20吨，移运时折成三轴一架四个单元运输，移运和安装都不方便。

4.多滚筒轴绞车

将四轴以上的绞车称为多轴绞车，其特点是猫头轴不参加变速传动，猫头中间空出来的位置可加装辅助捞砂滚筒，而另设中间轴解决变速和传动的要求。一般可实现6正2倒的滚筒速度，ZJ32J、ZJ45、ZJ45J、ZJ60D等国产钻机都采用这一方案。

5.主辅绞车

多轴绞车在结构方案上较好地解决了变速操作，装运等多方面的矛盾。但是较长的绞车爬坡，链条成了钻机传动中最薄弱的环节。现代深井、超深井钻机钻台起来越高(如ZJ60L钻台高9m)，一方面重达20吨左右的绞车吊升成为困难，另一方面长链爬上钻台要增没1～2个中间轴和中间底座，使其传动复杂，效率低。于是出现了独立猫头轴-主绞车结构方案。

主绞车所需功率大，装在机房底座上，猫头轴和转盘传动装置构成独立单元置于钻台上。由于转盘功率较小而大大改善了爬坡链条(或万向轴)的工作条件，便利了安装和移运。

纵观钻机的发展历史，钻机经历了一个由简单到复杂，由自动化水平低到自动化水平高的发展变化过程，钻井纹车的发展过程也同样如此。随着电子技术、液压技术等新技术的日新月异，石油钻井绞车将会朝着以下几个方面发展。

(1)进一步向电驱动方向发展。原因是直流SCR控制和交流变频控制钻机及绞车，有其它许多钻井设备无法比拟的优越性。目前除美国等极少数国家外，其它国家在发展电动钻机方面仍比较落后，仍是未来钻机研究发展的大趋势，大方向。

(2)进一步向自动化、智能化方向努力。为了安全、高效、科学、合理的钻井，国外已开发了液压钻机、全自动钻机等，这对我国今后发展自动化、智能化水平较高的产品会产生重大的影响。

(3)继续向大型化方向发展。当前国外已开发出了上万米的钻井设备，美国大陆一爱姆斯科公司于1997年开发出世界第一台5000马力绞车，被誉为第5代电动提升装置，所以，为进一步提高国内钻井技术，发展大功率绞车的趋势是必然的。

(4)向分体式、单轴式方向发展。目前，许多钻机的主绞车与猫头绞车采用了分体结构，分别置于钻机钻台面和后台底座上，由独立的动力机构驱动。单轴式绞车近年来在西方比较流行，这两种绞车的共同特点是结构简单，体积小，重量轻，便于运输安装等。

(5)向系列化、标准化、模块化方向努力。随着国际市场的逐步规范化，钻井设备向系列化、标准化、通用化等方向发展的趋势是必然的，这有利于增加设备的互换性及产品性能的稳定性，并能节约大量的生产成本。

(6)向高适应性方向发展。由于受沙漠、海洋、极地等钻井条件的限制，要想拓展石油开采市场领域，就必须有适应这些恶劣环境和气候的钻井设备，因此，开发高适应性的钻井设备是今后和未来的必然要求。

石油钻机绞车的快绳缠绕在滚筒上的端部时，快绳与铅垂线之间存在夹角，快绳倾斜角必须控制在一定的范围内，如果倾斜角过大，钢丝绳缠入滚筒的偏角将增大，从而导致快绳与相邻绳圈间沿滚筒轴向力加大，必然对钢丝绳在滚筒的正常缠绕造成影响。另外，随着倾斜角的增大，钢丝绳与天车轮的轮槽便有可能发生磨损，并且随着倾斜角的增大，磨损会变得越发严重，这对钢丝绳的使用寿命造成极大的影响。

钻机绞车是石油钻机的核心部件之一。现用的钻井绞车系统一般没有排绳装置，致使不少钻机滚筒钢丝绳发生排序紊乱、造成乱绳、钢绳互相挤压，使钢丝绳产生严重变形、扭曲、折弯、打结，不得不提前报废，不但造成极大浪费，更严重的是可能由此埋下严重的安全隐患，尤其在深井、超深井绞车的使用上，这种现象更是非常普遍。目前，尽管在绞车上具有导向小轮，但这种导向小轮也只是起到防止钢丝绳摆动的效果，难以从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种适用于钻井绞车的液压排绳系统，该适用于钻井绞车的液压排绳系统按照液压比例来控制排绳速度，同机械调速相比，可实现无级调速，控制精度高，适用和应用范围大，传动平稳且能保证排绳质量。

本发明的另一目的在于提供了一种基于上述液压排绳系统的液压排绳方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：适用于钻井绞车的液压排绳系统，主要由活塞杆、套装在活塞杆上的液压缸、以及安装在液压缸上的排绳支架构成，所述活塞杆的两端还设置有限位开关。

所述限位开关连接有换向阀。

所述换向阀为3位4通换向阀。

本发明还包括与液压缸相连的供油系统。

基于上述液压排绳系统的液压排绳方法，包括以下步骤：

(a)首先，驱动液压缸，液压缸在活塞杆的推动下运动；

(b)排绳支架在液压缸的带动下一起运动，从而产生排绳的直线运动；

(c)液压缸运动到极限位置与限位开关碰撞后，改变其的运动方向；

(d)液压缸向相反方向运动，从而带动排绳支架运动，进而完成往复排绳过程。

所述液压缸运动方向改变过程通过限位开关通断换向阀来实现。

综上所述，本发明的有益效果是：按照液压比例来控制排绳速度，同机械调速相比，可实现无级调速，控制精度高，适用和应用范围大，传动平稳且能保证排绳质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：

本发明涉及的适用于钻井绞车的液压排绳系统如图1所示，主要由活塞杆1、套装在活塞杆1上的液压缸2、以及安装在液压缸2上的排绳支架3构成，所述活塞杆1的两端还设置有限位开关4。

所述限位开关4连接有换向阀5。

所述换向阀5为3位4通换向阀。

本发明还包括与液压缸2相连的供油系统6。

基于上述液压排绳系统的液压排绳方法，包括以下步骤：

(a)首先，驱动液压缸2，液压缸2在活塞杆1的推动下运动；

(b)排绳支架3在液压缸2的带动下一起运动，从而产生排绳的直线运动；

(c)液压缸2运动到极限位置与限位开关4碰撞后，改变其的运动方向；

(d)液压缸2向相反方向运动，从而带动排绳支架3运动，进而完成往复排绳过程。

所述液压缸2运动方向改变过程通过限位开关4通断换向阀5来实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.适用于钻井绞车的液压排绳系统，其特征在于，主要由活塞杆(1)、套装在活塞杆(1)上的液压缸(2)、以及安装在液压缸(2)上的排绳支架(3)构成，所述活塞杆(1)的两端还设置有限位开关(4)。

2.根据权利要求1所述的适用于钻井绞车的液压排绳系统，其特征在于，所述限位开关(4)连接有换向阀(5)。

3.根据权利要求2所述的适用于钻井绞车的液压排绳系统，其特征在于，所述换向阀(5)为3位4通换向阀。

4.根据权利要求1所述的适用于钻井绞车的液压排绳系统，其特征在于，还包括与液压缸(2)相连的供油系统(6)。

5.基于上述液压排绳系统的液压排绳方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)首先，驱动液压缸(2)，液压缸(2)在活塞杆(1)的推动下运动；

(b)排绳支架(3)在液压缸(2)的带动下一起运动，从而产生排绳的直线运动；

(c)液压缸(2)运动到极限位置与限位开关(4)碰撞后，改变其的运动方向；

(d)液压缸(2)向相反方向运动，从而带动排绳支架(3)运动，进而完成往复排绳过程。

6.根据权利要求5所述的液压排绳方法，其特征在于，所述液压缸(2)运动方向改变过程通过限位开关(4)通断换向阀(5)来实现。