【正文】 性。 17 18 b、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性為 柔特性。但是，當(dāng)載荷很小時(shí)，轉(zhuǎn)速過高，有 “ 飛車 ” 危險(xiǎn)，不適合用鏈條、皮帶傳動(dòng)。 19 三、直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性 人為機(jī)械特性： 人為地改變直流電動(dòng)機(jī)某些參數(shù)而獲得的機(jī)械特性。 現(xiàn)代石油鉆機(jī)廣泛使用它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，這里主要講它的調(diào)速特性。 適用場(chǎng)合： 中小功率電機(jī)。 20 降低電樞電壓調(diào)速 （ 見曲線 ） 特點(diǎn)： 1） 轉(zhuǎn)速只能下調(diào)；硬特性不變（固有特性曲線平移）； 2）調(diào)速方便；調(diào)速范圍大；經(jīng)濟(jì)性好。 在勵(lì)磁電路中串電阻調(diào)速 （ 見曲線 ） 特點(diǎn)： 1）轉(zhuǎn)速只能上調(diào)；隨所串電阻增大，特性變軟； 2）調(diào)速方便；經(jīng)濟(jì)性較好。 可適用場(chǎng)合： 石油鉆機(jī)。 一般情況下，工作機(jī)的轉(zhuǎn)速都是從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)。 現(xiàn)代鉆機(jī)采用 AC— SCR— DC 電驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)（組）電動(dòng)機(jī)用一個(gè)可控硅控制柜，電樞的輸入電壓易于調(diào)節(jié)，故鉆機(jī)中大都采用它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)合調(diào)速： 降低電樞電壓 ＋ 勵(lì)磁電路串電阻 。 參見下圖。 一、可控硅控制系統(tǒng)的主要作用 柴油機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)電力并車后進(jìn)入交流電網(wǎng)（ 見前圖 ）。 c、利用觸發(fā)電路控制晶閘管的觸發(fā)角，從而調(diào)節(jié)電樞電壓。這樣，在鉆井過程中，可以省去轉(zhuǎn)盤。它的主要功能有： 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)； 循環(huán)鉆井液； 起吊鉆具； 上卸鉆柱?；绢愋陀腥箢悾? 全液壓驅(qū)動(dòng) （ 如 Maritime Hydraulics 公司的產(chǎn)品） 驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源是液壓能。 直流電驅(qū)動(dòng) （如美國 Varco公司的產(chǎn)品） 驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源是直流電。直流電源是來自電動(dòng)鉆機(jī)的 AC—SCR 系統(tǒng)。由交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。 三種類型，都把無級(jí)調(diào)速特性作為基本要求。 導(dǎo)向滑車總成 具體有： 導(dǎo)軌 （立于井架內(nèi)，有單軌和雙軌兩種）、 滑車框架（固定在頂部驅(qū)動(dòng)裝置殼體上）、 導(dǎo)向輪 （裝在滑車框架上，可沿導(dǎo)軌滾動(dòng)）。 鉆桿上卸扣裝置 （ Pipehander） 具體有： 吊卡、吊環(huán)、吊環(huán)連接器、吊環(huán)傾斜器、液壓扭矩鉗。 2022/4/14 34 第二節(jié) 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 一、直流電驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng) 這里介紹美國 Varco公司的產(chǎn)品。 安裝布置 （ 見圖 ）； 水龍頭 ——鉆井馬達(dá)總成 （ 見圖 ） 導(dǎo)向滑車 （ 見圖 ）； 鉆桿上卸扣裝置 （ 見圖 ） 2022/4/14 35 返回 5 2022/4/14 36 返回 5 要點(diǎn)： 水龍頭中心管經(jīng)錐管螺紋與主軸連接。 電動(dòng)機(jī)為雙出軸，下端通過花鍵與主動(dòng)小齒輪連接，上端與氣動(dòng)制動(dòng)器摩擦輪固連。 2022/4/14 37 返回 5 2022/4/14 38 返回 5 要點(diǎn)： 鉆桿上卸扣裝置利用上部旋轉(zhuǎn)頭固連在 頂部驅(qū)動(dòng)裝置總成的減速箱殼體的下方； 吊環(huán)傾斜器靠液缸推動(dòng)而擺動(dòng)，通過鏈條帶動(dòng)吊環(huán)傾斜； 液壓扭矩鉗（扳手）通過吊架懸掛在 旋轉(zhuǎn)頭上 ，有上、下兩個(gè)鉗。低扭矩時(shí)，可用鉆井馬達(dá)旋轉(zhuǎn)主軸，實(shí)現(xiàn)上、卸扣。 系統(tǒng)組成 PTD輕便式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成 （ 由上到下）： 1）水龍頭（借用鉆機(jī)原配的常規(guī)水龍頭）； 2）液控鉆具防噴器 ——由鉆具防噴器、液壓缸組成； 3）鉆井馬達(dá)總成 ——由兩個(gè)斜軸式軸向柱塞液壓馬達(dá)、兩級(jí)齒輪減速箱、主軸組成； 4）鉆桿上卸扣裝置 ——由旋轉(zhuǎn)頭、懸掛桿（含彈簧）、吊鉤本體、吊環(huán)傾斜器、液壓扭矩鉗等組成； 5）液壓動(dòng)力系統(tǒng) ——由液壓泵站、液壓控制臺(tái)、柔性液壓管匯等組成。 主軸與從動(dòng)大齒輪固連。 鉆桿上卸扣裝置懸掛在主軸下臺(tái)肩上。為使主軸獲得很大的扭矩，采用了兩級(jí)齒輪減速。 頂驅(qū)減速器結(jié)構(gòu)原理圖 2022/4/14 43 要點(diǎn)： 觀察導(dǎo)向滑車安裝和工作狀態(tài)； 觀察吊環(huán)傾斜器安裝和工作位置； 鉆具機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)頭經(jīng)法蘭盤連接在減速箱殼體上；吊鉤本體經(jīng)兩個(gè)含彈簧的吊桿懸掛在旋轉(zhuǎn)頭下；吊鉤承載后，吊鉤本體下坐在主軸下臺(tái)肩上，卸載后，在彈簧作用下上移而離開主軸下臺(tái)肩。 旋轉(zhuǎn)。 液壓扭矩鉗經(jīng)框架固連在吊鉤本體上，扭矩鉗工作原理見液壓扭矩鉗 結(jié)構(gòu)原理圖 返回 10 導(dǎo)向滑車、吊環(huán)傾斜器、扭矩鉗安裝位置 2022/4/14 44 要點(diǎn)： 液壓缸為單作用缸，夾緊靠液壓力，釋放靠彈簧力。 鉗牙用螺釘固定，可以隨時(shí)更換。 1982年，第一臺(tái)該系統(tǒng)投入礦場(chǎng)使用，目前，已經(jīng)廣泛用于海洋和陸地鉆機(jī)上。中國鉆井隊(duì)要想到國外竟標(biāo)，在設(shè)備上的先決條件就是要有電動(dòng)鉆機(jī)和頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)。當(dāng)起鉆中發(fā)現(xiàn)有井噴跡象，可遙控實(shí)現(xiàn)頂部驅(qū)動(dòng)裝置與鉆柱連接，立即循環(huán)鉆井液，避免井噴事故發(fā)生； 4）用 27米鉆柱鉆定向井，可以減少井深測(cè)量次數(shù)，容易控制井底馬達(dá)造斜方位，節(jié)省鉆井時(shí)間； 5）用 27米鉆柱取芯，可連續(xù)取芯 27米，提高了巖心質(zhì)量。 一、井控設(shè)備的功用 預(yù)防井噴 —— 保持井內(nèi)泥漿靜液柱壓力略高于地層壓力； 及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流 —— 對(duì)上返泥漿量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流征兆； 迅速控制井噴 —— 井噴一旦發(fā)生，迅速關(guān)井、并實(shí)施壓井。 參見下圖。 最原始的防噴器是手動(dòng)的，開關(guān)費(fèi)力，關(guān)井耗時(shí)多，承受壓力低，故障多，經(jīng)常在需要關(guān)井時(shí)封不住井，造成井噴失控，因而已被淘汰，取而代之的是液壓防噴器。 閘板防噴器 3— 8秒內(nèi)可關(guān)井；環(huán)形防噴器 30秒內(nèi)可以關(guān)井。 用液壓傳動(dòng)的方式迫使膠芯變形、閘板運(yùn)動(dòng)，操作省力、方便。 防噴器強(qiáng)度可靠；防噴器封井機(jī)能可靠，出廠前進(jìn)行嚴(yán)格試壓；防噴器的控制操作可靠，若司鉆操作控制失靈，可以用遠(yuǎn)程控制臺(tái)控制，若遠(yuǎn)程控制臺(tái)控制也失靈，閘板防噴器還可以用手動(dòng)關(guān)井。 液壓防噴器的膠芯和閘板是最關(guān)鍵元件，最易損壞，若發(fā)現(xiàn)損壞，可以及時(shí)拆換。 最大工作壓力 —— 封井時(shí)，防噴器能夠承受的最大井口壓力； 公稱通徑 —— 防噴器上下垂直通孔直徑。（注：公稱通徑是經(jīng)過圓整的，實(shí)際通經(jīng)與其有微小差異） 我國規(guī)定的防噴器最大工作壓力和公稱通徑見下表。 液壓防噴器的型號(hào) 防噴器的型號(hào)要反映其類型、最大工作壓力和公稱通徑。 例如： FZ 23— 21，代表 單閘板防噴器，公稱通經(jīng)為 230mm，最大工作壓力為 21MPa。 b） 四通 —— 帶有四個(gè)通道和法蘭盤的管接頭；其下法蘭與套管頭連接，上法蘭與上部設(shè)備相連，左右兩法蘭分別接壓井管匯和接流管匯。 d） 環(huán)形防噴器 —— 也稱萬能防噴器，其即可以封零（封空井），也可以封環(huán)空（封閉井內(nèi)環(huán)形空間）。井下上返泥漿由旁通管引至泥漿凈化系統(tǒng)。這些是由多種因素決定的： 根據(jù)套管頭通徑確定防噴器的通徑 防噴器的公稱通經(jīng)不得小于套管頭的通徑，以便可以通過所需的鉆頭和鉆具。 a）對(duì)于生產(chǎn)井： 預(yù)期井口最大壓力 = 地層壓力 半井深鉆井液液柱壓力 b）對(duì)于深井、高壓氣井： 預(yù)期井口最大壓力 = 地層壓力 根據(jù)我國油氣田的地質(zhì)情況以及多年的鉆探經(jīng)驗(yàn)，得出如下規(guī)律： 若井深小于 2022m， 預(yù)期井口最大壓力一般低于 14 MPa ， 防噴器的壓力等級(jí)選 14 MPa ； 若井深為 2022— 4000 m， 預(yù)期井口最大壓力為 21～ 35 MPa ， 防噴器的壓力等級(jí)選 21或 35MPa ； 若井深為 4000— 7000 m， 預(yù)期井口最大壓力可達(dá) 70 MPa 或更高， 防噴器的壓力等級(jí)選 70 或105MPa ； 2022/4/14 55 防噴器類型和數(shù)量的確定 為了提高關(guān)井的可靠性，井口所裝防噴器的數(shù)量不止一個(gè)，以保證在井內(nèi)有無鉆具的情況下都可關(guān)井。 很明顯，在實(shí)際鉆井過程中，以上四種情況均可能產(chǎn)生，理論上講，各類防噴器均應(yīng)有。 根據(jù)規(guī)定，在各種 壓力等級(jí)情況下，防噴器的數(shù)量與類型組合如下： 1）壓力等級(jí)為 14MPa a） 一個(gè)環(huán)形防噴器； b） 一個(gè)雙閘板防噴器； c） 兩個(gè)單閘板防噴器； d） 一個(gè)單閘板防噴器與一個(gè)環(huán)形防噴器組合。但是，隨著 欠平衡鉆井新工藝 的出現(xiàn)和推廣，旋轉(zhuǎn)防噴器的應(yīng)用會(huì)越來越多。 類型： 按照膠芯形狀的不同，環(huán)形防噴器有以下幾種類型： 1）錐形膠芯環(huán)形防噴器 —— 膠芯的主體呈錐臺(tái)形（見 圖 ）； 2）球形膠芯環(huán)形防噴器 —— 膠芯的主體呈球形（見 圖 ） ； 3）組合膠芯環(huán)形防噴器 —— 膠芯由內(nèi)膠芯（有金屬支撐筋）、外膠芯（純橡膠）組成。 膠芯結(jié)構(gòu)： 膠芯外形呈截錐狀，錐度 40°；沿圓周方向均布有 12～ 30塊相隔一定距離的鑄鋼支撐筋（通經(jīng)越大，筋越多），經(jīng)橡膠硫化成一個(gè)整體，見 膠芯結(jié)構(gòu)圖 。 2）井壓助封 錐形膠芯環(huán)形防噴器在封井過程中和封井之后，井內(nèi)壓力流體可以進(jìn)入活塞上部環(huán)形槽內(nèi)，產(chǎn)生對(duì)活塞的上推力，協(xié)助液壓油推擠膠芯，幫助封井。 2022/4/14 61 返回 13 返回 14 2022/4/14 62 膠芯壽命及其檢測(cè)： 一個(gè)膠芯可以封井多次。 在防噴器開啟時(shí)，測(cè)出 ；在最后一次封零時(shí)，測(cè)出 ； 則，活塞實(shí)際最大行程為： = ， 在產(chǎn)品說明書中可以查出活塞應(yīng)有的最大行程 ，則，膠芯的剩余壽命為： = 當(dāng) 為 0時(shí)，膠芯壽命已盡，必須更換。 maxH minH實(shí)S