绞车石油钻机

3、绞车提升能力： 如 表ZJ50/3150DB-1 钻机的最大钩载 3150kN，此时，必 须两台电机并车。当 单电机超载1.5倍时 的提升能力：大钩载 荷1857kN，提升速 度0.7m/s。交流变 频电机额定转速 803rpm，额定转矩 11876Nm
电机转数 （rpm）
803
大钩载荷 （kN）12 绳
15
20 30 50
135
200 210 275 340
257~330 （350~450）
330~400 （450~550） 400~550 （550~750） 735（1000） 1100（1500）
26（1）
29（11/8） 29（11/8） 32（11/4） 35（13/8）
800~1500
1238
提升速度 （m/s） 12绳
0.7
930 1009
1128 1207 1387 1567 1737
1070 986
882 825 628 493 402
0.82 0.88
0.99 1.06 1.22 1.38 1.52
JC50DB绞车提升曲线
JC50DB提升曲线
350
300
250
200
12绳 10绳
1200~2000 1600~3000 2500~4000 3500~5000
700~1400
1100~1800 1500~2500 2000~3200 2800~4500
70 90 120
485 575/550b 770
1470（2000） 2210（3000） 2940（4000）
38（11/2） 42（15/8） 52（2）
钻井绞车基础知识
Basic Knowledge of Drawworks
程瑞亮
Associate Professor
目
第一部分 第二部分
录
钻井绞车原理及结构 钻井绞车操作规程
第三部分 钻井绞车保养要求 第四部分 钻井绞车故障分析与处理
第一部分 钻井绞车原理及结构
一、概述：绞车是起升系统的重要设备，也是一部钻 机的核心设备，是钻机的三大工作机之一 1、绞车的功用 1）在钻进过程中悬挂钻具，送进钻柱、钻头，控制钻 压。 2）在起下作业中起下钻具和下套管。 3）利用绞车的猫头机构紧、卸钻具丝扣和起吊重物。 4）作为转盘的变速机构和中间传动机构。 5）对于自升式井架钻机，用来起放井架。 6）利用绞车的捞砂滚筒，进行提取岩心筒、试油等项 工作 2、绞车型号及技术规范
钩载T
150
100
50
0 0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
钩速m / s
4、绞车主要部件 1）滚筒轴总成 滚筒轴总成主要由水气葫芦、两个 刹车盘、滚筒体、轴和轴承等组成。两个刹车盘 直径￠1400mm，厚度75mm，刹车盘内有冷却 水道、进、排水口和放水口。开槽滚筒体由三段 铸、焊而成，滚筒体直径￠790mm，缠绳部位长 度1555.6mm，总长度2108mm。滚筒轴轴承规 格23052CC/W33（260×400×104）。滚筒轴的 动力由两台型号为YJ31F（1000kW，800rpm） 交流变频电机通过3H215.04绞车齿轮减速机传至 滚筒轴
钻机代号 绞车型号 技术参数 输入功率，kW
ZJ40/2250CJD JC40-3 735
ZJ50/3150L JC50 1100
ZJ70/4500DZ JC70D 1470
ZJ50/3150DB1 JC50DB 1840
ZJ45J、 ZJ45L JC45 1103
快绳拉力，kN
钢丝绳直径，mm 滚筒（直径×长度）， mm 刹车盘（径×厚度）， mm 提升档数 主刹车 辅助刹车
2）绞车齿轮减速机 该减速机的作用是将绞车电机 （型号为YJ31F（1000kW，800rpm）交流变频电 机）的动力通过减速器输入轴与绞车电机之间的齿 式联轴器传至滚筒轴，绞车电机也可以通过CH1250 伊顿离合器并车共同驱动滚筒轴。所以减速机是 JC50DB单轴绞车的外变速机构。该减速机为二级平 行轴直齿圆柱齿轮减速器，第一级小齿轮齿数35， 大齿轮齿数69，第二级小齿轮齿数34，大齿轮齿数 75，齿数比4.394，额定功率1840kW，输入转速 803~1800rpm。齿轮箱齿轮和轴承由电动油泵循环 润滑系统强制润滑和冷却，润滑油为N220。为了保 证润滑油能正常工作，在环境温度低于0℃时启动设 备应对润滑油进行预热，预热温度≥8℃。润滑油工 作温度为5~85，最大工作温升≤45℃，齿轮箱的工作 环境温度为-40~45℃。润滑油应3~9个月检查油质一 次
一体化司钻控制室，司钻控制室主要包括 控制、显示和监视三大功能
控制功能 显 示 功 能
监 视 功 能
JC50DB
2、绞车的特点 1）滚筒轴是由一台交流变频电机通过齿轮减速 箱驱动的，特殊情况下，可由两台电机并车驱 动。滚筒提升速度，通过电机实现无级变速。 2）减速箱中间轴上装有伊顿CH1940离合器， 以满足下放空吊卡和起下钻点动操作。 3）下钻时电动机反转，则变成发电机，可充当 绞车的辅助刹车进行能耗制动。实现对电网能 量反馈，减少制动装置的能量损耗，节约能源。 根据需要也可在滚筒轴右端安装一个伊顿 336WCB2盘式气刹车作为绞车的第二辅助刹 车
3、独立猫头轴-多轴绞车 ： 由于重型和超重型绞车 外形尺寸大、重量大（一般20~30t）、搬家安装困 难，尤其是现代深井和超深井钻机钻台较高（一般 6~11m），为了避免绞车上高钻台非自升式井架）， 近年来又研制了独立猫头轴-多轴绞车。此种绞车的 结构方案为：①独立猫头轴和转盘传动装置构成一 个单元，置于钻台上，担负接、卸钻具丝扣和提升 一般重物，还可充当转盘中间传动装置。②主绞车 置于钻台下面后台上或联动机底座上，担负起、下 钻具、下套管、处理事故等提升任务，可避免长的 上钻台链条。此种绞车的滚筒、猫头机构以及转盘 都单独有各自的档速、制动机构，这样它们都能根 据所需，获得较优的工作特性。ZJ32J-1、 ZJ50/3150L、ZJ40/2250JLD、ZJ70/4500LD等钻 机的绞车均属于这种类型
1400×75
无级变速 液压盘刹 能耗电机 6+2R 带刹车 DS50
上扣猫头最大拉力（kN）
卸扣猫头最大拉力（kN） 质量（kg） 绞车尺寸（长×宽×高）
30
100 3000 5190×2484×2 181
35
100 36000 765×2995×258 0
60
100 54000 7670×3080×2890 40901 8000×2946× 2625
4、电驱动绞车 ： 由于直流电驱动和交流变 频电驱动钻机的问世，结构更为简单的电 驱动绞车应运而生。此种绞车利用直流电 机或交流变频电机为动力，分别驱动滚筒 轴和猫头轴。因电动绞车的结构较简单， 一般猫头轴不分设单元，和主绞车构成一 整体 三、典型绞车结构 （一）JC50DB绞车
1、总述： 绞车基本形式为单轴绞车，其结构主要由 滚筒轴、齿轮减速箱、转盘传动箱、绞车架及润滑、 气控、水冷却系统等组成。其传动形式为，电机通 过齿轮减速箱直接传动滚筒轴。钻台上配有液压猫 头，以满足钻进和起下作业的要求。绞车的主刹车 为液压盘式刹车，两个刹车盘集中布置在轴左端； 辅助刹车既可用能耗制动，也可用336WCB型伊顿 盘式气刹车。转盘由独立驱动电机通过链条传动箱、 锥齿轮箱及万向传动轴来驱动，独立驱动电机置于 钻台面上，并与绞车电机通过右侧伊顿CH1250离合 器连接，这样既可实现两电机并车传动绞车，也可 在一个电机出故障时相互替换使用，以提高绞车和 转盘的可靠性 计算机程序控制西门子全数字矢量变频器,驱动YJ型低 基频大扭矩变频调速电机，可实现带载起动及零转 速输出最大扭矩
绞 车
气控 箱
刹把
返回
支撑系统（框架式支架或密闭箱壳式座架）
结束 继续
传动系统（由绞车轴、轴承、链
轮、齿轮、链条）
结束 继续
控制系统（牙嵌、齿式、气动离合
器，司钻操作台、控制阀）
ZJ40CJD 液压起升系统操纵箱 XSZF-40 司钻控制房 轮毂式离合器
结束 继续
支撑系统
6、转盘
4500~7000 6000~9000 7500~1200
4000~6000 5000~8000 7000~1000
二、现代绞车的结构方案 钻井绞车种类繁多，但最能体现其结构特点的是绞车中 轴的数目，下面按绞车轴数对各种绞车进行简单归纳 和分析 1、单、双轴绞车 ： 最初钻机的绞车是单轴绞车，这 种绞车仅有一根滚筒轴，绞车的变速由绞车前边独立 的一台四档-倒档的齿轮变速箱实现，这种绞车的特 点是，猫头转速偏高，位置过低，操作不方便。为了 克服单轴绞车的缺点，而研制了双轴绞车，即把猫头 单独装配在一根轴上，就成了双轴绞车。单、双轴绞 车一般适用于浅井或中深井。 2、三轴和多轴绞车 ： 为了满足深井和超深井钻井的 需要，三轴和多轴绞车相继问世，四轴以上的绞车为 多轴绞车，现代重型和超重型绞车属于此种类型的绞 车。如大庆Ⅱ型钻机绞车JC-14.5和ZJ40/2250CJD 钻机的JC40-3都是三轴绞车。ZJ45J和ZJ45L钻机的 JC-45是五轴绞车
30
100 2952 7000×3600 ×2725
基 本 参 数 绞 车 级 别 10 最大快绳拉 力a kN 115 额定输入功率 kW（hp） 110~200 （150~270） 钢丝绳公称 直径 mm（in） 22（7/8） 500~1000 名义钻深范围 114mm钻 杆 m 500~800 127mm钻 杆
能耗制动原理 在钻具整个下放过程中，绞车滚筒以反力矩拖 动绞车电机反转，绞车电机这时处于“发电” 工况，产生电磁制动力矩，使游动系统和钻具 的下放以给定值运行。系统通过总线方式实时 采集绞车电机的相关电气参数，通过PLC系统 把实际速度与设定速度的差值发送到变频系统， 通过软件动态控制绞车电机的下放速度，实现 绞车的数控能耗制动
4）下钻过程中由于电机的特性自动实现能耗 制动。严禁不挂辅助刹车将钻柱自由落体 下放，然后用主刹车猛刹。建议正常下钻 作业时，开始就使用能耗制动，以减少下 钻动能，使之匀速下钻。 5）处理事故时，可以操作转盘离合器和转盘 惯性刹车，以实现转盘点动或停止在某一 位置。转盘离合器和转盘惯性刹车的气控 阀是联锁的，在作业中相互切换时，必须 在放气位置即中间的“分”位上停留2~4秒， 使 挂合的离合器有充足的时间放气，以防 止过快磨损摩擦片或烧坏橡胶气胎
3）转盘链条箱和角传动箱 其作用是将转盘电机的动力通过LT500/250T离合器 和齿式联轴器传给角传动箱，链传动副采用2″3 排链条（140-3×64），小链轮Z21，大链轮Z27。 角传动箱中的主动锥齿轮Z25m16左旋，被动锥 齿轮Z26m16右旋，每根锥齿轮轴采用两个不同 型式的轴承支撑，靠近锥齿轮端的轴承是 22326CC/W33（130×280×93）双列调心滚子 轴承，远离锥齿轮端的轴承是NU326 （130×280×58）主要承受径向载荷的短圆柱滚 子轴承，角传动箱通过一根1574mm的传动轴和 两根W51.5×870万向轴传动转盘，三根轴共采用 三个22224C/W33（120×215×58）双列调心滚 子轴承支撑 （二）JC45绞车
（1）组成： 由壳体、转台、负荷轴承、防跳轴承、水 平轴、大小锥齿轮等组成。
结束 继续
转盘
水龙头
第二部分 钻井绞车操作规程
1）启动绞车主电机之前，先启动润滑油泵电机， 待润滑油循环正常后，再启动主电机，并可挂合 滚筒离合器（CH1940），进行绞车作业。 2）当空吊卡下放遇阻或上卸钻柱时需要点动操作 时，可操作CH1940离合器合主盘刹来完成。 3）为满足减速箱中间轴上的CH1940离合器的要求， 司钻控制房内总气压表压力应达到0.7~0.8Mpa。 当起升最大负荷时压力不低于0.75Mpa。
4）采用双联电动齿轮油泵装置，对齿轮减速 箱强制润滑。 5）减速箱采用收缩盘式结构与滚筒轴相连， 安全可靠，减小轴向尺寸。 6）主刹车采用液压盘式刹车，两个刹车盘集 中布置在轴左端，每个刹车盘上装有两个 工作钳和一个安全钳，由司钻房集中控制。 7）装有过卷阀式和数码式防碰装置，使起下 作业安全可靠。 8）油气水管线布置于铺板下易于检修的地方
280
32 640×1175
340
35 685×113
485
38 770×1361.15
340
38 770×1556
343
32.5 685×1245
1600×76
4+4R 伊顿236WCB2 伊顿336WCS 4+2R PSZ751 DS50，YS50
1600×76
无级变速 PSZ751 伊顿436WCB