第二章旋转钻井设备

鹅颈管、钻井液冲管总成。高压钻井液经鹅颈管、 冲管流进旋转着的中心管到达钻柱内。冲管上部和下部 都设置钻井液密封装置，以防高压钻井液泄漏。 3.辅助系统：
扶正轴承、防跳轴承及机油密封装置。壳体内腔构 成油池，以润滑主轴承、扶正轴承及防跳轴承。 上、下 机油密封盒主要是防止钻井液及油水漏入油池和机油泄 漏，以保证各轴承正常工作。
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2020/12/10
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转盘的工作条件十分恶劣，井中钻柱的振动使其承 受的载荷极不稳定，冲击振动相当严重，且受到泥浆 和油水的污蚀(工作环境最不清洁)。
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为保证转盘能实现上述功能，正常运转，这 就要求：
(1)转盘的主轴承有足够的强度和寿命，以 保证承受最大套管柱重量，在轴向力和钻杆柱 径向力作用下具有足够的寿命(3000小时以 上)。
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2.2.3 特性参数 水龙头工作的基本参数见表6-2。
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1.最大静载荷 水龙头主要受力件所能承受的 最大载荷，它应等于或大于钻机最大钩载。 它是水龙头的主参数。 2.最高转速：水龙头许用最高转速(r／min)， 它应与转盘的最高转速一致，一般为300r／ min。 3.最大工作压力 水龙头最大工作压力应与钻 井泵、高压管汇、水龙带相匹配，一般为 35MPa。 4.各连接尺寸，几何尺寸见表6-2。
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上、下扶正轴承对中心管径向定位，保证 其工作稳定：摆动小，以改善钻井液和机油密 封的工作条件，延长其寿命。
防跳轴承用以承受钻井过程中由钻柱传来 的冲击和振动，防止中心管的轴向窜动。各种 钻井水龙头，一般由上述三部分组成，其轴承 布置方案和冲管总成的结构形式不同形成了多 种水龙头具体结构。经长期钻井实践，现代钻 机大多采用如图6－5，6-6所采用的轴承布置方 案和冲管总成结构。下面具体分析：
(2)转台和锥齿轮能传递钻柱所需的扭矩， 能倒转及可靠地制动。
(3)密封性好，严防外界的泥浆，油水污液 渗入转盘内部污染转盘润滑系统。
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2.1.2 转盘的结构组成和特点
转盘实质上是一个特殊的角传动减速器,它主要由: ①水平轴总成; ②转台总成; ③主、辅轴承; ④壳体四部分组成。
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2.2.2 组成及结构特点 根据水龙头在钻井工作中的功用，水龙头一般
由以下三部分组成(参见图6-3，6-4)：
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1.承载系统： 中心管及其接头、壳体、耳轴、提环和主轴承等。钻
柱重量通过方钻杆、中心管、主轴承、壳体、耳轴、提 环将载荷传递给大钩。 2.钻井液系统：
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3.特别适合于钻定向井、水平井，可显著提高钻机钻定向 井、水平井的能力和节约钻井时间，降低钻井成本。
由于钻机的钻井能力对于深井和超深井钻机来说，主要取 决于绞车的提升能力。而常规钻机在提钻时不能实现倒划眼， 在钻斜井和水平井时，提钻时钻柱受到的阻力(滑动摩擦)特别 大，而使其有效钻井距离受到很大限制。顶驱钻井系统可以实 现倒划眼(即提钻时旋转钻柱)，对于钻大斜度井和水平井，可 以大大降低提钻时的摩擦阻力（“滚动”摩擦)。从而成倍增 大钻定向井的水平半径(如VARCO公司资料介绍9000m钻探 能力钻机钻定向井水平半径可达6000m)。
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由于顶部驱动钻井系统可以充分循环泥浆，免除了常 规转盘钻三分之二左右的接换单根时停止泥浆循环的时 间。在任何位置和时间均可以快速方便连接水龙头、钻 井马达与钻柱，实现边旋转边循环泥浆，边起下。
所以不仅可以有效预防塌孔、压差卡钻、埋钻(如落物， 沉沙卡钻等)等事故，而且一旦发生此类事故，可以迅速 循环泥浆，进行压井作业。这对于成本高昂的海上钻井 和陆地深井，超深井钻井，有着特别重要的意义和作用。
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2.导向滑车总成 钻井马达装在一个特制的导 向滑车上，并通过专用连杆挂 到水龙头加长的提环销上。导 向滑车结构见图6-8，主要由 钻井马达座架和滑车框架构成。 前者用于固定钻井马达，后者 装有导向轮，可沿导轨滚动。 导轨装在井架内部，对游车 及顶驱钻井系统起导向作用， 钻进时导轨承受反扭矩。
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(3)密封圈数目少(3－4)。 可通过密封盒进行黄油润滑，减小了摩
擦和磨损。 (4)冲管的径向定位由密封盒保证。
密封盒与中心管用定位止口，圆柱面配 合定位这样可提高加工及配合精度，保证冲 管与中心管有很好的同心性，不易产生离， 延长了冲管与密封圈的寿命。 (5)快速拆装，更换方便。 只需将上、下密封盒压帽旋出，就可取出冲 管总成，更换密封圈或冲管。
1.通孔直径 转盘转台中心孔的尺寸,它决定了第一
次开钻时可下入的最大钻头直径（最大钻头直径至 少比其小10mm）。是转盘的主参数，它决定了转 盘的其它几何尺寸及承载能力。
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2．中心距Y 转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心 的距离。 3．最大静载荷 转盘上能承受的最大重量，应与钻机 最大钩载相匹配。该载荷为转盘主轴承的计算载荷， 决定了主轴承的规格。 4．最大工作扭矩 转盘在最低工作转速时允许承受的 最大扭矩，它决定了转盘的输入功率及传动零件的尺 寸。 5．最高转速 转盘在轻载荷下允许使用的最高转速， 一般规定为300r／min。为满足钻井工艺的需要，转盘 亦能提供多种转速。一般地通常最低工作转速为50～ 60 r／min，而用于打捞作业或取芯钻进的事故转速为 25～30r／min。
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图2-2为广泛采用的一种方案，这种方案的 特点是：
(1)转台、迷宫盘做成一 体，使外界泥浆、油污不 易浸入转盘，污染润滑系 统。 (2)辅助轴承离大齿轮远， 转台定位好，保证了锥齿 轮副的啮合性能亦使主轴 承不致产生过度偏磨。
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(3)辅助轴承座在下部大螺母支座上。优点 是轴承磨损后间隙易调整， 以确保转台定位。
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3.钻杆上卸扣装置 钻杆上卸扣装置是顶
驱钻井系统的关键部件， 它主要由旋转头，钻杆吊 卡，液压扭矩钳，吊环联 接器及吊环倾斜器组成， 见图6-9，6-10，6-11， 它可完成接立根，起下钻 时上卸立根丝扣及打开与 扣紧吊卡等操作。
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2.3.2 顶驱钻井系统特点
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各型水龙头的润滑作业分别有具体规定。现以 SL7-130型水龙头为例介绍如下:
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水龙头故障及排出方法
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2.3 顶驱钻井系统 P101-107
2.3.1 组成
把常规 水龙头和钻 井马达相结 合，配备一 种结构新颖 的钻杆上卸 扣装置，则 组成了顶部 驱动装置。
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2.2 水龙头(P97-100)
2.2.1 功用及使用要求 水龙头通过提环挂在大钩上，随大钩运行而上提下放。
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水龙头下部接方钻杆，连接井中钻具；上部通过鹅 颈管与长长的水龙带相连，通过它们向钻具中心导入钻 井液。
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水龙头的功用主要是： (1)悬持旋转着的钻柱，承受大部以
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从它悬持在游动系统下面直接 旋转钻具并沿井架内专用导向下 送进，从而取代了转盘和方钻杆， 完成旋转钻进，循环钻井液，接 钻杆和上、卸钻柱等各种钻井操 作。 1.水龙头钻井马达总成
水龙头钻井马达是顶驱钻井装 置的主体部件。它由水龙头、直 流电动机或液压马达和减速装置 组成，以实现悬持钻具，导入高 压钻井液和旋转钻具的功能。
1．水平轴总成
水平轴头部装有与转台大锥齿轮相啮合的小锥齿轮， 尾部装输入链轮或联接法兰(万向轴输入时)．轴通过一 对调心双列滚子轴承(或头部为滚子轴承，尾部为调心 双列滚子轴承)和套筒固定在壳体上。 套筒的作用是 使水平轴部件能进行整体装配。水平轴下方的壳体构 成一独立油池使二轴承得到润滑。
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1)扶正轴承布置方案
两扶正轴承分置于主轴承 两边(图6-5)，最大限度地扩 大了扶正轴承间距A，扶效 果好。中心管工作稳定、摆 动小，非常有利于钻井液密 封和机油密封。防跳轴承布 置在上扶正轴承下方或上扶 正轴承用锥形滚子轴承起扶 正和防跳作用。即在结构紧 凑的原则下尽量增大扶正间 距。
至全部钻柱重量，并为旋转钻柱提 供上部轴承支承。是转与不转的分 界。 (2)向旋转着的钻柱导入高压钻井液。 水龙头是： 提升、旋转、循环三大 工作机组交汇的“关节”部件
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对水龙头的要求是： (1)各承载零件，如提环、壳体、 中心管等和主轴承必须具有足够的 强度、刚度及寿命。 (2)高压钻井液密封系统必须工作 可靠，寿命长，更换快速、方便。 (3)机油密封良好，能自动补偿工 作过程中密封元件的磨损。
和转盘旋转钻井方法相比，顶驱钻井系统旋转钻井具 有以下特点:
1.可显著降低钻井辅助时间，提高钻井效率。 顶部驱动钻井系统可实现立根钻进，省去转盘、方钻 杆、大鼠洞、避免了转盘钻井接单根时频繁的常规操作， 减少了三分之二的钻柱连接时间。 2.可避免或减少或易于排除卡钻、埋钻、井漏、井喷等 井下事故，大大提高了钻井的安全性。
不足之处在于由于轴承长期承受振动和冲 击，大螺母易滑扣，甚至脱落，或因泥浆、污 水长期侵蚀而使大螺母拆卸困难，检修不便。 因此需要在使用中及时检查大螺母支座，及时 调整。
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2.1.3基本参数
表征转盘的基本参数已系列化，见表6-1石油钻机 转盘基本参数(摘自JB4304-86)
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4．壳体
壳体是结构较为复杂的铸钢件，内腔形成两个油池， 外形应上便于安装、固定于钻台底座上，
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动力经水平轴上的法兰或链轮传入，通过 锥齿轮传动副驱动转台.
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