第二章 钻机起升系统工作理论.ppt

石油钻机设计,机电工程学院机电工程系许志倩15216397095xuzhiqian1013@,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ω——滚筒转速ωi——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：,①设计时以快绳轮为依据②维修时快绳轮和死绳轮等调换位置③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）④钢丝绳疲劳寿命的计算依据—kN（吨）公里法⑤钢丝绳整盘使用，逐段报废，目前检测依据，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γ液=1.2，γ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,∴η——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：η游——游动系统效率,2.1.4 游动系统效率,起升 下放取η =0.97（单滑轮效率） Z 6 8 10 12 14 16 18 起升η游 0.900 0.874 0.849 0.825 0.802 0.780 0.758 下放η’游 0.898 0.870 0.843 0.816 0.790 0.764 0.739 η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=ctc=Mcr/McrMf——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φ,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；η筒——滚筒效率η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 Σ 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Σ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) A 2 70 曲线1 3.2 60 4.5 40 曲线2 6 30 曲线3,机械钻井时间,——相对井深当α=1时， 总机械钻井时间,。