屈曉妮 (中石化石油工程機(jī)械有限公司研究院,湖北武漢 430233)

套管鉆井中機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車設(shè)計(jì)方案研究

屈曉妮 (中石化石油工程機(jī)械有限公司研究院,湖北武漢 430233)

為了適應(yīng)套管鉆井施工的要求,結(jié)合套管鉆井工藝的特點(diǎn),對(duì)機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),其主要由絞車架、主滾筒、高低速氣控離合器、輸入軸、中間軸、液壓盤式剎車機(jī)構(gòu)、應(yīng)急裝置和電磁渦流剎車等組成,并詳盡分析了其工作狀況。在油田套管鉆井中采用機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車能夠提高施工效率,可以在各油田推廣使用。

套管鉆井;機(jī)械傳動(dòng);兩檔絞車

在常規(guī)鉆桿鉆井中,當(dāng)更換鉆頭或改變井下鉆具組合時(shí)需將鉆桿提出井眼。隨著井中取出鉆桿數(shù)量的增加,鉆機(jī)大鉤上的負(fù)荷逐漸減小,起升速度也相應(yīng)增加。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率率,需要采用多檔絞車進(jìn)行施工[1]。在套管鉆井時(shí),用套管代替鉆桿對(duì)鉆頭施加扭矩和鉆壓,由此實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),且更換鉆頭或改換井下鉆具組合時(shí),不再頻繁起下套管或鉆桿[2]。為了適應(yīng)上述情況,必須對(duì)多檔絞車機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。為此,筆者對(duì)套管鉆井中機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究。

1 機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車采用鏈條傳動(dòng),通過(guò)輸入軸、中間軸、主滾筒軸3組平行的軸系(見圖1),將輸入動(dòng)力分別按2個(gè)路徑傳遞到輸出軸即主滾筒上(見圖2),從而形成機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車結(jié)構(gòu)。

1.1 主滾筒

主滾筒是絞車重要部件,用來(lái)纏繞起吊負(fù)荷的起重大繩,其兩端帶有徑向氣控摩擦離合器(包括低速離合器和高速離合器)。通過(guò)控制徑向氣控摩擦離合器,可使主滾筒得到不同的轉(zhuǎn)速和扭矩[3-4]。同時(shí),主滾筒上配有液壓盤式剎車機(jī)構(gòu)來(lái)其控制運(yùn)動(dòng)。此外,主滾筒上還配有電磁渦流剎車裝置作為輔助剎車機(jī)構(gòu)。

1.2 中間軸

中間軸分為左、右2部分,分別標(biāo)記為中間軸Ⅰ、中間軸Ⅱ,2個(gè)中間軸相對(duì)獨(dú)立,其中中間軸Ⅱ上帶有中間軸離合器,并帶有與輸入軸相嚙合的傳動(dòng)齒輪。

圖1 機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車結(jié)構(gòu)圖

1.3 輸入軸

輸入軸在絞車內(nèi)部與中間軸相連,在絞車架外部與并車傳動(dòng)箱輸出動(dòng)力相連接,其作用是將并車傳動(dòng)箱輸出的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為絞車的動(dòng)力,并按不同的傳動(dòng)比傳遞到中間軸上。輸入軸上另一端帶有應(yīng)急裝置。

1.4 絞車架

絞車架是整個(gè)裝置的的機(jī)架,將其他功能的零部件固定和聯(lián)系在一起,起承載和固定作用。

1.5 液壓盤式剎車機(jī)構(gòu)

液壓盤式剎車機(jī)構(gòu)是主要?jiǎng)x車機(jī)構(gòu),能控制主滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而保證大鉤按要求正常工作。

1.6 電磁渦流剎車

電磁渦流剎車是輔助剎車機(jī)構(gòu),在大鉤上懸掛較重負(fù)荷加速自由下落時(shí),通過(guò)電磁渦流產(chǎn)生與主滾筒旋向相反的扭矩,阻礙主滾筒快速旋轉(zhuǎn),使大鉤勻速下降,確保剎車安全和可靠。

1.7 應(yīng)急裝置

應(yīng)急裝置與輸入軸相連,由電動(dòng)機(jī)、減速器及齒式離合器等組成。當(dāng)主動(dòng)力出現(xiàn)故障時(shí),通過(guò)齒式離合器驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn),由此提供應(yīng)急動(dòng)力,因而屬于安全保護(hù)裝置。

圖2 主滾筒軸端結(jié)構(gòu)示意圖

2 機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車工作狀況分析

2.1 高、低速檔

1)低速檔 當(dāng)?shù)退匐x合器掛合、高速離合器斷開時(shí),輸入軸上的動(dòng)力經(jīng)鏈傳動(dòng)傳遞到中間軸Ⅰ上,并通過(guò)另一組鏈傳動(dòng)傳遞到主滾筒上,由此驅(qū)動(dòng)主滾筒低速旋轉(zhuǎn)(此時(shí)高速離合器處于斷開狀況)。

2)高速檔 當(dāng)?shù)退匐x合器斷開、高速離合器掛合時(shí),中間軸離合器處于掛合狀況且換向機(jī)構(gòu)斷開(此時(shí)齒輪傳動(dòng)不傳遞扭矩),動(dòng)力經(jīng)輸入軸傳遞到中間軸Ⅱ上,并通過(guò)另一組鏈傳動(dòng)傳遞到主滾筒上,由此驅(qū)動(dòng)主滾筒高速旋轉(zhuǎn)(此時(shí)低速離合器處于斷開狀況)。

2.2 倒檔

根據(jù)套管鉆井工藝的要求,兩檔絞車保留倒檔功能。在輸入軸和中間軸Ⅱ之間設(shè)置一對(duì)齒輪傳動(dòng),由此改變傳動(dòng)方向,使主滾筒得到一個(gè)反向扭矩。掛合倒檔時(shí),中間軸離合器斷開,此時(shí)輸入軸到中間軸Ⅱ上的鏈傳動(dòng)處于空轉(zhuǎn)工況,不能傳遞動(dòng)力。當(dāng)掛合換向機(jī)構(gòu)時(shí)(換向機(jī)構(gòu)只在主滾筒倒檔時(shí)掛合,中間軸離合器在倒檔時(shí)必須斷開),輸入軸和中間軸Ⅱ之間的傳動(dòng)變成齒輪嚙合,然后掛合高速離合器,此時(shí)動(dòng)力傳遞到主滾筒,從而實(shí)現(xiàn)主滾筒反轉(zhuǎn)。換向機(jī)構(gòu)只在主滾筒倒檔時(shí)掛合,中間軸離合器在倒檔時(shí)必須斷開。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)套管鉆井的工藝特點(diǎn),提出套管鉆井鉆機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車方案,設(shè)置倒檔傳動(dòng),采用液壓盤式主剎車,并配置電磁渦流輔助剎車,由此實(shí)現(xiàn)了機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,采用機(jī)械傳動(dòng)兩檔絞車后可以提高套管鉆井施工效率,可以在各油田推廣應(yīng)用。

[1]萬(wàn)邦烈.采油機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988.

[2]王緒華.套管鉆井技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].焊管,2009(10):33-36.

[3]賀濤,張宏英,羅西超,等.套管鉆井技術(shù)進(jìn)展和前景[J].石油機(jī)械,2011,39(10):166-169.

[4]陳如恒,沈家駿.鉆井機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995.

[編輯]李啟棟

TE931.1

A

1673-1409(2014)19-0069-02

2014-02-23

屈曉妮(1981-),女,工程師,現(xiàn)主要從事石油鉆采設(shè)備動(dòng)力傳動(dòng)方面的研究工作。