套管鉆井中機械傳動兩檔絞車設計方案研究

屈曉妮 (中石化石油工程機械有限公司研究院,湖北武漢 430233)

套管鉆井中機械傳動兩檔絞車設計方案研究

屈曉妮 (中石化石油工程機械有限公司研究院,湖北武漢 430233)

為了適應套管鉆井施工的要求,結合套管鉆井工藝的特點,對機械傳動兩檔絞車結構進行設計,其主要由絞車架、主滾筒、高低速氣控離合器、輸入軸、中間軸、液壓盤式剎車機構、應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械傳動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;機械傳動;兩檔絞車

在常規鉆桿鉆井中,當更換鉆頭或改變井下鉆具組合時需將鉆桿提出井眼。隨著井中取出鉆桿數量的增加,鉆機大鉤上的負荷逐漸減小,起升速度也相應增加。為提高發動機工作效率率,需要采用多檔絞車進行施工[1]。在套管鉆井時,用套管代替鉆桿對鉆頭施加扭矩和鉆壓,由此實現旋轉鉆進,且更換鉆頭或改換井下鉆具組合時,不再頻繁起下套管或鉆桿[2]。為了適應上述情況,必須對多檔絞車機構進行簡化。為此,筆者對套管鉆井中機械傳動兩檔絞車設計方案進行了研究。

1 機械傳動兩檔絞車結構設計

機械傳動兩檔絞車采用鏈條傳動,通過輸入軸、中間軸、主滾筒軸3組平行的軸系(見圖1),將輸入動力分別按2個路徑傳遞到輸出軸即主滾筒上(見圖2),從而形成機械傳動兩檔絞車結構。

1.1 主滾筒

主滾筒是絞車重要部件,用來纏繞起吊負荷的起重大繩,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)。通過控制徑向氣控摩擦離合器,可使主滾筒得到不同的轉速和扭矩[3-4]。同時,主滾筒上配有液壓盤式剎車機構來其控制運動。此外,主滾筒上還配有電磁渦流剎車裝置作為輔助剎車機構。

1.2 中間軸

中間軸分為左、右2部分,分別標記為中間軸Ⅰ、中間軸Ⅱ,2個中間軸相對獨立,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齒輪。

圖1 機械傳動兩檔絞車結構圖

1.3 輸入軸

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

1.4 絞車架

絞車架是整個裝置的的機架,將其他功能的零部件固定和聯系在一起,起承載和固定作用。

1.5 液壓盤式剎車機構

液壓盤式剎車機構是主要剎車機構,能控制主滾筒的旋轉運動,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構,在大鉤上懸掛較重負荷加速自由下落時,通過電磁渦流產生與主滾筒旋向相反的扭矩,阻礙主滾筒快速旋轉,使大鉤勻速下降,確保剎車安全和可靠。

1.7 應急裝置

應急裝置與輸入軸相連,由電動機、減速器及齒式離合器等組成。當主動力出現故障時,通過齒式離合器驅動減速器帶動輸入軸旋轉,由此提供應急動力,因而屬于安全保護裝置。

圖2 主滾筒軸端結構示意圖

2 機械傳動兩檔絞車工作狀況分析

2.1 高、低速檔

1)低速檔 當低速離合器掛合、高速離合器斷開時,輸入軸上的動力經鏈傳動傳遞到中間軸Ⅰ上,并通過另一組鏈傳動傳遞到主滾筒上,由此驅動主滾筒低速旋轉(此時高速離合器處于斷開狀況)。

2)高速檔 當低速離合器斷開、高速離合器掛合時,中間軸離合器處于掛合狀況且換向機構斷開(此時齒輪傳動不傳遞扭矩),動力經輸入軸傳遞到中間軸Ⅱ上,并通過另一組鏈傳動傳遞到主滾筒上,由此驅動主滾筒高速旋轉(此時低速離合器處于斷開狀況)。

2.2 倒檔

根據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之間設置一對齒輪傳動,由此改變傳動方向,使主滾筒得到一個反向扭矩。掛合倒檔時,中間軸離合器斷開,此時輸入軸到中間軸Ⅱ上的鏈傳動處于空轉工況,不能傳遞動力。當掛合換向機構時(換向機構只在主滾筒倒檔時掛合,中間軸離合器在倒檔時必須斷開),輸入軸和中間軸Ⅱ之間的傳動變成齒輪嚙合,然后掛合高速離合器,此時動力傳遞到主滾筒,從而實現主滾筒反轉。換向機構只在主滾筒倒檔時掛合,中間軸離合器在倒檔時必須斷開。

3 結語

根據套管鉆井的工藝特點,提出套管鉆井鉆機采用機械傳動兩檔絞車方案,設置倒檔傳動,采用液壓盤式主剎車,并配置電磁渦流輔助剎車,由此實現了機械傳動兩檔絞車結構的優化?，F場應用表明,采用機械傳動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用。

[1]萬邦烈.采油機械的設計計算[M].北京:石油工業出版社,1988.

[2]王緒華.套管鉆井技術發展與應用[J].焊管,2009(10):33-36.

[3]賀濤,張宏英,羅西超,等.套管鉆井技術進展和前景[J].石油機械,2011,39(10):166-169.

[4]陳如恒,沈家駿.鉆井機械的設計計算[M].北京:石油工業出版社,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,現主要從事石油鉆采設備動力傳動方面的研究工作。