钻井机械

1、钻井工艺控制系统的要求

1、 控制要迅速、柔和、准确及安全可；2

操作要灵活方便、省力，维修以及更换元件容易；3操作协调，便于记忆。 2钻机控制系统的作用。

1、 对于整体起升的井架，如A行

井架和前开口的2行井架，在起升时缓冲的控制，放落时推开井架的控制。2、对动力机的启动、调速、并车、停车的控制3、对井架绞车滚筒和转盘、钻井泵等启动与停车的控制。4、对钻井绞车滚筒和转盘的钻速及旋转方向的控制。5对钻井绞车滚筒制动与放松的控制。6对绞车猫头摘挂的控制。7对铺助装置，如空气压缩机、发电机以及钻井液及钻井液搅拌器的控制。

3钻机控制系统的特点。

石油钻机的控制方式是多种多样的，包括机械控制、气压控制、液压控制、电控制。 气控制的特点如下；

1经济可靠。2空气的粘度小，管内流动压力损失小，适用于远距离输送和集中供气，系统简单。3压缩空气在管路内流速快，可直接用气压信号实现系统的控制，完成各种复杂的动作。4易于实现快速的直线往复运动、摆动和旋转运动，调速方便。5元件简单，容易实现标准化、系列化，制造容易。6对工作环境适应好，在寒冷的条件下，仍能保证正常工作。7空气有可压缩性，因而在载荷变化时，传递运动不够平稳、均匀。8、工作压力不能太高，传递效率低，不易获得较大的力或力矩。9排气时噪声较大。 4气动控制系统的组成

1供气设备：是获得压缩空气的装置。主体是空气压缩机（储气罐、空气净化装置）。它将原动机（电动机、内燃机等）的机械能转变为气体的压力能。2执行装置：是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能变为机械能的能量转换装置。执行元件包括气缸、摆动气缸、气马达以及气动摩

擦离合器等。3控制元件;用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。各种压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。4铺助元件：是压缩空气净化、消声及元件间连接等所需要的装置。如放凝器、防压警报器、旋转接头和管件。

5供气设备一般包括产生压缩空气的气压发生装置、储气罐和压缩空气的净化装置。 6空气压缩机

空气压缩机是将机械能转换为气体压力能的装置（简称空压机，俗称气泵）。种类多按工作原理分溶剂式和速度式两个。容积式压缩机是通过运动部件的位移，周期性的改变密封的工作容积来提高气体压力的，包括活塞式、膜片式和螺杆式等。速度是压缩机是通过改变气体的速度，提高气体动能，然后将动能转化为压力能，来提高气体压力，包括离心式，轴流式和混流式等。在气压传动中一般多采用容积式空气压缩机。

空气压缩机的组成包括；排气阀、气缸、活塞、活塞杆、十字头与滑道、连杆、曲柄、吸气阀、弹簧。空气压缩机的工作原理；曲柄作回转运动通过连杆和活塞杆带动气缸活塞作往复直线运动。活塞向右运动时，气缸内工作室容积增大而形成局部真空，吸气阀打开，外界空气在大气压力作用下由吸气阀进入气缸内，此过程维系期过程；活塞向左运动时，吸气阀关闭，随着活塞的左移，汽缸工作容积减小，缸内空气受到压缩而使压力升高，再压力达到足够高时，排气阀被打开，压缩空气进入排气管内，此过程为排气过程。

空气净化装置包括 常用净化装置有冷却器，空气过滤器，空气干燥器，除油器和分水排水器，油雾器。

冷却器：是将空气压缩机排出的气体由140-170℃将至40-50℃，使压缩空气中的油污和水汽迅速达到饱和，大部分析出并凝结成水滴和油滴以便经油水分离器排出。 冷却器按冷却方式不同分储冷式和风冷式两种。

空气过滤器：的组成包括旋风叶片、滤芯、存水杯、挡水板、排水阀。空气过滤器的作

用是滤除压缩空气中所含的液态水滴，油滴，固体粉尘颗粒及其他杂料和金属等形式。 常用的事纸质式和金属式。

空气干燥器: 空气干燥器的作用是降低空气的湿度，为系统提供所需要的干燥压缩空气。它有冷冻式，无热再生式和加热再生式等形式。

除油器和分水排水器：除油器和分水排水器的作用是滤除压缩空气中的油分和水分，并及时排出。

油雾器：的组成包括气流入口、小孔、出口、储油杯、单向阀、节流阀、视由帽、旋塞、截止阀、吸。油雾器的作用是将润滑油雾化后喷入压缩空气管道的空气流中，随空气进入系统中润滑相对运动零件的表面。 它有油雾型和微雾型两种。油雾器要有良好的密封性，耐压性和滴油量调节性能。 储气罐：储气罐的作用是储存空压机排出的压缩空气，减小压力波动，调节压缩机的输出气量与用户耗气量之间的不平衡状况，保证连续，稳定的流量输出，进一步沉掉分离压缩空气中的水分，油分和其它杂质颗粒。储气罐一般采用焊接结构，其形式有立式和卧式两种，立式结构较为普通。

气缸：气缸是输出往复直线运动或摆动运动的执行元件，在气控系统中应用广，品种多。按作用方式分，有单作用是和双作用式。按结构形式分，有活塞式，柱塞式，叶片式，薄膜式。按功能分，有普通气缸和特殊气缸。 单作用式气缸的工作原理 ：是指压缩空气尽在气缸的一段进气并推动活塞 运动，而活塞或柱塞的返回要借助于其他歪理，如弹簧力，重力等。但作用是气缸多用于短行程及对 活塞杆推力，运动速度要求不高的场合。 薄膜式气缸：薄膜式气缸是一种利用压缩空气，通过膜片的变形来推动活塞杆作直线运动的气缸。它由缸体，膜片，膜盘和活塞杆等主要零件组成。薄膜式气缸的膜片可以做成判刑膜片和平膜片两种形式。膜片材料为夹织物橡胶、钢片或磷青铜片。

回转式气缸：的组成包括；活塞杆、密封装置、缸体、活塞、缸盖及导气芯、轴承、导气头体。 回转式气缸由导气头体、缸体、活塞。活塞杆等组成。这种气缸的缸体连通缸

盖及导气芯可被携带回转，活塞及活塞杆只能作用往复直线运动 ，导气头体外接管路，固定不动。

气体马达：是输出旋转运动机械能的执行元件。他有多种类型，按工作原理可分为容积式和涡轮式，容积式较为常用按结构可分为齿轮式，叶片式，活塞式，螺杆式和膜片式。工作原理:压缩空气由A孔输入，小部分经定子两端密封盖的槽进入叶片1底部，将叶片推出，使叶片贴紧在定子内壁上，大部分也所空气进入相应的密封空间而作用在两个叶片上，由于两叶片长度不等，就产生 了转矩差，使叶片和转子按逆时针方向旋转，做功后的气体由定子上的C孔和B排出，若改变压缩空气的出入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。 气动摩擦离合器的组成包括；钢轮缘、管接头、螺母、金属衬瓦、摩擦片、圆柱销、气胎。

气动摩擦离合器在挂合时用于传递扭矩，摘开时可主动件与被动件分离，动力被切断。它可使工作机启动平稳，换挡方便，并有过载保护作用。 气胎离合器是柔性离合器，气胎是一个椭圆形端面的环形多层夹布橡胶胎。由于他要传递大扭矩，橡胶胎用热压硫化在压内膜内压制，它的所有构件包括钢轮缘、管接头与气胎都牢固地硫化成一体，成为一个整体结构。

1通风型气胎离合器：其隔热和通风散热性能好，气胎本身在工作时不承受扭矩。特点是：挂合平稳、摩擦片厚、寿命长易损件少、更换易损件方便、经济性好。造成气胎离合器损坏的原因是工作过程中，离合器摩擦片的打滑及半打滑而产生大量的热，使得气胎被损坏，橡胶老化而损坏。气胎离合器的组成包括摩擦片、板簧、气胎、钢圈、承扭杆、挡板、扇形体。 他的工作原理；挂和离合器时，气胎在充气后不断沿直径方向膨胀，推动扇形体，板簧在扇形体内北京一步压缩，而扇形体沿其本身的导向槽相对于固定在挡板上的程扭杆向轴心移动，使摩擦片逐渐抱紧摩檫轮。离合器主动部分所接受的旋转运动和扭矩就直接通过钢圈、挡板、承扭杆经扇形体、摩擦片传到摩擦轮上而不经过气胎。

推开风型离合器时，随着气胎的放气过程，摩擦片在离心力、气胎的弹性和板簧的弹力作用下，摩擦片迅速脱离摩擦轮，减少了打滑时间，从而减少了摩擦热。

2气动盘式摩擦离合器；组成包括主动盘、摩擦盘、齿盘、连接盘、胶皮隔膜、中间压圈、隔膜固定盘、推盘、外压圈、内齿圈。的工作原理；主动链轮旋转后，带动连接盘和内齿圆旋转，摩擦盘通过外齿和内齿圈相齿合，这时被动轴不旋转，他们由轴承分开。当压缩空气经过导气龙头、快速放气阀，进入胶皮隔膜左端时，胶皮膜向右膨胀推动齿盘与摩擦盘压紧，齿盘带动旋转，而齿盘通过内齿与被动盘的外齿向齿合，被动轴被带动。

控制元件的作用是调解压缩空气的压力、流量、方向以及发送信号，以保证气动执行元件按规定的程序正常动作。按功能分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。 压力控制阀是利用压缩空气作用在阀芯上的力和弹簧力相平衡的原理来控制压缩空气的压力，进而控制执行元件动作顺序。主要有减压阀、溢流阀、顺序阀和调压继气器。减压阀的作用是将出口压力调节在比进口压力低的调定值上，并能使输出压力保持稳定，又称调压阀。调压阀的结构包括手轮、调压弹簧、溢流口、膜片、阀杆、阻尼管孔、阀座、进气阀芯、复位弹簧、排气口。工作原理为顺时针方向调整手轮时，调压弹簧和推动膜片和进气阀芯向下移动，使阀口开启，气流通过阀口压力降低。一部分气流由阻尼管孔进入膜片室，在膜片下面产生一个向上的推力与弹簧力平衡，减压阀便有了稳定的输出压力。当输入压力升高时，输出压力也随之升高，将膜片上推，阀芯便在复位弹簧的作用下向上移动，从而使阀口开度减小，节流作用增强，使输出压力降低到调定值为止。调压阀的工作原理：空位时，上球座于上阀座上，隔断A/、B室，下球离开下阀座，B、C室通大气。进气时，操纵机构下压顶柱，使上阀座下行，下球首先于下阀座上，切断B室放气通道。进一步下压顶柱，上阀座在下行，则上球离开上阀座，压缩空气使由A室进入B室，并流向用气装置。调压时，进

气气流也经D孔充满C室。若作用于下阀座活塞上的气体总压力大于压弹簧力则下阀座继续下移，使调压阀弹簧受压缩，直至下移到某一位置时，两立处于平衡为止。当下阀座下移时，上球与上阀座的间隙逐渐变小最后完全封闭，此时下球仍坐在下阀座上，故B、C室和用气装置构成封闭系统，既不进气，也不放气，而具有某一恒定的压力值。排气时，松开操纵机构，上座阀在顶杆套弹簧的作用下复位。双球阀关闭B室进气通路，同时打开B室放气通路，使B室通大气。 溢流阀：的作用是当系统中的压力超过调定值，使部分压缩空气从排气口溢出，并在溢流过程中保持系统中的压力基本稳定，从而起过载保护作用。溢流阀也分制动式和先导式,按结构分活塞式/膜片式/球阀式。它的工作原理当输入压力超过定值时，阀芯便在下空腔压力作用下克服上面的弹簧力抬起，阀口开启，使部分气体排出，压力降低，从而起到过载保护作用。调节弹簧的预紧力可改变跳钉压力的大小。

顺序阀；是依靠气路中压力的作用来控制其开启压力。压力达到某一值时，顶开弹簧，于是P到A才有输出，否则A无输出。顺序阀也称压力调节阀它与二位三通气控阀配合使用，用以控制钻机上空气压缩机离合器的摘挂，从实现空气压缩机自动启停。当管路气源中的压缩空气达到最大允许压力时，在空气压力的作用下，阀芯离开阀座并封死套的通道，则压缩空气经出口流到控制压风机工作状态的二位三通控阀的控制气室，使常开阀关闭，切断压风机启抬离合器的气源，摘开压风机，压风机停止工作。当气源管路内气压降到最低允许压力时，在弹簧作用下，阀芯做到阀座上，气源压缩空气停止顺序阀，而出气口与丝套通道接通，即放气通路打开，使常开气控阀无控制气而处于常开状态，气源经二位三通阀向气胎离合器供气，挂合离合器，压风机工作。 当管路气源压力逐渐升高而使阀芯打开后，由于阀芯的作用面在打开时比关闭时大，因而阀芯底面上的作用力大于弹簧的作用力，要使阀芯关闭，须待作用在阀芯底面的管路气源压力逐渐减小，直到低于弹簧压力时才能实现。手柄调压阀的

组成包括护帽，六角螺帽，盖，弹簧座，调压弹簧，下阀座，铜套，主体，阀，顶杆套弹簧，上阀座，导套，阀弹簧，防尘罩，顶柱，顶舌，开口销，型圈，铭牌，半圆头螺钉，调节螺钉套，调节螺钉。 调节阀的工作原理１）排气时阀芯位置与气体流程２）调压进气时阀芯位置与气体流程３）保压时阀芯位置与气体流程。顺序阀的组成包括主体，阀，弹簧，丝套，并帽，调节套，螺母，顶杆，螺帽，开启销，铅封，铁丝，O型圈，滤网，压环。

调压继气器的控制气是由调压阀供给压力可变的压缩空气，来自主气路的定压压缩空气通过调压继气器后，可以输出相应的压力可变的压缩空气至执行机构元件。调压继气器的工作原理当控制气孔C作用在阀芯表面时，推动阀门向左移动封死排气孔A。阀芯座在控制气的作用下带动平衡套继续向左移动，使内阀脱离阀门的右阀门，主气路的压缩空气则由供气孔经此间歇而流向送气孔E，送往执行机构。

流量控制阀：的作用是通过改变阀的通气面积来调解压缩空气的流量，控制执行元件运动速度。它主要包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和行程节流阀。 调压继气器的组成主体、外阀、隔圈、内阀、平衡套、阀芯、阀芯座、端盖、O型圈、弹簧、孔用挡圈、垫圈、螺母、弹簧垫圈。 排气节流阀的节流原理和节流阀一样，是靠调节流通面积来调节流量的。节流口有消声器件，所以他必须安装在执行元件排气口出。

方向控制阀；的作用是只允许流向一个方向流动。它包括单向阀、梭阀和快速放气阀。 单向阀的工作原理；当气流由P口进入时，气压力克服弹簧力和阀芯与阀体之间的摩擦力，使阀芯左移，阀口打开，气流正向通过。为保证气流稳定流动，P腔与A腔以保持一定压力差，使阀芯保持开启状态。当气流反向进入A腔时，阀口关闭，气流反向不通。 梭阀；需要两个输入P1和P2均能与出口A相通，而又不允许P1与P2相通时，就可以用梭阀。

快速放气阀；主要用于迅速排放出气胎、气盘、气缸等执行元件内的压缩空气，提高传

动系统的启、停灵敏度，延长摩擦零件的寿命。它的原理是他工作时导阀和阀芯由压缩空气推向放气外壳一端，导阀与外壳则和密封，将进气与放气通道截断，是压缩空气进入执行元件。排气时在执行元件内压缩空气的作用下，导阀与阀芯被推向进气外壳一端，导阀与阀芯推向将进气通路堵死，放气路被打开，执行元件的压缩空气迅速排入大气中。 换向阀；的作用是通过改变气流通道，改变气流方向，以改变执行元件运动方向。 二位三通转阀的结构由主体、滑阀、盖、转轴、手柄等主要零件组成。工作原理在主体上有通进气管线的孔I，有执行机构管线相连的孔E，还有大气相通孔A。盖与本体用圆柱头螺钉连接。盖内装有转轴、滑阀、弹簧等零件，转轴的四方端头与手柄套相配合。当手柄转动时，转轴也转动，转轴带动滑阀转动；当手柄处于不同位置时，滑阀也有不同位置，因而可以获得不同工作状态。当气孔I和E孔相通时，通大气孔A被堵住，这时所控制的离合器处于进气状态。当E孔和大气孔A向通时，进气孔I被堵住，这时离合器处于放气状态。 快速放气阀的组成包括主体、密封圈、滑阀、盖、弹簧垫、弹簧、孔用弹簧挡圈、转轴、圆柱头螺钉、O型圈、圆柱头螺钉、定位销、弹簧、手柄套、手柄、铭牌。

三通气开关是控制两个互相连锁关系的气动离合器，两个气动离合器不能同时进气。它的结构与原理与二通气开关基本相同，不同的是主体上有两个大气孔A1和A2，两个执行机构的送气孔E1和E2。利用手柄操作位置的不同，可以得到三个不同的工作状态；一是I进气，E1通气，E2与大气孔A2相通；二是I进气，E2通气，E1与大气孔A1相通；三是I孔被堵住，E1与A1相通，E2与A2相通，均处于放气状态。

二位三通按钮阀的作用是只要按下按钮就可从气路中分配压缩空气至供气处，或蒋某控制元件的压缩空气放入大气，它用于放碰天车气路和刹车气缸放气。

气动二位三通阀由控制器室、常闭气室、常开气室和一个活动阀门构成。（两用继气器） 两用继气器的长闭的工作原理；孔I接通供

气线，孔II接通大气，当控制气进入继气器室后，推动阀芯压缩弹簧产生移动，使阀门和外阀门蜜封，而内阀门和阀门脱开，造成孔I和孔E相通，干线气进入执行机构。常开的工作原理；将常闭使用的两通道反接，既原孔I与孔II对换，而将孔II接通供气干线，孔I接通大气。当无空制气时，在弹簧的作用下，阀门与内阀门密封，干线气进入执行机构；当控制器机构作用以后，阀门与外阀门密封，执行机构中的压缩空气经由孔I放入大气。气动二位三通阀的组成包括主体、外阀、阀门、孔用挡圈、内阀、弹簧、内套、阀芯、铭牌、端盖、O型圈、导套、垫圈、螺母、弹簧垫圈。

辅助机构弹；导向气龙头用于连接不转动的供气管线和装有气动摩擦离合器的转动轴头，从而将压缩空气导入气动摩擦离合器。 压缩空气通过导气龙头盖上的孔进入轴中，流经冲管和轴内部通道到达离合器。密封圈、O型圈、和压圈用以保证旋转部分和不旋转部分之间的密封。

酒精防凝器用于酒精蒸汽混入压缩空气的水分中，二和成一种混合物，使其冰点显著降低，最低达到—68度，不同比列的乙二醇—水的冰点是是不同的，可适用于低温地区。 甘油防凝器：使其含水分与雾化的甘油形成一种混合物，使其冰点降低。混合比例不同，冰点也不同，最低可达—46.5度。 绞车滚筒离合器和换挡离合气回路当防碰天车启作用时有防碰台车来的压缩空气使控制阀处于短期位置，整个系统断气，总离合器，滚筒离合器离开，起到安全保护作用。正常情况下，压缩空气经二位三通气控阀，为三路，一路经过三位四通转阀控制总离合器，换挡离合器，惯性刹车离合器等；一路经过换挡控制系统；一路经过二位三通旋塞阀、手柄调压阀、调压继动阀等控制滚筒离合器。 转盘和钻井泵气控回路二位三通转阀处于左位时，调压继动阀无控制气，转盘离合器放气摘开。当二位三通转阀处于右位时，有压缩机输出、经手柄调压阀，作为控制气向调压继动阀供气，调压继动阀向转盘离合器供气，离合器挂和。

防碰天车气控回路在游动系统提升过程中，

如果因为机械或人为的原因超过预先调节好的高度时，由于放碰天车链传动装置的作用，使二位三通机控阀开启，主气路的压缩空气经机控阀，再经二位三通手动阀后，气流分两路一路是控制阀二位三通气控阀开启，使主气路中的压缩空气，经梭阀进入刹车气缸，刹住旋转的滚筒；另一路进入二位三通气控阀，切断由主气路来的气。

空气压缩机自动控制回路：气体压力克服顺序阀的弹簧力将阀芯顶开，同时将螺丝套的放气孔关闭顺序阀有气输到二位三通气控阀，在控制气作用下，阀换向，处于右位，关闭主气路与空气压缩机离合器的通道，该离合器放气，空气压缩机停车。

柴油机油门遥控装置气控回路：正常钻井时开启手柄调压阀，使压缩空气经梭阀、节流阀、旋塞阀进入气缸，使气缸的活塞杆伸出，推动摇臂旋转，又通过连杆机构带动柴油机油泵的摇臂旋转，使油门加大提高采油机转速，并稳定在预先已调好的某一转速下运动。在起下钻作业时首先把阀关闭。利用脚踏调压阀4，当阀4开启时，压缩空气经阀5，阀6及阀1缓慢进入气缸中，活塞伸出，使油门加大，柴油机转速升高。当松开阀4时，

控制气断开，活塞杆恢复原位，柴油机转速到低速运转。

气控回路的操作顺序：1摘开总离合器。2摘开挂挡离合器。3挂合惯性刹车。4利用三位五通转阀，使三位气缸处于所需挡位。5摘开惯性刹车，若换档压力表都升压则换挡成功，若两个或一个不升压，则表示换挡未成功。6换挡未成功，按下按钮阀，微摆机构动作，可换挡成功，两个换挡压力表都升压。微摆机构由微摆气缸与惯性刹车组成。7挂合换挡离合器与总离合器。

钻机保护必须注意哪些方面；1防止压缩空气的漏失。2注意管道的清洁。3发现气控阀失灵时，不要不加分析地就随便拆开阀件，因为气控阀件的失灵原因很多，有时并不是阀件与本身有毛病，而是由于气路管线堵塞或空气压力太小等原因引起的。

液压传动的优点；1在相同的情况下，液压传动装置的体积太小，质量轻，结构紧凑，如液压马达的质量只有同功率的10%~20%。高压时，更容易获得很大的力或力矩。2液压系统执行机构的运动比较平稳，嫩在低速下稳定运动。负载变化时运动哦年速度比较稳定。其惯性小，反应快，易于实现快速启

动，制动和频繁地换向；在往复运动时换向可达100次/min。3液压传动可在大范围内实现无极调速，调速比一般可达100以上，最大可达2000次以上，并且可在液压装置运行的过程中进行调速。4液压传动以实现制动化，因为它可对也液体的压力，流量和流动方向进行，控制和或调节，操纵方便。液压控制和电，气控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。5液压装置易于实现过载保护且液压件能制动润滑话，因此使用寿命长。6由于液压元件已实现标准化，系列化和通用化，所以液压系统的设计，制造和使用多比较方便。

液压传动的缺点；1液压传动不能保证严格的传动比，这是由液压的油压缩性和泄露等因素所造成的。2液压传动在工作过程中常有较多的能量损失。3液压传动对油温的变化比较敏感，他的工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜再温度变化和大的环境中工作。4为了减少泄露，液压元件在制造精度上的要求比较高，因此其造价较高，且对油液的污染比较敏感。5液压传动出现故障的原因较复杂，而且查找困难。