钻机有绞车、转盘、钻井泵三大工作机组，为适应石油钻井工艺过程的要求，各工作机组具有不同的负载特点和运动特性。

驱动设备：或称动力机组，提供各工作机需要的动力和运动，包括柴油机和电动机。

传动系统：将动力机和各工作机联系起来，把动力和运动传递并分配给各工作机。

思考：选择什么样的驱动设备和传动方案的原则：

1）满足钻井工况需要（满足各工作机组的需要）；

2）要安全可靠经济实用。

一、工作机的负载特点及对驱动特性的要求

1．绞车

 理论功率曲线：QV＝C是理想功率曲线,即图中曲线1

 工作特点: 绞车的载荷曲线

           是沿曲线2 ？*

实际功率曲线：曲线3是分级变速时的曲线，可见功率利用不充分，阴影三角面积是未被利用的功率。

绞车对驱动传动的要求是：

    (1)能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围R=Vmax/Vmin=5～10；

    (2)具有短期过载能力，以克服启动动载、振动冲击和轻度卡钻；

    (3)绞车工作时起停交替，要求动力传动系统有良好的启动性能和灵敏可靠的控制离合装置。

 综上，绞车驱动需要的是具有恒功率调节、能无级变速并具有良好启动性能的柔性驱动。

2．转盘

转盘的工艺要求：

1)在钻井过程中，为适应不同的岩层，转盘的转速需要较大范围的调节。

2)在处理井下事故时，还要求微调转速，并且能够倒转。

3)当偶然卡钻时，需要设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自动停止旋转，具有过载保护能力。

转盘对驱动传动的要求：

1）要有一定的柔特性，调速范围较宽，R＝5～10；

2）能倒转、能微调转速以处理各种事故；

3）能够无级微调，有限制扭矩装置，防止过载扭断钻杆速。

转盘配备的功率是一定的，具有恒功率调节、能无级变速的柔性驱动、能充分利用功率。但钻井工艺有时要求恒转矩调节。

3．泥浆泵

泥浆泵正常工作时，在不会造成井壁冲蚀的前提下，为了提高钻进速度，要充分利用泵的功率。在理想情况下，泵的排量与泵压的关系曲线为一双曲线。

但在实际操作中，钻井泵在一定的冲次下工作，为使泵不至于超载，通常采用换缸套的办法。

在处理井喷事故时，有时要求微调泵的排量。为此要求动力传动系统具有一定的调速范围，R＝1.3～1.5即可满足要求。    
    钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对启动转矩、超载能力的要求低于绞车，但为了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求动力传动系统具有短时过载能力。

  泵对驱动传动的要求是：

   1）动力机要有足够的过载能力；

      2）动力机具有一定的柔特性（R＝1.3～1.5）。

二、驱动设备的特性指标

驱动设备的特性指标

     各类动力机有一些共同的技术经济指标，可用来评价它们的动力性和经济性

1.适用性系数K

              K＝Mmax/Me

    Mmax——发动机稳定工作状态时发出的最大扭矩;

    Me——发动机额定（标定）功率时的扭矩。

    K值的大小反映了动力机适应外载变化（增加）的能力。K值大，说明动力机过载能力大

2.速度范围R

              R＝nmax/nmin

nmax——动力机最高稳定工作转速；

nmin——动力机最低稳定工作转速。

R越大，表明动力机速度调节范围越宽。

3. 外特性(机械特性)

    所谓动力机的外特性，指的是扭矩M随转速n而变化的规律。即：M ＝ f(n)，常用曲线描述，称为外特性曲线。

       对于电动机而言，是n ＝ f(M)，一般称为机械特性，用特性硬度系数α表示，

              α＝ΔM/Δn

ΔM——扭矩变化的百分比；

Δn——转速变化的百分比。

当α＝∞是，即扭矩M的变化而转速n不随之变化，称为特硬特性；

当α＝40～100时，即转速n随扭矩的的增加而下降，但是改变程度不大称为硬特性；

当α＜10时，即转速随扭矩增加快速下降，称为软特性。

 4. 钻机驱动类型

  按照采用的动力设备的不同，分为机械驱动与电驱动两大类。

机械驱动以柴油机为动力机；电驱动以直流或交流电动机为动力机。

三、典型驱动方案

1.单独驱动方案

   单独驱动：转盘、绞车、钻井泵三工作机组，各自由独立的动力机进行驱动。   

示例 （见下页图）电驱动钻机大都采用如图所示的单独驱动方案，如国产ZJ50DBS、ZJ70DBS 

特点：

       1）传动系统简单、效率高；

       2）工作机间无机械形式的联系，便于钻机在井场进行平面布置；

       3）但装机功率利用率低，动力机不能互济。

2．统一驱动方案

   统一驱动：首先将2～4台动力机并车，然后再统一分配并传递给转盘、绞车、钻井泵三工作机。

    特点：1）装机功率利用率高；

          2）各动力机可以互济；

          3）驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。

    机械钻机广泛采用统一驱动方案。

    示例1：三台柴油机由胶带并车统一驱动钻机 ZJ45J 。国产ZJ32J·2钻机也属此类型。

    示例2：三台柴油机—变矩器由链条并车统一驱动钻机F320—3DH 。国产 ZJ45链条钻机也属此类型。 

3．分组驱动方案

   分组驱动：将三个工作机分成两组，绞车、转盘为一组，钻井泵为另一组（或者绞车、钻井泵为为一组，转盘为另一组），每组由动力机(柴油机或电动机)分别驱动，也称为二分组驱动。

典型示例：

    1、国产ZJ50D电动钻机属此类型：转盘、绞车共用一组电动机驱动，钻井泵由另一组电动机驱动。

    2、国产ZJ45D丛式井钻机属此类型：钻台上，两台直流电动机驱动绞车，并可通过绞车去驱动转盘；钻台下，4台直流电动机二对一驱动两台钻井泵。

   3、国产ZJ70LDB钻机（转盘独立电驱动钻机）

特点：

 (1)兼有统一驱动利用率高和单独驱动传动简单、安装方便的优点；

 (2)能满足现代深井、超深井钻机采用7～9m高钻台的需要:可将转盘和辅助绞车(猫头轴)在高钻台上，而主绞车不上高钻台；

 (3)能满足丛式井钻机对工作机平面布置的要求:转盘、绞车在钻台上并可随钻台一起作纵横方向的移动，而钻井泵组不必移动,因此转盘、绞车同钻井泵组不能有任何机械传动方面的联系，必须进行两分组驱动。

思考题：

    1.钻机三大工作机组的负载特性如何，对驱动传动装置有什么特殊要求？

2、 2.钻机有哪些典型的驱动方案，各有什么特点？

3. 钻机驱动有哪些类型，各有什么特点？

绞车相关标准：