石油钻井行业钻机概论考试精华知识点

1、电驱动钻机 第二章 石油钻机概论 （中原油田石油工程专升本，第二次课 2005.3.3） 钻机是 用于油气勘探、开发的 一 整套钻井设备 。 第一节 钻机的组成一、地面旋转设备 主要组成 ：转盘 、水龙头、钻具 ，顶驱钻机配备有 顶 驱装置 。作用： 转动钻具 ，带动钻头 破碎岩石 。1. 转盘 （参见图 2-1）（ 1）转盘的作用钻进时 转动钻具 ；井底动力时 承受反扭矩； 起下钻、下套管时 承 托钻杆或套管 重量； 处理事故时， 造扣 、倒扣 （上提）。（2）转盘的结构 水平轴总成传递动力水平轴 ；小伞齿轮；轴承；输入链轮；制动装置（制动棘轮） 转台总成驱动方钻杆转台 ；大伞齿轮；主轴承；

2、防跳轴承；方瓦； 方补心 ； 泥浆 密宫密封 装置。 壳体 连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油）2. 水龙头（ 1） 水龙头的作用 承重 承受钻柱重量 旋转 支承旋转的钻具 耐压 输送高压泥浆（ 2） 结构组成与特点 承重部分 ： 提环；壳体 旋转部分 ： 中心管总成 主轴承，防跳轴承；扶正轴承 （2 个） 轴承布置两扶正轴承分置于主轴承两边 （图 2-2 正轴承间距大， 扶正 效果 好）。 耐压 ： 鹅颈管；冲管总成冲管总成为快卸密封结构 （易损件）浮动冲管（工作时不转动，有轴向窜动。，丫形液压自密封、快卸结构（参见图 3-14 ）。二、循环系统设备主要有 ：钻井泵 ，钻 井液净化 、处理调配

3、 装置。 作用：清洗井底，携 带岩屑，保护井壁， 冷却钻头 为井下 动力钻具 提供高压 动力液 。三、起升系统设备主要有 ：绞车 、天车、游车、大钩、钢绳、井架 。 作用 ：起下钻具、下套管，控制钻压。上述三大系统是钻机的 三大工作机 。四、动力驱动系统有： 柴油机组、发动机组、电动机组。作用：提供动力。五、传动系统设备 联动机组一动力并车。 作用：传递、分配动力。六、控制系统和监测仪 表司钻台、液、气、电控 制、仪表各种钻井仪表及随钻 测量系统（MWD）。七、钻机底座安装钻井设备。钻台底座用于安装井L-K 转盘旋转帖井示融團面积和刚性。机房底座用于安架、转盘，放置立根盒及井 口工具及司钻控制

4、台，安装 绞车，下方应能容纳必要的 井口装置。应有足够的高度、 装动力机组及传动系统设备。八、辅助设备有供气、水、油、暖设备、井口防喷设备。钻机是所有钻井设备，包括八大（系统）设备： 旋转 循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助 。八大件：绞车；转盘；水龙头；大钩；游车；天车； 钻井泵；柴油机； 十大件：加一井架；联动机组。7大方瓦方补心 台大锥齿轮 转台迷宫圈车5制动块小锥齿轮制动棘轮制动销/主轴承/讽心轴承I 输入轴辅助轴承©2-1 ZP-520转盘中心管鹅颈管水龙头总成冲管密封总成扶正轴承 防跳轴承 主轴承图2-2水龙头总成171615 141312 H10图3-14SL-4

5、50水龙头浮动冲管总成1一上寄封盒压證皿一荊If圈曲一上密封压窘：4一钻井茨密封圈诂一上密理盘诗一钻井餓冲晉诃一河评f 8-«tT；9-O密封圏"0下密封盘乐盖ill-下O形密时压套下密封盘门3 隔环J4一隔环； 】5下衬歼门右一上衬环门7-0形痔封團第二节 钻机分类与特点一、分类1 按 井 深 分 浅井（w 1500m ）; 中 深井 （ 15003000m ）； 深 井（ 30006000m ）； 超 深井 >6000m 。2按驱动设备类型分机 械 驱 动钻 机 （ MD ）； 电 驱 动 钻机 （ ED ）。3. 按驱动方式分单 独 驱 动（ 各 主 要机 组

6、单 独 驱 动 ）； 统 一 驱 动 。 4按 主 传 动 副 类 型 分（ 从动 力 并 车 角度 分 类 ） 胶 带 并 车 传 动 胶 带钻 机 ； J 链 条 并 车 传 动 链 条钻 机 ； L 锥 齿 轮 万 向 轴 并 车 传 动齿 轮钻 机 C。5 按 地 区 和 用 途 分海 洋 钻 机 ；浅 海 钻机 （ 适 用 与 05m 水 深 或 沼 泽 地区 ）； 陆 地 常 规 钻 机 ；丛 式 井钻 机 ； 沙 漠 钻机 ； 直 升机 吊 运 钻 机 ；小 井 眼 钻 机（ 指 90%井 身 直 径 小 于 7”或 70% 井 身 直径 小于 5”的 井。小 钻 机易 运、钻

7、速 高、套 管 小 、 成 本低 。 液 压 驱 动、 配 顶 驱 钻 井装 置 、 自 动 化高 ）； 连 续 柔 管钻 机 （ 连 续 柔 管 代 替 单 根 钻 杆 ， 有 绕 管 的卷 筒 。成 功 地 用 于 作 业 机 ，如 冲 洗 、人 工 举升 、 测 井和 射 孔 、挤 水泥 、井 下 扩 孔、防 砂 及 酸 化增 产 。 钻井配合井下动力钻具 。）二、钻机特点1. 大功率、传动复杂，多工作机联合工作。（ 例 JC45 绞 车 ， 功 率 1100kW 相 当 于 ：10个车间X 25台机床 X 台车床4kWJC45的 功 率）2. 绞车、泵、转盘三大机组不同时工作。3. 钻

8、井过程不连续钻 进时 间 短 ， 起 下钻 时 间 长 ， 原因 换 钻 头 。4. 工作地区广阔（平原、山地、沙漠、沼泽、 海 洋 ）， 自 然 环 境 恶 劣 （ 风 、 沙 、 雨 、 雪 ）， 野 外 流 动作业，要求钻机有很强的 适应地区、环境的能力 和 很高 的 移 运 性 能。第三节 钻机基本参数一、基本参数反 映钻 机 工 作 性 能的 数 量 指 标 称为 基 本 参 数。钻机基本参数十个：L（ 名义 井 深 ）；Qmax （ 最 大 钩 载 ）； Qds（ 最 大 钻 柱 重 ）；Ndr （绞车功率）；9Z （ Zmax ）有效绳数；dw （钢绳直径）；Np （泵功率）；D

9、r （转盘通径）；H r （底座）；H架。1 .名义井深L ,主参数。推荐钻深范围，上限为名义井深。（LminL max =L ）旧系列 15、20、32、45、60、80 （使用 5 ” 钻 杆井深）。新系列 10、15、20、30、45、50、70、90、120 （使用412”钻杆井深）。2.最大钩载Qmax在标准规定的最大绳数下，下套管或进行解卡 等其它特殊作业时，|大钩上不允许超过的最大载荷。Qma x决定钻机下套管和处理事故的能力，是核 算起升系统零件静强度及计算转盘、水龙头主轴承 静载荷的依据。3. 最大钻柱重量Qds在标准规定的最大绳数下，正常钻进或进行起 下作业时，|大钩所允许

10、承受的最大钻柱在空气中的 重量（质量）【也称额定载荷】。Qds = 10 q丄kNq 钻柱线密度（单位长度质量）,109.8 = g;L-最大井深，km。二、主参数与钻机型号1.主参数 能直接反映钻机的主要性能； 能用以标定钻机型号，并作为设计、选用钻机 的依据； 能影响和决定其它参数。我国钻机新标准规定名义钻井深度L为主参 数。第一，L直接表明了钻机的最大钻井深度；第二，L影响和决定其它参数的大小；第三，符合我国以钻机钻井深度定型名和井队 编号的习惯用法。我国以前用Qds （最大钻柱重量）为主参数。前苏联和罗马尼亚，钻机标准采用最大构载 Qmax作为主参数。美国钻机没有统一的国家标准，各大公

11、司生产 的钻机基本上以名义钻深范围（LminL max ）为主参 数。（1320M 型钻机，指钻深1300020000英尺， 钻深 6100m , NSCO 国 家供应公司，National Supply CO.）2. 钻机型号我国石油钻机国家标准规定了石油钻机的型式 与基本参数，适用于石油、天然气勘探开发用钻机。我国钻机型号意义如下：厂家代号及|改型序号（厂家代号用一个汉 语拼音表示；改型序号用啊拉伯数字表示） 机特点：链条并车无或为L ;胶带并车钻机为J ;齿轮传动钻机为C;电驱钻机为D;自行车装钻机为Z ;半拖挂车装钻机为T 新标准增：Y-液压钻机；DJ-交流电驱动钻机；DZ-直流电驱动

12、钻机；DB-交流变频电驱动钻机1钻机级别：以100m计的钻机名义钻深范围的上限。钻机代号。例,ZJ32J-2 ; ZJ45 ; ZJ60D ;1ZJ70LDB :兰石厂04年生产，04年8月 在胜 利钻井四公司安装试车，之后准备到四川打气井（L 链条并车、DB交流变频电驱，转盘电驱，其他机 驱。）。三、起升系统参数1. 绞车输入功率Ndr输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数NdrQMkWt b drVi 起升I档速度，（0.40.6m/s ）;t游动系统效率；b 滚筒轴传动与缠绳效率； dr输入轴至滚筒前，传动效率。Qi起升I档游系载荷kN。Q1 = Q ds+10 G tGt 游车、大钩

13、、吊环、吊卡、钢绳的固定重量O总之，绞车功率取决于I档起升速度和I档起 升载荷。2. 起升系统发动机功率N发=kN.Ndr , kN 储备系数1.11.23. 游动系统结构指游车和天车及有 效绳数Z , Zmax。钻井绳数Z,指钻 井时采用的有效提升绳 数。Zmax指钻机配备的 提升轮系所提供的最大 有效绳数，用于下套管或解卡作业。例，5 X 6,游车（轮数）X天车（轮数），Z=5 X 2=10 ,死绳、快绳去掉， 为有效绳数。正常用 5 X 6,解卡用 6 X 7 （ Zmax = 6 X 2=12 ）不同钻机结构不同4. 钢绳直径dw快绳拉力：PfQt根据Qmax （最大钩载）的Pfmax

14、 （ Zmax时快绳 拉力）决定。Qt = Qds GtQt 游系总载荷Qds任意井深时钻柱重q l Gt 游系重最大钩载时,P-Qmaxf maxmaxtPb _ n Pf max,n=2 （安全系数）P）破断拉力,由R选dw。5.井架高 取决于立根高度。新标准规定井架高能提升28m立根井架。4153m安全高度，大庆一130, H 架=41m ; ZJ45, H 架=43m。6.钻台高度取决于安装井口装置的高度。安装套管头、防喷器、泥浆返出管。例,ZJ45 ,有 4.5m , 6m , 7.5m。美国电驱钻机钻台高9.6m，安装双闸板、万能 防喷器。【2003年12月23日，重庆开县发生天然气井 喷事故，受硫化氢中毒，死亡243人。事故之后， 要求井队必须安装防喷器，生产防喷器的厂家效益 看好。】1 5四、旋转系统1. 转盘名义直径为转盘主参数Dr，取出大方瓦后，转盘内通径， 最大号钻头能通过。2. 转速：250300r/min ,有 倒档。3. 转盘功率（用经验式计算）Nr -0.36nWL马力 （1 马力=0.735kW ）n 转速,r/min ; W 单位钻压