钻采机械概论第二章课件

1、第二章第二章 石油钻机概论石油钻机概论钻机是钻机是一整套钻井设备一整套钻井设备。K K型井架钻机型井架钻机塔型井架钻机塔型井架钻机钻机：一整套钻井设备钻机：一整套钻井设备A A型井架钻机型井架钻机钻机：一整套钻井设备钻机：一整套钻井设备A A型井架钻机型井架钻机塔型井架钻机塔型井架钻机自升式平台自升式平台具有自行升具有自行升降的数根桩降的数根桩腿，并借助腿，并借助桩腿稳定于桩腿稳定于海底的移动海底的移动式平台。式平台。 自升式平台自升式平台具有自行升具有自行升降的数根桩降的数根桩腿，并借助腿，并借助桩腿稳定于桩腿稳定于海底的移动海底的移动式平台。式平台。 自升式钻井平台自升式钻井平台钻井时，桩

2、腿下降，支在钻井时，桩腿下降，支在海底，平台高出海面。海底，平台高出海面。完井时，先将平台降至海完井时，先将平台降至海面，再拔起桩腿，于是驳面，再拔起桩腿，于是驳船漂浮于海面，以便拖船漂浮于海面，以便拖运运 。海洋钻井平台的类型海洋钻井平台的类型 （1 1）固定式：固定钻井平台。固定于海底后，即不能再移动。）固定式：固定钻井平台。固定于海底后，即不能再移动。 （2 2）移动式：包括自升式钻井平台、坐底式钻井平台、半潜式）移动式：包括自升式钻井平台、坐底式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井浮船。作业完成后，可以通过拖航或自航，移钻井平台和钻井浮船。作业完成后，可以通过拖航或自航，移动至其它地点。动至

3、其它地点。 冀东油田海洋平台冀东油田海洋平台 第一节第一节 钻机的组成钻机的组成 一、旋转系统设备一、旋转系统设备 主要组成：主要组成：转盘转盘、水龙头、钻具、水龙头、钻具，顶驱装置顶驱装置。 作用：作用：转动钻具转动钻具，带动钻头，带动钻头破碎岩石破碎岩石。转盘转盘水龙头水龙头顶驱装置顶驱装置1.1.转盘（见图转盘（见图2-12-1） （1 1）转盘的作用）转盘的作用 钻进时钻进时转动钻具转动钻具 井底动力时井底动力时承受反扭矩承受反扭矩 起下钻、下套管时起下钻、下套管时承托重量承托重量 处理事故时处理事故时造扣、倒扣造扣、倒扣转盘转盘 （2 2）转盘的结构）转盘的结构 水平轴总成水平轴总成

4、传递动力传递动力 水平轴水平轴；小伞齿轮；轴承；输入链轮；制动装置；小伞齿轮；轴承；输入链轮；制动装置( (制动棘轮制动棘轮) ) 转台总成转台总成驱动方钻杆驱动方钻杆 转台转台；大伞齿轮；主轴承；防跳轴承；方瓦；大伞齿轮；主轴承；防跳轴承；方瓦；方方补心补心；泥浆；泥浆密宫密封密宫密封装置。装置。 壳体壳体连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油）连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油） 转盘结构转盘结构水平轴水平轴转台转台ZP375转台大齿轮及小齿轮转台大齿轮及小齿轮转台及大齿圈转台及大齿圈转盘的大方瓦转盘的大方瓦滚子方补芯滚子方补芯转盘的大方瓦转盘的大方瓦 2. 2. 水龙头水龙头（1 1） 水龙头的

5、作用水龙头的作用 承重承重承受钻柱重量承受钻柱重量 旋转旋转支承旋转的钻具支承旋转的钻具 耐压耐压输送高压泥浆输送高压泥浆（2 2） 结构组成与特点结构组成与特点 承重部分：承重部分：提环；壳体提环；壳体 旋转部分：旋转部分：中心管总成中心管总成 主轴承，防跳轴承；扶正轴承主轴承，防跳轴承；扶正轴承（2 2个）个） 轴承布置轴承布置 两扶正轴承分置于主轴承两边两扶正轴承分置于主轴承两边（间距大，（间距大，扶正好扶正好）。）。 耐压耐压： 鹅颈管；冲管总成鹅颈管；冲管总成 冲管总成为快卸密封结构冲管总成为快卸密封结构（易损件）（易损件） 浮动冲管浮动冲管（不转动，（不转动，有轴向窜动有轴向窜动。

6、），。），Y Y形液压自密封、快形液压自密封、快卸结构（参见图卸结构（参见图3-143-14）。）。 冲管总成冲管总成二、循环系统设备二、循环系统设备主要有：主要有：钻井泵钻井泵，钻，钻井液净化井液净化、处理装置处理装置。作用：作用：清清洗井洗井底，携底，携带带岩岩屑屑，保，保护井护井壁，壁，冷却冷却钻头。钻头。 提供动力液提供动力液（井下动力钻具）。（井下动力钻具）。钻井泵钻井泵泥浆净化系统泥浆净化系统三、起升系统设备三、起升系统设备主要有：主要有：绞车绞车、天车、天车、游车、大钩、钢绳、井游车、大钩、钢绳、井架架。作用：作用：起下钻具、下套起下钻具、下套管，控制钻压管，控制钻压。钻井绞车钻

7、井绞车天车天车游车游车大钩大钩天车天车游车游车大钩大钩游钩游钩四、动力驱动系统四、动力驱动系统有：有：柴油机组、发动柴油机组、发动机组、电动机组。机组、电动机组。作用：作用：提供动力。提供动力。柴油机组柴油机组 旋转、循环、起升是钻机的旋转、循环、起升是钻机的三大工作机三大工作机。五、传动系统设备五、传动系统设备联动机组联动机组动力并车。动力并车。作用：作用：传递、分配动力。传递、分配动力。并车箱并车箱六、控制系统和监测仪表六、控制系统和监测仪表司钻台、液、气、电控制、仪表司钻台、液、气、电控制、仪表随钻测量系统（随钻测量系统（MWDMWD）。）。司钻控制台司钻控制台七、钻机底座七、钻机底座安

8、装钻井设备安装钻井设备。钻台底座钻台底座：安装井架、转盘，立根盒、司钻控制：安装井架、转盘，立根盒、司钻控制台、绞车，下方容纳井口装置。台、绞车，下方容纳井口装置。 机房底座：机房底座： 安装动力机安装动力机组、传动系统组、传动系统设备。设备。八、辅助设备八、辅助设备有供气、水、油、暖设备、井口防喷设备。有供气、水、油、暖设备、井口防喷设备。自动压风机自动压风机油罐区油罐区钻机包括钻机包括八八大（系统）大（系统）设备：设备：旋转、循环、起升、动力、传旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助动、控制、底座、辅助。八大部件：八大部件：绞车、转盘、水龙绞车、转盘、水龙头、大钩、游车、天车、钻井

9、头、大钩、游车、天车、钻井泵、柴油机。泵、柴油机。十大部件：十大部件：八大部件八大部件井架、井架、联动机组。联动机组。 第二节第二节 钻机分类与特点钻机分类与特点一、分类一、分类1 1按井深分按井深分 浅井（浅井（1500m1500m）；）； 中深井（中深井（150015003000m3000m）；）； 深井（深井（300030006000m6000m）；）； 超深井超深井6000m6000m。2 2按驱动设备类型分按驱动设备类型分机驱机驱钻机（钻机（MDMD）；）；电驱电驱钻机（钻机（EDED）。）。3.3.按驱动方式分按驱动方式分单单独独驱驱动动（各主要机组单独驱动）（各主要机组单独驱动）

10、；统统一一驱驱动。动。 4 4按主传动副类型分（从动力按主传动副类型分（从动力并车并车分类）分类） 胶带并车胶带并车传动传动胶带钻机；胶带钻机；J J 链条并车链条并车传动传动链条钻机；链条钻机；L L 锥锥齿轮齿轮万向轴万向轴并车并车传动传动齿轮钻机齿轮钻机C C。5 5按地区和用途分按地区和用途分海洋钻机海洋钻机；陆地常规钻机陆地常规钻机；小井眼钻机小井眼钻机（指（指90%90%井径小于井径小于7”7”或或70%70%井径小于井径小于5”5”的井。）的井。）（钻机小易运、钻速高、套管小、成本低。）（钻机小易运、钻速高、套管小、成本低。）；连续柔管钻机：连续柔管钻机：（连续柔管代替单根钻杆，

11、绕于卷筒上。（连续柔管代替单根钻杆，绕于卷筒上。）用于作业机用于作业机，如洗井、挤水泥、防砂及酸化增产。，如洗井、挤水泥、防砂及酸化增产。钻井配井下动力钻具钻井配井下动力钻具。胶带并车胶带并车传动传动胶带胶带钻机钻机二、钻机特点二、钻机特点1.1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作。大功率、传动复杂，多工作机联合工作。（例（例JC45JC45绞车，功率绞车，功率1100kW1100kW相当于：相当于：1010个车间个车间2525台机床台机床一台车床一台车床4kWJC454kWJC45的的功率）功率）2.2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作。绞车、泵、转盘三大机组不同时工作。3.3.钻井过程不连

12、续钻井过程不连续钻进时间短，起下钻时间长，原因换钻头。钻进时间短，起下钻时间长，原因换钻头。4.4.工作地区广阔工作地区广阔（平原、山地、沙漠、沼泽、海洋）（平原、山地、沙漠、沼泽、海洋）， 自然环境恶劣自然环境恶劣（风、沙、雨、雪）（风、沙、雨、雪）。 第三节第三节 钻机基本参数钻机基本参数一、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。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：钻机基本参数十个：L L（名义井深）；（名义井深）；Q Qmaxmax（最大钩载）；（最大钩载）；Q Qdsds（最大钻柱重）；（最大钻柱重）；N Ndrdr（绞车功率）；（绞车功率）

13、；Z Z（Z Zmaxmax）有效有效绳数；绳数；d dw w（钢绳直径）；（钢绳直径）；N Np p（泵功率）；（泵功率）；D Dr r（转盘通径）；（转盘通径）；H Hr r（底座）；（底座）；H H架架。 1 1名义井深名义井深L L，主参数。，主参数。推荐推荐钻深范围，上限为名义井深钻深范围，上限为名义井深。（。（L LminminL Lmaxmax=L=L）旧系列旧系列1515、2020、3232、4545、6060、8080（使用（使用5”5”钻杆井深）钻杆井深）新系列新系列1010、1515、2020、3030、4545、5050、7070、9090、120120（使用使用 ”

14、”钻杆井深）。钻杆井深）。2. 2. 最大钩载最大钩载Q Qmaxmax在标准规定的在标准规定的最大绳数下最大绳数下，大钩上不允许超过的最大钩上不允许超过的最大载荷大载荷。Q Qmamax x是核算零件静强度是核算零件静强度的的依依据据。 2143. 3. 最大钻柱重量最大钻柱重量Q Qdsds在标准规定的在标准规定的最大绳数下最大绳数下，大钩所允许承受的最大钩所允许承受的最大钻柱在空气中的重量（质量）大钻柱在空气中的重量（质量）【也称额定载荷】【也称额定载荷】。 Q Qdsds10 q.L kN10 q.L kNqq钻柱钻柱线密度线密度（单位长度质量）（单位长度质量），109.8109.8g

15、 g；L-L-最大井深，最大井深，kmkm。 二、主参数与钻机型号二、主参数与钻机型号 1. 1. 主参数主参数 能直接能直接反映反映钻机的主要钻机的主要性能性能； 能用以能用以标定钻机型号标定钻机型号，并作为，并作为设计、选用设计、选用钻机的钻机的依据依据； 能能影响和决定影响和决定其其它参它参数。数。 新国标规定：新国标规定：钻机名义井深钻机名义井深L L和和最大钩载最大钩载Qmax为主参数。为主参数。 符合我国符合我国以井深编井队号以井深编井队号的习惯。的习惯。我国我国以前用以前用Q Qdsds（最大钻柱重量）（最大钻柱重量）为主参数为主参数。前苏前苏联和联和罗马罗马尼亚，钻机用尼亚，钻

16、机用最大钩载最大钩载Q Qmaxmax作作为主参数。为主参数。美国美国钻机无国标，各大公司生产的钻机钻机无国标，各大公司生产的钻机以以名名义钻深范围义钻深范围（L LminminL Lmaxmax）为主参数为主参数。（1320M1320M型钻机，指钻深型钻机，指钻深13000130002000020000英尺，钻深英尺，钻深6100m6100m，NSCONSCO国家供应公司，国家供应公司，National Supply CO.National Supply CO.） 2.2.钻机型号钻机型号我国钻机型号意义：我国钻机型号意义： ZJ （厂家代号用一个汉语拼音表示；改型序号用阿拉伯数字表示）（厂

17、家代号用一个汉语拼音表示；改型序号用阿拉伯数字表示） 链条并车无或为链条并车无或为L L；胶带并车钻机为；胶带并车钻机为J J；齿轮传动钻机为；齿轮传动钻机为C C；电驱钻机为；电驱钻机为D D 自行车装钻机为自行车装钻机为Z Z；半拖挂车装钻机为；半拖挂车装钻机为T T 新标准增：新标准增：Y-Y-液压钻机；液压钻机；DJ-DJ-交流电驱动钻机；交流电驱动钻机； DZ-DZ-直流电驱动钻机；直流电驱动钻机；DB-DB-交流变频电驱动钻机交流变频电驱动钻机 钻机级别钻机级别：以：以100m100m计的钻机名义钻深范围的上限。计的钻机名义钻深范围的上限。 钻机钻机代号。代号。例，例，ZJ32J-

18、2ZJ32J-2；ZJ45ZJ45；ZJ60DZJ60D；ZJ70LDBZJ70LDB：胜利高原：胜利高原0606年生产年生产，（，（L L链条并车、链条并车、DBDB交流变交流变频电驱，转盘电驱，其他机驱。频电驱，转盘电驱，其他机驱。）。 稍旧标准稍旧标准我国钻机型号意义：我国钻机型号意义： ZJ70/4500LDBZJ70/4500LDB：胜利高原：胜利高原0606年生产年生产（L L链条并车、链条并车、DBDB交流交流变频电驱，转盘电驱，其他机驱。变频电驱，转盘电驱，其他机驱。）SY/T 5609-1999SY/T 5609-1999新标准新标准 三、起升系统参数三、起升系统参数1. 1

19、. 绞车输入功率绞车输入功率 N Ndrdr 输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。 kWkWV V1 1起升起升I I档速度档速度，（，（0.40.40.6m/s0.6m/s）；）；游动系统效率；游动系统效率；滚筒轴传动与缠绳效率；滚筒轴传动与缠绳效率；输入轴至滚筒前，传动效率。输入轴至滚筒前，传动效率。Q Q1 1起升起升I I档游系载荷档游系载荷kNkN。Q Q1 1= Q= Qdsds+10 G+10 Gt tG Gt t游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量。游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量。总之，绞车功率取决于总之，绞车功率取决于

20、I I档档起升起升速度和速度和I I档档起升起升载荷载荷。 drbtdrVQN11tbdr2. 2. 起升系统发动机功率起升系统发动机功率N N发发k kN N.N.Ndrdr k kN N储备系数储备系数1.11.11.21.23. 3. 游动系统结构游动系统结构 ZZ钻井有效绳数；钻井有效绳数；Z Zmaxmax指钻机配备的的最大有效绳指钻机配备的的最大有效绳数，用于下套管或解卡作业。数，用于下套管或解卡作业。例，例，5 56, 6, 游车（轮数）游车（轮数）天车天车（轮数）（轮数），Z=5Z=52=102=10, ,死绳、快绳死绳、快绳去掉，为有效绳数。去掉，为有效绳数。正常用正常用5

21、56 6，解卡用，解卡用6 67 7（Z Zmaxmax6 62=122=12）, ,不同钻机结构不同。不同钻机结构不同。指游车和天车及有效绳数指游车和天车及有效绳数Z Z，Z Zmaxmax。 4 4钢绳直径钢绳直径d dw w 根据根据Q Qmaxmax（最大钩载最大钩载）的）的P Pfmaxfmax（Z Zmaxmax时时快绳拉力快绳拉力）决定。）决定。快绳拉力：快绳拉力： 游系总载荷游系总载荷 任意井深时钻柱重任意井深时钻柱重 游系重游系重最大钩载时最大钩载时， ，n=2.5n=2.5（安全系数）（安全系数） 破断拉力破断拉力，由，由 选选d dw w。 ttfZQPtdstGQQtQ

22、dsQtGtfZQPmaxmaxmaxmaxfbnPP bPbP 5. 5. 井架高井架高 取决于立根高度取决于立根高度。新标准规定井架高能提升新标准规定井架高能提升28m28m立立根井架。根井架。414153m53m安全高度，大庆安全高度，大庆130, H130, H架架41m41m；ZJ45, HZJ45, H架架43m43m。 6. 6. 钻台高度钻台高度 取决于安装井口装置的高度。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。安装套管头、防喷器、泥浆返出管。 例，例，ZJ45ZJ45，有，有4.5m4.5m，6m6m，7.5m7.5m。 美国电驱钻机钻台高美国电驱钻机钻台高9.6m9.6m，安装双闸板、万能防喷，安装双闸板、万能防喷器。器。【20032003年