石油钻机概论

1、第二章第二章 石油钻机概论石油钻机概论 钻机是钻机是用于油气勘探、开发的一整套钻井设备整套钻井设备。第一节第一节 钻机的组成钻机的组成一、地面旋转设备一、地面旋转设备主要组成主要组成：转盘转盘、水龙头、钻具、水龙头、钻具，顶驱钻机配备有顶驱装置顶驱装置。作用：作用：转动钻具转动钻具，带动钻头破碎岩石破碎岩石。1. 转盘（参见图转盘（参见图2-1） （1）转盘的作用）转盘的作用 钻进时转动钻具转动钻具；井底动力时承受反扭矩；承受反扭矩； 起下钻、下套管时承承托钻杆或套管重量；重量； 处理事故时，造扣造扣、倒扣倒扣(上提)。 （2）转盘的结构）转盘的结构 水平轴总成水平轴总成传递动力传递动力 水平

2、轴水平轴；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；方补心方补心；泥浆密宫密封密宫密封装置。 壳体壳体连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油） 2. 水龙头水龙头（1） 水龙头的作用水龙头的作用 承重承重承受钻柱重量 旋转旋转支承旋转的钻具 耐压耐压输送高压泥浆（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 旋转部分旋转部分：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（图2-2间距大，扶正好扶

3、正好）。 耐压耐压： 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） 浮动冲管浮动冲管（工作时不转动，有轴向窜动有轴向窜动。），Y形液压自密封、快卸结构（参见图3-14）。 二、循环系统设备二、循环系统设备(I-4,II-4,III-4)(I-4,II-4,III-4)主要有主要有：钻井泵钻井泵，钻井液净化井液净化、处理处理调配装置装置。作用作用：清洗井洗井底，携带带岩屑屑，保护井护井壁，冷却冷却钻头。为为井下动力钻具动力钻具提供高压动力液动力液。 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、游车、大钩、钢绳、井架天车、游车、大钩、钢绳、井架。作用作

4、用：起下钻具、下套管，控制钻压。上述三大系统是钻机的上述三大系统是钻机的三大工作机三大工作机。 四、动力驱动系统四、动力驱动系统 有：有：柴油机组、发动机组、电动机组。作用作用：提供动力。 五、传动系统设备五、传动系统设备联动机组动力并车。作用作用：传递、分配动力。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、仪表各种钻井仪表及随钻测量系统（MWD）。 七、钻机底座七、钻机底座安装钻井设备。钻台底座钻台底座用于安装井架、转盘，放置立根盒及井口工具及司钻控制台，安装绞车，下方应能容纳必要的井口装置。应有足够的高度、面积和刚性。机房底座用于安装动力机组及传动系统设备。八、辅助

5、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，包括钻机是所有钻井设备，包括八大八大（系统系统）设备：）设备：旋转、循环、起升、动力、传动、旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助控制、底座、辅助。八大部件：八大部件：绞车；转盘；水龙头绞车；转盘；水龙头；大钩；游车；天车；钻井泵；大钩；游车；天车；钻井泵；柴油机；柴油机；十大部件：十大部件：加加井架；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 按井深分按井深分 浅井（1500m）； 中深井（15003000m）； 深井（30006000m）； 超深井6000m。2

6、按驱动设备类型分按驱动设备类型分机机械驱驱动钻机（MD）；电驱电驱动钻机（ED）。3.按驱动方式分按驱动方式分单单独驱驱动（各主要机组单独驱动）；统统一驱驱动。 4按主传动副类型分（按主传动副类型分（从动力并车并车角度分类） 胶带并车胶带并车传动胶带钻机；J 链条并车链条并车传动链条钻机；L 锥锥齿轮齿轮万向轴万向轴并车并车传动齿轮钻机C。5按地区和用途分按地区和用途分海洋钻机海洋钻机；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、钻速高、套管小、成

7、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钻井配合井下动力钻具。） 二、钻机特点二、钻机特点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JC45绞车，功率1100kW相当于：10个车间25台机床一台车床4kWJC45的功率）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.钻井过程不连续钻井过程不连续钻进时间短，起下钻时间长，原因换钻头。4.工作地区广阔工作地

8、区广阔（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），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。钻机基本参数十个：钻机基本参数十个：L（名义井深）；（名义井深）；Qmax（最大钩载）；（最大钩载）；Qds（最大钻柱重）；（最大钻柱重）；Ndr（绞车功率）；（绞车功率）；Z（Zmax）有效有效绳数；绳数；dw（钢绳直径）；（钢绳直径）；Np（泵功率）；（泵功率）；Dr（转盘通径）；（转盘通径）；Hr（底座）；（底座）；H架架。 1名义井深

9、名义井深L，主参数。，主参数。推荐钻深范围钻深范围，上限为名义井深上限为名义井深。（LminLmax=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 ”钻杆井深）。2. 最大钩载最大钩载Qmax在标准规定的最大绳数下最大绳数下，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大钩上不允许超过的最大载荷。Qmax决定钻机下套管和处理事故的能力，是核算是核算起升系统零件静强度零件静强度及计算转盘、水龙头主轴承静载荷的依依据据。 2143. 最大钻柱重量最大钻柱重量Qds在标准规定的最大绳数下最大绳数下，

10、正常钻进或进行起下作业时，大钩所允许承受的最大钻柱在空气中的重大钩所允许承受的最大钻柱在空气中的重量（质量）量（质量）【也称额定载荷】【也称额定载荷】。 Qds10 q.L kNq钻柱线密度线密度（单位长度质量），109.8g；L-最大井深，km。 二、主参数与钻机型号二、主参数与钻机型号 1. 主参数主参数 能直接反映反映钻机的主要性能性能； 能用以标定钻机型号，并作为设计、选用设计、选用钻机的依依据据； 能影响影响和决定其它参它参数。 我国钻机新标准规定名义钻井深度我国钻机新标准规定名义钻井深度L为主参数。为主参数。 第一， L直接表明表明了钻机的最大钻井深钻井深度； 第二， L影响和决定

11、其它参数影响和决定其它参数的大小； 符合符合我国以钻机钻井深度定型名和井队编号井队编号的习惯用法。我国以前用以前用Qds（最大钻柱重量）为主参为主参数。前苏前苏联和罗马罗马尼亚，钻机标准采用最大钩载最大钩载Qmax作为主参为主参数。美国美国钻机没有统一的国家标准，各大公司生产的钻机基本上以名义钻深范围名义钻深范围（LminLmax）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.） 2.2.钻机型号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

12、义如下： ZJ （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） 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100m计的钻机名义钻深范围的上限。 钻机钻机代号。例，ZJ32J-2；ZJ45；ZJ60D；ZJ

13、70LDBZJ70LDB：兰石厂兰石厂0404年生产年生产，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 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。）。 三、起升系统参数三、起升系统参数1. 绞车输入功率绞车输入功率 Ndr 输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。 kWV1起升起升I档速度档速度，（0.40.6m/s）；游动系统效率；滚筒轴传动与缠绳效率；输入轴至滚筒前，传动效率。Q1起升起升I档游系载荷档游系载荷kN。Q1= Qds+10 GtGt游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量。总之总之，绞车功率取决于绞车功

14、率取决于I档档起升起升速度和速度和I档档起升起升载荷载荷。 drbtdrVQN11tbdr2. 起升系统发动机功率起升系统发动机功率N发kN.Ndr kN储备系数1.11.23. 游动系统结构游动系统结构 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，56, 游车（轮数）游车（轮数）天车天车（轮数）（轮数），Z=52=10,死绳、快绳去掉，为有效绳数。正常用56，解卡用67（Zmax62=12）,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，Zmax。 4钢绳直径钢绳直径dw 根据Qmax（最大钩载最大钩

15、载）的Pfmax（Zmax时时快绳拉快绳拉力力）决定。快绳拉力： 游系总载荷游系总载荷 任意井深时钻柱重 游系重最大钩载时最大钩载时， ，n=2（安全系数） 破断拉力破断拉力，由 选dw。 ttfZQPtdstGQQtQdsQLqtGtfZQPmaxmaxmaxmaxfbnPP bPbP 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28m立根井架。4153m安全高度，大庆130, H架41m；ZJ45, H架43m。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、防喷器防喷器、泥浆返出管。例，ZJ45，有4.5m，6m，7.5m。美国电美国电驱钻钻机钻台高高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，防喷器，生产防喷器的厂家效益看好。】 nWLNr36. 0四、旋转系统四、旋转系统1. 转盘名义直径转盘名义直径为转盘主参主参数Dr，取出大方瓦后，转盘内通取出大方瓦后，转盘内通径径，最大号钻头能通过。2. 转速：转速：250300r/min，有倒档。，有倒档。3. 转盘功率（用经验式计算）转盘功率（用经验式计算） 马力 （1马力0.735kW）n转速,r/min；W单位钻压单位钻压（t/英寸