1、石油矿场机械,王希尧,2,第一章 钻机绪论,一、钻井工艺对石油钻机的要求 1.起下钻具能力 2.旋转钻具能力 3.循环洗井能力此外：运移、拆卸、安装、维修等方便,3,二、钻机的组成八大系统,广义地说，包括用于钻井的成套地面设备、专用的钻井工具和钻井仪表。钻井设备按功用分旋转、提升、循环、动力与传动、控制等系统。,4,1旋转系统,旋转系统 主要设备是装在钻台井口上的转盘，转动时，通过方钻杆带动钻柱和钻头旋转钻进。 当采用井下动力钻具带动钻头旋转时，转盘用来承受反扭矩。,5,1旋转系统,方钻杆,转盘,水龙头,6,钻杆与钻头,取芯钻头,PDC钻头,三牙轮钻头,钻杆与钻挺,钻 机,7,顶驱,8,转盘,
2、9,方钻杆 方补心,10,水龙头,水龙头用以连接可旋转的钻柱和不转动的水龙带，并能维持泥浆循环。,11,循环系统 由泥浆泵、高压泥浆管线、水龙带、水龙头、钻柱以及泥浆固控设备等组成。 功用是： 维持泥浆循环，对井底进行冲洗，将注入的高压泥浆能量传递给井底。 泥浆泵从泥浆池吸入泥浆，通过地面泥浆管线、水龙带、水龙头，把泥浆注入钻柱，经钻头水眼冲向井底，携带井底岩屑从钻柱与井壁的环隙返回井口。,2循环系统,12,2循环系统,13,泥浆泵,14,水龙头 水龙带,水龙头用以连接可旋转的钻柱和不转动的水龙带，并能维持泥浆循环。,15,固控设备,16,3起升系统,起升系统 由绞车、井架、天车、游动滑车、大
3、钩、钢丝绳等组成的一套起重设备。绞车主要用于起下钻具、下套管和钻进时控制钻压。井架用于安放天车和悬挂游动滑车、大钩等提升设备与工具，以及起下、存放管柱。天车与游动滑车是一套复滑轮装置，用以减少绞车钢丝绳上的张力,大、中型钻机复滑轮的钢丝绳数一般为812股。,17,天车,游车,绞车,18,井架,19,井架,20,天车,天车的结构 天车一般是多个滑轮装在同一根芯轴上（如：GF-200型天车）或两根轴心线一致的芯轴上（如：TC1-130型天车）。在轴的一端或两端有黄油嘴，从此注入润滑脂，芯轴里有润滑油道。,21,游车 大钩,22,绞车,绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的
4、主要工作机之一。 绞车的功用 提供几种不同的起升速度和起吊质量，满足起下钻具和下套管的需要。 悬挂静止的钻具，在转进过程中送进钻柱、钻头，控制钻压。 利用绞车的猫头机构，可上卸钻具丝扣和起吊管子与重物。 作为转盘的变速机构和中间传动机构。 当采用整体起升式井架时，用来起放井架。 当绞车带捞砂滚筒时，绞车还担负着提取岩心筒、试油等工作。安装钻台设备，完成其它辅助工作。,23,钢丝绳 吊环,24,4动力驱动系统,动力驱动系统主要有柴油机、电动机或燃气轮机。动力系统的作用是直接为钻井作业提供动力来源。 电驱动钻机在深井和海上钻井中广泛应用。分两类： 柴油机或燃气轮机直流发电机组发电，带动直流电动机,
5、简称直-直流电驱动； 交流电经可控硅整流带动直流电动机,简称交-直流电驱动。两者都具有良好的动力性能。 后者优点是：动力分配灵活、装机功率利用率高，由电网供电，不需另配辅助的交流发电系统，经济效益高等，已成为主要发展方向。,25,柴油机,26,发电机,27,5传动系统设备,传动系统主要有链条、皮带、齿轮等机械传动、液压传动和电传动几种，把动力传递给绞车、转盘、泥浆泵等工作机。柴油机驱动的钻机有机械传动和液压传动两种，后者具有随工作机负荷变化而自动无级变速和变矩的良好动力性能，在钻机上广泛应用。,28,链条 链论,29,皮带 皮带轮,30,传动箱 万向轴,31,齿轮,32,6控制系统和显示仪表,
6、33,司控台 远控台,34,防喷器,35,7钻机底座,36,8辅助设备,供气设备 供水设备 钻鼠洞设备 辅助发电设备 辅助起重设备 保温设备,37,三、钻机的分类及特点,1.钻机的分类 1.按用途分： 石油钻探钻机 其他专用钻机 2.按钻井方法分： 顿钻钻机 转盘钻机 井下动力钻机 3.按使用地区分： 陆地用钻机 海洋用钻机,4.按动力设备分： 柴油机驱动 工业电驱动 5.按钻井深度分： 浅井钻机 中深井钻机 深井钻机 超深井钻机 6.按工作机分组类 统一驱动 单独驱动 分组驱动,38,2.钻机的特点,钻机必须是一套大功率的重型联合工作机组钻井作业的连续性和钻机负荷的不连续性钻机的工作场所与一
7、般机器不同,39,第二节 钻机的基本参数,一、钻机的主要参数 1.可钻最大井深（名义钻井深度）Lmax 2.最大起重量Qmax 起下钻操作 处理卡钻事故（钻杆拉断载荷） 下套管 处理套管事故（断裂载荷80%） 3.额定钻柱重量Q柱 4.钻机总功率N总,40,第二节 钻机的基本参数,二、起升系统参数 1.大钩静载荷 Q静 2.游动系统结构 起重量 Q游 快绳拉力p 快 钢绳直径d绳 3.井架高度H 4.起升速度和档数 5.大钩、绞车和起升机组功率,41,第二节 钻机的基本参数,三、旋转系统参数 1.转盘开口直径 2.转盘转速 3.转盘功率 四、循环系统参数 1.泵的排量 2.泵压 3.功率,42
8、,钻机的标准系列,我国钻机型号： ZJ 厂家代号及改型序号 钻机特征钻机级别我国钻机级别 ZJ15;ZJ20;ZJ32;ZJ45;ZJ60;ZJ80钻机型号级别：10/600;15/900;20/1350;30/1700;40/2250;50/3150;70/4500;90/6750;120/9000.,43,石油钻机的发展,1) 专业化钻机得到快速发展。如适应各种环境和工艺技术发展的沙漠钻机、海洋钻机、斜井钻机、小井眼钻机、特深井钻机、连续管钻机等。 2) 规模向两极化方向发展。深井石油钻机趋向大型化(1500m,MAX12500kN)、轻便钻机趋向小型化(车载为主)。 3) 钻机控制实现自
9、动化、智能化。顶驱、盘式刹车技术逐步成熟,电动控制技术、液压驱动技术和可靠性逐步提高。 4) 大力发展新型石油钻机,采用人性化的设计,先进的机械自动化,高效的钻机操作和监控系统,装置模块化,以提高钻机运移性,最终达到提高钻井效率,大大降低钻井成本的目的。,44,国外还相继开发了新一代钻机，如可大幅度提高钻井速度的空气钻井钻机，下套管作业和钻井作业同时进行的套管钻机；同时国外的液压钻机也已经成熟并系列化。国外还在钻机上普遍使用顶驱装置。 这些都是目前国内 钻机的设计和制造水平 还无法达到的。我国目 前的钻机主要是性能效 率低，机械自动化程度 低，标准和国际认可问 题，以及电制问题、英 制问题。,45,膨胀管技术,
