1、钻井设备,采 油 工 程 研 究 院 二五年四月,钻机的工作原理,钻机是钻井地面设备的总称。 它的工作原理是: 利用钻头旋转破碎岩石, 形成井眼; 利用钻柱将钻头送到井底; 利用起升设备起下钻柱和套管; 利用转盘或井下动力钻具带动钻柱和钻头旋转; 利用泥浆泵循环钻井液带出井底岩屑。,钻井工艺对钻机有以下基本要求,旋转钻头的能力:要求钻机能提供足够的扭矩和转速, 并维持一定的钻压。 起下钻具的能力:要求具有一定的起重量和起升速度, 并有一定的超载能力。 洗井的能力:要求能提供足够的水力能量, 以适应洗井和喷射钻井的需要。 为适应钻机搬迁的特点,还要求钻机容易安装、拆卸和运输。,钻机的分类,钻机根
2、据其用途、结构形式、钻井方法、传动方式、移运方式、动力选用、使用条件、井身形式等不同进行分类,按结构形式分根据钻机部件结构重量不同分有 : 轻便钻机中型钻机大型钻机重型钻机超重型钻机,按使用用途分 根据钻机使用的不同目的分有 : 石油钻机 地质钻机 地震钻机 水井钻机等 其中以石油钻机应用最广。,按钻井方法分 根据钻头在井底钻进的方法不同分有 : 顿钻钻机 旋转钻机 冲旋联合钻机现代主要使用旋转钻机。,按动力机类型分 根据钻机配备的原动机不同分有 : 蒸汽机驱动钻机 柴油机驱动钻机电驱动钻机。 目前大量使用的是柴油机驱动钻机 , 电驱动钻机正开始普遍发展。,按传动方式分 根据钻机选用的传动方式
3、不同分有 : 链条传动 皮带传动 万向轴传动等方式。,根据钻机搬迁采用的方式不同分有 : 整体搬运 分块搬运 飞机吊运 车载 拖挂自走式等。,按移运方式分,按使用地区条件分根据钻机工作地区的环境条件不同分有 : 陆地钻机 海洋钻机 海滩钻机 沙漠钻机等,按钻井井身形式分根据钻机所钻井眼的形状不同分有 : 直井钻机 斜直井钻机等,钻井设备的组成,钻机主要由绞车、井架、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、联动机组、柴油机或电动机、钻井泵、钻井液循环系 统等部分组成 。按其工的性质又可分为八个部分：,1.提升系统 2.循环系统 3.旋转钻进 4.动力系统 5.传动系统 6.控制系统 7.钻机底座 8.辅
4、助系统,1、提升系统 它是一套大功率的起重设备。主要由钻井绞车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）、悬挂游动系统的井架及起升操作用的工具（如：吊钳、 吊环、吊卡、卡瓦及上扣器等）组成。它的主要作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及进行井下特殊作业等,2、循环系统 主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成。它的主要作用是清洗井底、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中，还起到传递动力作用。,3、旋转系统 主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不断地破碎岩石, 加深井眼及处理井下的复杂情况等。,它属于钻机的动力
5、机组, 是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备。钻机用的动力设备主要是柴油机, 其次是交流或直流电动机。,4、动力系统,5、传动系统设备 它属示钻机的传动机组。其主要作用是联结动力机与工作机组,并将动力传递到各工作机组。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、传动链轮及并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动。,6、控制系统它属于钻机的控制机组。控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等，绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向等。控制的方式有机械、气动、 液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异。控制系统的主要作用是远距离操作指挥
6、和协调各机组正常工作。,7、钻机底座 它属于钻机的辅助机组，包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分。,8、辅助设备它属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等。它是为整套钻机服务的,是钻机不可分割的部分。,钻井设备发展简况,美国、原苏联、罗马尼亚等国家都具有较强的石油钻机设计、生产制造能力。近年来 , 随着石油勘探钻井深度的发展 , 均研制与应用了钻井深度超过10000m 以上的超深井钻机 , 大钩负荷 (1000t), 绞车输入功率为 4000 马力, 钻井泵功率
7、为 20002500 马力 。目前世界上最深的井为原苏联的 Cr-1 井 , 设计井深为 15000m 。,超深井钻机,美国 NSCO公司 2050E 型超深井钻机 , 绞车输入功率为4000 马力 。 原苏联乌拉尔重型机器厂研制的 Y-15000 型超深井钻机 , 大钩负荷 400t, 采用铝合金钻杆 , 最大钻井深度为 15000m 。罗马尼亚研制的 F-900 型超深井钻机 , 大钩负荷为900t, 钻井深度大于 10000m 。,微型钻机微型钻机是指用小直径钻杆钻井的钻机 , 它比一般小型 钻机结构紧凑 , 设备重量轻 , 体积小 , 钻井成本低 , 经济效 益好等特点。瑞典制造的 M
8、D-3 型微型钻机 , 井架高度只有 10.8m, 可用于打定向井、丛式井和水平井 , 并先后在欧 洲、突尼斯、土耳其等国家打水平井 2500 多口。,德国研制的整体式结构微型钻机装备有全部钻井和测 井设备 , 钻井液处理与固控设备。可钻井深度为 1500m 。美国 Helmerich 和 Payne 公司研制的 H&P-101 型钻 机 , 钻井深度为 4876m。该钻机的空间利用合 理 , 绞车置于钻台后面 , 钻井液录井装置安放在钻井泵上 面 , 每个钻井液罐的顶部加设顶棚用于存放材料 , 钻台两侧另设两个辅属钻台 , 方便操作。,顶部驱动钻机顶部驱动钻井是 80 年代钻井设备重要革新之
9、一 , 也是发明转盘钻以来最重大的革新之一。采用顶部驱动钻井 , 不需要使用方钻杆与转盘 , 基本上不接单根 , 也不需要鼠洞。立根作单根用 , 每次钻进的长度是 27m, 可减少三分之二的接单根劳动量和时间。在起下钻过程中的任一时刻，均可以实现立即旋转钻具和循环钻井液 , 可减少井下事故的发生。在起下钻过程中遇阻时 , 还可以实现上提和下放钻具进行扩眼、划眼作业 , 解除遇阻现象。在世界范围内，海上几乎100配置了顶驱，陆上约10的钻机已配备了顶驱,用方钻杆插入转盘才能驱动钻杆旋转，因此只能接单根钻进。 起下钻时，方钻杆水龙头插入大鼠洞，遇阻时不能及时实现循环和旋转，易发生卡钻事故。,转盘钻
10、井方式,顶驱克服了转盘钻井的缺欠,可接立根钻井，钻井效率提高。 在起下钻及遇阻遇卡时，能及时旋转钻杆和循环泥浆。既提高了井眼质量，又减少了事故发生。 定向钻进、取芯钻进效率高。 提高了机械化程度。吊环前后倾斜、旋转，上卸扣动作全部由电液控制来实现，可减轻工人劳动强度。 可随时关闭内防喷器，增加了操作安全性。 转盘不旋转，钻台操作更安全。,顶驱克服了转盘钻井的缺欠,顶驱钻井方式,自动化钻机自动化钻机从 40 年代开始研究 ,现代的自动化钻机采用微机技术 , 自动化水平较高。 美国ADM 公司 70 年代中期研制的 ADM-2 型自动化 钻机 , 采用液力驱动 , 司钻只需控制液压阀即可进行钻井作
11、业。美国NSC0 公司研制的 A10-32 型自动化钻机 , 钻井 深度为 6100m 。采用顶部驱动钻井方法 , 自动排放钻杆。 采用大功率液力驱动系统 , 微处理技术监控钻机各工序的作业。特别适用于钻定向井、丛式井、斜井和水平井。原苏联研制的BY 一 125A 型自动化钻机 , 适用于野外环境条件恶劣 , 钻井成本较高的地区钻井。自动化钻机的进一步发展将是遥控钻机 , 那时司钻可以远离井场 , 通过电视进行监控。,斜井钻机从 60 年代开始 , 美国 BELC0 公司首先研制与应用了 斜井钻机。可以在倾斜 045度 的范围内钻斜直井、斜定向井、斜丛式井。美国 SKYTOP 公司生产四种规格
12、系列的斜井钻机 , 最 大钻井深度为 4572m 。钻斜井时 , 采用液缸控制来调节井 架与转盘达到同步倾斜。配有一个排放钻杆的垂直井架 , 与 半自动立根移运机构。,丛式井钻机丛式井是在斜井基础上发展起来的 , 就是在一个井场上打许多定向井 , 用来控制一定的油田开发面积。由于丛式井井距小 , 占地面积少 , 减少了修路与地面建筑费用。适于开发高山、森林、河流、湖泊、海滩、沼泽、城市和建筑物下 面的石油与天然气资源。,自走式钻机自走式钻机也称为车载钻机 , 有自走式和半自走式 ( 拖挂式 ) 之分。30 年代 , 美国生产和使用自走式钻机 , 当时结 构比较简单 , 只能钻深 3001000
13、m 。 50 年代以后 , 钻深提 高到 3500m 。 80 年代以来 , 自走式钻机在各方面均有明显 的改进与提高。自走式钻机的优点是运移灵活方便 , 可在 35度 的斜坡 土地上正常行驶。在泥泞沼泽地区行驶可采用宽型轮胎装上 防滑链条等方法将钻机移运到新井位。我国宝鸡石油机械厂在引进技术的基础上 , 研制了ZJ-20C 型自走式钻机 , 额定钻井深度为 2000m,沙漠钻机30 年代 , 国外就开始在沙漠地区勘探和开发石油和天然气资源 , 在沙漠地区工作的钻机与常规陆地钻机相 比 , 它必须能耐大风沙侵袭 , 机件密封性要好 , 所有部件周围要装防护挡板。要具有足够的散热能力和空气调节设
14、备 , 并能在高温和低温条件下工作。,直升飞机吊运的钻机60 年代 , 美国开始研制直升飞机吊运的钻机 , 为环境困难地区的石油勘探提供了条件。采用飞机吊运钻机 , 要求钻机部件力求轻巧 , 便于拆卸、安装和找正。部件的最 大分块重量不得超过直升飞机的最大吊运能力。美国 IDEC0 公司生产的 MSH-2000 型直升飞机吊运 的钻机 , 钻井深度 6200m 。美国 Lee C-Moore 公司生产的直升飞机吊运钻机 , 标准的脆杆式井架采用分段吊运 , 每段的重量均小于 1814kg (4000lb) 。美国 EMSC0 公司为印尼生产的直升飞机吊运钻机 , 钻井深度 6000m, 配备传
15、动功率为的绞车 , 三台传动功率为 的钻井泵。,封闭式钻机封闭式钻机是将钻机操作的工作环境与周围的自然环境隔离开来 , 钻机除顶部不封闭以外 , 其余部分均采用封闭式 结构 , 以确保在严寒与酷热的自然环境下能正常从事钻井作 业。钻机采用封闭式结构 , 主要用空调设备保持操作环境的 合适温度。在严寒地区可以在- 40 -50 的自然环境下 正常钻井 , 而钻机工作环境温度可保持在 5 的工况。在炎 热的赤道或干旱的沙漠地区钻井 , 要求钻机的散热能力强、润滑系统密封可靠 , 研制的带空调封闭式钻机 , 操作的工作 环境温度可保持在 25 30 的工况。,厂家代号及改型序号（厂家用一个汉语拼音字
16、母表示；改型序号用阿拉伯数字表示 ) 。,钻机型号,ZJ,钻机级别 : 以 l00m 为单位计的钻机名义 钻深的上限,钻机特征 : 链条并车钻机用 L 表示 ;三角 胶带并车钻机用 J 表示 ;电驱动钻机用 D 表示 ; 自行式车装钻机用 Z 表示 ; 半拖挂 车装钻机用 T 表示。,钻机代号,泥浆净化装置,泥浆净化的意义 泥浆净化的方法 机械清除法的净化流程 泥浆的机械净化设备简介,泥 浆 的 构 成,泥浆中的固相含量高时,有以下的七条害处,降低钻井的械钻速,在一般情况下,泥浆中固相含量每降低或增加百分之一，机械钻速提高或降低 1030% 加剧钻头、泥浆泵缸套、活塞、凡尔等机件的磨损,缩短使
17、用寿命,增加换钻头和检修时间,减少进尺 污染泥浆性能，泥浆净化不好含砂量必然增加,其它性能也相应变坏。如失水增大、泥饼增厚，粘度上升、比重加大等。由于性能变坏,容易出现井璧垮塌、井下沉砂、 遇阻遇卡及泥饼粘附卡钻等复杂情况,延长钻井周期,污染油气层，大量的固相颗粒迷人油气层后,堵塞油气流的通道,破坏和降低了油气层的生产能力, 甚至堵死油气层 形成较厚的、夹有岩屑的泥饼, 妨碍水泥与地层的胶结,影响固井质量 砂样录井受到干扰,测井资料受到影响。 耗费大量的水、泥浆材料和处理剂。,净化的意义,清除泥浆中有害固相,控制泥浆中有用固相,称之为泥浆的净化。采用了固相控制设备,使泥浆中仅保存极少量的搬土、
18、重晶石粉等有用固相,对钻屑、普通粘土等有害固相尽量完全清除。这样就提高了泥浆的质量,配合钻井新技术, 提高了钻进速度，同时对减轻泵机件的磨损、防止井下事故、保护油气层等都有良好的作用。,净 化 方 法,机械清除法和化学清机机械清除法是利用重力沉淀、筛滤和离心旋流等机械方法清除泥浆中的固相含量。此法在现场上普遍采用,以清除大于l0微米的钻屑化学清除法是利用选择性的聚沉剂,保留泥浆中的粘土颗粒,对普通粘土颗粒起聚沉作用而达到清除有害固相的目的。此法可清除小于10微米以下的固相颗粒,以弥补机械清除法的不足。,机械清除法的净化流程,（1）泥浆出口槽一震动筛一大土池一泥浆吸入池。适用于刚开钻时组织快速钻进的泥浆净化。 （2）泥浆出口槽一震动筛一泥浆槽一泥浆吸入池。适用于中深井或深井的普通泥浆净化。 （3）泥浆出口槽一震动筛一除砂器一泥浆槽一吸入池。适用于深井泥浆净化。 （4）泥浆出口槽一震动筛一除砂器一除泥器一沉淀罐一泥浆泵。适用于超深井或深井多的优质泥浆净化。,泥浆的机械净化设备有：,高频泥浆振动筛 旋流除砂器与除泥器 螺杆式离心分离机 筛筒式离心分离 其他装置,振 动 筛 和 除 砂 器,请各位专家提出宝贵意见！,
