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石油钻采设备及工艺概论朱宏武第一章钻井工艺基本知识第三章起升设备第四章地面旋转送进设备第五章钻机的驱动与传动第六章石油矿场用往复泵第七章油田用离心泵第八章石油矿场用压缩机第九章采油工程基本知识第十章机械采油及设备第十一章钻采工具及仪表第十二章海洋石油钻采设备第二章石油钻机总论§2-1概述§2-2钻机基本参数与标准系列§2-3机械驱动钻机§2-4电驱动钻机本章简要介绍钻机的结构组成、类型、特点，驱动类型，传动方式，基本参数及我国石油矿场正在使用的几种石油钻机，并了解几种机械驱动和电驱动钻机的特点和技术性能。§2-1概述附、本节复习题一、钻机的组成二、钻机分类三、驱动类型四、传动方式石油钻机：用来钻油、气井的一整套钻井设备。钻机随着某种钻井方法、钻井工艺的出现而产生，又随着钻井技术的不断发展而发生相应的变化。常规钻机：陆用转盘钻机，是钻井设备的基本形式（通常所说的钻机类型）；海洋钻井设备：由陆用钻井设备和造船技术相结合而产生；特种钻机：为适应各种地理环境和地质条件，加快钻井速度、降低钻井成本、提高钻井经济效益而研制，如沙漠钻机、丛式井钻机、斜井钻机、直升飞机吊运的钻机等。一、钻机的组成石油钻机由多种机器设备组成，是具有多种功能的联合工作机组.起升设备：由钻井绞车、辅助绞车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）和井架组成；以起下钻具、下套管，辅助完成钻井生产。此外，还有用于起下操作的井口工具及机械化设备（吊卡、卡瓦、动力大钳、立根移运机构等）。1.起升系统设备电磁刹车猫头轴刹车气缸离合器排档杆刹车鼓滚筒冷却风机气控排档箱输入轴钻机绞车工作示意图猫头轴离合器辅助刹车气囊式离合器链轮牙嵌式离合器滚筒轴承链条2.地面旋转送进设备转盘和水龙头：转动井中钻具，带动钻头破碎岩石。现代钻机，为实现钻头自动给进，还配备有钻具自动送进装置。3.循环系统设备为了及时清洗井底，携带岩屑，保护井壁，钻机配备有全套钻井液的循环设备，如钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化及调配设备（固控设备）等。某型钻井液循环流程示意图4.动力驱动设备作用：供应三大工作机组及其辅助机组（如空气压缩机）动力。类型：内燃机及其供油设备，交流、直流电机及其供电、保护、控制设备等。5.传动系统设备作用：连接发动机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配以及运动方式的转换。传动系统应包括减速、并车、转向、倒转及变速机构等。传动形式：现代钻机传动系统，除机械传动外，尚有液力传动、液压传动、电传动等形式。动力与传动系统底座，包括钻台底座和机房底座，用以安装钻井设备，方便钻井设备的移运。6.底座钻机底座用于安装井架、转盘，放置立根盒及必要的井口工具，多数还要安装绞车，下方应能容纳必要的井口设备，因此必须具有足够的高度、面积和刚性。机房底座主要用以安装动力机组及传动系统设备，因此也要有足够的面积和刚性，以保证机房设备能迅速安装找正、工作平稳、且移运方便。钻机配备控制装置，是为了指挥各机组协调地进行工作，常用的有机械控制、气控、电控、液控、以及电、气、液混合控制。7.控制系统和监测显示仪表底座现代机械驱动钻机，普遍采用集中气控制。（定向井、丛式井打井条件，最优化钻井－随钻测量系统MWD和各种钻井仪表－井底参数测量，地面有关系统设备工况的监测显示）供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备、辅助起重设备、保温设备8.辅助设备二、钻机分类1.按钻井深度决定钻机能力的参数——钻井深度、大钩负荷浅井钻机：小于1500m井深；中深井钻机：1500m－3000m井深；深井钻机：4000－5000m井深；超深井钻机：6000m以上井深。胶带并车传动（皮带钻机）链条并车传动（链条钻机）锥齿轮－万向轴并车传动（齿轮钻机）2.主传动副类型机械驱动钻机（MD）电驱动（ED）3.驱动设备类型陆地钻机海洋平台钻机海洋人工岛钻机沙漠钻机沼泽地钻机低温钻机丛林直升机吊装钻机极地钻机4.使用地区和用途柴油机直接驱动、机械传动柴油机发电机组驱动、电气传动——SCR、VFD液压驱动、传动复合驱动三、驱动类型1.机械驱动交流发电机（工业电网）交流发电机（AC-AC）直流发电机－直流发电机（DC-DC）交流发电机（工业电网）－可控硅整流－直流电动机在（AC-SCR-DC）。2.电驱动现代陆上钻机广泛采用柴油机－液力变矩器驱动，但深井钻机正日益多地采用电驱动；海洋钻机全部是电驱动：钻井船（平台）在海上工作，自成一独立发电、用电单位；电驱动便于布置钻井设备。四、传动方式1.柴油机直接驱动钻机：机械传动；2.柴油机－液力驱动钻机：机械传动、液力传动；3.电驱动钻机：电传动、机械传动4.液压钻机：液压传动（静液传动）五、钻机特点1.钻机是大功率、多工作机联合工作的重型机械，有起升、旋转、循环三大工作机组，且各机组所需能量大小和运动特性各不相同，也不同时工作；而驱动设备不但具有多类型（柴油机、柴油机－变矩器、电动机等）多台的特点，而且特性单一。2.钻井操作不连续，其中辅助生产的起下操作耗费了巨大的能量。3.工作地区广阔，自然条件恶劣，野外流动作业，要求钻机有很强的适应能力和很高的移运性能。4.机械化自动化程度低，手工操作繁重，工业卫生条件差。这就对石油产品设计制造的现代化水平提出了要求：现代设计法，产品系列化、部件通用化、零件标准化。复习题1、一套钻机主要由哪八大系统组成？2、钻机的起升系统有哪些设备组成？主要功用是什么？3、钻机的旋转系统有哪些设备组成？主要功用是什么?4、钻机的循环系统有哪些设备组成？主要功用是什么?第二章石油钻机总论§2-1概述§2-2钻机基本参数与标准系列§2-3机械驱动钻机§2-4电驱动钻机§2-2钻机基本参数与标准系列一、基本参数二、主参数－名义钻井深度L三、钻机标准系列附：本节复习题一、基本参数定义:反映钻机工作性能的数量指标，称为基本参数。如:Q柱（最大钻柱重量），Qmax（最大钩载），L（名义钻井深度）等，表明了钻机基本工作性能，是钻机的基本参数。用途：基本参数是设计、选用钻机、对钻机进行技术改造的依据，是钻机标准系列的组成元素。内容主参数：L－名义钻井深度起升系统：Q柱，Qmax－最大钻柱重量，最大钩载；V1，Vk，K－绞车工作I档，最高档速，提升档数；Z，Zmax－提升系统钻井绳数，最大绳数P快，d绳，N绞－绞车快绳拉力，钢丝绳直径，绞车功率；H架，H台－井架有效高度，钻台高度；旋转系统：D盘－转盘开口直径；n1，nk，K盘－转盘I档，最高档速度，档数循环系统：P泵，Q排－钻井泵出口压力，排量；N泵－钻井泵功率；驱动：N总－总装机功率；其中，表明钻机工作能力的有：L，Q柱，Qmax；表明钻机工作效率的有：V1，Vk，P泵，Q排，n1，nk等。名义钻井深度（名义钻深范围上限）又称额定钻井深度。在基本参数中，选定一个最重要的作为主参数，它应能：直接反映钻机的主要性能；能用以标定钻机的型名，并可作为设计选用钻机的依据；能决定其它参数。二、主参数－名义钻井深度L我国新标准规定名义钻井深度L为主参数，是依据：L直接表明钻机打井能力；L影响和决定其它参数的大小；符合我国以钻机钻深定型名和井队编号的习惯用法。三、钻机标准系列系列化概念：以最少的产品品种满足生产实际的需要，便于产品制造、维修以及备件供应，达到生产、使用最合理、经济，并有利于开展国际技术交流与合作。建立钻机标准系列指的是：1.选定主参数；2.根据生产实际需要使主参数系列化（将钻机分级）；3.再据以拟定其它基本参数，形成钻机标准系列。名义钻井深度L：在标准规定的钻井绳数下，使用127mm（5in）钻杆时，可钻达的最大井深。系列化（将钻机分级）：15、20、32、45、60、80拟定其它基本参数，形成钻机标准系列。钻机基本参数：最大钻柱重量Q柱：在标准规定的钻井绳数下，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量；Q柱是计算钻机起升系统零件疲劳强度的依据。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。Qmax是基本参数，决定钻机下套管和处理事故的能力，是计算起升系统零件静强度的依据。Qmax/Q柱称为钩载储备系数。钩载储备系数大，表明该钻机下套管、处理事故能力强；过大，又会导致起升系统零部件过于笨重，浪费材料。提升系统绳数：钻井绳数指的是钻井时采用的绳数；最大绳数指的是钻机配备的轮系所提供的最大绳数。其它：钢丝绳直径、可配置每台钻井泵功率、转盘开口名义直径、钻台高度、井架•钻机型号的表示方法ZJ□/□□□-□改型序号：用阿拉伯数字表示，原型不写运移方式：块装式表示符号省略Z——自行式钻机T——拖挂式钻机钻机特征：L——链条并车钻机DJ——交流电动钻机J——V带并车钻机DZ——直流电动钻机C——齿轮传动钻机DB——交流变频钻机Y——液压钻机钻机级别：分子表示用114mm钻杆标定，以100m为单位计的名义钻深范围上限；分母表示以1kN为单位计的最大钩载钻机代号示例：ZJ50/3150DZ-2表示为5000m块装直流电驱动钻机第二次改型。复习题1、什么叫钻机的基本参数？其用途是什么？2、什么是名义钻井深度？其作用是什么？3、什么是钩载储备系数？其意义何在？4、试叙述一台钻机的八项主要参数的意义。第二章石油钻机总论§2-1概述§2-2钻机基本参数与标准系列§2-3机械驱动钻机§2-4电驱动钻机§2-3机械驱动钻机一、皮带并车传动的钻机二、链条并车传动的钻机三、万向轴－锥齿轮并车传动的钻机机械驱动钻机指的是以柴油机为动力，通过液力变矩器、链条、齿轮、三角胶带等不同组合的传动形式所驱动的钻机。依所采用的主传动副类型，机械驱动钻机可分为：万向轴－锥齿轮并车传动钻机（齿轮钻机）三角胶带并车传动的钻机（胶带钻机）链条并车传动的钻机（链条钻机）。钻机的型式驱动型式传动型式运移方式柴油机驱动链条传动V带传动齿轮传动块装式自行式拖挂式电驱动直流驱动交流（变频驱动）复合驱动（机械、电驱）液压驱动一、皮带并车传动的钻机对于柴油机直接驱动的钻机，最好采用柔性件并车。皮带并车传动的钻机指的是采用三角胶带作为钻机的主传动副，用皮带将多台动力机组并车，去统一驱动各工作机组及辅助设备，并用皮带传动泵。优点：传动柔和、并车容易、制造简单、维护保养方便。不足：常规三角胶带用于大功率传动时，根数多，结构不紧凑，寿命短。ZJ45J石油钻机ZJ32J-2钻机二、链条并车传动的钻机采用链条作为主传动副；2～4台柴油机－变矩器驱动机组，用多排小节距套筒滚子链条并车，统一驱动各工作机，一般仍用皮带传动泵。高质量的多排小节矩链条并车时，传递功率大于三角胶带，结构紧凑，寿命长，适用于各级井深钻机美国一直是发展链条钻机的。我国已能生产高性能石油钻机用套筒滚子链。三、万向轴－锥齿轮并车传动的钻机采用万向轴、齿轮作为主传动副，柴油机－变矩器驱动，每台驱动机组带一个螺旋锥齿轮箱组成一个联动机组，采用大功率万向轴并车传动，并用万向轴传动泵。优点：齿轮传动允许线速度高，体积小，结构紧凑；万向轴结构简单、紧凑，维护保养方便，互换性好。不足：大功率传动螺旋伞齿轮制造比较困难，质量不易保证，成本高，且现场不能更换、维修。因此：这种钻机现已不再生产。兰石ZJ70/4500LD钻机平面布置钻机分为五个区：1.钻台区2.机房动力区3.泥浆泵区4.油罐区5.泥浆循环及水灌区第二章石油钻机总论§2-1概述§2-2钻机基本参数与标准系列§2-3机械驱动钻机§2-4电驱动钻机一、DZ-200钻机二、ZJ15D钻机三、ZJ60D钻机四、ZJ45D丛式井钻机§2-4电驱动钻机五、电驱动钻机特点一、DZ-200钻机该钻机名义钻井深度5000m，由宝鸡石油机械厂生产。特点：1）柴油机－直流发电机－直流电动机驱动；2）柴油机－发电机－泵，构成特殊的机泵组；直流发电机两端出轴头，柴油机带动发电机，又带动泵，钻井泵是电驱动；3）三分组独立驱动：绞车、转盘、泵分别独立驱动。二、ZJ15D钻机ZJ15D钻机采用交流电驱动，机械变速，气动控制，可整体拖运；用于