石油钻采机械概论_总结（PPT55页)

石油钻采机械概论课程总结引言本课程共上十章，分钻井机械和采油机械两大部分。一、油气藏与油气田二、含油气盆地三、油气勘探目前油气勘探的主要方法和技术有四种：即地面地质法、地球物理法、遥感技术和钻探法。各自特点。第一章钻井工艺概述1.1钻井方法一、机械钻井法1.顿钻钻井法2．旋转钻井法二、钻井工艺过程1．钻前准备2．钻进过程：起、下钻；正常钻进。3．固井4．完井5．钻井事故的处理三、平衡压力钻井含义；目的；关键；技术保证。1.2钻井技术的新发展一．欠平衡钻井(原理;优点;适用于地层条件;方法;主要设备）。二、深、超深井钻井技术三、水平井技术四、小井眼钻井技术五、连续柔管钻井技术第二章石油钻机概论2.1钻机的组成钻机包括：驱动与传动、旋转、起升、循环设备，辅助设备和测量仪表。一、地面旋转设备主要组成：转盘、水龙头、钻具，顶驱钻机配备有顶驱装置。作用：转动钻具，带动钻头破碎岩石。二、循环系统设备主要有：钻井泵，钻井液净化、处理调配装置。作用：清洗井底，携带岩屑，保护井壁，冷却钻头。三、起升系统设备主要有：绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。作用：起下钻具、下套管，控制钻压。四、动力驱动系统有：柴油机组、发动机组、电动机组。作用：提供动力。五、传动系统设备联动机组—动力并车。作用：传递、分配动力。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安装钻井设备。八、辅助设备钻机八大（系统）设备：旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助。八大部件：绞车；转盘；水龙头；大钩；游车；天车；钻井泵；柴油机。2.2钻机分类与特点一、分类方法二、钻机特点1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作；2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作；3.钻井过程不连续；4.工作地区广阔，自然环境恶劣。2.3钻机基本参数一、基本参数反映钻机工作性能的数量指标称为基本参数。十个：L（名义井深）；Qhmax（最大钩载）；Qstmax（最大钻柱重）；Ndr（绞车功率）；Z(有效绳数)；dw（钢绳直径）；Np（泵功率）；Dr（转盘通径）；Hr（底座高度）；Hd（井架高度）。二、主参数与钻机型号1.主参数我国钻机标准规定名义钻井深度L为主参数。2.钻机型号ZJ□□□三、起升系统参数1．输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。kW式中：Q1=Qstmax+Gt2．游动系统结构钻井绳数Z：指钻井时采用的有效提升绳数。最大绳数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。drbtdrVQN113．钢绳直径dw根据Qmax（最大钩载）的Pfmax（Zmax时快绳拉力）决定。4．快绳最大拉力起升时：5.井架高度：取决于立根高度。6.钻台高度：取决于安装井口装置的高度。thfZQPmaxmaxmax四、旋转系统1.转盘名义直径2.最高转速3.最大静负荷4.最大工作扭矩五、钻井泵功率Np输入轴功率，额定功率kW3minmax10ppQpN第三章石油钻机的驱动3.1机械驱动钻机机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过不同组合的传动形式所驱动的钻机。依据主传动副类型，分为齿轮、胶带和链条钻机。传动系统图分析方法。3.2电驱动钻机电驱钻机—工作机用电动机带动。一、分类1.交流电驱钻机：即交流发电机（或工业电网）→交流电动机驱动（AC→AC）；2.直流电驱钻机：即直流发电机—直流电动机驱动（DC→DC）；3.可控硅整流直流电驱钻机：即交流发电机→可控硅整流→直流电动机驱动（AC→SCR→DC）；4.交流变频调速驱动钻机，即交流发电机→变频调速器→交流电机驱动。二、优点1.传动效率高，较机械传动高16%；2.无级变速（在某机械档下，无级变速）；3.简化传动、控制，易装调整，自动保护。3.3电机驱动特性一、电动机机械性能1.机械特性电机转速n与电磁转矩M之间变化关系，称机械特性。2.特性硬度转速n不随转矩M变，为特硬特性；n随M增加而下降不大，为硬特性；n随M增加而加速下降，为软特性。3.固有机械特性电机的电压、频率（交流）、励磁（激磁）电流为额定值，其电机回路上无附加电阻时所具有的特性。4.人为特性人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称人为特性。二、交流电机特性（固有）1.同步电动机（1）定义转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0）相同（通交流电），故称同步电机，特硬特性。（2）工作原理：定子绕组通三相交流电产生旋转磁场，转子励磁绕组通直流电形成直流励磁磁场，两磁场相互作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着以同步转速一起旋转，即n=n0。同步电机启动性能差，用于不常启动、不变速场合。（3）同步电机采用异步启动法。异步启动：定子通电形成旋转磁场，使转子线圈产生感应电流，使转子转起来，之后转子再通直流电，实现异步启动，同步工作。2.异步电动机一、定义转子转速小于磁场旋转速度，称异步电机。二、工作原理属于硬特性：异步电机常用于驱动绞车和转盘。改变定子电压、电流频率、定子和转子串阻都可改变特性。三、直流电机特性定子（通直流）形成固定磁极，转子电枢通电，磁力作用使转子转动。【左手定则判断：掌心对N，四指－电流，母指－力】1.直流电机类型按励磁绕组（定子）与电枢绕组（转子）联接方式分：他励电机、并励电机、串励电机、复励电机。2.直流电机固有特性（1）他励或并励：硬特性；（2）串励：属软特性，n随M增加而下降；（3）复励：介于并、串联之间，属软特性。（4）适用场合串励电机：适驱动绞车，载荷增大，转速自动下降，实现恒功率调节。并、他励电机：适驱动钻井泵，实现定速恒转矩调节。3.直流电机人为特性（用人工调节转速）（1）电枢串阻在电枢中串入可调电阻，保证电源电压U和励磁电流（磁通）不变。相当于加大（电枢电阻）。（2）降低供电电压U（降低电枢电压）使固有特性n—M曲线下移。（3）减弱磁通调速改变Φ（定子励磁磁通），使n0、Δn都变，从而改变特性。四、可控硅直流驱动AC—SCR—DC由柴油机驱动AC发电机输出交流电，经可控硅整流驱动DC电机。可控硅驱动特点：直接由SCR调节电压、控制弱磁而调速。4.用DC电机（不用AC电机）原因（1）直流电机：调速宽；能频繁启动；载荷变化范围宽；启动制动平稳。（2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载荷而变化【只能由调频f改变转速】。5.交流变频技术，用AC—变频器—AC。第四章起升系统工作原理与设备4.1起升系统工作原理游动系统运动分析：快绳侧→死绳侧钢绳速度分析；游动系统载荷：当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等：当起升时，各绳拉力：快绳拉力：起升游系效率：dZfPPPP1ZQPtfZZPPPP221f)(2ZftPQttfZQP1)1()1(ZZt下放时游系效率：游系效率近似计算式：滚筒缠绳层数确定：任意层直径：半径增量系数0.9缠绳总层数计算式：ZZtZ1)1('21ZtdidDDi)1(200)1(002dnZldDeddDe4.2钻井绞车绞车的作用；绞车的使用要求；绞车的结构类型；典型绞车结构（JC45绞车）分析。4.3刹车机构一、刹车功用与使用要求二、带刹车结构与原理三、最大制动力的确定下放时静力矩：最大制动力矩：最大制动力：式中：β－动载系数；ηb-滚筒效率；Db－刹车鼓直径，m。'2'2'2max2tbtsbtZDQDPM2maxmaxdbbDFMMbtbstbZDDQF2maxmax'四、刹带两端的拉力死端拉力T：制动力：制动力矩：teT)1(ettTFbbbbbRetRFM)1(五、刹车杠杆工作分析1.单杠杆刹车机构刹把力：增力倍数：2．双杠杆刹车机构两套单杠杆组成。增力倍数：cos)sin(lrtP)sin(cosrlPticoscos3mnRlPti六、盘式刹车1.结构组成包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹车杠杆）、刹车块、液控系统等。2.刹车钳类型：①杠杆钳；②固定钳。3.工作方式常开式：液压加压刹车；常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹。4.单钳制动力矩edNRRRRRRRNM2212sin32221221214.4辅助刹车一、水刹车1.作用下钻时刹慢滚筒，保持钻具均速下放。2.结构定子、转子、各自之上有叶片。3.作用原理下钻时，滚筒带水刹车转子旋转，运动中倾斜的叶片，迎面切割水涡流，形成阻力矩。4．制动力矩5.制动功率6.水刹车水量调节方法①分级调节法调节水箱阀门，获得不同水位。②水刹车水位自动调节器调节)(52512DDnMMb2nMb)(52513DDnNNb二、电磁涡流刹车新型辅助刹车，利用电磁感应原理实现制动。1.结构主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈。2.原理定子通直流，产生固定磁场。当滚筒带动转子转动时，转子产生涡流。涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力矩。主磁路(右手定则);感应电动势与涡流(右手定则);电磁力(左手定则);电磁转矩M=FR2Z=CnB23．特性（M-n曲线）调节线圈的电流可改变M-n曲线。当转速低时，仍有较大制动力矩。滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、高速段力矩几乎不变(硬特性)。4.5井架一、功用、组成与要求；钻井工艺对井架的基本要求。二、整体结构类型1.塔架2.前开口井架3．A形井架4．桅形井架三、井架基本载荷1．恒载：井架自重、设备、工具重；2．最大静载:即最大钩载；3．工作绳拉力：快绳和死绳合力；4．风载；5．立根载荷：①立根重水平载荷；②立根风载。4.6游动系统天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。第五章往复泵5.1概述一、结构与工作原理二、往复泵的分类方法三、基本性能参数⑴泵的流量指单位时间内泵所输送的液体量。⑵泵的压力p指泵排出口处单位面积上所受到的液体压强,单位为MPa⑶泵的功率和效率输入功率（主轴功率）Na－单位时间内动力机传到往复泵主动轴上的能量，kW；输出功率（有效功率）N－单位时间内液体经泵作用后所增加的能量，kW。泵的总效率η：输出功率与输入功率的比值。⑷泵速n指单位时间内活塞和柱塞的往复次数，简称冲次，单位为min-1。5.2往复泵的流量分析一、活塞的运动规律活塞位移；活塞速度；活塞加速度。二、流量及流量曲线1．平均流量Qm理论平均流量——指往复泵在单位时间内应输送的液体体积。对于缸数为i的单作用泵:Qm=iFSn(m3/min)对于缸数为i的双作用泵:Qth=i(2F-f)Sn实际平均流量为Q：Q=αQm2.瞬时流量Qcm多缸情况：往复泵一般都由几个液缸组成，在曲轴转动一周期内，几个液缸按一定规律交替吸入和排出，泵的瞬时流量由同一时刻各缸瞬时流量叠加而成。计算时要根据各曲柄间存在的角位差θ决定公式中的角参数。3.往复泵的流量曲线以曲柄转角φ为横坐标，流量为纵坐标，可作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线。①用途判断流量的均匀程度，考核指标：流量不均度δQ。②确定泵输送的液体体积曲柄转角范围内，流量曲线与横坐标所包围的面积为A，此时泵输送的液体体积为V。③检验曲柄布置是否合理对于多缸往复泵，通过绘制流量曲线，可发现各液缸瞬时流量是否叠加合理