第二章石油鉆機(jī)總論

1、第二章第二章 石油鉆機(jī)總論石油鉆機(jī)總論2-1 概述概述2-2 機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)2-3 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 本章簡(jiǎn)要介紹鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、類型、特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)類型，傳動(dòng)方式，基本參數(shù)及我國(guó)石油礦場(chǎng)正在使用的幾種石油鉆機(jī)，并了解幾種機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)和技術(shù)性能。2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型附：本節(jié)復(fù)習(xí)題附：本節(jié)復(fù)習(xí)題四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列一、鉆機(jī)分類石油鉆機(jī)：用來鉆油、氣井的一整套鉆井設(shè)備。鉆機(jī)隨著某種鉆井方法、鉆井工藝的出現(xiàn)而產(chǎn)生，

2、又隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)生相應(yīng)的變化。1. 按鉆井深度：淺井鉆機(jī)、中深井鉆機(jī)、深井鉆機(jī)、超深井鉆機(jī)2. 主傳動(dòng)副類型：膠帶并車傳動(dòng)（皮帶鉆機(jī)）、鏈條并車傳動(dòng)（鏈條鉆機(jī)）、錐齒輪萬向軸并車傳動(dòng)（齒輪鉆機(jī)）皮帶并車傳動(dòng)的鉆機(jī)，指的是采用三角膠帶作為鉆機(jī)的主傳動(dòng)副，用皮帶將多臺(tái)動(dòng)力機(jī)組并車，去統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)各工作機(jī)組及輔助設(shè)備，并用皮帶傳動(dòng)泵。鏈條并車傳動(dòng)的鉆機(jī)：采用鏈條作為主傳動(dòng)副；24臺(tái)柴油機(jī)變矩器（或偶合器）驅(qū)動(dòng)機(jī)組，用多排小節(jié)距套筒滾子鏈條并車，統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)各工作機(jī)，一般仍用皮帶傳動(dòng)泵。 ZJ45是國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)鏈條鉆機(jī)：1）柴油機(jī)液力變矩器柔性驅(qū)動(dòng)；2）采用高強(qiáng)度高精度套筒滾子鏈并車傳動(dòng)。錐齒輪萬向

3、軸并車傳動(dòng)的鉆機(jī)：采用萬向軸、齒輪作為主傳動(dòng)副，柴油機(jī)變矩器驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)組帶一個(gè)螺旋錐齒輪箱組成一個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)組，采用大功率萬向軸并車傳動(dòng)，并用萬向軸傳動(dòng)泵。3. 驅(qū)動(dòng)設(shè)備類型：機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（MD）、電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（ED）機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，指的是以柴油機(jī)為動(dòng)力，通過液力變矩器、鏈條、齒輪、三角膠帶等不同組合的傳動(dòng)形式所驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。依所采用的主傳動(dòng)副類型，機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)可分為：萬向軸錐齒輪并車傳動(dòng)鉆機(jī)（齒輪鉆機(jī)）、三角膠帶并車傳動(dòng)的鉆機(jī)（膠帶鉆機(jī)）、鏈條并車傳動(dòng)的鉆機(jī)（鏈條鉆機(jī)）。 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)：DZ-200鉆機(jī)特點(diǎn)：柴油機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；柴油機(jī)發(fā)電機(jī)泵，構(gòu)成特殊的機(jī)泵組；直流發(fā)電機(jī)兩端出軸頭，柴

4、油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，又帶動(dòng)泵，鉆井泵是電驅(qū)動(dòng)；三分組獨(dú)立驅(qū)動(dòng)：絞車、轉(zhuǎn)盤、泵分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。 4. 使用地區(qū)和用途：陸地常規(guī)鉆機(jī)、海洋鉆機(jī)、特種鉆機(jī)等 常規(guī)鉆機(jī)：陸用轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，是鉆井設(shè)備的基本形式（通常所說的鉆機(jī)類型）；海洋鉆井設(shè)備：由陸用鉆井設(shè)備和造船技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生；特種鉆機(jī)：為適應(yīng)各種地理環(huán)境和地質(zhì)條件，加快鉆井速度、降低鉆井成本、提高鉆井經(jīng)濟(jì)效益而研制，如沙漠鉆機(jī)、叢式井鉆機(jī)、斜井鉆機(jī)、直升飛機(jī)吊運(yùn)的鉆機(jī)等。 2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列六、鉆

5、機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列一、鉆機(jī)的組成地面旋轉(zhuǎn)送進(jìn)設(shè)備循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備起升系統(tǒng)設(shè)備動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)顯示儀表鉆機(jī)底座輔助設(shè)備 其中，地面旋轉(zhuǎn)送進(jìn)設(shè)備、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備和起升系統(tǒng)設(shè)備三大系統(tǒng)設(shè)備直接服務(wù)于鉆井生產(chǎn)，是鉆機(jī)的三大工作機(jī)。石油鉆機(jī)由多種機(jī)器設(shè)備組成，是具有多種功能的聯(lián)合工作機(jī)組，陸地上主要使用轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，也稱常規(guī)鉆機(jī)，主要包括以下八大系統(tǒng)：為了轉(zhuǎn)動(dòng)井中鉆具、帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，以不斷破碎巖石，地面旋轉(zhuǎn)送進(jìn)設(shè)備配備有轉(zhuǎn)盤和水龍頭。井中鉆具主要有鉆柱（包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌等）和鉆頭組成?，F(xiàn)代鉆機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)鉆頭自動(dòng)給進(jìn)，還配備有鉆具自動(dòng)送進(jìn)裝置。 1）轉(zhuǎn)動(dòng)井中鉆具，傳遞足夠大的扭矩和

6、必要的轉(zhuǎn)速； 2）下套管或起下鉆時(shí)，承托井中全部套管柱或鉆桿柱重量； 3）完成卸鉆頭、卸扣，處理事故時(shí)倒扣、進(jìn)扣等輔助工作； 4）渦輪鉆井時(shí)，轉(zhuǎn)盤制動(dòng)上部鉆桿柱，以承受反扭矩。 水龍頭通過提環(huán)掛在大鉤上，可隨大鉤運(yùn)行而上提下放；下部接方鉆桿，連接下井鉆具；上部通過鵝頸管與水龍袋相連。 功用： 1）懸持旋轉(zhuǎn)著的鉆桿柱，承受大部分乃至全部鉆具重量； 2）向轉(zhuǎn)動(dòng)著的鉆桿柱內(nèi)引輸高壓鉆井液。可見，水龍頭是提升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)三大工作機(jī)組相匯交的“關(guān)鍵”部件。 為了及時(shí)清洗井底，攜帶巖屑，保護(hù)井壁，鉆機(jī)配備有全套鉆井液的循環(huán)設(shè)備，如鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化及調(diào)配設(shè)備（固控設(shè)備）等。 在鉆進(jìn)過程中，為

7、了攜帶井底的巖屑和供給井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力，用于向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復(fù)泵，稱鉆井泵或泥漿泵。 鉆井過程中，從井底返回地面的泥漿中含有大量的巖屑和砂粒，經(jīng)過泥漿池和沉淀池的自然沉降，其中的固相顆粒只能稍稍減少，繼續(xù)使用這種泥漿，必然會(huì)有相當(dāng)一部分巖屑和砂粒隨泥漿進(jìn)入鉆井泵，并被再次送入井底，造成鉆井泵易損件和鉆頭壽命大大縮短，鉆頭進(jìn)尺減少，鉆速顯著降低，甚至?xí)斐摄@井過程中鉆桿遇卡事故。 泥漿凈化裝置是鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的重要組成部分，其基本作用是減少或控制泥漿中固體顆粒的含量，以便改善鉆井泵和其它設(shè)備的工作條件，提高鉆井效果。除砂器除泥器 起升系統(tǒng)設(shè)備由鉆井絞車、輔助絞車、游動(dòng)系統(tǒng)（鋼絲繩、

8、天車、游動(dòng)滑車及大鉤）和井架組成；以起下鉆具、下套管，輔助完成鉆井生產(chǎn)。 此外，還有用于起下鉆操作的井口工具及機(jī)械化設(shè)備（吊卡、卡瓦、動(dòng)力大鉗、立根移運(yùn)機(jī)構(gòu)等）。 1）起下鉆具、下套管； 2）鉆進(jìn)過程中控制鉆壓、送進(jìn)鉆具； 3）借助貓頭，上、卸鉆具絲扣，起吊重物及進(jìn)行其他輔助工作； 4）充當(dāng)轉(zhuǎn)盤的變速機(jī)構(gòu)或中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)； 5）整體起放井架。絞車的剎車包括主剎車和輔助剎車。 主剎車是機(jī)械式的，稱機(jī)械剎車或帶剎車，或通常所說的“剎車機(jī)構(gòu)”。 輔助剎車包括水剎車和電磁渦流剎車。功用： 1）下鉆、下套管時(shí)，剎慢或剎住滾筒，控制下放速度，懸持鉆具； 2）正常鉆進(jìn)時(shí)，控制滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)鉆壓，送進(jìn)鉆具。

9、通過葉片和液流的相互作用，以吸收下鉆時(shí)產(chǎn)生的大部分動(dòng)能（轉(zhuǎn)化成熱能釋放掉），從而大大減輕帶剎車的負(fù)擔(dān)。滾筒軸離合器主軸轉(zhuǎn)子定子利用渦電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與固定磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生制動(dòng)力矩。 1) 安放天車，懸掛游車、大鉤及專用工具（吊鉗等），在鉆井過程中，進(jìn)行起下鉆具、下套管操作； 2) 起下鉆過程中，用以存放立根，能容納立根的總長(zhǎng)度稱立根長(zhǎng)度。 作用：動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，或稱動(dòng)力機(jī)組，提供三大工作機(jī)組及其輔助機(jī)組需要的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。 類型：內(nèi)燃機(jī)及其供油設(shè)備，交流、直流電機(jī)及其供電、保護(hù)、控制設(shè)備等。 作用：連接發(fā)動(dòng)機(jī)與工作機(jī)，實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)設(shè)備到工作機(jī)組的能量傳遞、分配以及運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換。鉆機(jī)的能量傳遞與

10、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換：鉆進(jìn)時(shí)，鉆井泵和轉(zhuǎn)盤工作；起升時(shí)，絞車和游動(dòng)系統(tǒng)工作。 傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)包括減速、并車、轉(zhuǎn)向、倒轉(zhuǎn)及變速機(jī)構(gòu)等。 傳動(dòng)形式：現(xiàn)代鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，除機(jī)械傳動(dòng)外，尚有液力傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電傳動(dòng)等形式。 鉆機(jī)配備控制裝置，是為了指揮各機(jī)組協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作； 常用的有機(jī)械控制、氣控、電控、液控、以及電、氣、液混合控制。 現(xiàn)代機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，普遍采用集中氣控制。 鉆機(jī)底座，包括鉆臺(tái)底座和機(jī)房底座，用以安裝鉆井設(shè)備，方便鉆井設(shè)備的移運(yùn)。 鉆臺(tái)底座用于安裝井架、轉(zhuǎn)盤，放置立根盒及必要的井口工具，多數(shù)還要安裝絞車，下方應(yīng)能容納必要的井口設(shè)備，因此必須具有足夠的高度、面積和剛性。輔助設(shè)備包括：供氣設(shè)備、輔助發(fā)電設(shè)

11、備、井口防噴設(shè)備、鉆鼠洞設(shè)備、輔助起重設(shè)備、保溫設(shè)備等。2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列機(jī)械驅(qū)動(dòng)：柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；柴油機(jī)液力傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。電驅(qū)動(dòng)：交流發(fā)電機(jī)交流電動(dòng)機(jī)（AC-AC）；直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)（DC-DC）；交流發(fā)電機(jī)可控硅整流直流電動(dòng)機(jī)（AC-SCR-DC）。 現(xiàn)代陸上鉆機(jī)廣泛采用柴油機(jī)液力變矩器驅(qū)動(dòng)，但深井鉆機(jī)正日益多地采用電驅(qū)動(dòng)； 海洋鉆機(jī)全部是電驅(qū)動(dòng)：鉆井船在海上工作，獨(dú)立發(fā)電、用電；電驅(qū)動(dòng)便于布置鉆井設(shè)備。

12、2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)：機(jī)械傳動(dòng)；柴油機(jī)液力驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)：機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)；電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)：電傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)液壓鉆機(jī)：液壓傳動(dòng)（靜液傳動(dòng)）2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列六、鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列鉆機(jī)是大功率、多工作機(jī)聯(lián)合工作的重型機(jī)械有起升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)三大工

13、作機(jī)組，且各機(jī)組所需能量大小和運(yùn)動(dòng)特性各不相同，也不同時(shí)工作；而驅(qū)動(dòng)設(shè)備不但具有多類型（柴油機(jī)、柴油機(jī)變矩器、電動(dòng)機(jī)等）多臺(tái)的特點(diǎn)，而且特性單一。鉆井操作不連續(xù)，其中輔助生產(chǎn)的起下操作耗費(fèi)了巨大的能量。工作地區(qū)廣闊，自然條件惡劣，野外流動(dòng)作業(yè)，要求鉆機(jī)有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和很高的移運(yùn)性能。機(jī)械化自動(dòng)化程度低，手工操作繁重，工業(yè)衛(wèi)生條件差。 這就對(duì)石油產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的現(xiàn)代化水平提出了要求：現(xiàn)代設(shè)計(jì)法，產(chǎn)品系列化、部件通用化、零件標(biāo)準(zhǔn)化。2-1 2-1 概述概述二、二、鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成 一、一、鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 三、三、驅(qū)動(dòng)類型驅(qū)動(dòng)類型四、四、傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式五、五、鉆機(jī)特點(diǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)六、六、鉆機(jī)基

14、本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列鉆機(jī)基本參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)系列基本參數(shù)定義 ：反映鉆機(jī)工作性能的數(shù)量指標(biāo)，稱為基本參數(shù)。如Q柱（最大鉆柱重量），Qmax（最大鉤載），L（名義鉆井深度）等，表明了鉆機(jī)基本工作性能，是鉆機(jī)的基本參數(shù)。用途：基本參數(shù)是設(shè)計(jì)、選用鉆機(jī)、對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造的依據(jù)，是鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列的組成元素。 最大鉆柱重量Q柱：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鉆井繩數(shù)下，正常鉆進(jìn)或進(jìn)行起下作業(yè)時(shí)，大鉤所允許承受的最大鉆柱在空氣中的重量； Q柱是計(jì)算鉆機(jī)起升系統(tǒng)零件疲勞強(qiáng)度的依據(jù)。最大鉤載Qmax：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大繩數(shù)下，下套管或進(jìn)行解卡等其它特殊作業(yè)時(shí)，大鉤上不允許超過的最大載荷。 Qmax決定鉆機(jī)下套管和處理事故的能力，是計(jì)算起升

15、系統(tǒng)零件靜強(qiáng)度的依據(jù)。Qmax/ Q柱稱為鉤載儲(chǔ)備系數(shù)。 鉤載儲(chǔ)備系數(shù)大，表明該鉆機(jī)下套管、處理事故能力強(qiáng)；過大，又會(huì)導(dǎo)致起升系統(tǒng)零部件過于笨重，浪費(fèi)材料。提升系統(tǒng)繩數(shù)：鉆井繩數(shù)指的是鉆井時(shí)采用的繩數(shù)；最大繩數(shù)指的是鉆機(jī)配備的輪系所提供的最大繩數(shù)。其它：鋼絲繩直徑、可配置每臺(tái)鉆井泵功率、轉(zhuǎn)盤開口名義直徑、鉆臺(tái)高度等。 在基本參數(shù)中，選定一個(gè)最重要的作為主參數(shù)，它應(yīng)能： 直接反映鉆機(jī)的主要性能； 能用以標(biāo)定鉆機(jī)的型名，并可作為設(shè)計(jì)選用鉆機(jī)的依據(jù)； 能決定其它參數(shù)。 我國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定名義鉆井深度L為主參數(shù)，是依據(jù)： L直接表明鉆機(jī)打井能力； L影響和決定其它參數(shù)的大?。?符合我國(guó)以鉆機(jī)鉆深定型名和井

16、隊(duì)編號(hào)的習(xí)慣用法。 名義鉆井深度L （名義鉆深范圍上限），又稱額定鉆井深度：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鉆井繩數(shù)下，使用127mm（5in）鉆桿時(shí)，可鉆達(dá)的最大井深。系列化概念：以最少的產(chǎn)品品種滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，便于產(chǎn)品制造、維修以及備件供應(yīng)，達(dá)到生產(chǎn)、使用最合理、經(jīng)濟(jì)，并有利于開展國(guó)際技術(shù)交流與合作。建立鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列指的是： 選定主參數(shù)； 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要使主參數(shù)系列化（將鉆機(jī)分級(jí)）； 再據(jù)以擬定其它基本參數(shù)，形成鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列。 選定主參數(shù)：名義鉆井深度L； 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要使主參數(shù)系列化（將鉆機(jī)分級(jí)） ：15、20、32、45、60、80； 再據(jù)以擬定其它基本參數(shù)，形成鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列。ZJ廠家代號(hào)（拼音字母）及改型序號(hào)（阿拉伯?dāng)?shù)字）鉆機(jī)特征：鏈條抽油機(jī)用L表示；三角膠帶并車鉆機(jī)用J表示；齒輪傳動(dòng)鉆機(jī)用C表示；電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)用D表示；自行式車裝鉆機(jī)用Z表示；半拖掛車裝鉆機(jī)用T表示