石油鉆機概論

1、第二章第二章 石油鉆機概論石油鉆機概論 鉆機是鉆機是用于油氣勘探、開發(fā)的一整套鉆井設備整套鉆井設備。第一節(jié)第一節(jié) 鉆機的組成鉆機的組成一、地面旋轉(zhuǎn)設備一、地面旋轉(zhuǎn)設備主要組成主要組成：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤、水龍頭、鉆具、水龍頭、鉆具，頂驅(qū)鉆機配備有頂驅(qū)裝置頂驅(qū)裝置。作用：作用：轉(zhuǎn)動鉆具轉(zhuǎn)動鉆具，帶動鉆頭破碎巖石破碎巖石。1. 轉(zhuǎn)盤（參見圖轉(zhuǎn)盤（參見圖2-1） （1）轉(zhuǎn)盤的作用）轉(zhuǎn)盤的作用 鉆進時轉(zhuǎn)動鉆具轉(zhuǎn)動鉆具；井底動力時承受反扭矩；承受反扭矩； 起下鉆、下套管時承承托鉆桿或套管重量；重量； 處理事故時，造扣造扣、倒扣倒扣(上提)。 （2）轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu) 水平軸總成水平軸總成傳遞動力傳遞動力 水平

2、軸水平軸；小傘齒輪；軸承；輸入鏈輪；制動裝置(制動棘輪) 轉(zhuǎn)臺總成轉(zhuǎn)臺總成驅(qū)動方鉆桿驅(qū)動方鉆桿 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臺；大傘齒輪；主軸承；防跳軸承；方瓦；方補心方補心；泥漿密宮密封密宮密封裝置。 殼體殼體連接，儲油潤滑（靠小錐輪旋轉(zhuǎn)帶油） 2. 水龍頭水龍頭（1） 水龍頭的作用水龍頭的作用 承重承重承受鉆柱重量 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支承旋轉(zhuǎn)的鉆具 耐壓耐壓輸送高壓泥漿（2） 結(jié)構(gòu)組成與特點結(jié)構(gòu)組成與特點 承重部分承重部分：提環(huán)；殼體 旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分：中心管總成 主軸承，防跳軸承；扶正軸承主軸承，防跳軸承；扶正軸承（2個） 軸承布置軸承布置 兩扶正軸承分置于主軸承兩邊兩扶正軸承分置于主軸承兩邊（圖2-2間距大，扶正好扶

3、正好）。 耐壓耐壓： 鵝頸管；沖管總成 沖管總成為快卸密封結(jié)構(gòu)沖管總成為快卸密封結(jié)構(gòu)（易損件） 浮動沖管浮動沖管（工作時不轉(zhuǎn)動，有軸向竄動有軸向竄動。），Y形液壓自密封、快卸結(jié)構(gòu)（參見圖3-14）。 二、循環(huán)系統(tǒng)設備二、循環(huán)系統(tǒng)設備(I-4,II-4,III-4)(I-4,II-4,III-4)主要有主要有：鉆井泵鉆井泵，鉆井液凈化井液凈化、處理處理調(diào)配裝置裝置。作用作用：清洗井洗井底，攜帶帶巖屑屑，保護井護井壁，冷卻冷卻鉆頭。為為井下動力鉆具動力鉆具提供高壓動力液動力液。 三、起升系統(tǒng)設備三、起升系統(tǒng)設備主要有主要有：絞車絞車、天車、游車、大鉤、鋼繩、井架天車、游車、大鉤、鋼繩、井架。作用作

4、用：起下鉆具、下套管，控制鉆壓。上述三大系統(tǒng)是鉆機的上述三大系統(tǒng)是鉆機的三大工作機三大工作機。 四、動力驅(qū)動系統(tǒng)四、動力驅(qū)動系統(tǒng) 有：有：柴油機組、發(fā)動機組、電動機組。作用作用：提供動力。 五、傳動系統(tǒng)設備五、傳動系統(tǒng)設備聯(lián)動機組動力并車。作用作用：傳遞、分配動力。六、控制系統(tǒng)和監(jiān)測儀表六、控制系統(tǒng)和監(jiān)測儀表司鉆臺、液、氣、電控制、儀表各種鉆井儀表及隨鉆測量系統(tǒng)（MWD）。 七、鉆機底座七、鉆機底座安裝鉆井設備。鉆臺底座鉆臺底座用于安裝井架、轉(zhuǎn)盤，放置立根盒及井口工具及司鉆控制臺，安裝絞車，下方應能容納必要的井口裝置。應有足夠的高度、面積和剛性。機房底座用于安裝動力機組及傳動系統(tǒng)設備。八、輔助

5、設備八、輔助設備有供氣、水、油、暖設備、井口防噴設備。 鉆機是所有鉆井設備，包括鉆機是所有鉆井設備，包括八大八大（系統(tǒng)系統(tǒng)）設備：）設備：旋轉(zhuǎn)、循環(huán)、起升、動力、傳動、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)、起升、動力、傳動、控制、底座、輔助控制、底座、輔助。八大部件：八大部件：絞車；轉(zhuǎn)盤；水龍頭絞車；轉(zhuǎn)盤；水龍頭；大鉤；游車；天車；鉆井泵；大鉤；游車；天車；鉆井泵；柴油機；柴油機；十大部件：十大部件：加加井架；井架；聯(lián)動機組。聯(lián)動機組。 第二節(jié)第二節(jié) 鉆機分類與特點鉆機分類與特點一、分類一、分類1 按井深分按井深分 淺井（1500m）； 中深井（15003000m）； 深井（30006000m）； 超深井6000m。2

6、按驅(qū)動設備類型分按驅(qū)動設備類型分機機械驅(qū)驅(qū)動鉆機（MD）；電驅(qū)電驅(qū)動鉆機（ED）。3.按驅(qū)動方式分按驅(qū)動方式分單單獨驅(qū)驅(qū)動（各主要機組單獨驅(qū)動）；統(tǒng)統(tǒng)一驅(qū)驅(qū)動。 4按主傳動副類型分（按主傳動副類型分（從動力并車并車角度分類） 膠帶并車膠帶并車傳動膠帶鉆機；J 鏈條并車鏈條并車傳動鏈條鉆機；L 錐錐齒輪齒輪萬向軸萬向軸并車并車傳動齒輪鉆機C。5按地區(qū)和用途分按地區(qū)和用途分海洋鉆機海洋鉆機；淺海鉆機（適用與05m水深或沼澤地區(qū)）；陸地常規(guī)鉆機陸地常規(guī)鉆機；叢式井鉆機；沙漠鉆機；直升機吊運鉆機；小井眼鉆機小井眼鉆機（指90%井身直徑小于7”或70%井身直徑小于5”的井。小鉆機易運、鉆速高、套管小、成

7、本低。液壓驅(qū)動、配頂驅(qū)鉆井裝置、自動化高）；連續(xù)柔管鉆機連續(xù)柔管鉆機（連續(xù)柔管代替單根鉆桿，有繞管的卷筒。成功地用于作業(yè)機用于作業(yè)機，如沖洗、人工舉升、測井和射孔、擠水泥、井下擴孔、防砂及酸化增產(chǎn)。鉆井配合井下動力鉆具鉆井配合井下動力鉆具。） 二、鉆機特點二、鉆機特點1.大功率、傳動復雜，多工作機聯(lián)合工作。大功率、傳動復雜，多工作機聯(lián)合工作。（例JC45絞車，功率1100kW相當于：10個車間25臺機床一臺車床4kWJC45的功率）2.絞車、泵、轉(zhuǎn)盤三大機組不同時工作。絞車、泵、轉(zhuǎn)盤三大機組不同時工作。3.鉆井過程不連續(xù)鉆井過程不連續(xù)鉆進時間短，起下鉆時間長，原因換鉆頭。4.工作地區(qū)廣闊工作地

8、區(qū)廣闊（平原、山地、沙漠、沼澤、海洋），自然環(huán)境惡劣自然環(huán)境惡劣（風、沙、雨、雪），野外流動作業(yè)，要求鉆機有很強的適應地區(qū)、環(huán)境的能力和很高的移運性能。 第三節(jié)第三節(jié) 鉆機基本參數(shù)鉆機基本參數(shù)一、基本參數(shù)一、基本參數(shù)反映鉆機工作性能的數(shù)量指標稱為基本參數(shù)。鉆機基本參數(shù)十個：鉆機基本參數(shù)十個：L（名義井深）；（名義井深）；Qmax（最大鉤載）；（最大鉤載）；Qds（最大鉆柱重）；（最大鉆柱重）；Ndr（絞車功率）；（絞車功率）；Z（Zmax）有效有效繩數(shù)；繩數(shù)；dw（鋼繩直徑）；（鋼繩直徑）；Np（泵功率）；（泵功率）；Dr（轉(zhuǎn)盤通徑）；（轉(zhuǎn)盤通徑）；Hr（底座）；（底座）；H架架。 1名義井深

9、名義井深L，主參數(shù)。，主參數(shù)。推薦鉆深范圍鉆深范圍，上限為名義井深上限為名義井深。（LminLmax=L）舊系列15、20、32、45、60、80（使用5”鉆桿井深）新系列10、15、20、30、45、50、70、90、120（使用 ”鉆桿井深）。2. 最大鉤載最大鉤載Qmax在標準規(guī)定的最大繩數(shù)下最大繩數(shù)下，下套管或進行解卡等其它特殊作業(yè)時，大鉤上不允許超過的最大載荷大鉤上不允許超過的最大載荷。Qmax決定鉆機下套管和處理事故的能力，是核算是核算起升系統(tǒng)零件靜強度零件靜強度及計算轉(zhuǎn)盤、水龍頭主軸承靜載荷的依依據(jù)據(jù)。 2143. 最大鉆柱重量最大鉆柱重量Qds在標準規(guī)定的最大繩數(shù)下最大繩數(shù)下，

10、正常鉆進或進行起下作業(yè)時，大鉤所允許承受的最大鉆柱在空氣中的重大鉤所允許承受的最大鉆柱在空氣中的重量（質(zhì)量）量（質(zhì)量）【也稱額定載荷】【也稱額定載荷】。 Qds10 q.L kNq鉆柱線密度線密度（單位長度質(zhì)量），109.8g；L-最大井深，km。 二、主參數(shù)與鉆機型號二、主參數(shù)與鉆機型號 1. 主參數(shù)主參數(shù) 能直接反映反映鉆機的主要性能性能； 能用以標定鉆機型號，并作為設計、選用設計、選用鉆機的依依據(jù)據(jù)； 能影響影響和決定其它參它參數(shù)。 我國鉆機新標準規(guī)定名義鉆井深度我國鉆機新標準規(guī)定名義鉆井深度L為主參數(shù)。為主參數(shù)。 第一， L直接表明表明了鉆機的最大鉆井深鉆井深度； 第二， L影響和決定

11、其它參數(shù)影響和決定其它參數(shù)的大?。?符合符合我國以鉆機鉆井深度定型名和井隊編號井隊編號的習慣用法。我國以前用以前用Qds（最大鉆柱重量）為主參為主參數(shù)。前蘇前蘇聯(lián)和羅馬羅馬尼亞，鉆機標準采用最大鉤載最大鉤載Qmax作為主參為主參數(shù)。美國美國鉆機沒有統(tǒng)一的國家標準，各大公司生產(chǎn)的鉆機基本上以名義鉆深范圍名義鉆深范圍（LminLmax）為主參數(shù)。（1320M型鉆機，指鉆深1300020000英尺，鉆深6100m，NSCO國家供應公司，National Supply CO.） 2.2.鉆機型號鉆機型號我國石油鉆機國家標準規(guī)定了石油鉆機的型式與基本參數(shù)，適用于石油、天然氣勘探開發(fā)用鉆機。我國鉆機型號意

12、義如下： ZJ （廠家代號用一個漢語拼音表示；改型序號用啊拉伯數(shù)字表示） 鏈條并車無或為鏈條并車無或為L L；膠帶并車鉆機為；膠帶并車鉆機為J J；齒輪傳動鉆機為；齒輪傳動鉆機為C C；電驅(qū)鉆機為；電驅(qū)鉆機為D D 自行車裝鉆機為自行車裝鉆機為Z Z；半拖掛車裝鉆機為；半拖掛車裝鉆機為T T 新標準增：新標準增：Y-Y-液壓鉆機；液壓鉆機；DJ-DJ-交流電驅(qū)動鉆機；交流電驅(qū)動鉆機； DZ-DZ-直流電驅(qū)動鉆機；直流電驅(qū)動鉆機；DB-DB-交流變頻電驅(qū)動鉆機交流變頻電驅(qū)動鉆機 鉆機級別鉆機級別：以100m計的鉆機名義鉆深范圍的上限。 鉆機鉆機代號。例，ZJ32J-2；ZJ45；ZJ60D；ZJ

13、70LDBZJ70LDB：蘭石廠蘭石廠0404年生產(chǎn)年生產(chǎn)，04年8月在勝利鉆井四公司安裝試車，之后準備到四川打氣井（L L鏈條并車、鏈條并車、DBDB交流交流變頻電驅(qū)，轉(zhuǎn)盤電驅(qū)，其他機驅(qū)。變頻電驅(qū)，轉(zhuǎn)盤電驅(qū)，其他機驅(qū)。）。 三、起升系統(tǒng)參數(shù)三、起升系統(tǒng)參數(shù)1. 絞車輸入功率絞車輸入功率 Ndr 輸入軸最大功率，也稱額定功率，絞車主參數(shù)。 kWV1起升起升I檔速度檔速度，（0.40.6m/s）；游動系統(tǒng)效率；滾筒軸傳動與纏繩效率；輸入軸至滾筒前，傳動效率。Q1起升起升I檔游系載荷檔游系載荷kN。Q1= Qds+10 GtGt游車、大鉤、吊環(huán)、吊卡、鋼繩的固定重量。總之總之，絞車功率取決于絞車功

14、率取決于I檔檔起升起升速度和速度和I檔檔起升起升載荷載荷。 drbtdrVQN11tbdr2. 起升系統(tǒng)發(fā)動機功率起升系統(tǒng)發(fā)動機功率N發(fā)kN.Ndr kN儲備系數(shù)1.11.23. 游動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)游動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 鉆井繩數(shù)Z，指鉆井時采用的有效提升繩數(shù)。Zmax指鉆機配備的提升輪系所提供的最大有效繩數(shù)，用于下套管或解卡作業(yè)。例，56, 游車（輪數(shù)）游車（輪數(shù)）天車天車（輪數(shù)）（輪數(shù)），Z=52=10,死繩、快繩去掉，為有效繩數(shù)。正常用56，解卡用67（Zmax62=12）,不同鉆機結(jié)構(gòu)不同。指游車和天車及有效繩數(shù)指游車和天車及有效繩數(shù)Z，Zmax。 4鋼繩直徑鋼繩直徑dw 根據(jù)Qmax（最大鉤載最大鉤

15、載）的Pfmax（Zmax時時快繩拉快繩拉力力）決定?？炖K拉力： 游系總載荷游系總載荷 任意井深時鉆柱重 游系重最大鉤載時最大鉤載時， ，n=2（安全系數(shù)） 破斷拉力破斷拉力，由 選dw。 ttfZQPtdstGQQtQdsQLqtGtfZQPmaxmaxmaxmaxfbnPP bPbP 5. 井架高井架高 取決于立根高度取決于立根高度。新標準規(guī)定井架高能提升28m立根井架。4153m安全高度，大慶130, H架41m；ZJ45, H架43m。6. 鉆臺高度鉆臺高度取決于安裝井口裝置的高度。取決于安裝井口裝置的高度。安裝套管頭、防噴器防噴器、泥漿返出管。例，ZJ45，有4.5m，6m，7.5m。美國電美國電驅(qū)鉆鉆機鉆臺高高9.6m，安裝雙閘板、萬能防噴器?！?003年12月23日，重慶開縣發(fā)生天然氣井噴事故，受硫化氫中毒，死亡243人。事故之后，要求井隊必須安裝防噴器，防噴器，生產(chǎn)防噴器的廠家效益看好?！?nWLNr36. 0四、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)四、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1. 轉(zhuǎn)盤名義直徑轉(zhuǎn)盤名義直徑為轉(zhuǎn)盤主參主參數(shù)Dr，取出大方瓦后，轉(zhuǎn)盤內(nèi)通取出大方瓦后，轉(zhuǎn)盤內(nèi)通徑徑，最大號鉆頭能通過。2. 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：250300r/min，有倒檔。，有倒檔。3. 轉(zhuǎn)盤功率（用經(jīng)驗式計算）轉(zhuǎn)盤功率（用經(jīng)驗式計算） 馬力 （1馬力0.735kW）n轉(zhuǎn)速,r/min；W單位鉆壓單位鉆壓（t/英寸