石油鉆機(jī)概論

1、第二章第二章 石油鉆機(jī)概論石油鉆機(jī)概論 鉆機(jī)是鉆機(jī)是用于油氣勘探、開(kāi)發(fā)的一整套鉆井設(shè)備整套鉆井設(shè)備。第一節(jié)第一節(jié) 鉆機(jī)的組成鉆機(jī)的組成一、地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備一、地面旋轉(zhuǎn)設(shè)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(jī)配備有頂驅(qū)裝置頂驅(qū)裝置。作用：作用：轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，帶動(dòng)鉆頭破碎巖石破碎巖石。1. 轉(zhuǎn)盤（參見(jiàn)圖轉(zhuǎn)盤（參見(jiàn)圖2-1） （1）轉(zhuǎn)盤的作用）轉(zhuǎn)盤的作用 鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具；井底動(dòng)力時(shí)承受反扭矩；承受反扭矩； 起下鉆、下套管時(shí)承承托鉆桿或套管重量；重量； 處理事故時(shí)，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(dòng)力傳遞動(dòng)力 水平

2、軸水平軸；小傘齒輪；軸承；輸入鏈輪；制動(dòng)裝置(制動(dòng)棘輪) 轉(zhuǎn)臺(tái)總成轉(zhuǎn)臺(tái)總成驅(qū)動(dòng)方鉆桿驅(qū)動(dòng)方鉆桿 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)；大傘齒輪；主軸承；防跳軸承；方瓦；方補(bǔ)心方補(bǔ)心；泥漿密宮密封密宮密封裝置。 殼體殼體連接，儲(chǔ)油潤(rùn)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(diǎn)結(jié)構(gòu)組成與特點(diǎn) 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(gè)） 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(dòng)沖管浮動(dòng)沖管（工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，有軸向竄動(dòng)有軸向竄動(dòng)。），Y形液壓自密封、快卸結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖3-14）。 二、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備二、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)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(hù)井護(hù)井壁，冷卻冷卻鉆頭。為為井下動(dòng)力鉆具動(dòng)力鉆具提供高壓動(dòng)力液動(dòng)力液。 三、起升系統(tǒng)設(shè)備三、起升系統(tǒng)設(shè)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(jī)的上述三大系統(tǒng)是鉆機(jī)的三大工作機(jī)三大工作機(jī)。 四、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)四、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 有：有：柴油機(jī)組、發(fā)動(dòng)機(jī)組、電動(dòng)機(jī)組。作用作用：提供動(dòng)力。 五、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備五、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)機(jī)組動(dòng)力并車。作用作用：傳遞、分配動(dòng)力。六、控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)儀表六、控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)儀表司鉆臺(tái)、液、氣、電控制、儀表各種鉆井儀表及隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（MWD）。 七、鉆機(jī)底座七、鉆機(jī)底座安裝鉆井設(shè)備。鉆臺(tái)底座鉆臺(tái)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(tái)，安裝絞車，下方應(yīng)能容納必要的井口裝置。應(yīng)有足夠的高度、面積和剛性。機(jī)房底座用于安裝動(dòng)力機(jī)組及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備。八、輔助

5、設(shè)備八、輔助設(shè)備有供氣、水、油、暖設(shè)備、井口防噴設(shè)備。 鉆機(jī)是所有鉆井設(shè)備，包括鉆機(jī)是所有鉆井設(shè)備，包括八大八大（系統(tǒng)系統(tǒng)）設(shè)備：）設(shè)備：旋轉(zhuǎn)、循環(huán)、起升、動(dòng)力、傳動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)、起升、動(dòng)力、傳動(dòng)、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(jī)；柴油機(jī)；十大部件：十大部件：加加井架；井架；聯(lián)動(dòng)機(jī)組。聯(lián)動(dòng)機(jī)組。 第二節(jié)第二節(jié) 鉆機(jī)分類與特點(diǎn)鉆機(jī)分類與特點(diǎn)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(dòng)設(shè)備類型分按驅(qū)動(dòng)設(shè)備類型分機(jī)機(jī)械驅(qū)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（MD）；電驅(qū)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)（ED）。3.按驅(qū)動(dòng)方式分按驅(qū)動(dòng)方式分單單獨(dú)驅(qū)驅(qū)動(dòng)（各主要機(jī)組單獨(dú)驅(qū)動(dòng)）；統(tǒng)統(tǒng)一驅(qū)驅(qū)動(dòng)。 4按主傳動(dòng)副類型分（按主傳動(dòng)副類型分（從動(dòng)力并車并車角度分類） 膠帶并車膠帶并車傳動(dòng)膠帶鉆機(jī)；J 鏈條并車鏈條并車傳動(dòng)鏈條鉆機(jī)；L 錐錐齒輪齒輪萬(wàn)向軸萬(wàn)向軸并車并車傳動(dòng)齒輪鉆機(jī)C。5按地區(qū)和用途分按地區(qū)和用途分海洋鉆機(jī)海洋鉆機(jī)；淺海鉆機(jī)（適用與05m水深或沼澤地區(qū)）；陸地常規(guī)鉆機(jī)陸地常規(guī)鉆機(jī)；叢式井鉆機(jī)；沙漠鉆機(jī)；直升機(jī)吊運(yùn)鉆機(jī)；小井眼鉆機(jī)小井眼鉆機(jī)（指90%井身直徑小于7”或70%井身直徑小于5”的井。小鉆機(jī)易運(yùn)、鉆速高、套管小、成

7、本低。液壓驅(qū)動(dòng)、配頂驅(qū)鉆井裝置、自動(dòng)化高）；連續(xù)柔管鉆機(jī)連續(xù)柔管鉆機(jī)（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(jī)用于作業(yè)機(jī)，如沖洗、人工舉升、測(cè)井和射孔、擠水泥、井下擴(kuò)孔、防砂及酸化增產(chǎn)。鉆井配合井下動(dòng)力鉆具鉆井配合井下動(dòng)力鉆具。） 二、鉆機(jī)特點(diǎn)二、鉆機(jī)特點(diǎn)1.大功率、傳動(dòng)復(fù)雜，多工作機(jī)聯(lián)合工作。大功率、傳動(dòng)復(fù)雜，多工作機(jī)聯(lián)合工作。（例JC45絞車，功率1100kW相當(dāng)于：10個(gè)車間25臺(tái)機(jī)床一臺(tái)車床4kWJC45的功率）2.絞車、泵、轉(zhuǎn)盤三大機(jī)組不同時(shí)工作。絞車、泵、轉(zhuǎn)盤三大機(jī)組不同時(shí)工作。3.鉆井過(guò)程不連續(xù)鉆井過(guò)程不連續(xù)鉆進(jìn)時(shí)間短，起下鉆時(shí)間長(zhǎng)，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(fēng)、沙、雨、雪），野外流動(dòng)作業(yè)，要求鉆機(jī)有很強(qiáng)的適應(yīng)地區(qū)、環(huán)境的能力和很高的移運(yùn)性能。 第三節(jié)第三節(jié) 鉆機(jī)基本參數(shù)鉆機(jī)基本參數(shù)一、基本參數(shù)一、基本參數(shù)反映鉆機(jī)工作性能的數(shù)量指標(biāo)稱為基本參數(shù)。鉆機(jī)基本參數(shù)十個(gè)：鉆機(jī)基本參數(shù)十個(gè)：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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大繩數(shù)下最大繩數(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(guò)的最大載荷大鉤上不允許超過(guò)的最大載荷。Qmax決定鉆機(jī)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(qiáng)度零件靜強(qiáng)度及計(jì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大繩數(shù)下最大繩數(shù)下，

10、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(zhǎng)度質(zhì)量），109.8g；L-最大井深，km。 二、主參數(shù)與鉆機(jī)型號(hào)二、主參數(shù)與鉆機(jī)型號(hào) 1. 主參數(shù)主參數(shù) 能直接反映反映鉆機(jī)的主要性能性能； 能用以標(biāo)定鉆機(jī)型號(hào)，并作為設(shè)計(jì)、選用設(shè)計(jì)、選用鉆機(jī)的依依據(jù)據(jù)； 能影響影響和決定其它參它參數(shù)。 我國(guó)鉆機(jī)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定名義鉆井深度我國(guó)鉆機(jī)新標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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)的大小； 符合符合我國(guó)以鉆機(jī)鉆井深度定型名和井隊(duì)編號(hào)井隊(duì)編號(hào)的習(xí)慣用法。我國(guó)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(jī)標(biāo)準(zhǔn)采用最大鉤載最大鉤載Qmax作為主參為主參數(shù)。美國(guó)美國(guó)鉆機(jī)沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各大公司生產(chǎn)的鉆機(jī)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(jī)，指鉆深1300020000英尺，鉆深6100m，NSCO國(guó)家供應(yīng)公司，National Supply CO.） 2.2.鉆機(jī)型號(hào)鉆機(jī)型號(hào)我國(guó)石油鉆機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石油鉆機(jī)的型式與基本參數(shù)，適用于石油、天然氣勘探開(kāi)發(fā)用鉆機(jī)。我國(guó)鉆機(jī)型號(hào)意

12、義如下： ZJ （廠家代號(hào)用一個(gè)漢語(yǔ)拼音表示；改型序號(hào)用啊拉伯?dāng)?shù)字表示） 鏈條并車無(wú)或?yàn)殒湕l并車無(wú)或?yàn)長(zhǎng) L；膠帶并車鉆機(jī)為；膠帶并車鉆機(jī)為J J；齒輪傳動(dòng)鉆機(jī)為；齒輪傳動(dòng)鉆機(jī)為C C；電驅(qū)鉆機(jī)為；電驅(qū)鉆機(jī)為D D 自行車裝鉆機(jī)為自行車裝鉆機(jī)為Z Z；半拖掛車裝鉆機(jī)為；半拖掛車裝鉆機(jī)為T T 新標(biāo)準(zhǔn)增：新標(biāo)準(zhǔn)增：Y-Y-液壓鉆機(jī)；液壓鉆機(jī)；DJ-DJ-交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)； DZ-DZ-直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；DB-DB-交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 鉆機(jī)級(jí)別鉆機(jī)級(jí)別：以100m計(jì)的鉆機(jī)名義鉆深范圍的上限。 鉆機(jī)鉆機(jī)代號(hào)。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(zhǔn)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(jī)驅(qū)。變頻電驅(qū)，轉(zhuǎn)盤電驅(qū)，其他機(jī)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(dòng)系統(tǒng)效率；滾筒軸傳動(dòng)與纏繩效率；輸入軸至滾筒前，傳動(dòng)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(dòng)機(jī)功率起升系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率N發(fā)kN.Ndr kN儲(chǔ)備系數(shù)1.11.23. 游動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)游動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 鉆井繩數(shù)Z，指鉆井時(shí)采用的有效提升繩數(shù)。Zmax指鉆機(jī)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(jī)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(shí)時(shí)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(shí)鉆柱重 游系重最大鉤載時(shí)最大鉤載時(shí)， ，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(biāo)準(zhǔn)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(tái)高度鉆臺(tái)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(guó)電美國(guó)電驅(qū)鉆鉆機(jī)鉆臺(tái)高高9.6m，安裝雙閘板、萬(wàn)能防噴器?！?003年12月23日，重慶開(kāi)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(duì)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(hào)鉆頭能通過(guò)。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(yàn)式計(jì)算）轉(zhuǎn)盤功率（用經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算） 馬力 （1馬力0.735kW）n轉(zhuǎn)速,r/min；W單位鉆壓?jiǎn)挝汇@壓（t/英寸