石油鉆采機(jī)械概論總結(jié)

石油鉆采機(jī)械概論

課程總結(jié)引言

本課程共上十章，分鉆井機(jī)械和采油機(jī)械兩大部分。一、油氣藏與油氣田二、含油氣盆地三、油氣勘探目前油氣勘探的主要方法和技術(shù)有四種：即地面地質(zhì)法、地球物理法、遙感技術(shù)和鉆探法。各自特點(diǎn)。第一章鉆井工藝概述1.1鉆井方法一、機(jī)械鉆井法1.頓鉆鉆井法2．

旋轉(zhuǎn)鉆井法二、鉆井工藝過程1．鉆前預(yù)備2．鉆進(jìn)過程：起、下鉆；正常鉆進(jìn)。3．固井4．完井5．鉆井事故的處置三、平衡壓力鉆井含義；目的；關(guān)鍵；技術(shù)保證。1.2鉆井技術(shù)的新開展一．欠平衡鉆井(原理;優(yōu)點(diǎn);適用于地層條件;方法;主要設(shè)備〕。二、深、超深井鉆井技術(shù)三、程度井技術(shù)四、小井眼鉆井技術(shù)五、延續(xù)柔管鉆井技術(shù)第二章石油鉆機(jī)概論2.1鉆機(jī)的組成鉆機(jī)包括：驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、起升、循環(huán)設(shè)備，輔助設(shè)備和丈量?jī)x表。一、地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備主要組成：轉(zhuǎn)盤、水龍頭、鉆具，頂驅(qū)鉆機(jī)配備有頂驅(qū)安裝。作用：轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，帶動(dòng)鉆頭破碎巖石。二、循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備主要有：鉆井泵，鉆井液凈化、處置調(diào)配安裝。作用：清洗井底，攜帶巖屑，維護(hù)井壁，冷卻鉆頭。三、起升系統(tǒng)設(shè)備主要有：絞車、天車、游車、大鉤、鋼繩、井架。作用：起下鉆具、下套管，控制鉆壓。四、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有：柴油機(jī)組、發(fā)動(dòng)機(jī)組、電動(dòng)機(jī)組。作用：提供動(dòng)力。五、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)機(jī)組—?jiǎng)恿Σ④嚒Ｗ饔茫簜魉汀⒎峙鋭?dòng)力。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丈量系統(tǒng)〔MWD〕。七、鉆機(jī)底座安裝鉆井設(shè)備。八、輔助設(shè)備鉆機(jī)八大〔系統(tǒng)〕設(shè)備：旋轉(zhuǎn)、循環(huán)、起升、動(dòng)力、傳動(dòng)、控制、底座、輔助。八大部件：絞車；轉(zhuǎn)盤；水龍頭；大鉤；游車；天車；鉆井泵；柴油機(jī)。2.2鉆機(jī)分類與特點(diǎn)一、分類方法二、鉆機(jī)特點(diǎn)1.大功率、傳動(dòng)復(fù)雜，多任務(wù)機(jī)結(jié)合任務(wù)；2.絞車、泵、轉(zhuǎn)盤三大機(jī)組不同時(shí)任務(wù)；3.鉆井過程不延續(xù)；4.任務(wù)地域?qū)拸V，自然環(huán)境惡劣。2.3鉆機(jī)根本參數(shù)一、根本參數(shù)反映鉆機(jī)任務(wù)性能的數(shù)量目的稱為根本參數(shù)。十個(gè)：L〔名義井深〕；Qhmax〔最大鉤載〕；Qstmax〔最大鉆柱重〕；Ndr〔絞車功率〕；Z(有效繩數(shù))；dw〔鋼繩直徑〕；Np〔泵功率〕；Dr〔轉(zhuǎn)盤通徑〕；Hr〔底座高度〕；Hd〔井架高度〕。二、主參數(shù)與鉆機(jī)型號(hào)1.主參數(shù)我國(guó)鉆機(jī)規(guī)范規(guī)定名義鉆井深度L為主參數(shù)。2.鉆機(jī)型號(hào)ZJ□□□三、起升系統(tǒng)參數(shù)1．輸入軸最大功率，也稱額定功率，絞車主參數(shù)。kW式中：Q1=Qstmax+Gt2．游動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造鉆井繩數(shù)Z：指鉆井時(shí)采用的有效提升繩數(shù)。最大繩數(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)。3．鋼繩直徑dw根據(jù)Qmax〔最大鉤載〕的Pfmax〔Zmax時(shí)快繩拉力〕決議。4．快繩最大拉力起升時(shí)：5.井架高度：取決于立根高度。6.鉆臺(tái)高度：取決于安裝井口安裝的高度。四、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)1.

轉(zhuǎn)盤名義直徑2.

最高轉(zhuǎn)速3.

最大靜負(fù)荷4.最大任務(wù)扭矩五、鉆井泵功率Np輸入軸功率，額定功率

kW第三章石油鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)3.1機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是指以柴油機(jī)為動(dòng)力，經(jīng)過不同組合的傳動(dòng)方式所驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。根據(jù)主傳動(dòng)副類型，分為齒輪、膠帶和鏈條鉆機(jī)。傳動(dòng)系統(tǒng)圖分析方法。3.2電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)電驅(qū)鉆機(jī)—任務(wù)機(jī)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。一、分類1.交流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電機(jī)〔或工業(yè)電網(wǎng)〕→交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)〔AC→AC〕；2.直流電驅(qū)鉆機(jī)：即直流發(fā)電機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)〔DC→DC〕；3.可控硅整流直流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電機(jī)→可控硅整流→直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)〔AC→SCR→DC〕；4.交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，即交流發(fā)電機(jī)→變頻調(diào)速器→交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

二、優(yōu)點(diǎn)1.傳動(dòng)效率高，較機(jī)械傳動(dòng)高16%；2.無級(jí)變速〔在某機(jī)械檔下，無級(jí)變速〕；3.簡(jiǎn)化傳動(dòng)、控制，易裝調(diào)整，自動(dòng)維護(hù)。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性一、電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能1.機(jī)械特性電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩M之間變化關(guān)系，稱機(jī)械特性。2.特性硬度轉(zhuǎn)速n不隨轉(zhuǎn)矩M變，為特硬特性；n隨M添加而下降不大，為硬特性；n隨M添加而加速下降，為軟特性。3.固有機(jī)械特性電機(jī)的電壓、頻率〔交流〕、勵(lì)磁〔激磁〕電流為額定值，其電機(jī)回路上無附加電阻時(shí)所具有的特性。4.人為特性人為調(diào)理電壓、頻率、電流所得到的特性，稱人為特性。二、交流電機(jī)特性〔固有〕1.

同步電動(dòng)機(jī)〔1〕定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速〔n〕與〔定子〕旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速〔n0〕一樣〔通交流電〕，故稱同步電機(jī)，特硬特性?！?〕任務(wù)原理：定子繞組通三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通直流電構(gòu)成直流勵(lì)磁磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖〔吸〕著以同步轉(zhuǎn)速一同旋轉(zhuǎn)，即n=n0。

同步電機(jī)啟動(dòng)性能差，用于不常啟動(dòng)、不變速場(chǎng)所?！?〕同步電機(jī)采用異步啟動(dòng)法。異步啟動(dòng)：定子通電構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，之后轉(zhuǎn)子再通直流電，實(shí)現(xiàn)異步啟動(dòng)，同步任務(wù)。2.異步電動(dòng)機(jī)

一、定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，稱異步電機(jī)。二、任務(wù)原理屬于硬特性：異步電機(jī)常用于驅(qū)動(dòng)絞車和轉(zhuǎn)盤。改動(dòng)定子電壓、電流頻率、定子和轉(zhuǎn)子串阻都可改動(dòng)特性。三、直流電機(jī)特性定子〔通直流〕構(gòu)成固定磁極，轉(zhuǎn)子電樞通電，磁力作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)?！咀笫侄敲磁袆e：掌心對(duì)N，四指－電流，母指－力】1.直流電機(jī)類型按勵(lì)磁繞組〔定子〕與電樞繞組〔轉(zhuǎn)子〕聯(lián)接方式分：他勵(lì)電機(jī)、并勵(lì)電機(jī)、串勵(lì)電機(jī)、復(fù)勵(lì)電機(jī)。

2.直流電機(jī)固有特性〔1〕他勵(lì)或并勵(lì)：硬特性；〔2〕串勵(lì)：屬軟特性，n隨M添加而下降；〔3〕復(fù)勵(lì)：介于并、串聯(lián)之間，屬軟特性?！?〕適用場(chǎng)所串勵(lì)電機(jī)：適驅(qū)動(dòng)絞車，載荷增大，轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)理。并、他勵(lì)電機(jī)：適驅(qū)動(dòng)鉆井泵，實(shí)現(xiàn)定速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)理。3.直流電機(jī)人為特性〔用人工調(diào)理轉(zhuǎn)速〕〔1〕電樞串阻在電樞中串入可調(diào)電阻，保證電源電壓U和勵(lì)磁電流〔磁通〕不變。相當(dāng)于加大〔電樞電阻〕。〔2〕降低供電電壓U〔降低電樞電壓〕使固有特性n—M曲線下移?！?〕減弱磁通調(diào)速改動(dòng)Φ〔定子勵(lì)磁磁通〕，使n0、Δn都變，從而改動(dòng)特性。四、可控硅直流驅(qū)動(dòng)

AC—SCR—DC由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)AC發(fā)電機(jī)輸出交流電，經(jīng)可控硅整流驅(qū)動(dòng)DC電機(jī)?？煽毓栩?qū)動(dòng)特點(diǎn)：直接由SCR調(diào)理電壓、控制弱磁而調(diào)速。4.

用DC電機(jī)〔不用AC電機(jī)〕緣由〔1〕直流電機(jī)：調(diào)速寬；能頻繁啟動(dòng)；載荷變化范圍寬；啟動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)?！?〕交流電機(jī)：硬特性，轉(zhuǎn)速幾乎不隨載荷而變化【只能由調(diào)頻f改動(dòng)轉(zhuǎn)速】。5.交流變頻技術(shù)，用AC—變頻器—AC。第四章起升系統(tǒng)任務(wù)原理與設(shè)備4.1起升系統(tǒng)任務(wù)原理游動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析：快繩側(cè)→死繩側(cè)鋼繩速度分析；游動(dòng)系統(tǒng)載荷：當(dāng)大鉤靜止懸重時(shí)，各段游繩拉力相等：當(dāng)起升時(shí)，各繩拉力：

快繩拉力：

起升游系效率：下放時(shí)游系效率：

游系效率近似計(jì)算式：滾筒纏繩層數(shù)確定：恣意層直徑：半徑增量系數(shù)0.9纏繩總層數(shù)計(jì)算式：4.2鉆井絞車絞車的作用；絞車的運(yùn)用要求；絞車的構(gòu)造類型；典型絞車構(gòu)造〔JC45絞車〕分析。4.3

剎車機(jī)構(gòu)一、剎車功用與運(yùn)用要求二、帶剎車構(gòu)造與原理三、最大制動(dòng)力確實(shí)定下放時(shí)靜力矩：最大制動(dòng)力矩：

最大制動(dòng)力：式中：β－動(dòng)載系數(shù)；ηb-滾筒效率；Db－剎車鼓直徑，m。四、剎帶兩端的拉力死端拉力T：

制動(dòng)力：

制動(dòng)力矩：五、剎車杠桿任務(wù)分析

1.單杠桿剎車機(jī)構(gòu)剎把力：增力倍數(shù)：2．雙杠桿剎車機(jī)構(gòu)兩套單杠桿組成。增力倍數(shù)：六、盤式剎車1.構(gòu)造組成包括：剎車盤〔滾筒兩側(cè)〕、剎車液缸、剎車鉗〔或剎車杠桿〕、剎車塊、液控系統(tǒng)等。2.剎車鉗類型：①杠桿鉗；②固定鉗。3.任務(wù)方式常開式：液壓加壓剎車；常閉式：用彈簧加壓剎車，用液壓松剎。4.單鉗制動(dòng)力矩4.4輔助剎車一、水剎車1.

作用下鉆時(shí)剎慢滾筒，堅(jiān)持鉆具均速下放。2.

構(gòu)造定子、轉(zhuǎn)子、各自之上有葉片。3.作用原理下鉆時(shí)，滾筒帶水剎車轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)中傾斜的葉片，迎面切割水渦流，構(gòu)成阻力矩。4．制動(dòng)力矩

5.制動(dòng)功率

6.水剎車水量調(diào)理方法①分級(jí)調(diào)理法調(diào)理水箱閥門，獲得不同水位。②水剎車水位自動(dòng)調(diào)理器調(diào)理二、電磁渦流剎車新型輔助剎車，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。1.構(gòu)造主要由左、右定子和轉(zhuǎn)子組成，定子中固嵌線圈。2.原理定子通直流，產(chǎn)生固定磁場(chǎng)。當(dāng)滾筒帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦流。渦流構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與固定磁場(chǎng)作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩。主磁路(右手定那么);感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與渦流(右手定那么);電磁力(左手定那么);電磁轉(zhuǎn)矩M=FR2Z=CnB23．特性〔M-n曲線〕調(diào)理線圈的電流可改動(dòng)M-n曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)速低時(shí)，仍有較大制動(dòng)力矩。滾筒轉(zhuǎn)速較低時(shí)，M隨n添加迅速增大，中、高速段力矩幾乎不變(硬特性)。4.5井架一、功用、組成與要求；鉆井工藝對(duì)井架的根本要求。二、整體構(gòu)造類型1.塔架2.前開口井架3．A形井架4．桅形井架三、井架根本載荷1．恒載：井架自重、設(shè)備、工具重；2．最大靜載:即最大鉤載；3．任務(wù)繩拉力：快繩和死繩合力；4．風(fēng)載；5．立根載荷：①立根重程度載荷；②立根風(fēng)載。4.6

游動(dòng)系統(tǒng)天車、游車、鋼絲繩和大鉤，統(tǒng)稱為游動(dòng)系統(tǒng)。第五章往復(fù)泵5.1概述一、構(gòu)造與任務(wù)原理二、往復(fù)泵的分類方法三、根本性能參數(shù)⑴泵的流量指單位時(shí)間內(nèi)泵所保送的液體量。⑵泵的壓力p指泵排出口處單位面積上所遭到的液體壓強(qiáng),單位為MPa⑶泵的功率和效率輸入功率〔主軸功率〕Na－單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)力機(jī)傳到往復(fù)泵自動(dòng)軸上的能量，kW；輸出功率〔有效功率〕N－單位時(shí)間內(nèi)液體經(jīng)泵作用后所添加的能量，kW。泵的總效率η：輸出功率與輸入功率的比值。⑷泵速n指單位時(shí)間內(nèi)活塞和柱塞的往復(fù)次數(shù)，簡(jiǎn)稱沖次，單位為min-1。5.2往復(fù)泵的流量分析一、活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律活塞位移；活塞速度；活塞加速度。二、流量及流量曲線1．平均流量Qm實(shí)際平均流量——指往復(fù)泵在單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)保送的液體體積。對(duì)于缸數(shù)為i的單作用泵:Qm=iFSn(m3/min)對(duì)于缸數(shù)為i的雙作用泵:Qth=i(2F-f)Sn實(shí)踐平均流量為Q：Q=αQm2.瞬時(shí)流量Qcm多缸情況：往復(fù)泵普通都由幾個(gè)液缸組成，在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周期內(nèi)，幾個(gè)液缸按一定規(guī)律交替吸入和排出，泵的瞬時(shí)流量由同一時(shí)辰各缸瞬時(shí)流量疊加而成。計(jì)算時(shí)要根據(jù)各曲柄間存在的角位差θ決議公式中的角參數(shù)。3.往復(fù)泵的流量曲線以曲柄轉(zhuǎn)角φ為橫坐標(biāo)，流量為縱坐標(biāo)，可作出泵的瞬時(shí)流量和平均流量隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的曲線。①用途判別流量的均勻程度，考核目的：流量不均度δQ。②確定泵保送的液體體積曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，流量曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積為A，此時(shí)泵保送的液體體積為V。③檢驗(yàn)曲柄布置能否合理對(duì)于多缸往復(fù)泵，經(jīng)過繪制流量曲線，可發(fā)現(xiàn)各液缸瞬時(shí)流量能否疊加合理，從而檢驗(yàn)曲柄布置方案的合理性。5．3往復(fù)泵的壓頭、功率和效率

一、有效壓頭往復(fù)泵的有效壓頭指泵供應(yīng)單位分量液體的能量，被用于提高液體的總比能和抑制全部管線中的液體流動(dòng)阻力。

二、往復(fù)泵的功率N=QρgHⅹ10－3＝pQⅹ10－3泵的總效率η：三、往復(fù)泵的效率1．機(jī)械效率ηm轉(zhuǎn)化功率為：Ni＝HiQiρgⅹ10-3=piQiⅹ10-3泵的輸入功率減去機(jī)械損失⊿Nm所剩余的功率稱為轉(zhuǎn)化功率Ni；單位時(shí)間內(nèi)獲得能量的液體為轉(zhuǎn)化流量Qi；單位分量液體所得到的能量為轉(zhuǎn)化壓頭Hi；2．容積效率ηv容積效率ηv反映因密封不嚴(yán)呵斥的液體漏失對(duì)流量的影響。3．水力效率ηh4.泵的總效率η5.4往復(fù)泵的任務(wù)特性曲線一、往復(fù)泵的特性曲線往復(fù)泵的特性曲線主要反映泵的流量、輸入功率及效率等與壓力間的關(guān)系。二、與管路結(jié)合任務(wù)特性曲線三、鉆井泵的臨界特性鉆井泵的臨界特性曲線是根據(jù)沖次和壓力的限制條件作出的，此條件為：p1F1=p2F2=┄┄=pnFn=常數(shù)⑴鉆井泵的臨界特性曲線⑵鉆井泵的臨界特性曲線用途①指點(diǎn)換缸套②不論泵速能否調(diào)理，任何一級(jí)缸套下的流量和壓力都限制在一定的范圍內(nèi)。③在泵的最大沖次不變的情況下，泵輸出的最大水力功率〔有效功率〕為N=p1Q1=p2Q2=┄┄常數(shù)。④等功率曲線由各級(jí)缸套極限任務(wù)壓力點(diǎn)1，2，┅┅，5的連線是一條等功率曲線，泵任務(wù)時(shí)一切工況點(diǎn)應(yīng)控制在等功率曲線下方。四、往復(fù)泵的性能調(diào)理

1.流量調(diào)理(Qth=i(2F-f)Sn)流量與泵缸數(shù)i、活塞面積F、沖次n、沖程s成正比，改動(dòng)任何一個(gè)參數(shù)都可以改動(dòng)流量。常用方法有：⑴換不同直徑的缸套，以改動(dòng)流量；⑵調(diào)理沖次，以改動(dòng)流量；⑶旁路調(diào)理。2.往復(fù)泵的并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)：特點(diǎn)。5．5往復(fù)泵的構(gòu)造及特點(diǎn)一、雙缸雙作用活塞泵二、三缸單作用活塞泵第六章采油工藝概論6.1

采油方法一、自噴采油法二、自噴井的設(shè)備：井下和地面設(shè)備，井口安裝6.2機(jī)械采油法氣舉采油和抽油法

注熱蒸汽采油法6.3

抽油法設(shè)備一、有桿抽油安裝抽油機(jī)—抽油泵安裝，包括三部分。1.

地面部分—抽油機(jī)〔驅(qū)動(dòng)部分〕2.

井下部分—抽油泵〔懸掛在油管尾部〕3.

中間部分—抽油桿二、無桿抽油安裝1.水力活塞泵用壓力液體為動(dòng)力，使本身活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)吸排油〔地面有動(dòng)力液泵〕。2.

電動(dòng)潛油離心泵用井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵，實(shí)現(xiàn)抽油。3.

電動(dòng)潛油單螺桿泵開采高粘度、高含砂、高含氣原油。井下電機(jī)帶動(dòng)螺桿泵抽油。〔容積式泵〕三、采油新技術(shù)運(yùn)用第七章機(jī)械抽油設(shè)備7.1游梁式抽油機(jī)一、構(gòu)造組成及分類二、主參數(shù)懸點(diǎn)載荷P：掛抽油桿處，反響下泵深度。取決于桿和液柱分量。最大扭矩M：曲柄軸最大扭矩?！灿糜谶x擇電機(jī)功率〕沖程長(zhǎng)度S：反響采油量。懸點(diǎn)沖程，受機(jī)構(gòu)限制普通3～4m，>6m:長(zhǎng)沖程。S正比于曲柄半徑。沖次：懸點(diǎn)沖程數(shù)〔每分鐘往復(fù)次數(shù)〕，反響采油量。三、驢頭懸點(diǎn)載荷上下沖程懸點(diǎn)載荷不同。靜載(3項(xiàng)：桿自重、柱塞上油柱重、柱塞下端油壓〕，動(dòng)載〔2項(xiàng)：慣性載荷、振動(dòng)載荷〕，摩擦力。7.2鏈條抽油機(jī)構(gòu)造及任務(wù)原理7.3液壓抽油機(jī)構(gòu)