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石油钻机常识


石油钻机常识

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一.石油钻机的构成
石油钻机:是用来进行油气勘探、开发的成 套钻井设备。是由多种机器设备组成、具有多种 功能的联合工作机组。 为满足钻井工艺要求,整套钻机必须具备以 下八大系统设备。即动力驱动系统、传动系统、 提升系统、旋转系统、钻井液循环系统、控制系 统、钻机底座、辅助

设备系统。要具备起下钻能 力、旋转钻进能力、循环洗井能力。

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二.石油钻机的主要系统
1.旋转系统 为了转动井内钻具,带动钻头破碎岩石,常 规钻机配备有转盘、水龙头或顶部驱动装置。 2.循环系统 作用:循环钻井液以连续高效钻井。 钻井液的主要作用:及时清除井底破碎的钻屑并 将钻屑携带至地面、冷却钻头、稳定井壁、控制 地层压力等。 创新 领先 超越

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3.提升系统
作用:起下钻具、下套管、控制钻压。 组成:绞车、游动系统(天车、游车、钢丝绳)、 大钩及井架。 上述三大系统设备是直接服务于钻井生产的,是 钻机的三大工作机组。 4.动力系统 主要作用:为钻机三大工作机组和辅助设备提供动 力。可以是柴油机及其供油设备,或交流、直流电机 及其供电、保护、控制设备等。 创新 领先 超越

5.传动系统
作用:把(柴油机或柴油机发电机组的)动力 分配到各个工作机组。 组成:机械传动——减速、液力传动、并车和 分动、变速等; 电气传动——可控硅直流传动SCR/ 交 流变频传动VFD; 液压传动

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7.钻机底座

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在寒冷地区钻井时还需配备保温设备。

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三.石油钻机类型 1.按钻井方法分类
冲击钻机(钻机顿钻)
地面驱动旋转钻机

井下驱动钻机

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高寒钻机

用于低温环境下的钻井作业。

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直升飞机吊装钻机

用于丛林、岛屿和沙漠腹地等 不适合车辆运输的油区。

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四.钻机型号的表示方法

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示例:5000m交流变频电动钻机表示为 ZJ50/3150DB

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五.钻机的基本参数
反映钻机工作性能的数量指标称为基本参数。 1.名义钻深范围—钻机在规定的钻井绳数下,使用规定 的钻柱时钻机的经济钻井深度范围。 2.最大钩载—钻机在规定的钻井绳数下起下套管、处理 事故或进行其它特殊作业时,大钩不允许超过的载荷。 3.绞车额定功率 4.游动系统最多绳数—钻机配备的轮系所能提供的最大 有效绳数。 5.钻井钢丝绳直径 6.钻井泵单台功率 7.转盘开口直径 8.钻台高度、 底座型式

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钻机 钻机技术参数
钻机型号

ZJ40/2250 4000
2250 ?32 10

ZJ50/3150 5000
3150 ?35 12

ZJ70/4500 7000
4500 ?38 12

ZJ90/6750 9000
6750 ?45 14

钻井深度(41/2”DP) m
最大钩载 KN 钻井钢丝绳直径 mm 游动系统最多绳数

绞车额定功率
泥浆泵功率 转盘开口直径 井架工作高度

Hp
Hp in m

1000
2X1300hp 201/2” /271/2” 43

1500
2X1600hp 271/2” /371/2” 45

2000
3X1600hp 371/2” 45.7

3000
3X1600hp 371/2” 48

钻台高度
驱动形式

m

7.5
SCR/VFD

7.5 / 9
SCR/VFD

9 / 10.5
SCR/VFD

10.5 / 12
SCR/VFD

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六.钻机分述
1)机械传动钻机是指由柴油机提供动力,通 过机械传动系统将动力传递给各工作机的钻机。 根据传动机械的不同,机械钻机又分为:胶带 传动钻机、链条传动钻机、齿轮传动钻机等。 2)复合驱动钻机

是指各工作机由不同动力驱动的钻机。
目前我国的复合驱动钻机基本都是机电复合驱动。

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3)直流电驱动钻机
是指用直流电动机驱动各工作机的钻机。

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4)交流变频电驱动钻机
是指用交流变频电机 驱动各工作机的钻机。
性能特点: 1.具有恒功率宽调速特性,可大大 简化钻机的机械结构。 2.电动机的短时增矩倍数达1.5~2 以上,大大提高了钻机的提升能力 和处理事故的能力。 3.具有软起动性能,可降低供电电 源的容量。 4.交流变频电机体积小,单机容量 大,没有碳刷换向器,不需制成防 爆型,维护费用低,使用安全可靠, 易于操作管理。 5.容易实现钻机的自动化、智能化 控制。

单轴齿轮传动绞车,体积小、重量 轻、传动效率高、维护工作量小。

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快移方案 5.钻机快移方案

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快移方案 井架整体运输

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底座整体运输

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快移方案 发电机房整体运输

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快移方案 泥浆泵装置整体运输

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快移方案 泥浆罐整体运输

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七. 钻机的发展趋势
1.类型趋于多样化

近几年,为适应井位环境和钻井工艺的不同需 要,石油钻机的类型正趋于多样化,如适应各种环 境的沙漠钻机、海洋钻机、浅海或海滩钻机、极地 钻机、城市钻机、直升机吊运钻机和陆地钻机等; 适应各种钻井工艺的丛式井钻机、斜井钻机、小井 眼钻机、自走式钻机、快移钻机等。

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2.规模趋于两极化

深井钻机趋向大型化,钻深能力已达15000m, 最大钩载达12500kN。
轻便钻机趋向小型化,轻型石油钻机主要以 车装钻机为主。最小的微型钻机采用小井眼钻井 技术,钻深可达1500m,体积小,质量轻,最轻的 只有14t,节省钻井费用30%~40%,减少拆装时间 60%~70%,节约钻井液88%,减少井场面积70%。

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3.控制趋于自动化

顶驱、盘式刹车技术的逐步成熟,以及电动 控制和液压驱动技术可靠性的逐步提高,为实现 钻井控制的自动化提供了可能,再加上海洋及深 井等复杂工况下,钻井工艺及成本对钻井设备的 要求使得钻机控制自动化成为钻机发展的一个重 要趋势。

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4.设计趋于人性化

新型钻机充分体现以人为本的思想,最大限度 地满足HSE要求:护拦、梯子要满足安全规定。上下 井架有助力器,二层台有逃生装置,钻台有逃生滑 道。钻机设有天车防碰和紧急刹车装置,避免游车 大钩碰撞天车,并能在任何情况下迅速制动绞车和 大钩。选用无公害的摩擦盘、刹车块、油漆,保证 员工健康安全。刹车毂、辅助刹车的冷却水循环使 用,柴油机排放满足环保要求等。

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八.钻机主要部件及系统介绍 1、天 车
天车是安装在井架顶部的定滑轮组。 基本参数
型 号 TC225 TC315 TC450

最大钩载 kN 滑轮外径 mm 滑轮数 钢丝绳直径 mm

2250 1120 6 32

3150 1270 7 35

4500 1524 7 38

配有桁架式起重架,供维修滑轮组用. 天车架底部配有缓冲木。 天车设计和制造符合API SPEC 4F规范.

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2、游车
游车,是在井架内部上下作往复运动的 动滑轮组。 游车基本参数
型 号 YC225 2250 YC315 3150 YC450 4500 最大钩载 kN

滑轮外径 mm
滑轮数 钢丝绳直径 mm

1120
5 32

1270
6 35

1524
6 38

游车设计和制造符合API SPEC 8A 规范.

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3、大 钩
大钩基本参数
型号 最大钩载 kN 主钩口开口尺寸mm 弹簧工作行 mm DG225 2250 190 180 DG315 3150 220 200 DG450 4500 220 200

结构特点: 钩体内装有液压缓冲装置。 钩口处装有可靠的安全装置. 配有制动装置,能灵活可靠的锁紧或松 开钩身. 主要受力件均经无损探伤检验. 大钩设计和制造符合API SPEC 8A 规范.

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4、水龙头
主要功用: 悬持旋转着的钻杆柱,向旋转着的钻杆 柱内引输高压钻井液,是提升、旋转、循环 三大工作机组相交汇的“关节”部件. 水龙头设计和制造符合API SPEC 8A 规范.
型 号 SL135 1350 300 35 SL225 2250 300 35 SL450 4500 300 35 最大静负荷 kN 最高转数 r/min 最高工作压力 MPa

中心管通径

mm

64
65 / 8 ″ REG LH

75
65 / 8 ″ REG LH

75
65 / 8 ″ REG LH

接方钻杆螺纹 API

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5.转 盘
转盘的功用:
1.转动井中钻具,传递足够大的扭 和必要的转速。 2.下套管或起下钻时,承托井中全 部套管或钻杆柱重量。 3.完成卸钻头、卸扣,处理事故时 倒扣、进扣等辅助工作。 转盘基本参数 型 号 in kN ZP175 17 1/2 1350 13730 ZP205 20 1/2 3150 22555 ZP275 27 1/2 4500 27460 ZP375 37 1/2 7250 45000 通孔直径 最大静负荷

转盘符合API SPEC 7K规范.

最大工作扭矩 Nm

最高转速
齿轮传动比

r/min

300
3.58

350
3.22

250
3.67

300
3.56

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6. JC70D绞车
技术参数: 额定输入功率 最大快绳拉力 档数 钢丝绳直径
1470kW 485kN 4, 无级调速 φ38mm

结构特点: 绞车由2台800kW直流电机驱动。 主刹车采用液压盘式刹车,刹车力矩 大, 安全可靠。 辅助刹车为电磁涡流刹车,下钻时平 稳省力、易控制、增加可靠性,能有 效延长刹车盘和刹车块的使用寿命。 滚筒开有绳槽,排绳整齐。配有过卷 阀防碰装置,增加了钻机的安全性

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7. 液压盘式刹车
液压盘式刹车装置由制动执 行机构、液压站及操作系统三部分 组成。 执行机构由刹车盘、刹车钳、 钳架三部分组成,其中刹车钳又分 为常开式工作钳和闭式安全钳两种 型式。 液压站是动力源,为执行机 构提供必须的液压动力;操作系统 是动力控制环节。

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液压盘式刹车装置五种功能:
工作制动:通过操作刹车阀的控制手柄,调节工作钳对制动 盘的正压力,从而为主机提供大小可调的刹车力矩,满足 送钻、起下钻等不同工况的要求。 紧急制动:遇到紧急情况时,按下红色紧急制动按钮,工作 钳、安全钳全部参与制动,实现紧急刹车。 过卷保护:当游车上升到某位置,由于操作失误或其它原因, 应该工作制动而未实施制动时,过卷阀或防碰阀会发出信 号,工作钳和安全钳全部参与刹车,实施紧急制动,避免 出现游车碰天车事故。 驻车制动:当钻机不工作或司钻要离开操作台时,拉下驻车 制动手柄,安全钳刹车,以防大钩滑落。 误操作保护:当司钻未按规定解除驻车制动、紧急制动时, 所有刹车钳都处在制动状态,从而起到了安全保护作用。

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8.电磁涡流刹车
电磁涡流刹车利用电磁感应原理 进行无损制动,可在低速下提供足够 大的刹车力矩。制动性能好,使用寿 命长,无易损件,操作维修简单,在 国内外钻机上获得广泛应用。
型 额定制动扭矩 最大励磁功率 号 kN.m kw

DS40 44 9 42

DS50 60.76 12 42

DS70 107.8 23.5 42

冷却水流量L/min(gpm) 190(50) 285(75) 560(148)
最高进水温度 ℃

质量

kg

5830

7285

12300

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9. 泥浆泵及泥浆泵装置
功用:用于钻井时循环泥浆,以冲洗井底、携带岩 屑、冷却钻头和加固井壁、控制地层压力等。 电动泥浆泵装置由电动 机、皮带轮、联组窄V带、 皮带护罩及大底座等组成。 电动泥浆泵装置分直流 电机驱动和交流变频电机驱 动两种形式。

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10. K 型井架

结构特点: 井架型式为“K” 型. 低位安装,整体起升。段与 段之间采用平面接触、双 锥销连接,确保段与段之间 的连接刚性。 井架主体为片状桁架 结构,便于拆装运输。井架 左右侧装有2个液缸,井架 起升到位时作为缓冲器,下 放时提供初始顶推力。 井架符合API Spec 4F 规范。

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K型井架基本参数
型号 最大钩载 kN 工作高度 m 底部跨距 m JJ225/43-k 2250 43 8 JJ315/45-k 3150 45 8 JJ450/45-k 4500 45 9 JJ675/48-k 6750 48 10

二层台高度 m
二层台容量 m 4000 172 抗 非工作状态(无立根、 风 无钩载) km/h (93 knots) 能 130 非工作状态(满立根、 力 无钩载) km/h (70 knots) 起放井架 km/h

24.5 25.5 26.5
5000 172 (93 knots) 130 (70 knots) 7000 172 (93 knots) 130 (70 knots) 9200 172 (93 knots) 130 (70 knots)

30 (16knots) 30 (16knots) 30 (16knots) 30 (16knots)

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11.底座
钻机底座包括钻台底座和机房底座。 钻台底座用于安装井架、转盘,放置立

根盒及必要的井口工具和司钻控制台,多
数还要安装绞车,下方应能容纳必要的井 口装置,因此必须有足够的高度、面积和 刚度。 机房底座主要用于安装动力机组及传动

设备。要有足够的面积和刚度。

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底座的结构型式 底座结构分为箱叠式、块装式、弹弓式、旋升式 和伸缩式等。

箱叠式

块装式

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弹弓式

旋升式

伸缩式 钻台及台面设备均低位安 装,井架在钻台低位时起 升,然后再将钻台和井架 整体起升。

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12、泥浆固控系统
作用:将钻井液中的无用固 相从钻井液中分离出来。

组成:包括循环、补给、储 备用泥浆罐及药品罐;净化 设备及泥浆混合、加重、剪 切、灌注等设施。

净化设备

振动筛

真空除气器

除砂器

除泥器

离心机

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泥浆循环流程
泥浆渡槽

井 口

振动筛

砂泵

真空除气器

砂泵

除砂器
砂 泵

钻井泵

钻井液加重 钻井液剪切

离心机供液泵

离心机

除泥器

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13. 井控系统设备
功用:预防井喷;及时发现溢流;迅速控制井喷;处理复杂情况。 组成:包括井口防喷器组;控制装置—蓄能器装置、遥控装置;节流与压井 管汇;钻具内防喷工具—方钻杆球阀、钻杆回压凡尔;加重钻井液装置;钻 井液气体分离器;监测仪表—泥浆罐液面监测仪、甲烷、硫化氢监测仪。

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常用公英制单位换算
1英寸(in)=25.4毫米(mm) 1英尺(ft)=12英寸(in)=0.3048米(m)

1立方米(m3)=1000升(liter)=6.29桶(bbl) 1桶(bbl)=0.159立方米(m3)=42美加仑(gal) 1美加仑(gal)= 3.785升
1加仑/分(GPM)=0.0631升/秒 (L/s) 1吨(t)=1000千克(kg)= 2205磅(lb 1短吨(sh.ton)= 2000磅(lb)= 0.907吨(t) 1磅(lb)=0.4536千克(kg) 1磅力/英寸2(psi)=0.0069兆帕(MPa) =0.0703千克力/厘米2(kg/cm 2)

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