石油钻井行业钻机概论考试精华知识点.docx
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石油钻井行业钻机概论考试精华知识点
《电驱动钻机》
第二章石油钻机概论
(中原油田石油工程专升本,第二次课2005.3.3)
钻机是用于油气勘探、开发的一整套钻井设备。
第一节钻机的组成
一、地面旋转设备
主要组成:
转盘、水龙头、钻具,顶驱钻机配备有顶驱装置。
作用:
转动钻具,带动钻头破碎岩石。
1.转盘(参见图2-1)
(1)转盘的作用
钻进时—转动钻具;井底动力时—承受反扭矩;
起下钻、下套管时—承托钻杆或套管重量;
处理事故时,造扣、倒扣(上提)。
(2)转盘的结构
①水平轴总成—传递动力
水平轴;小伞齿轮;轴承;输入链轮;制动装置(制动棘轮)
②转台总成—驱动方钻杆
转台;大伞齿轮;主轴承;防跳轴承;方瓦;方补心;泥浆密宫密封装置。
③壳体—连接,储油润滑(靠小锥轮旋转带油)
2.水龙头
(1)水龙头的作用
①承重—承受钻柱重量
②旋转—支承旋转的钻具
③耐压—输送高压泥浆
(2)结构组成与特点
①承重部分:
提环;壳体
②旋转部分:
中心管总成
主轴承,防跳轴承;扶正轴承(2个)
③轴承布置
两扶正轴承分置于主轴承两边(图2-2正轴承间距大,扶正效果好)。
④耐压:
鹅颈管;冲管总成
冲管总成为快卸密封结构(易损件)
浮动冲管(工作时不转动,有轴向窜动。
),Y形液压自密封、快卸结构(参见图3-14)。
二、循环系统设备
主要有:
钻井泵,钻井液净化、处理调配装置。
作用:
清洗井底,携带岩屑,保护井壁,冷却钻头。
为井下动力钻具提供高压动力液。
三、起升系统设备
主要有:
绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。
作用:
起下钻具、下套管,控制钻压。
上述三大系统是钻机的三大工作机。
四、动力驱动系统
有:
柴油机组、发动机组、电动机组。
作用:
提供动力。
五、传动系统设备
联动机组—动力并车。
作用:
传递、分配动力。
六、控制系统和监测仪表
司钻台、液、气、电控制、仪表
各种钻井仪表及随钻测量系统(MWD)。
七、钻机底座
安装钻井设备。
钻台底座用于安装井架、转盘,放置立根盒及井口工具及司钻控制台,安装绞车,下方应能容纳必要的井口装置。
应有足够的高度、面积和刚性。
机房底座用于安装动力机组及传动系统设备。
八、辅助设备
有供气、水、油、暖设备、井口防喷设备。
钻机是所有钻井设备,包括八大(系统)设备:
旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助。
八大件:
绞车;转盘;水龙头;大钩;游车;天车;钻井泵;柴油机;十大件:
加—井架;联动机组。
图2-2水龙头总成
第二节钻机分类与特点
一、分类
1.按井深分
1浅井(≤1500m);
2中深井(1500~3000m);
3深井(3000~6000m);
4超深井>6000m。
2.按驱动设备类型分
机械驱动钻机(MD);电驱动钻机(ED)。
3.按驱动方式分
单独驱动(各主要机组单独驱动);统一驱动。
4.按主传动副类型分(从动力并车角度分类)
1胶带并车传动—胶带钻机;J
2链条并车传动—链条钻机;L
3锥齿轮—万向轴并车传动—齿轮钻机C。
5.按地区和用途分
海洋钻机;浅海钻机(适用与0~5m水深或沼泽地区);陆地常规钻机;丛式井钻机;沙漠钻机;直升机吊运钻机;
小井眼钻机(指90%井身直径小于7”或70%井身直径小于5”的井。
小钻机易运、钻速高、套管小、成本低。
液压驱动、配顶驱钻井装置、自动化高);
连续柔管钻机(连续柔管代替单根钻杆,有绕管的卷筒。
成功地用于作业机,如冲洗、人工举升、测井和射孔、挤水泥、井下扩孔、防砂及酸化增产。
钻井配合井下动力钻具。
)
二、钻机特点
1.大功率、传动复杂,多工作机联合工作。
(例JC45绞车,功率1100kW相当于:
10个车间×25台机床×一台车床4kW≈JC45的功率)
2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作。
3.钻井过程不连续
钻进时间短,起下钻时间长,原因换钻头。
4.工作地区广阔(平原、山地、沙漠、沼泽、海洋),自然环境恶劣(风、沙、雨、雪),野外流动作业,要求钻机有很强的适应地区、环境的能力和很高的移运性能。
第三节钻机基本参数
一、基本参数
反映钻机工作性能的数量指标称为基本参数。
钻机基本参数十个:
L(名义井深);
Qmax(最大钩载);Qds(最大钻柱重);
Ndr(绞车功率);
Z(Zmax)有效绳数;dw(钢绳直径);
Np(泵功率);Dr(转盘通径);
Hr(底座);H架。
1.名义井深L,主参数。
推荐钻深范围,上限为名义井深。
(Lmin~Lmax=L)
旧系列15、20、32、45、60、80(使用5”钻杆井深)。
新系列10、15、20、30、45、50、70、90、120(使用
”钻杆井深)。
2.最大钩载Qmax
在标准规定的最大绳数下,下套管或进行解卡等其它特殊作业时,大钩上不允许超过的最大载荷。
Qmax决定钻机下套管和处理事故的能力,是核算起升系统零件静强度及计算转盘、水龙头主轴承静载荷的依据。
3.最大钻柱重量Qds
在标准规定的最大绳数下,正常钻进或进行起下作业时,大钩所允许承受的最大钻柱在空气中的重量(质量)【也称额定载荷】。
Qds=10q.LkN
q—钻柱线密度(单位长度质量),10≈9.8=g;
L-最大井深,km。
二、主参数与钻机型号
1.主参数
1能直接反映钻机的主要性能;
2能用以标定钻机型号,并作为设计、选用钻机的依据;
3能影响和决定其它参数。
我国钻机新标准规定名义钻井深度L为主参数。
第一,L直接表明了钻机的最大钻井深度;
第二,L影响和决定其它参数的大小;
第三,符合我国以钻机钻井深度定型名和井队编号的习惯用法。
我国以前用Qds(最大钻柱重量)为主参数。
前苏联和罗马尼亚,钻机标准采用最大构载Qmax作为主参数。
美国钻机没有统一的国家标准,各大公司生产的钻机基本上以名义钻深范围(Lmin~Lmax)为主参数。
(1320M型钻机,指钻深13000~20000英尺,钻深6100m,NSCO国家供应公司,NationalSupplyCO.)
2.钻机型号
我国石油钻机国家标准规定了石油钻机的型式与基本参数,适用于石油、天然气勘探开发用钻机。
我国钻机型号意义如下:
ZJ□□□
厂家代号及改型序号(厂家代号用一个汉语拼音表示;改型序号用啊拉伯数字表示)
钻机特点:
链条并车无或为L;胶带并车钻机为J;齿轮传动钻机为C;电驱钻机为D;
自行车装钻机为Z;半拖挂车装钻机为T
新标准增:
Y-液压钻机;DJ-交流电驱动钻机;
DZ-直流电驱动钻机;DB-交流变频电驱
动钻机
钻机级别:
以100m计的钻机名义钻深范围的上限。
钻机代号。
例,ZJ32J-2;ZJ45;ZJ60D;
ZJ70LDB:
兰石厂04年生产,04年8月在胜利钻井四公司安装试车,之后准备到四川打气井(L链条并车、DB交流变频电驱,转盘电驱,其他机驱。
)。
三、起升系统参数
1.绞车输入功率Ndr
输入轴最大功率,也称额定功率,绞车主参数。
kW
V1—起升I档速度,(0.4~0.6m/s);
—游动系统效率;
—滚筒轴传动与缠绳效率;
—输入轴至滚筒前,传动效率。
Q1—起升I档游系载荷kN。
Q1=Qds+10Gt
Gt—游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量。
总之,绞车功率取决于I档起升速度和I档起升载荷。
2.起升系统发动机功率
N发=kN.Ndr,kN—储备系数1.1~1.2
3.游动系统结构
指游车和天车及有效绳数Z,Zmax。
钻井绳数Z,指钻井时采用的有效提升绳数。
Zmax指钻机配备的提升轮系所提供的最大有效绳数,用于下套管或解卡作业。
例,5×6,游车(轮数)×天车(轮数),Z=5×2=10,死绳、快绳去掉,为有效绳数。
正常用5×6,解卡用6×7(Zmax=6×2=12),不同钻机结构不同。
4.钢绳直径dw
根据Qmax(最大钩载)的Pfmax(Zmax时快绳拉力)决定。
快绳拉力:
—游系总载荷
—任意井深时钻柱重
—游系重
最大钩载时,
,n=2(安全系数)
破断拉力,由
选dw。
5.井架高
取决于立根高度。
新标准规定井架高能提升28m立根井架。
41~53m安全高度,大庆—130,H架=41m;ZJ45,H架=43m。
6.钻台高度
取决于安装井口装置的高度。
安装套管头、防喷器、泥浆返出管。
例,ZJ45,有4.5m,6m,7.5m。
美国电驱钻机钻台高9.6m,安装双闸板、万能防喷器。
【2003年12月23日,重庆开县发生天然气井喷事故,受硫化氢中毒,死亡243人。
事故之后,要求井队必须安装防喷器,生产防喷器的厂家效益看好。
】
四、旋转系统
1.转盘名义直径
为转盘主参数Dr,取出大方瓦后,转盘内通径,最大号钻头能通过。
2.转速:
250~300r/min,有倒档。
3.转盘功率(用经验式计算)
马力(1马力=0.735kW)
n—转速,r/min;W—单位钻压(t/英寸钻头直径);L—井深(m);0.36经验系数。
五、钻井泵功率Np
输入轴功率,额定功率。
kW
—最大泵压,Pa;
—对应流量,m3/s;(钻井泵最大流量为:
15~25L/s,15~25×10-3m3/s)
—泵效,(0.8~0.85).
泵工作时
对应
:
最大压力对应最小流量(缸径最小);
对应
:
最小压力对应最大流量(缸径最大)。
改变泵排量:
变缸径(换缸套)。
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