第一章钻机概论(第一讲).ppt

单击此处编辑母版标题样式,钻井机械电子教案,第一章 钻机概论,天津石油职业技术学院,徐建功,2013,年,7,月,学,习,目,标,1.,理解钻机的概念,2.,了解钻机的组成及类型,3.,掌握钻机基本参数及系列标准,4.,掌握钻机的型号,5.,了解钻机的发展趋势,重点：钻机的组成,难点：钻机基本参数,钻机定义：,用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备,石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由,多种机器设备,组成的一套大功率重型,联合工作机组,。,钻机的综合功能：,完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业。,海洋钻机,用于低温环境下的钻井作业,高寒钻机,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,。,陆上钻机,海洋钻井平台,1.1,钻井工艺对钻机的要求及钻机的特点,1.1.1,钻井工艺对钻机的要求,目前，世界各国普遍采用的钻井方法是旋转钻井法。,旋转钻井法要求钻机具有以下三个方面的基本能力：,1.,旋转钻进的能力。在一定的钻压下，能给井下钻具提供一定的扭矩和转速。,2.,起下钻具的能力。为保证起下钻和其他作业，要有一定的起重能力和提升速度。,3.,清洗井底的能力。能提供一定压力、排量的钻井液或气体，冲洗井底并将岩屑带到地面。此外，由于钻机在野外作业环境差、搬迁频繁流动性大，要求钻机具有适应恶劣环境、维护保养方便、快速拆装、运移性好的性能。,根据旋转钻井法对钻机的基本要求，那么,钻机的基本功用,就是：,1.,旋转钻具、钻头破碎岩石，形成井眼。,2.,起下钻具，更换钻头或其它工具，下套管,3.,循环钻井液（气）、清理、清除井底破碎岩石形成的岩屑，保持连续钻进。保持连续钻进。,4.,完成固井、试油、修井及其他辅助工作。,1.1.2,钻机的特点,由于钻井工艺的要求和钻井场所的特殊性，钻机具有不同于一般普通机械的特点：,1.,钻机是一套大功率的重型联合工作机组。传动机构庞大、整体效率低，控制机构复杂、自动化程度低。,2.,因起下钻是非生产性操作，所以钻井作业是不连续的。,3.,钻井是在野外进行的流动性作业，所以钻机的工作场所不同于一般机器。,图,1-1,钻机组成示意图,1.2,钻机的组成及类型,1,天车，,2,悬臂吊绳缆，,3,钻井大绳，,4,二层台，,5,游车，,6,顶驱，,7,井架，,8,方钻杆，,9,司钻偏房，,10,防喷器，,11,水箱，,12,电缆托盘，,13,发电机组，,14,储油罐，,15,电气控制房，,16,泥浆泵，,17,泥浆桶箱，,18,泥浆罐，,19,泥浆池，,20,离心器，,21,振动筛，,22,节流管汇，,23,管子坡道，,24,钻杆架，,25,蓄电池,1.2.1,钻机的组成,钻机是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合机组。根据钻井工艺过程各工序的要求，整套钻机由下述八大系统设备组成。,1.,起升系统,为了起下钻具、下套管和钻进过程中接入钻具、送钻及控制钻压等，钻机必须配备起升系统。主要由绞车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）和井架等组成。另外还有用于井口作业的井口工具（吊环、吊卡、吊钳、卡瓦）和井口机械化设备（钻杆动力大钳、套管钳、液压猫头、立根运移机构）等。,起升系统功能：,绞车,滚筒,快绳,天车,死绳,钻绳,游车,大钩,死绳锚,存储滚筒,下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；,起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。,起升系统,天车,|,游车,|,钢丝绳,2.,旋转系统,为了驱动井中钻具带动钻头旋转破碎岩石，钻机需配备旋转系统。主要由转盘、水龙头、钻杆柱及钻头等组成。顶驱钻机采用顶部驱动装置来替代转盘、水龙头的旋转功能。,功能：,保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。,游车下部的大钩正在锁住水龙头提环,钻工正安放卡瓦,2,、旋转系统,钻杆与钻铤,转动的转盘与方钻杆,(,顺时针转,),PDC,钻头,取芯钻头,旋转系统,钻头,三牙轮钻头,新钻头正准备入井,钻井液高速流过喷嘴,旋转系统,钻头,钻柱纵振,钻柱扭振,钻柱横振,旋转系统,井下钻具振动方式,转盘不旋转,不需要方钻杆,3.,循环系统,为了及时清洗井底、携带岩屑、保护井壁，保持连续钻进，钻机需配备钻井液循环系统。常规钻井过程中主要包括钻井泵、高压管汇、循环罐、钻井液净化设备和调配设备（固控设施）及储存设备等。在使用井下动力钻具时，循环系统还需提供高压钻井液，驱动涡轮钻具或螺杆钻具带动钻头破碎岩石，具有传递动力的功用。在空气钻井时，应配备制气、增压等空气钻井设备。,废水池,泥浆池,钻屑下滑,泥浆振动筛,加重装置,泥浆泵,地面管汇,立管,水龙带,水龙头,方钻杆,钻柱,环空,钻铤,井眼,钻头,功能：,清洗井底、携带岩屑、保护井壁；,冷却钻头和润滑钻具。,泥浆泵号称钻机的,“心脏”,泥浆,功能：,1,、悬浮和携带钻屑,2,、润滑和冷却钻具,3,、稳定井壁,4,、平衡地层压力,5,、传递水功率,6,、泥浆录井,3,、循环系统,循环介质,3,、循环系统,流程,泥浆泵地面高压管汇立管水龙带水龙头钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤）钻头环形空间地面排出管线固控设备泥浆池泥浆泵。,废水池,泥浆池,钻屑下滑,泥浆振动筛,加重装置,泥浆泵,地面管汇,立管,水龙带,水龙头,方钻杆,钻杆,环空,钻铤,井眼,钻头,泥浆经井眼环空流回泥浆池,泥浆回流管线,泥浆通过立管经水龙带进入钻柱,立管,水龙带,泥浆泵将泥浆打入循环管线,地面管汇,(,至立管,),泥浆泵,3,、循环系统,流程,除气器,除泥器,除沙器,3,、循环系统,分离装置,上述三大系统设备直接服务于钻井生产，是钻机的三大工作系统。绞车、转盘、钻井泵称为钻机的三大工作机。,4.,动力驱动系统,为驱动绞车、转盘、钻井泵及其它工作机工作而配备有柴油机及供油设备，或电动机及供电、保护、控制设备，或燃气机等动力设备。,钻机平台上的,气体发动机,远离钻机平台的,柴油机,动力系统：,5.,传动系统,为连接动力机与工作机，实现从动力设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换，钻机应配备传动系统。现代钻机主要有机械传动、液力传动、液压传动、电传动等形式。主要包括减速、并车、分动、转向、倒转、变速、液力变矩、液力偶合等设备。,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、倒车、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,液力耦合器、液力变矩器,6.,控制系统和监测显示仪表,为了使各设备按指定程序、过程工作，钻机配备有各种控制装置，常用的有机械控制、气控、电控、液控和气、电、液混合控制。机械驱动钻机一般采用集中气控制。现代钻机还配备有钻井仪表及随钻测量系统、计算机，实时测量井下参数，实现井眼轨迹控制。,7.,钻机底座,包括钻台、机房、钻井泵等底座，用以安装和运移设备。,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。,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。,弹弓式,旋升式,伸缩式,8.,辅助设备,成套钻机还必须具有供气、供水设备、辅助发电设备、辅助起重、防喷设备等，高寒地区施工还需配备防冻保温设备。,钻,机,的,组,成,示,意,图,钻,机,的,组,成,示,意,图,钻,机,的,组,成,示,意,图,1.2.2,钻机的类型,石油钻机分类国内外各大石油公司及钻机生产厂家不尽相同，一般可按以下七种方法对钻机进行分类。,1.,按钻井方式分为：,1,）冲击钻机（也称为顿钻钻机）。,2,）旋转钻机，转盘旋转钻机，也称为常规钻机，是目前世界各国通用的钻机。,2.,按驱动钻头旋转的动力来源分为：,1,）转盘驱动旋转钻机。,2,）井底驱动旋转钻机，转盘井下动力钻具。,3,）顶部驱动旋转钻机，转盘顶部驱动。,3.,按驱动设备类型分为：,1,）柴油机驱动旋转钻机，又可分为：柴油机驱动机械传动钻机；柴油机驱动液力传动钻机。,2,）电驱动钻机，又可分为：直流电驱动钻机，包括直,-,直流和交,-,直流。交流电驱动钻机，包括交,-,交流和交流变频。,直流电驱动钻机,是指用直流电动机驱动各工作机的钻机。,是指用交流变频电机驱动各工作机的钻机。,交流变频电驱动钻机,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,。,4.,按工作机分组分为：,1,）统一驱动钻机；,2,）单独驱动钻机；,3,）分组驱动钻机。,5.,按主传动副类型分为：,胶带钻机、链条钻机、齿轮钻机。,6.,按钻井深度分为：,浅井钻机、中深井钻机、深井钻机、超深井钻机。,7.,按使用地区和用途分为：,海洋,钻机、浅,海,钻机、常规钻机、丛式井钻机、沙漠钻机、小井眼钻机等。,统一驱动与传动,转盘,绞车,钻井泵,传动装置,柴油机,转盘,绞车,钻井泵,电动机,传动,传动,传动,电动机,电动机,单独驱动与传动,