石油工程机械课后习题答案.doc

第二章作业题：（重点了解钻机的结构组成、类型、特点，驱动类型，传动方式，基本参数及我国石油矿场正在使用的几种石油钻机，并了解几种机械驱动和电驱动钻机的特点和技术性能）1、一套钻机主要由哪八大系统组成？一套钻机主要由：起升系统、旋转系统、泥浆循环系统、动力设备、传动系统、控制系统、钻机底座、钻机的辅助设备等八大系统组成。2、试叙述一台钻机的八项主要参数的意义。(1).可钻最大井深指的是该型钻机所具有的钻井能力和下套管能力。(2).最大起重量指的是钻机起升系统中大钩允许的最大静载荷。(3).额定钻柱重量指的是钻机在可钻最大井深时，所用额定尺寸的钻柱重量形成的大钩静载荷。(4).绞车功率绞车在起升工作中，使用一定的游动系统时大钩最低速度I档能够起升的额定钻柱重量所需的功率，称为绞车功率。(5).转盘开口直径指的是转台中心孔内径。(6).转盘工作扭矩、转速和功率转盘钻井时，为了带动地面设备、井下钻具和钻头旋转钻进破岩，需要产生不同扭矩的转速和输入功率。(7).泵的排量、泵压和功率泵的排量和泵压是泵在工作时使用最小缸套尺寸时的排量和允许的最高工作压力，在上述工作情况下泵输入端所需的功率称泵的功。(8).钻机配备总功率一部钻机所需的动力总功率，依驱动方式的不同计算方法也不一样。常用钻机驱动方式有：单独驱动、统一驱动、分组驱动等。现代大型钻机总功率已配备到数千千瓦。作业题：（重点了解钻机井架的功能、钻井工艺对井架的要求、钻机井架的类型和特点）3-1钻井井架1、钻机井架的功能有哪些？井架是钻采机械的重要组成部分之一。用它来安放天车、悬吊游车、大钩、吊钳、吊环、吊卡等起升设备与工具，其主要作用是起下、悬持和存放钻具。（1）安放天车，游动滑车，大钩及专用工具（如吊钳）等。在钻井过程中进行起下钻具操作、下套管。（2）起下钻过程中，用以存放立根。能容纳立根的总长度称为立根容量。2、钻井工艺对井架有哪些要求？（1）足够的承载能力：保证能起下一定深度的钻杆柱和下放一定深度的套管柱；其中足够意即，与钻机大钩公称起重量（最大钻杆柱重量）及大钩最大起重量相适应；（2）足够的工作高度和空间、足够的钻台面积：工作高度越高，起下的立根长度越长，可以节省时间；（3）拆装方便、安全，移运迅速。3、钻机井架有哪些类型？各有何特点？常见的井架类型有：塔型井架、前开口井架、A型井架、桅型井架、动力井架。前开口井架：结构简单，拆装安全、方便，移运迅速，整体稳定性优于A形井架；A形井架：拆装方便、安全，移运迅速，钻台宽敞，司钻视野开阔；塔型井架：制造容易，整体稳定性好，承载能力大，井架内部空间大，司钻视野较好。 3-2天车、游车、大钩和钢丝绳1、钻机游动系统由哪些部分组成？其特点是什么？天车、 游车、钢丝绳和大钩，通常称为游动系统。天车、游动滑车用钢丝绳联系起来组成复滑轮系统。它可以大大降低快绳拉力，从而大为减轻钻机绞车在钻井各个作业（起下钻、下套管、钻进、悬持钻具）中的负荷和起升机组发动机应配备的功率。2、钻井作业对大钩的功能有哪些要求？钻井工作对大钩的要求：应具有足够的强度和工作可靠性；钩身能灵活转动，以便上、卸扣；大钩弹簧行程应足以补偿上、卸钻杆扣时的距离；钩口和侧钩的闭锁装置应绝对可靠、启闭方便；大钩应有缓冲减震功能，减小拆卸立根时的冲击。 3-3钻井绞车1、钻机绞车由哪些主要部件组成？（1）滚筒、滚筒轴总成，这是绞车的核心部件；（2）制动机构，包括机械刹车和水刹车（电磁刹车）；（3）猫头和猫头轴总成，用以紧卸丝扣、起吊重物；重型钻机绞车上还包括捞砂滚筒，用以提取岩心筒；（4）传动系统，引入并分配动力和传递运动，对于内变速绞车除传动轴及滚筒轴、猫头轴外，还包括链条、齿轮、轴系零件及转盘中间传动轴等；（5）控制系统，包括牙嵌、齿式、气动离合器、司钻控制台，控制阀件等，属于钻机控制系统的组成部分；（6）润滑系统，包括黄油润滑、滴油润滑和密封传动、飞溅或强制润滑；（7）支撑系统，有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。 2、钻机绞车的功用有哪些？（1）起下钻具、下套管；（2）钻进过程中控制钻压、送进钻具；（3）借助猫头，上、卸钻具丝扣，起吊重物及进行其他辅助工作；（4）充当转盘的变速机构或中间传动机构；（5）整体起放井架。3、如何选用钻机绞车？一台钻机采用何种结构类型的绞车与多种因素有关，主要有：（1）功率大小，主滚筒是否上钻台，如何安装移运；（2）变速方式，绞车内还是绞车外变速，这与整机传动方案有关，需统一考虑：轻中型多为绞车外变速；重型、超重型钻井绞车多采用绞车内变速；（3）倒车方式（绞车外还是绞车内倒车）；（4）猫头种类和数量；猫头轴是否惯性刹车；离合器数量及布置；（5）是否充当传动盘的中间结构、变速结构；（6）润滑方式，黄油、滴油、飞溅或是强制润滑；（7）控制方式（一般采用集中气控制、气排挡）；（8）驱动类型。 第四章作业题：（了解钻井工艺对转盘、水龙头及泥浆净化系统的基本要求及相关设备的结构特点）4-1转盘1、钻机转盘要完成的主要工作有哪些？钻井过程中，转盘要完成如下工作：（1）转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速；（2）下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；（3）完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；（4）涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。2、钻井作业对钻盘的基本要求有哪些？为保证转盘能实现上述职能，要求：（1）转盘的主轴承有足够的强度和寿命；（2）转台和锥齿轮能传递足够大的扭矩，能倒转，能可靠地制动；（3）密封性好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿轮和轴承的磨损。 3、钻机转盘的主要特性参数有哪些？（1）通孔直径转盘通孔直径是转盘的主要几何参数，比第一次开钻时最大号钻头直径至少大10mm；（2）最大静载荷转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配；该载荷经转台作用到主轴承上，因此决定着主轴承的规格；（3）最大工作扭矩转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，决定着转盘的输入功率及传动零件的尺寸；（4）最高转速转盘在轻载荷下允许使用的最高转速；（5）中心矩转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。 4-2水龙头1、钻机水龙头要完成的主要工作有哪些？水龙头通过提环挂在大钩上，可随大钩运行而上提下放；下部接方钻杆，连接下井钻具；上部通过鹅颈管与水龙袋相连。水龙头是提升、旋转、循环三大工作机组相汇交的“关键”部件2、钻井作业对水龙头的基本要求有哪些？对水龙头的要求：（1）水龙头的主轴承必须具有足够的强度和寿命（因为水龙头的主轴承几乎是在全部钻具重量下振动、旋转，工作条件十分恶劣）；（2）高压钻井液密封系统（或称冲管总成）必须工作可靠，寿命长，更换快速、方便；（3）机油密封良好，能制动补偿工作过程中密封元件的磨损；（4）各承载零件，如提环、壳体、中心管等，应具有足够的强度和刚性。3、钻机水龙头的主要特性参数有哪些？（1）最大静载荷：水龙头的主要受力件，如主轴承、提环等，所能承受的最大载荷，它应等于或大于钻机的最大钩载。水龙头常以最大静载荷定型号，如SL-450（tf）等。（2）中心管通孔直径：国产水龙头中心管、冲管直径均为75mm。（3）最高转速：水龙头许用最高转速，应与转盘的最高转速相一致；（4）最大工作压力：水龙头最大工作压力应与钻井泵、高压管汇、水龙带相匹配；（5）中心管接头下端螺纹规格、轴承型号和尺寸等。 4、水龙头的功用有哪些？（1）悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分乃至全部钻具重量；（2）向转动着的钻杆柱内引输高压钻井液；4-3顶驱钻井系统1、顶驱钻机有何主要优点？和转盘方钻杆旋转钻井法相比，顶驱钻井系统旋转钻井法具有下述主要特点：（1）系统直接采用立根（28m）钻进，减少了2/3钻柱连接时间；（2）起下钻时，顶驱钻井系统可在任意高度立即循环钻井液，实行倒划眼起钻和划眼下钻，大大减少了卡钻事故；（3）系统具有遥控内部防喷器（IBOP），钻进或起钻如有井涌迹象，可即时实施井控，大大提高了在复杂地层、钻井事故地区钻井的安全性。（4）顶驱系统以28m立根钻定向井、丛式井、斜井时，不仅减少了钻柱连接时间，还减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，节省了定向钻井时间，提高了钻井效率；（5）顶驱系统配备了钻杆上卸扣装置，实现了钻杆上卸扣操作机械化，快捷便捷、安全可靠。不用转盘、方钻杆，避免了接单根钻进的频繁常规操作，不仅节省了时间，且大大减轻了钻井工人的体力劳动强度，降低发生人身事故的机率。（6）系统可连续取芯28m，改善了取芯条件，提高了取芯质量；2、交流变频顶驱系统有何优点？AC变频顶驱系统的主要优点（相对于AC-SCR-DC直流电机驱动）（1）AC电动机效率可高达9697，经济性好；（2）AC电动机没有电刷，工作时不会产生火花，防爆，钻井安全；经久耐用，维护保养简单；质量轻、体积小、占用空间少；（3）AC变频驱动，可精确调节工作转速与输出扭矩，具有更好的调节性能。（4）AC变频驱动零转速时具有全制动扭矩，可保证钻井安全，过载能力强，1min内可承受额定载荷150过载载荷。4-4泥浆净化装置1、泥浆净化系统一般有哪些主要部分组成？泥浆净化装置是钻井液循环系统中的重要组成部分，其基本作用是减少或控制泥浆中固体颗粒的含量，以便改善钻井泵和其它设备的工作条件，提高钻井效果。钻井过程中，从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过泥浆池和沉淀池的自然沉降，其中的固相颗粒只能稍稍减少，继续使用这种泥浆，必然会有相当一部分岩屑和砂粒随泥浆进入钻井泵，并被再次送入井底，造成钻井泵易损件和钻头寿命大大缩短，钻头进尺减少，钻速显著降低，甚至会造成钻井过程中钻杆遇卡事故。采用合适的泥浆净化（或固相控制）系统，设法控制和尽可能降低泥浆中的固相含量，使泥浆净化，对于改善钻井泵、钻头和钻具的工作条件、钻井时改善涡轮钻具的工作条件、减少磨损等，都具有十分重要的意义。泥浆振动筛是固控系统中的关键设备，自井筒中返回的泥浆首先进入筛中，清除掉较大的固体颗粒。水力旋流器离心分离机主要用于回收加重泥浆中的重晶石，及非加重泥浆中的液体或化学药剂，清除08um左右的细粉砂。泥浆除气器离心分离机第五章作业题：（了解钻机驱动设备的类型及工作特点）1、什么叫动力机的外特性曲线所谓动力机的外特性，指的是扭矩M随转速n而变化的规律性，即M=f（n），常用曲线描述，称为外特性曲线。2、柴油机用作钻井设备动力的主要特点是什么？（1）不受地区限制，具有自持能力（只要自带燃料都可工作）。（2）产品系列化后，不同级别钻机，可采用所谓“积木式”，即增加相同类型机组数目的办法，以增加总装机功率，从而减少柴油机品种。（3）在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载，避免出设备事故。装上全制式调速器，油门手柄处于不同位置时，即可得到不同的稳定工作转速。当外载增加超过Mmax时，柴油机便越过外特性上稳定工作点而灭火，不致造成传动机构或工作机因过载而损坏。（4）结构紧凑，体积小，重量轻，便于搬迁移运，适于野外流动作业。（5）不足：扭矩曲线较平坦，适应性系数小（1.051.15），过载能力有限；转速调节范围窄（1.31.8）；噪音大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率低，燃料成本高等。第六章作业题：（了解往复泵的分类、了解往复泵的瞬时流量和平均流量及流量不均度的概念，掌握往复泵的工作原理、结构特点以及流量、压力、功率、效率的计算方法，了解往复泵空气包的作用及原理）1、往复泵按用途可分为哪些类型？按用途的不同，石油矿场用往复泵往往被冠以相应的名称，例如：在钻进过程中，为了携带井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，用于向井底输送和循环钻井液的往复泵，称钻井泵或泥浆泵；为了固化井壁，向井底注入高压水泥浆的往复泵，称固井泵；为了造成油层的人工裂缝，提高原油产量和采收率，用于向井内注入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液体的往复泵，称压裂泵；向井内油层注入高压水驱油的往复泵，称注水泵；在采油过程中，用于在井内抽汲原油的往复泵，称抽油泵。2、什么叫往复泵的瞬时流量？平均流量？往复泵在单位时间内理论上应输送的液体体积，称作泵的理论平均流量，它与泵的活塞截面积F、活塞冲程长度S，以及活塞每分钟在缸套中往复的次数，即泵的冲次n有关。由于往复泵的活塞运动速度是变化的，故每个液缸和泵的流量也是变量。往复泵在某一旋转角度时所输送的液体体积，称作泵的瞬时流量。3、什么叫往复泵的流量不均度？理论瞬时流量的最大差值与平均流量的比值，称作往复泵的流量不均匀度4、说明往复泵的工作原理。往复式泵主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、阀室、曲柄或曲轴、连杆、十字头、活塞杆，以及齿轮、皮带轮和传动轴等零部件组成。当动力机通过皮带、齿轮等传动件带动曲轴或曲柄以角速度按某方向，从左边水平位置开始旋转时，活塞向右边即泵的动力端移动，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液体在液面压力的作用下，推开吸入阀，进入液缸，直到活塞移到右死点为止，为液缸的吸入过程。曲柄继续转动，活塞开始向左即液力端移动，缸套内液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被推开，液体经排出阀和排出管进入排出池，直到活塞移到左死点时为止，为液缸的排出过程。曲柄连续旋转，每一周（03600）内活塞往复运动一次，单作用泵的液缸完成一次吸入和排出过程。5、说明往复泵空气包的作用及原理。曲柄连杆机构传动往复泵工作时，每个液缸在一个冲程中排出或吸入的瞬时流量，都近似地按正弦规律变化，即使有几个液缸交替工作，总的流量也达不到均匀程度。而总流量的不均匀，必然导致压力波动，进而引起吸入和排出管线振动，吸入条件恶化，破坏管线和机件，甚至使泵不能正常工作。为了消除流量不均匀和压力波动，往复泵通常都安装有各种减振装置。空气包是一种常见、有效的减振装置。当液缸排出瞬时流量增加，液体压力加大时，胶囊内气体受压缩，空气包储存来自液缸内的一部分液体；当液缸排出的瞬时流量减少，液体压力减小时，胶囊内气体膨胀，空气包放出一部分液体；始终使进入排出管内的液体变化不大，从而保持排出管内压力趋于均匀。吸入空气包的作用是使吸入管中的液体流量趋于均匀，保持吸入压力稳定。第七章作业题：（掌握离心泵的工作原理、结构特点以及流量、压力、功率、效率、比转数的计算方法，了解平衡离心泵的工况调节、轴向力的平衡方法、离心泵的特性曲线及其变化规律、离心泵的选择方法）1、简述离心泵的工作原理？离心泵 由叶轮、泵轴、蜗壳等组成。当动力机通过联轴器和泵轴带动叶轮旋转时，叶片就带动叶片间流道中的液体作圆周运动；在离心力的作用下，液体以较大的速度和较高的压力，沿着叶片形成的流道，自中心向外缘运动，并通过蜗壳和扩散管流向排出管。由于液体不断被排出，在泵壳内叶轮中心和吸入管内形成真空，吸入池中的液体在大气压或液罐内压力的作用下，源源不断地流进吸入管或叶轮；蜗壳则收集从叶轮中高速流出并具有一定压力的液体，并引向扩散管和排出管；扩散管的过流面积是逐渐增大的，起着降低流速和进一步增加液体压力的作用，从而使泵形成连续的吸入和排出过程，不断地排出高能量的液体。2、简述离心泵与往复泵的异同？各有何特点？离心泵是最典型的叶片式机械，在石油矿场上应用广泛，主要用于输送原油、向井底注水、油井采油，以及作为往复泵的灌注泵和生活供水泵等。离心泵的工作原理和结构与往复泵完全不同：往复泵主要通过改变工作腔的容积，将机械能主要转变为液体的压力能；而离心泵则主要靠改变工作腔内液体的运动速度，将机械能转变为液体的动能和压能。3、平衡离心泵轴向推力的方法有哪些？离心泵工作时，由于叶轮受力的非对称性而产生的轴向力，只靠轴向止推轴承难以完全承受，必须安装有平衡轴向力的装置。常用的平衡离心泵轴向推力的方法有：（1）利用叶轮的对称性平衡轴向力（2）改造叶轮结构平衡轴向力。包括：平衡孔法；平衡管法；在叶轮背面加平衡叶片法（3）安装专用的平衡装置。包括：自动平衡盘平衡轴向力；平衡鼓平衡轴向力；平衡盘与平衡鼓组合装置平衡轴向力4、什么叫离心泵的特性曲线？其变化规律如何？离心泵的特性曲线是指一定转速n下的HQ、NaQ等关系曲线，主要是HQ特性曲线。