第一章 钻机概论(第一讲).ppt

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：,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。,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。,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