石油钻采机械概论(PPT 55页).ppt

石油钻采机械概论课程总结,引言,本课程共上十章，分钻井机械和采油机械两大部分。一、油气藏与油气田二、含油气盆地三、油气勘探目前油气勘探的主要方法和技术有四种：即地面地质法、地球物理法、遥感技术和钻探法。各自特点。,第一章钻井工艺概述,1.1钻井方法一、机械钻井法1.顿钻钻井法2旋转钻井法二、钻井工艺过程1钻前准备2钻进过程：起、下钻；正常钻进。3固井4完井5钻井事故的处理,三、平衡压力钻井含义；目的；关键；技术保证。1.2钻井技术的新发展一欠平衡钻井(原理;优点;适用于地层条件;方法;主要设备）。二、深、超深井钻井技术三、水平井技术四、小井眼钻井技术五、连续柔管钻井技术,第二章石油钻机概论,2.1钻机的组成钻机包括：驱动与传动、旋转、起升、循环设备，辅助设备和测量仪表。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。,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。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。,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。八、辅助设备钻机八大（系统）设备：旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助。八大部件：绞车；转盘；水龙头；大钩；游车；天车；钻井泵；柴油机。,2.2钻机分类与特点一、分类方法二、钻机特点1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作；2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作；3.钻井过程不连续；4.工作地区广阔，自然环境恶劣。,2.3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。十个：L（名义井深）；Qhmax（最大钩载）；Qstmax（最大钻柱重）；Ndr（绞车功率）；Z(有效绳数)；dw（钢绳直径）；Np（泵功率）；Dr（转盘通径）；Hr（底座高度）；Hd（井架高度）。,二、主参数与钻机型号1.主参数我国钻机标准规定名义钻井深度L为主参数。2.钻机型号ZJ三、起升系统参数1输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。kW式中：Q1=Qstmax+Gt2游动系统结构钻井绳数Z：指钻井时采用的有效提升绳数。最大绳数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。,3钢绳直径dw根据Qmax（最大钩载）的Pfmax（Zmax时快绳拉力）决定。4快绳最大拉力起升时：5.井架高度：取决于立根高度。6.钻台高度：取决于安装井口装置的高度。,四、旋转系统1.转盘名义直径2.最高转速3.最大静负荷4.最大工作扭矩五、钻井泵功率Np输入轴功率，额定功率kW,第三章石油钻机的驱动,3.1机械驱动钻机机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过不同组合的传动形式所驱动的钻机。依据主传动副类型，分为齿轮、胶带和链条钻机。传动系统图分析方法。,3.2电驱动钻机,电驱钻机工作机用电动机带动。一、分类1.交流电驱钻机：即交流发电机（或工业电网）交流电动机驱动（ACAC）；2.直流电驱钻机：即直流发电机直流电动机驱动（DCDC）；3.可控硅整流直流电驱钻机：即交流发电机可控硅整流直流电动机驱动（ACSCRDC）；4.交流变频调速驱动钻机，即交流发电机变频调速器交流电机驱动。,二、优点1.传动效率高，较机械传动高16%；2.无级变速（在某机械档下，无级变速）；3.简化传动、控制，易装调整，自动保护。3.3电机驱动特性一、电动机机械性能1.机械特性电机转速n与电磁转矩M之间变化关系，称机械特性。,2.特性硬度转速n不随转矩M变，为特硬特性；n随M增加而下降不大，为硬特性；n随M增加而加速下降，为软特性。3.固有机械特性电机的电压、频率（交流）、励磁（激磁）电流为额定值，其电机回路上无附加电阻时所具有的特性。4.人为特性人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称人为特性。,二、交流电机特性（固有）1.同步电动机（1）定义转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0）相同（通交流电），故称同步电机，特硬特性。（2）工作原理：定子绕组通三相交流电产生旋转磁场，转子励磁绕组通直流电形成直流励磁磁场，两磁场相互作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着以同步转速一起旋转，即n=n0。,同步电机启动性能差，用于不常启动、不变速场合。（3）同步电机采用异步启动法。异步启动：定子通电形成旋转磁场，使转子线圈产生感应电流，使转子转起来，之后转子再通直流电，实现异步启动，同步工作。,2.异步电动机,一、定义转子转速小于磁场旋转速度，称异步电机。二、工作原理属于硬特性：异步电机常用于驱动绞车和转盘。改变定子电压、电流频率、定子和转子串阻都可改变特性。,三、直流电机特性定子（通直流）形成固定磁极，转子电枢通电，磁力作用使转子转动。【左手定则判断：掌心对N，四指电流，母指力】1.直流电机类型按励磁绕组（定子）与电枢绕组（转子）联接方式分：他励电机、并励电机、串励电机、复励电机。,2.直流电机固有特性（1）他励或并励：硬特性；（2）串励：属软特性，n随M增加而下降；（3）复励：介于并、串联之间，属软特性。（4）适用场合串励电机：适驱动绞车，载荷增大，转速自动下降，实现恒功率调节。并、他励电机：适驱动钻井泵，实现定速恒转矩调节。,3.直流电机人为特性（用人工调节转速）（1）电枢串阻在电枢中串入可调电阻，保证电源电压U和励磁电流（磁通）不变。相当于加大（电枢电阻）。（2）降低供电电压U（降低电枢电压）使固有特性nM曲线下移。（3）减弱磁通调速改变（定子励磁磁通），使n0、n都变，从而改变特性。,四、可控硅直流驱动,ACSCRDC由柴油机驱动AC发电机输出交流电，经可控硅整流驱动DC电机。可控硅驱动特点：直接由SCR调节电压、控制弱磁而调速。,4.用DC电机（不用AC电机）原因（1）直流电机：调速宽；能频繁启动；载荷变化范围宽；启动制动平稳。（2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载荷而变化【只能由调频f改变转速】。5.交流变频技术，用AC变频器AC。,第四章起升系统工作原理与设备,4.1起升系统工作原理游动系统运动分析：快绳侧死绳侧钢绳速度分析；游动系统载荷：当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等：当起升时，各绳拉力：快绳拉力：起升游系效率：,下放时游系效率：游系效率近似计算式：滚筒缠绳层数确定：任意层直径：半径增量系数0.9缠绳总层数计算式：,4.2钻井绞车绞车的作用；绞车的使用要求；绞车的结构类型；典型绞车结构（JC45绞车）分析。4.3刹车机构一、刹车功用与使用要求二、带刹车结构与原理三、最大制动力的确定下放时静力矩：最大制动力矩：最大制动力：式中：动载系数；b-滚筒效率；Db刹车鼓直径，m。,四、刹带两端的拉力死端拉力T：制动力：制动力矩：,五、刹车杠杆工作分析,1.单杠杆刹车机构刹把力：增力倍数：2双杠杆刹车机构两套单杠杆组成。增力倍数：,六、盘式刹车,1.结构组成包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹车杠杆）、刹车块、液控系统等。2.刹车钳类型：杠杆钳；固定钳。3.工作方式常开式：液压加压刹车；常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹。4.单钳制动力矩,4.4辅助刹车一、水刹车1.作用下钻时刹慢滚筒，保持钻具均速下放。2.结构定子、转子、各自之上有叶片。3.作用原理下钻时，滚筒带水刹车转子旋转，运动中倾斜的叶片，迎面切割水涡流，形成阻力矩。,4制动力矩5.制动功率6.水刹车水量调节方法分级调节法调节水箱阀门，获得不同水位。水刹车水位自动调节器调节,二、电磁涡流刹车新型辅助刹车，利用电磁感应原理实现制动。1.结构主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈。2.原理定子通直流，产生固定磁场。当滚筒带动转子转动时，转子产生涡流。涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力矩。主磁路(右手定则);感应电动势与涡流(右手定则);电磁力(左手定则);电磁转矩M=FR2Z=CnB2,3特性（M-n曲线）调节线圈的电流可改变M-n曲线。当转速低时，仍有较大制动力矩。滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、高速段力矩几乎不变(硬特性)。,4.5井架一、功用、组成与要求；钻井工艺对井架的基本要求。二、整体结构类型1.塔架2.前开口井架3A形井架4桅形井架三、井架基本载荷1恒载：井架自重、设备、工具重；2最大静载:即最大钩载；3工作绳拉力：快绳和死绳合力；4风载；5立根载荷：立根重水平载荷；立根风载。4.6游动系统天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。,第五章往复泵,5.1概述一、结构与工作原理二、往复泵的分类方法三、基本性能参数泵的流量指单位时间内泵所输送的液体量。泵的压力p指泵排出口处单位面积上所受到的液体压强,单位为MPa,泵的功率和效率输入功率（主轴功率）Na单位时间内动力机传到往复泵主动轴上的能量，kW；输出功率（有效功率）N单位时间内液体经泵作用后所增加的能量，kW。泵的总效率：输出功率与输入功率的比值。泵速n指单位时间内活塞和柱塞的往复次数，简称冲次，单位为min-1。,5.2往复泵的流量分析一、活塞的运动规律活塞位移；活塞速度；活塞加速度。二、流量及流量曲线1平均流量Qm理论平均流量指往复泵在单位时间内应输送的液体体积。对于缸数为i的单作用泵:Qm=iFSn(m3/min)对于缸数为i的双作用泵:Qth=i(2F-f)Sn实际平均流量为Q：Q=Qm,2.瞬时流量Qcm多缸情况：往复泵一般都由几个液缸组成，在曲轴转动一周期内，几个液缸按一定规律交替吸入和排出，泵的瞬时流量由同一时刻各缸瞬时流量叠加而成。计算时要根据各曲柄间存在的角位差决定公式中的角参数。,3.往复泵的流量曲线以曲柄转角为横坐标，流量为纵坐标，可作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线。用途判断流量的均匀程度，考核指标：流量不均度Q。确定泵输送的液体体积曲柄转角范围内，流量曲线与横坐标所包围的面积为A，此时泵输送的液体体积为V。检验曲柄布置是否合理对于多缸往复泵，通过绘制流量曲线，可发现各液缸瞬时流量是否叠加合理，从而检验曲柄布置方案的合理性。,53往复泵的压头、功率和效率,一、有效压头往复泵的有效压头指泵供给单位重量液体的能量，被用于提高液体的总比能和克服全部管线中的液体流动阻力。二、往复泵的功率N=QgH103pQ103泵的总效率：,三、往复泵的效率1机械效率m转化功率为：NiHiQig10-3=piQi10-3泵的输入功率减去机械损失Nm所剩余的功率称为转化功率Ni；单位时间内获得能量的液体为转化流量Qi；单位重量液体所得到的能量为转化压头Hi；2容积效率v容积效率v反映因密封不严造成的液体漏失对流量的影响。3水力效率h4.泵的总效率,5.4往复泵的工作特性曲线一、往复泵的特性曲线往复泵的特性曲线主要反映泵的流量、输入功率及效率等与压力间的关系。二、与管路联合工作特性曲线,三、钻井泵的临界特性钻井泵的临界特性曲线是根据冲次和压力的限制条件作出的，此条件为：p1F1=p2F2=pnFn=常数钻井泵的临界特性曲线钻井泵的临界特性曲线用途指导换缸套不论泵速能否调节，任何一级缸套下的流量和压力都限制在一定的范围内。在泵的最大冲次不变的情况下，泵输出的最大水力功率（有效功率）为N=p1Q1=p2Q2=常数。等功率曲线由各级缸套极限工作压力点1，2，5的连线是一条等功率曲线，泵工作时所有工况点应控制在等功率曲线下方。,四、往复泵的性能调节,1.流量调节(Qth=i(2F-f)Sn)流量与泵缸数i、活塞面积F、冲次n、冲程s成正比，改变任何一个参数都可以改变流量。常用方法有：换不同直径的缸套，以改变流量；调节冲次，以改变流量；旁路调节。2.往复泵的并联运行：特点。55往复泵的结构及特点一、双缸双作用活塞泵二、三缸单作用活塞泵,第六章采油工艺概论,6.1采油方法一、自喷采油法二、自喷井的设备：井下和地面设备，井口装置6.2机械采油法气举采油和抽油法注热蒸汽采油法6.3抽油法设备一、有杆抽油装置抽油机抽油泵装置，包括三部分。1.地面部分抽油机（驱动部分）2.井下部分抽油泵（悬挂在油管尾部）3.中间部分抽油杆,二、无杆抽油装置1.水力活塞泵用压力液体为动力，使自身活塞往复运动吸排油（地面有动力液泵）。2.电动潜油离心泵用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。3.电动潜油单螺杆泵开采高粘度、高含砂、高含气原油。井下电机带动螺杆泵抽油。（容积式泵）三、采油新技术应用,第七章机械抽油设备,7.1游梁式抽油机一、结构组成及分类二、主参数悬点载荷P：挂抽油杆处，反应下泵深度。取决于杆和液柱重量。最大扭矩M：曲柄轴最大扭矩。（用于选择电机功率）冲程长度S：反应采油量。悬点冲程，受机构限制一般34m，6m:长冲程。S正比于曲柄半径。冲次：悬点冲程数（每分钟往复次数），反应采油量。,三、驴头悬点载荷上下冲程悬点载荷不同。静载(3项：杆自重、柱塞上油柱重、柱塞下端油压），动载（2项：惯性载荷、振动载荷），摩擦力。,7.2链条抽油机结构及工作原理7.3液压抽油机结构及工作原理7.4抽油泵结构组成；工作原理7.5无杆抽油设备-水力