井架的分类
钻井机:HNZ—100型塔式
钻孔直径:≤∮600毫米
钻孔深度:≤100米
卷扬机提升力:≤18千牛
转盘速度:50转/分钟
钻杆:∮108×4.5×3000毫米
钻塔高:5.7米
配用水泵:6寸(出4寸)
配用动力:7.5—18.5KW
详细说明:性能特点:适用于土层钻井和基桩孔工程,搬运方便。 一种K型自升式井架,由井架体、起升机构、定位装置、导向装置组成;井架体由顶段(1)、中段(2)、下段(3)及基段(4)组成,顶段(1)上安装有天车(9),下段(3)与基段(4)之间通过插装在其上的闩销(5)固定,其它各段之间采用销轴连接,起升机构、定位装置及导向装置均设置在基段(4)上。本实用新型能够利用井架自身的起升机构、定位装置及导向装置完成整个井架的起升与下放。解决了常规K形及A形井架起升时占地面积大,起升系统复杂,起升力过大等问题,具有起升力小,占地面积小,起升方便,井架下部开档大,钻台面积利用率高,使用性好的优点,非常适合于海洋平台及陆地的山区、丘陵、城镇地带油、水井钻井作业时使用。
③ A型
④桅架
钻井八大件与钻井八大系统
钻井的八大件:天车,大钩、游车、井架、泥浆泵、水龙头、绞车、转盘
1井架
井架由井架的主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井架底座等几个部分组成,主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。
2天车
天车一般是多个滑轮装在同一根芯轴或两根轴心线一致的芯轴上。现在的天车大都是滑轮通过滚柱轴承装在一根芯轴上。芯轴一般是双支承的,轴的直径较大,芯轴的一端或两端有黄油嘴,芯轴里有润滑油道。润滑脂从黄油嘴注入,以润滑轴承。
3游车
游车的形状为流线型,以防起下时挂碰二层台上的外伸物。同时,游车要保证一定的重量,以便它在空载运行时平稳而垂直地下落。现在,钻机各型游车都是一根芯轴,滑轮在轴上排成一列,其结构与天车相似。
4大钩
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大钩是提升系统的重要设备,它的功用是在正常钻进时悬挂水龙头和钻具,在起下钻时悬挂吊环起下钻具,完成起吊重物、安放设备及起放井架等辅助工作。目前使用的大钩有两大类。一类是单独的大钩,其提环挂在游车的吊环上,可与游车分开拆装,如DG—130型大钩另一类是将游车和大钩做成一个整体结构的游车大钩,如MC—400型游车大钩。为防止水龙头提环从大钩中脱出,在钩口处装有安全锁体、滑块、拔块、弹簧座及弹簧等构成的安全锁紧装置。为悬挂吊环和提放钻具,钩身压装轴及挂吊环轴用耳环闭锁,用止动板防止两支撑轴移动。钩身与钩杆用轴销连接,钩身可绕轴销转一定角度。
5绞车
绞车是构成提升系统的主要设备,是组成一部钻机的核心部件,是钻机的主要工作机械之一。其功用是:提供几种不同的起升速度和起重量,满足起下钻具和下套管的需要悬挂钻具,在钻进过程中送钻和控制钻压利用绞车的猫头机构上、卸钻具螺纹作为转盘的变速机构和中间传动机构当采用整体起升式井架时用来起放井架当绞车带捞砂滚筒时,还担负着提取岩心筒、试油等项工作帮助安装钻台设备,完成其他辅助工作。 6水龙头
在一部钻机中,水龙头既是旋转系统的设备,又是循环系统的一个部件。它悬挂于大钩之下,上接有水龙带,下接方钻杆。在钻进时,悬挂并承受井内钻柱的全部重量,并将钻柱与水龙带连接起来,构成钻井液循环通道。
7转盘
转盘主要由水平轴、转台、主轴承、壳体、方瓦及方补心等组成,其主要作用是带动钻具旋转钻进和在起下钻过程中悬持钻具、卸开钻具螺纹以及在井下动力钻井时承受螺杆钻具的反向扭矩。转盘的动力经水平轴上法兰或链轮输入,通过锥齿轮转动转台,借助转台通孔中的方瓦和方补心带动方钻杆、钻柱和钻头转动同时,方补心允许方钻杆轴向自由滑动,实现边旋转边送进。
8泥浆泵
泥浆泵,是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中,它是将地表冲洗介质??清水)泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下,经过高压软管)水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端,以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。
常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的,由动力机带动泵的曲轴回转,曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下,实现压送与循环冲洗液
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的目的。
钻井作业的八大系统:起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统
1、起升系统
起升系统是必不可少的,一般由井架、绞车、天车、游车、大钩、滚筒和钢丝绳组成。起升系统一般具有以下功能:
1)下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其他井下设备进、出井眼
2)起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
2、旋转系统
旋转系统由转盘、水龙头、钻头、钻柱组成。其主要功能是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。 3、循环系统
循环系统由泥浆泵、泥浆池(钻机的“心脏”)、立管、水龙带、分离装置组成。其主要功能有以下几点:
1)从井底清楚岩屑
2)冷却钻头和润滑钻具。
泥浆的功能有以下几点:
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)传递水平功率
6)泥浆录井。
泥浆的循环流程:
泥浆泵—地面高压汇管—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。
4、驱动与传动系统
驱动与传动系统由动力机、与传动部分组成。动力机一般为柴油机或电动机,传动部分由联轴器、离合器、变速箱、皮带传动及链条传动等装置组成。
驱动与传动系统主要功能是产生动力,并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。
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5、气控系统
气控系统由控制机构、传输管线、阀门、执行机构(气动离合器等)以及气压及等组成。其主要功能是确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制,使整机协调一致的工作。
驱动与传动系统、气控系统组成了钻井的动力系统。
6、井控系统
井控系统由防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气控制机构组成。其主要功能是控制井内的压力,防止底层流体无控制地流入井中。
防喷器的功能:
1)密封钻具
2)强行起下钻
3)悬挂钻具
4)手动、液动锁紧闸板
5)用作分液系统
6)可以剪断钻具。
节流管汇:由一系列特殊的、可远程控制的管线组成,用井口防喷器组关井后,司钻可以通过它释放井底压力,不至于造成井下失控。
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1 起升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻头送进等,钻机装有一套起升机构,它主要由主绞车、辅助绞车(或猫头)、工作刹车、辅助刹车、游动系统[包括钢丝绳、天车、游动滑车(简称游车)和大钩]以及悬挂游动系统的井架组成。另外,还有起、下钻操作使用的工具及设备,如吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移运机构等。
井架是钻采机械的重要组成部分之一,如图3-36所示,它在钻井和采油生产过程中,用于安放和悬挂天车(图3-37)、游车、大钩、吊环、吊钳、吊卡等起升设备与工具,以及起下、存放钻杆、油管或抽油杆。
图3-35 钻井系统1—水龙头;2—方钻杆;3—绞车;4—转盘;5—天车;6—井架;7—游动滑车;8—大钩;9—水龙带;10—立管;11—动力机;12—泥浆泵;13—泥浆池;14—泥浆槽;15—水泥环;16—套管;17—钻杆;18—井眼;19—泥浆流;20—钻铤;21—钻头
图3-36 钻井地面设备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—蓄电池绞车是钻机的核心部件,如图3-38所示。绞车不仅用于起下钻具和下套管,还用于在钻进过程中控制钻压,以及井架的整体起立。带捞沙滚筒的绞车还负担着提取岩心筒、试油等工作,绞车往往还充当转盘的变速机构或中间传动机构。
钻机的绞车、转盘和钻井泵交替工作,各工作机器经常启动和停车,因此这些传动系统中的离合器操作频繁,尤其是在深井进行起下钻操作时。目前主要采用的刹车是液压盘刹,如图3-39所示,直流电动钻机和链传动钻机还要使用辅助刹车,一般的牙嵌离合器、手控摩擦离合器都不能满足如此繁重的操作要求,通常采用调速传动的电磁离合器。
图3-37 天车
图3-38 绞车
图3-39 液压盘刹1—刹车盘;2—安全钳;3—工作钳;4—绞车滚筒图3-40是老式刹车机构图。刹车时,操作刹把4转动传动杠杆3,通过曲拐拉拽刹带1活动端使其抱住刹车鼓2。扭动刹把手柄可控制司钻阀5启动气刹车。气刹车起省力作用。平衡梁6用来均衡左、右刹带松紧程度,以保证受力均匀。当刹块磨损使刹带与刹鼓间隙增大导致刹把的刹止角过低时,可通过调整螺钉7调整到初始间隙。刹带1是由弹簧板制成,用带弹簧的螺钉挂在绞车外壳上,不工作时可均匀脱离刹车鼓;耐热耐磨的刹车块则铆在钢带上。美国绞车广泛采用双杠杆机构,力比大,操作非常省力。
下钻过程中会产生大量的动能,单靠绞车的刹带不能完全胜任这些能量的转化工作,在深井钻机中,水刹车或电磁刹车等辅助刹车起着很重要的作用。
为了起、下钻具和旋卸钻具,需要使用吊钳、吊卡和卡瓦等手动井口工具。吊钳由几个镶有牙板的钳头和钳柄组成,它们之间用铰链互相连接。吊钳用来旋卸钻杆、钻铤等组成钻柱的各类下井工具的连接螺纹,如图3-41所示。吊钳都是内外两把(一正一反)成对使用,用猫头绳来旋扣。吊卡用来悬持、提升和下放钻柱。吊卡的内径比钻杆外径略大,但比钻杆接头的外径小。工作时卡住钻柱接头,以便进行起、下钻。当旋接或卸开钻柱时,位于井内的那段钻柱必须暂时悬挂在转盘上。装入转盘补心中的卡瓦是用来卡住钻杆并悬持钻柱的。
图3-40 刹车机构示意图1—刹带;2—刹车鼓;3—杠杆;4—刹把;5—司钻阀;6—平衡梁;7—行程限制螺杆;8—气丝;9—弹簧
图3-41 液压套管钳随着深井、硬地层及海洋钻井数量的迅速增加,起、下钻操作的工作量显著增加。用上述手动井口工具旋卸螺纹体力消耗大、工效低,又不安全,迫切需要改进。目前,已有多种形式的动力大钳和动力卡瓦广泛用于钻井生产中。加快了起、下钻速度,减轻了工人的劳动强度,为进一步实现钻井工作的全盘机械化、自动化打下了基础。
2 旋转系统为了转动钻具以不断破碎岩石,钻机还配备有顶驱(老式钻机采用转盘,如图3-42所示)和水龙头,井下配有钻杆柱和钻头等,有时也使用井底动力钻具。
图3-42 石油钻机转盘
图3-43 挪威DDM-650顶驱钻井系统1—水龙头;2—电动机;3—齿轮减速箱;4—机械齿轮箱;5—钻杆操纵接头;6—钻杆操纵旋转环;7—吊卡位置电动机;8—液压缸;9—悬挂器;10—吊卡游动动作器;11—伸缩接头;12—伸缩接头支承组;13—遥控内防喷阀;14—扭矩扳手;15—钻杆吊卡多年来,石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。近年来,随着钻井装备技术的不断发展,为了更好地满足钻特殊工艺井的需要,20世纪80年代,国外研制出一种将水龙头与马达相结合,在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转,并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置,同时配备了钻杆的上卸螺纹装置,可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。将该装置悬持在游动系统下面直接旋转钻具并沿井架内专用导轨向下送进,从而取代转盘和方钻杆,完成旋转钻进、循环钻井液、接钻杆和上卸钻柱等各种钻井操作。因此,顶驱钻井系统主要由水龙头钻井马达总成、导向滑车总成和钻杆上卸扣装置三部分组成,如图3-43所示。
因该装置在钻机的游车之下,驱动的位置比原转盘位置要高,所以称为顶部驱动钻井装置。顶部驱动钻井装置可接立柱(三根钻杆组成一根立柱)钻进,省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作,如图3-44所示,节约钻井时间20%~25%,同时,减轻了工人劳动强度,降低了操作者发生人身事故的风险。使用顶部驱动装置钻井时,在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具,有利于钻井中井下复杂情况和事故的处理,对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新,为今后实现自动化钻井创造了条件。
3 循环系统为了随时用洗井液清除井底已破碎的岩石以保证连续钻进,钻机配备有如图3-45所示的循环系统。它包括钻井泵、地面管汇、泥浆池和泥浆槽、泥浆净化设备、调配泥浆设备等,在喷射钻井和涡轮钻井中,循环系统还担负着传递动力的任务。钻井泵用于钻井时循环泥浆,目前采用的基本形式为往复泵。因此,钻井泵可作为往复泵的一种典型。
图3-44 利用顶驱接单杆钻杆下部的连接部分为钻头,是破碎岩石的主要工具,图3-46为三牙轮钻头,主要由牙爪(也称巴掌)、牙轮、轴承组成。此外,还有用油润滑轴承的储油补偿系统、密封件以及用于喷射钻井的喷嘴。牙轮钻头的牙轮上分布有牙齿,如果牙齿是用铣刀在钻头体上铣制而成的,称为铣齿或钢齿钻头;如果是用硬质合金(钨钴合金)镶在牙轮上的,称镶齿钻头。三牙轮钻头的3个牙轮外形不同,一号牙轮外形完整,二号牙轮锥顶截掉一些,三号牙轮截顶较大。牙轮钻头所用轴承有滚动和滑动两类,滑动轴承径向尺寸小。轴承需采用密封,防止泥浆和砂屑进入轴承腔内。现在普遍应用的一种新型钻头是具有镶硬质合金、轴承密封、滑动轴承和喷射孔眼的“四合一”钻头。牙轮钻头在井底工作时,牙轮既绕钻头轴线公转,又绕自身轴线自转,而且在井底还有滑动。因此,牙轮钻头破碎岩石的方式是冲击、压挤、剪切等的联合作用。牙轮钻头既能钻软地层又能钻硬地层。可根据地层特征、岩性硬度级别选择不同的牙轮钻头。
图3-45 循环系统
图3-46 三牙轮钻头结构l—钻头体;2—牙爪;3—牙轮;4—水眼板;5—塞销;6—滚柱;7—滚珠;8—定位销钻井泵工作原理是发动机通过皮带、齿轮等传动部件带动泵的主轴旋转,与主轴连接的连杆带动活塞在活塞缸内往复移动,缸内形成负压,吸水池中的液体在液面大气压力作用下,挤开吸入阀,进入缸内,直到活塞移到最右边位置为止(图3-47)。这一工作过程,称为泵的吸入过程。当活塞移到最右边位置(即曲柄转过180°)后,活塞开始向左移动,液缸内液体受挤压,压力升高,因而吸入阀关闭,排出阀被挤开,液体被活塞推出,经由排出阀和排出管进入排水池。这个工作过程称为泵的排出过程。
图3-47 三缸钻井泵往复泵在石油工业中的应用很广泛,石油矿场上常需要在高压下输送高粘度、大比重和高含砂量的液体,而流量相对不大,从各种泵的工作特点对比中可以看出,往复泵比较适用于这种情况。往复泵在钻井时用于循环泥浆和注入固井水泥。在采油时,用于原油输送、洗井、注水及地层压裂。抽油设备中的深井泵也是一种特殊结构的往复泵。所以,往复泵是石油矿场通用且关键的设备之一。
钻井过程中,井底产生的钻屑由钻井液带到地面,并要求将钻屑从钻井液中及时清除出去。振动筛是钻井必备的几种清除钻屑的设备之一,其工作原理是激振电动机旋转带动偏心轴运动,引起筛子振动实现分离钻屑的作用,如图3-48所示。
4 其他辅助设备(1)动力设备。
动力设备是驱动绞车、转盘、钻井泵等工作机的动力设备,有的是柴油机,有的是交流或直流电动机。
图3-48 自同步直线筛1—激振器;2—筛箱;3—筛面;4—支撑弹簧;5—激振电动机(2)传动系统。
传动系统的主要任务是把发动机的能量传递和分配给各工作机。由于发动机的特性与工作机要求的特性有一定差距,因此要求传动系统必须包括减速、并车、倒转、变速等机构。有时在机械传动的基础上,同时还要有液力传动,液压传动或电传动装置(电磁离合器)等。
(3)控制系统。
为了指挥各系统协调地进行工作,在整套钻机中还装有各种控制设备,如机械、液动或电控制装置,以及集中控制台和观测记录仪表等。
(4)底座。
底座包括钻台底座、机房底座和钻井泵底座等,车装钻机的底座就是汽车或拖车底盘。
(5)辅助设备。
辅助设备一般包括空气压缩设备、钻鼠洞设备、井口防喷装置、辅助发电设备(供机械化装置、压风机及照明用电时用)与辅助起重设备、活动房屋(材料库、修理间、值班房等),在寒冷地区钻井时还需配备保温设备。
防喷器是石油钻探过程中打开高压油气层,确保安全生产的重要设备。防喷器根据职能的不同可分为双闸板(两用)防喷器、旋转防喷器和万能防喷器。钻井过程中如果突然遇到高压油气层,可以用双闸板或万能防喷器进行封井,防止发生井喷事故,当钻具全部取出井后,可以用万能或者全封闸板防喷器进行封井,将万能与双闸板防喷配合使用,可以实现边喷边钻作业。钻开高压油气层时有可能发生井喷,引起严重事故。为了在井喷发生时能控制井内钻井液和油、气、水的喷出,通常在钻台下面安装防喷器。目前国内外生产的钻机上都配备整套较完善的防喷器系统。一般每台钻机配备3~4套防喷器,如闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器等。闸板防喷器有单闸板、双闸板和三闸板三种。按闸板的结构不同又有孔闸板、盲闸板和剪刀闸板三种。孔闸板的芯子中心有孔,钻井过程中发生井喷时,可将钻柱与套管之间的环形空间封闭,防止井内的钻井液、油、气、水喷出,也称为钻杆防喷器。盲闸板防喷器也称为全封闭防喷器,其芯子可直接把井口封闭,用在井口无钻杆的情况下。剪刀闸板可以在紧急情况下剪断井中的管子,以保证井口安全。
如图3-49所示的闸板结构示意图,(a)为全封闸板,(b)为半封闸板,故又称两用防喷器(全封、半封);当井内有钻具时,可封闭套管(或井壁)与钻具间的环形空间,称为半封;当井内无钻具时可封闭井口,特殊情况下配以剪刀闸板可切断钻具封井,称为全封。在关井的情况下,可通过旁侧出口连接管汇进行钻井液循环、节流放喷、压井等作业。闸板由橡胶芯子、闸板体、盖板和螺钉组成。闸板体由合金钢制成,能承受高压力;橡胶芯子有较高的强度和韧性,保证高压下密封性能良好。
图3-49 闸板结构示意图旋转防喷器的结构特点是:橡胶芯子可以在抱紧钻杆的情况下随钻杆一起旋转,从而能够在封闭钻杆与套管环形空间的同时,满足边喷边钻的工艺要求。万能防喷器的胶皮芯子能在几秒钟内对任何钻具进行封闭,争取宝贵的抢险时间。当钻机上配备有闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器三类防喷器时,它们既可以单独使用,也可以重叠使用,可以实现边喷边钻、不压井起、下钻和反循环钻井等钻井新工艺。大多数防喷器都配有手动和液动两套控制装置,以便在紧急情况下远距离控制。
循环系统:泥浆泵、泥浆罐、地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆形成一个循环系统,循环系统还包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等净化设备;
提升系统:天车、游车、大钩、水龙头
动力系统:发电机、柴油机等;
控制系统:有放喷控制系统,电气控制系统等;
旋转系统:水龙头、转盘;
纯手打,顺便复习一下知识,毕竟毕业都10年了,大体上就是这样分的,我是搞钻井的,这玩意要细说太多了,你可以找专业方面的书籍看看。
钻井设备主要指的是钻机。现代石油钻机是一套联合的工作机组,由动力机、传动箱、绞车、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵以及钻井液净化设备等组成,还有井架、底座等结构,以及电力、液压和空气动力等辅助设备。当前,我国乃至世界广泛使用的是旋转钻井法,其相应的钻井设备称为转盘旋转钻机,见图4-1。
一、钻机的组成
根据钻井工艺各工序的不同要求,一套钻机必须具备下列系统和设备。
(一)起升系统
起升系统主要包括主绞车、辅助绞车(或猫头)、辅助刹车(水刹车、电磁刹车等)、游动系统(包括钢丝绳、天车、游动滑车和大钩)以及悬挂游动系统的井架等。另外还有起下钻具操作使用的工具及设备(吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移运机构等)。绞车是该系统的核心部件。
图4-1 典型旋转钻井设备
①—转盘;②—防喷器组(二)旋转系统
钻机的旋转系统主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头、钻头等组成,转盘驱动方钻杆、钻杆、钻头破碎岩石,钻出井眼,所以转盘是该系统的核心设备。另外,丛式井或定向井还需配备井下动力钻具,这就构成了旋转钻进系统。
(三)循环系统
钻井液循环系统设备主要由钻井泵、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、钻井液罐、钻井液枪、钻井液搅拌器、混合漏斗等组成,钻井泵是该系统的核心设备。
(四)动力系统
动力系统为钻机提供动力。不同的钻机配备的动力设备不一样。机械钻机主要以柴油机为动力设备,电动钻机主要以电动机为动力设备。目前国内外主要以柴油机和柴油发电机作为钻机动力源。
(五)传动系统
传动系统的主要任务是把动力设备的机械能传递和分配给绞车、钻井泵和转盘等工作机。传动系统在传递和分配动力的同时具有减速、并车、倒车等特种功能。石油钻机的传动方式有机械传动(包括万向轴、减速箱、离合器、链传动和三角带传动等)、机械—涡轮传动(液力传动)、电传动、液压传动。
(六)控制系统
为了使钻机各个系统协调工作,钻机上配有气控制、液压控制、机械控制和电控制等各种控制设备,以及集中控制台和显示仪表等。
(七)底座系统
钻机底座是钻机组成重要部分,包括钻台底座、机房底座和钻井泵底座等。车装钻机的底座就是汽车或拖拉机的底盘。钻机底座主要用来安装钻井设备,以及方便钻井设备的移运等。
(八)辅助系统
成套钻机除具有上述的主要设备外,还必须配备供气设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备、辅助发电设备及起重设备,在寒冷地区钻井时还应配备保温设备,以保证钻机能安全、可靠运行。
二、钻机类型
(一)按钻井深度划分
(1)浅井钻机:指钻井深度不大于2500m的钻机,主要有用于钻地质调查井的钻机、岩心钻机、水井钻机、地震及炮眼钻机等;
(2)中深井钻机:指钻井深度在2500~4500m之间的钻机;
(3)深井钻机:指钻井深度在4500~6000m之间的钻机;
(4)超深井钻机:指钻井深度超过6000~9000m之间的钻机;
(5)特超深井钻机:指的是钻井深度超过9000m的钻机。
上述的中深井钻机、深井钻机、超深井钻机主要用于钻生产井、注水井及勘探井等深井。
(二)按驱动设备类型划分
(1)机械驱动钻机:包括柴油机直接驱动或柴油机—液力驱动的钻机,以及采用三角胶带、链条、齿轮等主传动副进行统一、分组或单独驱动的钻机。
(2)电驱动钻机:包括交流电驱动钻机、直流电驱动钻机等。目前主要采用AC-AC交流电驱动,AC-SCR-DC可控硅整流直流电驱动及AC-DC-AC交流变频电驱动。
(3)液压钻机:通过液压动力和传动方式驱动的钻机。
三、钻机标准
石油钻机标准主要包括钻机参数标准、钻机最大井深标准、钻机等级标准及钻机型号标准。
(一)钻机参数标准
(1)名义钻深范围:钻机在规定的钻井用绳下,使用规定的钻柱时钻机的经济钻井深度范围。
(2)最大钩载:钻机在规定的最多绳数下进行作业时,大钩上所允许的最大载荷。
(3)钻井绳数:用于正常钻进、起下钻柱时的游动系统(属上述起升系统)有效绳数。
(4)游动系统最多绳数:钻机配备的天车、游车轮系所能提供的最多有效绳数。
(二)钻机等级标准
我国对石油钻机等级规定了九个级别,即ZJ10/585,ZJ15/900,ZJ20/1350,ZJ40/2250,ZJ50/3150,ZJ70/4500,ZJ90/6750,ZJ120/9000。
其中“ZJ”为钻机汉语拼音字头;10、15、20、40、50、70、90、120为最大钻井深度(单位为m)的1/100;585、900、1350、2250、3150、4500、5850、6750、9000为钻机最大钩载(单位为kN)。
(三)石油钻机型号标准
下面举例说明钻机型号标准:
ZJ15/900DBZ-2,表示交流变频自走式车载钻机,最大钻深1500m,最大钩载900kN,第三代产品;
ZJ40/2250L,表示链条为主驱动原型模块式机械钻机,最大钻深4000m,最大钩载2250kN;
ZJ50/3150DB-1,表示模块式交流变频电驱动钻机,最大钻深5000m,最大钩载3150kN,第二代产品;
ZJ70/4500DZ:表示模块式DC-SCR-DC驱动的可控硅整流电驱动钻机,最大钻深7000m,最大钩载4500kN。
四、钻井绞车
钻井绞车不仅是起升系统设备,而且也是整个钻机的核心部件,是钻机三大工作机之一。
(一)钻井绞车应具备的功能
根据钻井工艺的特点,所配备的绞车应具有以下功能:
(1)具有足够大的功率。有提升最重钻柱和解卡能力,在最低转速下钢丝绳能产生足够大的拉力,保证游动系统安全可靠。
(2)各提升部件具有足够的强度和刚度。滚筒、滚筒轴、轴承以及各机构、易损件具有足够长的寿命。
(3)绞车滚筒具有足够的尺寸和容绳量,保证缠绳状态良好以延长钢丝绳寿命。
(4)能适应起重量的变化,具有足够的起升挡数,以提高功率利用率,节约起升时间。
(5)具有灵敏而可靠的刹车机构及强有力的辅助刹车,能准确调节钻压、均匀送进钻具,在下钻过程中能随意控制下放速度以及能在较省力的状态下将最重钻柱载荷刹住。
(6)具有一个或两个猫头——紧扣猫头和卸扣猫头,以满足用大钳紧扣和卸扣及其他辅助起重的需要,有时还应配有死猫头。
(7)具有稳定的支架和底座;整个绞车不应超重、超宽、超长、超高,以免给运输带来困难;传动部分应有严密的保护罩,易损件要拆卸、更换方便。
(8)采用集中控制,使控制手柄、刹把、指重表等集中在司钻控制台上,便于司钻的操作。
(二)绞车的结构类型
绞车种类繁多,有多种分类方法,如按轴数分,有单轴、双轴、三轴及多轴绞车;按滚筒数目分,有单滚筒和双滚筒绞车;按提升速度分,有二速、三速、四速、六速、八速绞车。常用的是三轴绞车。
五、钻井泵
钻井泵是钻井液循环系统中的关键设备,现场习惯称为泥浆泵,一般用于在高压下向井底输送高黏度、高密度和含砂量较高的钻井液(同时也是井底动力钻具的动力液),以便冷却钻头和携带岩屑等。
(一)钻井泵的分类
钻井泵的种类较多,石油矿场上常用的是三缸单作用卧式往复泵,这种泵活塞在液缸中往复一次吸入或排出液体。
我国用于石油和天然气钻井的国产钻井泵已逐步系列标准化,如3NB××1000,3NB××1300,3NB××1600等。其中NB表示“钻井泵”、NB前面的数字表示泵的液缸数,无数字则为双缸泵;NB的下标表示设计序号,后面的数据表示泵的额定输入功率(单位为hp)。
(二)钻井泵的基本参数
钻井泵工作能力的大小可以用其基本参数来表示,分别是流量、压头、功率、效率、冲次和泵压。
1.流量
流量是指在单位时间内泵通过排出管输出的液体量。流量通常以体积单位表示,又称为体积流量,其单位为L/s或m3/s。钻井泵中的流量又分为平均流量和瞬时流量,现场上所说的流量一般是指平均流量。石油矿场上又习惯把流量称作排量。
2.压头
压头指的是单位质量的液体经泵压所增加的能量,也称为扬程。
3.功率和效率
功率是指泵在单位时间内所做的功。一般把在单位时间内发动机传到泵轴上的能量称作输入功率或主轴功率。把在单位时间内液体经过泵后增加的能量称作泵的有效功率。功率的单位为“kW”。泵的效率是指有效功率与输入功率之比。
4.冲次
泵的冲次是指在单位时间内活塞的往复次数,单位为“次/min”。
5.泵压
泵压是指泵排出口处的液体压力,单位为“MPa”。
石油钻井的专用机械设备称为石油钻机。当今世界各国广泛采用旋转钻井方法,要求钻机有一套可旋转、提升井下钻具,并维持钻井液循环的设备。现代石油钻机主要包括:提升(绞车)、旋转(转盘)、循环(钻井泵)三个主要系统,此外,还要有动力(大马力柴油机组)、发电(柴油发电机组)、传动(减速箱、变矩器)、控制(空气压缩机、气瓶、气开关等)和油、气、水等辅助设施,以及钻井液循环系统、钻井井控装置和固控装置等。石油钻机大都在平原、山地、沙漠、沼泽、海洋工作,自然环境条件恶劣(风、沙、雨、雪等),又需不断流动搬迁,要有很强的适应能力和高度的运移搬迁性能。
我国自行研制的ZJ-70D钻机
近年来,我国自行研制的ZJ-70D型钻机是以柴油发电机组作为动力机,采用可控硅—直流电动机驱动的石油钻机,钻井深度(使用φ114mm钻杆)为7000米,最大提升重量450吨,绞车额定功率1470千瓦,配备两台总功率为2352千瓦的钻井泵,井架底座高度达到9米,钻机井架为低位(地面)安装,利用绞车自身动力整体起立井架,钻机的设计、制造和性能指标均已达到当今的国际水平。目前,世界上最大的石油钻机为美国制造的超深井电驱动钻机,理论钻井深度可达16000米,最大提升重量为1000吨以上。
1.动力推进系统(包括主机及发电机\应急发电机\推进器)
2.空调通风及冷藏系统(用于调节房间的温度\舱室通风\冷藏室)
3.压载系统(调整船舶压载)
4.钻井水系统(包括钻井水泵)
5.消防系统(消防泵\消防保压泵)
6.燃油系统(燃油驳运泵\燃油服务泵)
7.滑油系统(滑油驳运泵\消防水压力柜)
8.舱底水系统(油水分离器\舱底泵\扫舱泵)
9.海水总用系统(海水服务泵)
10.日常水系统(包括饮用水驳运泵\造水机单元\淡水压力柜\热水加热器\紫外线消毒器\活性炭矿化滤器)
11.主机排烟系统(消音器)
12.压缩空气系统
14.生活水排放系统(污水处理单元)
15.防海生物系统
16.蒸汽系统
17.淡水冷却系统
18.干粉系统
19.二氧化碳消防
20.甲板泡沫消防
21.安全系统
22.钻井辅助设备
二.电气:
1.推进器驱动系统(推进器用变频器\马达\变压器\UPS)
2.配电系统(配电盘\UPS)
3.动力定位
4.自动化系统(舱容测深系统\轮机员呼叫报警系统\无人职守报警系统\驾驶室机控室控制台\直升机平台监控系统\非水下船舶监控系统)
5.通讯导航系统(全球差分卫星定位系统\黑匣子\声音接受系统\测速仪\声纳测深仪\罗经\卫星F站系统\甚高频超高频系统\GMDSS系统\全向示位标系统\救生艇用无线电通讯设备\无线电紧急示位标\局域网系统\娱乐系统\电子海图\PAGA系统\声力电话系统\自动电话系统\医院报警系统\航行灯系统\信号灯\航空告警灯\风向士标\探照灯\障碍灯\雾笛系统\汽笛\航行辅助设备\冷库报警\雷达应答\气象站系统\气象传真机系统\刮雨器系统\ICCP系统等)
6.安全系统(可燃气体测深系统\H2S有毒气体测深系统\火警测深系统\应急停系统)
7.照明系统
三.舾装部分:
1.厨房设备
2.洗衣
3.电梯
4.救生
5.拖拽
6.拖拽&钻井
7.系泊
8.甲板机械
四.钻井部分:
起升锁紧装置
BOP系统
泥浆泵
井架和钻台平移系统(悬臂滑移装置\钻井面滑移装置\液压动力站)
井架系统(逃生系统\井架\二层台\井架照明\天车\游动滑车\井架校平千斤顶)
自动化猫道装置
干货控制系统
泥浆固控设备
防喷器及控制系统
泥浆搅拌器
离心机喂料泵
除砂除泥一体机
钻井绳导绳机
轴流式风机
钻井电控系统
节流压井管汇控制盘
泥浆清洁器
等等