通用型石油钻机
关键词；单人操作，柔性导管，液压拔管器，泥浆二次升压，超高压水力切割破岩，井内空气混入，液压滚筒，井内封井器，随钻录测井仪器短节，柔性导管，加压短节，电动液动旋转短节，泥浆加压短节，导向短节，液压收缩可变径短节，可变径钻头
前言
此论述提出了一种新型的石油钻井钻机及其工作原理，匆忙写就，非常粗糙，有些地方自己觉得欠妥当，不过只是想论述一下原理罢了，欢迎沟通共同探讨，互相学习！
现有石油钻井钻机原理及区分；
石油钻井钻机就是一个电钻的延伸。通过不断转动和加深延长钻杆从地面往地下打一个有一定深度和直径的孔洞，其深度从2000米到1万米不等。
现有无论机械和电动的石油钻井钻机仅是在地面转盘或顶驱带动下钻杆的钻动加深及延长。
区分只是依据动力功率的不同，其所钻的深度的不同，2000米到1万米钻机只是动力功率不同罢了。其钻井原理及其所依赖的理论是一样的。
即在内燃机或电动机带动转盘转动下，带动方钻杆转动，方钻杆带动其下部连接的钻杆的转动，通过不断的连接钻杆达到所需要的深度。通过钻头的旋转破碎岩石，泥浆泵循环泥浆将破碎的岩石颗粒携带出来，最后钻成一个一定直径，深度的空井空间，用以下入所需的设备及仪器，开采石油。
由所钻井深的不同，其分为；1000到5000米普通井，5000米到7000米深井，7000米以上超深井。
由钻探深度能力的不同，石油钻井机分为；2000米钻机，3000米钻机，3500米钻机，4000米钻机，4500米钻机，5000米钻机，6000米钻机，7000米钻机，8000米钻机，
9000米到1万米钻机。
缺点；
1）钻井机械速度慢，一口井需几十天，深井和超深井一般需半年或一年以上。
2）井眼尺寸偏小和只能钻出一个尺寸，无法变径。
3）地下井深轨迹导向无法大尺寸大角度回地下井深轨迹导向无法大尺寸大角度回旋往复。
4）最大功率输出恒定，钻机最大功率无法改变
新型钻机特点；
1）超高压水力切割破岩，一口超深井只需几十天。
2）可变径钻头，井眼尺寸可任意改变，在油层内可钻出2米以上直径井眼。
3）地下井深轨迹导向任意角度回旋往复。
4）自动化集成，全机械液压手动，主计算机监控辅助工作，全部设备只需要一个人来控制室操作。
5）最大功率可以改变，随着井深增加，通过增加井动力短节数量，增加设备最大功率，机械钻速提高。
此设备使用需要现有井架提升系统，泥浆泵及地面管线系统，泥浆循环系统，大排量空气压缩机，大排量液压泵等。
此设备使用必须是在下入表层套管的情况下，保持上部已钻开地层安全无垮塌。
并在套管内可利用压缩空气入井，以浮力原理辅助拔出柔性导管和下部连接设备。
工作状态；
1）钻进
在以普通钻杆钻进一开完后，下入表层套管并水泥固井后。
使用井架游車系统将设备按顺序逐一吊上钻台，并顺序安装入井，使用井下液压拔管器液压转动柔性导管下行，并同时开泵低压循环泥浆，保持钻头水眼畅通，钻头到井底后，使用加压短节加压到设计参数并开泥浆二次加压，使用电动液动旋转装置带动钻头旋转水力切割破岩钻进，液气混合液携带岩屑出井，井内封井器动作以控制井内液柱压力，达到与地层压力的最佳平衡点。
钻进中途当液压滚筒上的柔性导管释放完后，井内封井器动作液压锁住在井内的柔性导管，停止钻进，关闭泥浆泵及压缩空气入井。更换吊装新的柔性导管筒上架，连接完毕后重新开泵和压缩空气继续钻进，直到达到设计要求井深。
起出设备完钻后，反向转动液压拔管器，使柔性导管上行，同时正常开泥浆泵循环泥浆，并同时大量注入压缩空气，利用反压力辅助拔出柔性导管和其他设备。并可同时测井。
2）破岩机理
水力喷射切割+泥浆二次升压+井内空气混入+钻头牙齿辅助旋转切割
3）水力喷射切割
压缩空气由钻头空气喷嘴喷出，在井底形成气泡，其主要作用是降低水力喷嘴喷出的高压射流所遇到的液体阻力，使高压射流能更有效的切割破碎井底的岩石，钻进主要靠地面泥浆泵第一次输送20兆帕的泥浆通入井底内加压第二次以50到100兆帕从钻头喷出，直接切割岩石，同时钻头旋转，起辅助破岩和修改井眼直径的作用。
4）泥浆二次升压
现有钻井技术泥浆泵都是一次加压，带压泥浆从地面管线，水龙带，方钻杆，钻具组合到钻头，经喷嘴喷出携带岩屑返出地面。受钢铁材料的物理性质，设备螺纹连接的密封情况，转动部件易刺漏的影响，难以加压到100兆帕以上。新式钻机泥浆经过2次加压，即先用较低的泵压将泥浆送到井下，通过井下加压泵加压到50--100兆帕后经喷嘴喷出，水力切割破碎井底岩石，岩屑由泥浆和空气混合液携带出井眼。
5）井内空气混入
压缩空气通过柔性导管注入井内，起到降低阻力利于水力切割破岩，携带岩屑出井，调节井内泥浆密度作用。大量的空气入井，井内泥浆密度可降至极低，诱发井喷，快速携带岩屑出井，降低碰坏井内压力平衡，使井内液柱压力降到最低点，井底岩石被井底内部压力破坏，利于水力破岩。此井喷为可控制，当停止或减小注入的空气排量后，只注入高密度泥浆，井内液柱压力很快回升，井喷停止。即人工可控地下井喷。实现了真正的压力不平衡钻井法。
6）新型钻头的使用
使用可变径钻头，该钻头为通用统一直径，牙齿为复合人工金刚石聚晶体，即现有的pdc 钻头牙齿，不同在于该牙齿为丝扣上在钻头体上面，当牙齿磨损后，可通过卸松丝扣更换新的牙齿，钻头前部有空气喷嘴和泥浆水力喷嘴，钻头本体可重复使用。液压收缩可变径短节在钻头的后部，当需要加大直径时，操作液压块伸出，其上面的pdc牙齿通过钻头的旋转切割扩大井壁，打出大直径井眼。不用时，液压块收回。液压收缩可变径短节直径略小于钻头直径。
设备从地面到地下排列组合顺序依次为：
地面控制房 + 液压滚筒（柔性导管筒）+ 井口液压拔管器 + 柔性导管+ 井内封井器 + 柔性导管 + 井下液压拔管器 + 柔性导管 + 录测井仪器短节 + 柔性导管 + 加压短节 + 电动液动旋转短节 + 泥浆加压短节 + 导向短节 + 液压收缩可变径短节 + 钻头
1）地面控制房
人员在内通过显示屏数据实时跟踪，观测，控制井下各种情况。有液压管线，气压管线，各种电缆，控制电线等与液压滚筒相连接。有液压泵，气压泵等设备。
2）液压滚筒
长13米，直径3米。柔性导管筒放在支架上，在液动泵带动下可正反旋转，速度快慢可调节。左右轴分别为液体旋转盘根，气体和电缆旋转盘根。主要功能是通过泥浆，压缩空气和电力及控制线路。并可以一定的速度收放柔性导管。
3）柔性导管筒
各种导管及电缆组合为一根柔性导管，包括泥浆导管，压缩空气导管，液压油导管，各种电缆等，每500或1000米一根缠绕在长12米，直径1米的滚筒上。在液压滚筒的带动下可释放展开入井，并可收缩缠绕回滚筒。柔性导管筒是吊装在液压滚筒的支架上的。每一根柔性导管可互相连接，通过泥浆，压缩空气，液压油，电能及各种控制电力电信号。数根连接可达井深1万米以上。
4）柔性导管
多根不锈钢管束向心排列，中间夹入电力电缆，仪器传递控制电线等，不锈钢管束中空作为泥浆导管，液压油导管，压缩空气导管等，外部有橡胶层，最外部钢丝缠绕，以便于液压拔管器夹持。长度数米到1000米，每根前后两端由统一尺寸接头快速连接。由井口到井底尺寸不同，即由大到小，因为井口所需拉力大，井底较小。柔性导管可缠绕在柔性导管筒上，便于运输。此柔性导管替代了传统钻杆的作用。
5）井口液压拔管器
双链轮结构，液压转动，柔性导管通过中间进入井内，可起放柔性导管。通过主液压管线和控制管线与地面控制房连接。
6）井内封井器
以井内套管壁为受力点，在套管内封井防喷，液压控制内部混合液气出入孔的大小，从而控制井口液气混合体的排量，达到平衡地层压力和井内液柱压力的作用。与柔性导管连接，并可随之上下移动。
7）井下液压拔管器
以井内套管壁为受力点，在套管内上下液压移动柔性导管。与柔性导管连接，并可随之上下移动，并有向下加压的能力。
8）录测井仪器短节
录测井仪器放置内部，随钻实时录测各种参数，井深，井斜，井径等，通过各种参数实时更改控制井下钻头走向。基本不需要完井电测。与柔性导管连接。
9）加压短节
利用液压给钻头施加向下的压力，并承受钻头的反作用力，其受力支点为井壁，并且其上部设备不受到钻头反作用力的影响。
10）电动液动旋转短节
通过电动泵和液动泵旋转，带动其下部连接设备旋转。主要是使钻头旋转破岩和修理井眼直径。与柔性导管连接。
11）泥浆加压短节
通过电动和液压泵将泥浆二次加压，50--100兆帕或更高利于水力切割岩石。
12）导向短节
上部以井眼内部套管，下部以井壁作为悬挂支撑点，通过液压控制短节头部旋转，带动连接在下部的液压收缩可变径短节和钻头转向。导向时不需要钻头转动，只用水力切割破岩。
13）液压收缩可变径短节
当需要加大直径时，操作液压块伸出，其上面的pdc牙齿通过钻头的旋转切割扩大井壁，打出大直径井眼。不用时液压块收回。
14）钻头体
可重复使用，上面的牙齿可更换，头部有空气及泥浆喷嘴，设计要求一次入井中途无需重新更换钻头，即一个钻头一次完井。
15）液体旋转盘根，气体和电缆旋转盘根
多圆筒同心旋转结构，利用每个圆筒中间传输液体和气体，利用圆筒的内壁互相接触传输电力及电信号等。
此设备从电动液动旋转短节以下连接部分为可旋转部件，其上部为不可旋转部件，包括套管内柔性导管，井下液压拔管器，井内封井器，录测井仪器短节等。
通过柔性导管柔性导管可注水泥封隔易垮易漏等复杂地层，随意扩大井眼可防泥膏岩等缩径井段。
有线连接可更好传递井下信号，实时监控。
液压管线，气压管线方便快速传递动力入井。
电缆可传递电力入井。
理论基础；
现有理论中，井内液柱压力要与地层压力相平衡，使用新型设备注入空气可大幅度降低井内液柱压力，降低了高压力下岩石的物理性能，使地层压力参加做功，在井底压裂岩石。
其理论理想状态是在井底形成真空。地层压力本身就能压垮井底岩石。
但是现实中要掌握平衡点，防止井垮，井塌，造成井下事故。
对泥浆密度要求更宽。
可打大尺寸井眼，上部1米，下部油层可达2米的井眼，提高单井产量。现有油井都是十几厘米的小井眼，机械设备原因无法实现上部小井眼下部大尺寸井眼。
定向导向由于线控更加灵活方便，可大幅度绕障，可打超长水平段。线控加准确定位系统可两井井底对接。
结束语
所有的机械发明想不过是发挥出最大总功率罢了，所有在其上的更新发明不过是想增加功率的利用率罢了。
在现有石油钻井的理论及实际应用上，再增加功率对其机械钻速都改变不大，如要革新现有的石油钻井方法，只有另辟蹊径。
这个理论的基础就是把原有理论中不可变的参数变为可以改变。
从而使在变相增加功率的条件下（二次泥浆增压，压缩空气冲入），最后达到增加钻井的机械钻速的目的，因为不可能无限增大钻压（不能加几十吨几百吨于钻头）增加转盘转速，几百到上千转行吗？
最后达到一口1万米以上的油井钻完只需十几天，井眼直径1米以上，（可增加产量，一口井日产10万吨），井眼轨迹任意延伸，回转，并在井下十几公里外两口井的井底任意对接，即一口井就可以开采方圆几十公里不同油气层位的所有油气资源。
钻机定义 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。 钻机八大系统 （1）起升系统 组成：天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等井口工具。 作用：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。 （2）旋转系统 组成：转盘、水龙头、钻头、钻柱。 作用：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 组成：泥浆泵、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备。其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。 作用：从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。 泥浆泵号称钻机的“心脏” 泥浆的循环流程： 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 起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组 （4）动力系统 组成：柴油机、电动机。 作用：为整套机组（三大工作机组及其他辅助机组）提供能量。 （5）传动系统
组成：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传动等装置 作用：把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘（三大工作机） （6）控制系统 组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。 作用：控制各系统、设备按工艺要求进行。司钻通过钻机上司钻控制台可以完成几乎所有的钻机控制：如总离合器的离合；各动力机的并车；绞车、转盘和钻井泵的起、停；绞车的高低速控制等。 （7）钻机底座系统 组成：钻台底座、机房底座。 作用：支撑和安装各钻井设备和工具，提供钻井操作场所，方便钻机设备的移运。 （8）辅助设备系统 组成：供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备及辅助起重设备等。 作用：协助主系统工作，保证钻井的安全和正常进行。
石油钻井设备知识应知应会 1、设备使用“三定”的内容是什么？ 答：定人、定机、定岗位 提问：结合“基层队设备管理综合记录本”内一、组织机构与职能；二、基础资料；四、设备使用管理—操作⑵落实设备“三定”管理等落实到人头 2、润滑油品“五定”的内容是什么？ 答：定人、定点、定质、定时、定量 3、润滑管理“三过滤”制度的内容是什么？ 答：三过滤：一级过滤即从卸油到贮油箱的过滤(进油过滤)；二级过滤即从贮油箱到加油容器过滤(放油过滤)；三级过滤即从加油容器到设备润滑点的过滤(加油过滤)。 4、润滑油品加注“三清洁、一畅通”的内容是什么？ 答：油桶、油具、加油点清洁，润滑油路畅通。 5、润滑油存放的原则是什么？ 答：专罐、专储、密闭输送、标记清楚。 6、润滑脂保存应注意什么？ 答：防止高温暴晒，使油质变质；防止混入水分乳化变质；注意密封，防止混入尘土和其它杂质；油质标记清楚。 7、润滑油在发动机里的主要作用是什么？ 答：主要是润滑、冷却、清洗、密封、防锈、减振作用。 8、本岗位使用设备各部位使用何种润滑油？加注数量是多少？
更换周期是多长？ 答：根据实际情况作答。 2—8提问：结合“基层队设备管理综合记录本”内四、设备使用管理—保养、油水管理等落实到人头 9、钻机起升系统由哪些部件组成？ 答：起升系统包括绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等各种工具。 10、钻机由哪八大系统组成？ 答：起升系统、旋转系统、循环系统、动力设备、传动系统、控制系统、井架和底座、辅助设备。 11、设备日常维护“十字作业”的内容是什么？ 答：十字作业的内容是：清洁、润滑、紧固、调整、防腐。 12、过卷阀式防碰天车工作原理： 过卷阀固定在绞车前部滚筒上部的绞车横梁上，横梁上有滑动槽，过卷阀可在滑动槽内左、右移动。当滚筒在缠绳过程中缠至游车相应升高到某一限定的高度时，缠在滚筒上的钢丝绳就会碰上过卷阀的套筒，套筒带动球杆偏摆，使过卷阀的气路接通。一路气进入司钻控制台内的常开两用继气器，使常开两用继气器关闭，这样就切断了滚筒高、低速离合器的气源，离合器通过快速放气阀放气，使滚筒停止工作。另一路气经换向阀和快速放气阀，进入刹车汽缸，带动刹把下落，刹住滚筒，使游车停止上升，避免碰撞天车。 绞车配有过卷阀式防碰装置，当游车上升到一定高度时，缠在滚筒上的钢丝绳碰过卷阀顶杆，过卷阀动作，盘刹控制回路通气，盘式
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
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
石油钻机的主要系统 石油钻机 在石油钻井中，带动钻具破碎岩石，向地下钻进，获得石油或天然气的机械设备。 一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成。一般有八大系统（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），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固相控制设备、井控设备等、 [编辑本段] 石油钻机的主要系统 1. 提升系统 提升系统主要是由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳等组成。其中天车、游动滑车、钢丝绳组成的系统称为游动系统。提升系统的主要作用是起下钻具、控制钻压、下套管以及处理井下复杂情况和辅助起升重物。 2.旋转系统 旋转系统是由转盘、水龙头（动力水龙头）、井内钻具（井下动力钻具）等组成。其主要作用是带动井内钻具、钻头等旋转，连接起升系统和钻井液循环系统。 3.钻井液循环系统 钻井液循环系统是由钻井泵、地面管汇、立管、水龙带、钻井液配制净化处理设备、井下钻具及钻头喷嘴等组成。其主要作用是冲洗净化井底、携带岩屑、传递动力。 4.传动系统 传动系统是由动力机与工作机之间的各种传动设备（联动机组）和部件组成。其主要作用是将动力传递并合理分配给工作机组。 5.控制系统 控制系统由各种控制设备组成。通常是机械、电、气、液联合控制。机械控制设备有手柄、踏板、操纵杆等；电动控制设备有基本元件、变阻器、继电器、微型控制等；气动（液动）控制设备有气（液）元件、工作缸等。 6.起升系统 起升系统一般由液压缸组成。随着液压缸活塞杆的伸出将井架起升，活塞杆的缩回井架下放。
第一章 1. 石油钻井是指为了勘探和开发地下石油和天然气而在地表钻凿一个通往地下油气层直径很小的井眼的工作。简言之，钻井就是：用钻头破碎岩石，建立地下油气流的输出通道。 2.钻井方法：人工掘井、人力冲击钻井法、顿钻钻井法、旋转钻井法、连续管钻井法 3. 油气井建井过程（重点） 一口井的建井过程按其顺序可分为三个阶段，即钻前准备、钻进、固井和完井。 1、钻前准备 （1）修公路；（2）平井场及打基础；（3）钻井设备搬运及安装；（4）井口准备。 2、钻进 （1）钻头破岩钻进，洗井；（2）接单根；（3）起、下钻，换钻头。 3、固井和完井 固井：在已钻成的井眼内下入套管，并在井壁与套管之间的环形空间内注水泥以固定套管、封固地层的工作。 完井：钻开生产层，确定油气层和井眼的连通方式即完井井底结构，确定完井井口装置，试油 4．钻机组成 一套陆地钻机通常包括八大系统： （1）起升系统：井架，天车，游车，大钩，绞车。 （2）旋转系统：转盘，水龙头。 （3）循环系统：泥浆泵，三除一筛，泥浆池、泥浆槽，泥浆罐等。 （4）动力系统： （5）传动系统： （6）控制系统： （7）钻机底座： （8）辅助设备：供电，供气，防喷，辅助起重，以及各种仪表等。 “八大件”：绞车、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、泥浆泵、井架。 第二章 1．岩石的强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度 2. 在简单应力条件下，岩石的强度有以下顺序关系：抗拉＜抗弯≤抗剪＜抗压 3. 岩石的强度随着围压的增加而明显地增大 4. 影响岩石强度的因素： 自然因素：岩石的矿物成分、矿物颗粒的大小、岩石的密度和孔隙度、岩石的层理、岩石所处的温度等。 沉积岩的强度有明显的各向异性，垂直于层理的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小。 工艺技术因素：岩石的受载方式、岩石的应力状态、外载作用的速度、液体介质性质等 5岩石在外力作用下破碎前所表现的永久变形的性质叫岩石的塑性，而不呈现永久变形的叫脆性 6. 塑性系数：岩石破碎前耗费的总功与弹性变形功的比值，用K表示K=1是塑性 7. 影响岩石塑性的因素 重要规律：随着围压的增加，岩石表现出从脆性到塑性的转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑性也越大。
石油钻机的最大钻柱重量与最大钩载的区别 钻井机械第一章 石油钻机是指用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备。盘钻机是成套钻井设备中的基本形式,也称常规钻机。此外,为适应各种地理环境和地质条件加快钻井速度、降低钻井成本、提高钻井综合效益,近年来世界各国在转盘钻机的基础上研制了各种类型的具有特殊用途的钻机,如沙漠钻机、丛式井钻机、顶驱钻机、小井眼钻机、连续柔管钻机等特殊钻机. 现代钻机是一套大型的综合性机组,为了满足油气钻井的需要,整套钻机是由若干系统和设备组成的.本章从整体上,简要介绍关于钻机的基本概念和基本知识。 第一节钻井工艺对钻机的要求及钻机的特点 一、钻井工艺对钻机的要求 钻机设备的配置与钻井方法密切相关,目前,世界各国普遍采用的钻井方法是旋转钻井法。即利用钻头旋转破碎岩石，形成井身；利用钻柱将钻头送到井底；利用大钩、游车、天车、绞车起下钻杆柱；利用转盘或顶部驱动装置带动钻头、钻杆柱旋转；利用钻井泵输送高压钻井液，带出井底岩屑，如右图显然，旋转钻井法要求钻井机械设备具有以下三方面基础能力：（1）旋转钻进的能力：钻井工艺要求钻井机械设备能为钻具（钻杆柱和钻头）提供一定的转矩和转速，并维持一定的钻压（钻杆柱捉用在钻头上的重力）。 （2）起下钻具的能力：钻井工艺要求钻井机械设备应具有一定的起重能力及起升速度（能起出或下入全部钻杆柱和套管柱）。 （3）清洗井底的能力：钻井工艺要求钻井机械设备应具有清洗井底并携带岩屑的能力，能提供较高的泵压，使钻井液通过钻杆柱中孔，冲击清洗井底，并将岩屑带出井外。此外，考虑到钻井作业流动性大的特点，钻机设备要容易安装、拆卸和运输。钻机的使用维修工作必须简便易行，钻机的易损零部件应便于更换。钻机设备的配置和各种设备的工作能力、技术指标都是根据钻井工艺对钻机的以上三项基本要求确定的。在钻机的基本参数中对转盘的转矩与功率、大钩起重及功率、钻井泵的许用泵压与功率提出了要求。在这三组参数中，转盘的转矩，大钩的起重量，钻井泵的许用泵压，都是受到机件强度限制的。在强度满足使用要求的条件下，转盘应具有一定的转速；大钩应具有一定的提升速度；钻井泵应具有一定的排量，否则钻井作业就不能顺利进行。对转矩与转速，起重量与升速，泵压与排量的联合要求，就是工作机对功率的要求。为了保证一定的转速、升速、排量，应该供给一定的功率。
石油机械思考题答案 第一部分：石油钻机 1、一套钻机主要由哪八大系统组成？ 〈1〉起升系统 〈2〉旋转系统 〈3〉泥浆循环系统 〈4〉动力设备 〈5〉传动系统 〈6〉控制系统 〈7〉钻机底座 〈8〉钻机的辅助设备 2、钻机的起升系统有哪些设备组成？它们的主要功用是什么？ 为了起下钻具、下套管以及控制钻压送钻等，钻机装有一套起升机构，它主要由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳等组成。游动系统及大钩悬挂在井架内。另外，还有起下钻具使用的一些辅助工具及设备，如吊环、吊卡、卡瓦、吊钳及钻具运移机构等。 3、钻机的旋转系统有哪些设备组成？它们的主要功用是什么? 旋转系统是由地面的转盘、水龙头〈动力水龙头〉，井下钻具〈井下动力钻具〉和钻头等组成。该系统的主要功用是带动井下钻具、钻头等旋转、破碎岩石〈钻进〉及连接起升系统和泥浆循环系统。 4、钻机的循环系统有哪些设备组成？它们的主要功用是什么? 为了随时用钻井液清除井底岩屑以保证连续钻进，钻机配备有循环系统。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。在高压喷射钻井和涡轮、螺杆钻井中，循环系统还担负着传递动力的任务。 5、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
井场布局及设备1.钻井井场 钻井井场是施工作业的场地。分为生产区和生活区两部分。生产区在满足地质设计井底坐标要求条件下，应选择地形有利，少占耕地，少修公路，靠近水源，有利于安装防喷管线和污水处理地点作为井场生产区。以使用的钻机型号作为井场生产区设计依据。井架、柴油机、钻井泵、循环罐等设备的底座基础应建在井 井场布局如下图1所示（以70钻机井场布局为例）。井场的设备布置应达到以下要求： （1）井架底座以井眼为中心，在井架底座后方依次摆放绞车、传动轴、柴油机、钻井泵。 （2）钻井液固控设备通常布置在井场右边和右后方的循环罐上。 （3）发电机、油罐区应布置在井场的左后方，避开柴油机排气管出口的方向，要与井口保持足够的安全距离。
（4）防喷器远程控制台，设置在井场左前方。压井管汇设置在井架底座的左侧，节流管汇设置在井架的右侧。放喷管线接出井场，放喷口与井口保持安全距离。 （5）井场生产区设置明显的各种安全标志。 图1 70钻机井场布局简图（红色区域为司机属地） 2.2井场基本设备简介 2.2.1井架的类型及基本参数 井架是钻机起升系统的组成部分。它的主要作用是安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头、方钻杆、钻杆及钻链等设备, 相当于起重设备的支架,并可存放钻柱。因此,钻井对井架的基本要求是：必须有一定的高度和空间;便于安装、存放钻柱等设备和有利于安全快速地进行起下钻作业;应具有足够的承载能力,以适应井下情况的需要：结构要简单、轻便、便于搬迁、拆装和维修。 目前国内常用的石油钻井井架有塔型和A型两种。
图2 大修车载井架以及A型井架示意图 2.2.2钻机的基本组成 钻机是钻井地面设备的总称。根据钻井深度分为浅井钻机、中深井钻机、深井钻机，根据驱动方式分为机械驱动钻机、电驱动钻机，根据搬迁方式分为撬装钻机和车装钻机。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。 概括地说钻机是由动力机组、传动机组、工作机组、辅助机组及控制机组等组成。其主要设备有：井架，它的主要作用是安装天车、悬挂游车、大钩、水龙 图3 钻井现场基本设备及钻机组成示意图
1、旋转系统 在钻井过程中，旋转系统通过转动井中钻柱带动钻头旋转破碎岩石。它主要包括转盘、水龙头。 转盘型号：ZP375，功率：5850kN。 水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。 2、循环系统 循环系统主要作用是循环钻井液，及时清洗井底、携带岩屑，分离钻井液中多余固相、保护井壁和冷却钻头等。它主要包括泥浆罐、泥浆泵、地面管线、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头、环空、导流管、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、搅拌机等。 泥浆泵型号：F-1600，功率：1176kW。 水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。 振动筛型号：ZSW-2，振动筛负荷：50L/s，数量：3个。 除砂除泥一体机型号：ZCN250，数量1个。 离心机型号：LW450-1000-N1、LW450-1000-N3，负荷：40m3/h、60m3/h。 3、起升系统 起升系统用于起下钻具、下套管、控制钻压及钻头钻进等。它主要包括绞车、辅助刹车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环、吊卡、卡瓦、液压大钳、“B”型大钳等。 绞车型号：JC70D，功率：1470kW。 井架型号：JJ450/45-K7，负荷：4500kN。 天车型号：TC450，负荷：4500kN。 游动滑车型号：YG450，负荷：4500kN。 4、动力系统 动力系统主要是为各工作机提供动力，按动力设备不同分为机械驱动和电驱动两大类，即分别以柴油机和电动机为动力。 柴油发电机组型号：TYM-ZJ1600，功率：1000kW，数量：4个。 发电机：YG505，功率：400kW。 5、传动系统 传动系统的作用是连接发动机与工作机，实现能量从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换。 电传动系统型号：VFDSL70715，功率1900KV A。 6、控制系统 控制系统的作用是指挥各机组协调进行工作，常用的有气控、电控、液控等。 7、钻机底座
青工岗位培训课堂 培训大纲与辅导教材 （外钳工） 长庆钻井职工培训中心
青工岗位培训课堂 培训大纲与辅导教材 （20 年度） 项目部(专业公司) 基层队（站） 外钳工
青工岗位培训课堂外钳工培训大纲 一、课程基本情况 开课单位：川庆钻探公司长庆钻井总公司钻井队。 施教对象：钻井队在岗外钳工。 适用性质：岗位专业知识补充、技能提高培训。 考核方式：理论专业知识采取综合闭卷考试（每月至少1次）；操作技能采取现场单项考评。通过月考、季赛、年总结等重要环节的综合考评，产生月度、季度、年度岗位明星。 总学时：170课时。 选用教材： 职业技能培训教程与鉴定试题集石油钻井工自编教材： 青工岗位培训课题辅导教材 钻井施工HSE作业文件 警示教材 参考教材： 钻井司钻 钻机操作维护手册 石油钻井工模块式技能培训教材 钻井工程实训指导 井控技术 井控设备 二、课程的性质、任务和教学目标 （一）性质：钻井技术知识涵盖面广泛、内容庞杂，是系多门学科于一体的完整体系。钻井技术既涉及石油地质知识、钻井柴油机知识、钻井液知识，又涉及到机械设备维护检修技能，还与井下复杂情况有着密切的关系，同时也受着操作者本人的生产经验影响。其综合
技能既来源于系统性、层次性的专业基础知识学习，又少不了操作者日积月累的现场生产经验。石油钻井工的技能培训，不是一蹴而就、立竿见影短期行为，是长期坚持不懈的系统性学习，是随着岗位的需求而不断进行补差的日常学习行为。 （二）任务：本大纲针对钻井队岗位员工技能现状、人员结构，结合岗位要求，突出岗位应知应会，制定了岗位标准，使岗位员工参照标准寻找自身技能差距，开展日常的知识、技能培训学习活动。从而夯实岗位基础知识和操作技能，最终实现岗位与岗位员工的专业知识、综合技能及素质相吻合的局面。 （三）教学目标：通过岗位系统培训，使钻井队外钳工能够有计划、有步骤地掌握岗位应知应会知识和技能，夯实岗位操作基础，逐步提升安全生产能力，全面提高综合素质。经过一完整周期的培训学习，使外钳工能够增强安全生产意识；熟知岗位职责、巡回检查及岗位交接班、岗位负责制内容并自觉认真履行；熟练掌握井口设备、工具的使用和维护；熟练掌握各种工况下的关井程序。经过技能等级考核，达到石油钻井工中级工水平。 三、培训内容和基本要求及课时分配：
石油钻机基本知识学习复习题 一、填空题 1、旋转钻井法中，石油钻机应具备的基本能力有那些？（旋转钻进的能力、起下钻的能力、清洗井底的能力） 2、石油钻机主要组成内容包括（动力机、传动机、工作机及辅助设备） 3、钻机的八大系统组成（提升系统、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） 4、ZJ50/3150D钻机型号中50的含义（4-1/2“钻杆井深5000m） 5、钻机的特征分有哪几类？各类代号？（链条并车钻机L、皮带并车钻机J胶、齿轮传动钻机C、液压钻机Y、 交流电动钻机DJ、直流电动钻机D、交流变频电机DB、复合驱动电机F） 6、钻机起升系统包括那些设备组成（由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳） 7、钻机起升系统主要作用有哪些（起下钻具、控制钻压、下套管以及处理井下复杂情况和辅助起升重物） 8、钻机旋转系统包含的设备 转盘、水龙头（动力水龙头）、井内钻具（井下动力钻具） 9、钻机旋转系统主要作用有哪些 带动井内钻具、钻头等旋转，连接起升系统和钻井液循环系统 10、钻机的循环系统包括那些设备 钻井泵、地面管汇、立管、水龙带、钻井液配制净化处理设备、井下钻具及钻头喷嘴等 11、钻机的循环系统主要功能 冲洗净化井底、携带岩屑、传递动力 钻机动力驱动系统包括那些设备柴油机、发电机、交流电机、直流电机 12、现代钻机的驱动方式有哪几种机械驱动、液压驱动、电驱动和复合驱动 13、交流变频电动钻机的电传系统方式AC-AC、DC-DC、AC－SCR－DC、AC-VFD-AC 14、钻机控制系统的主要功能 保证钻机的三大工作机组协调工作，以满足钻井工艺的要求 15、钻机控制系统的主要类型 控制方式有机械控制、气动控制、电控制和液动控制 16、钻机监测仪表主要功能 监测、记录、控制钻井作业期间各种地面设备运行工况和测量井下参数 17、哪些参数是钻机监测仪表显示的主要参数？ 悬重、泵压、转盘转速、井深、 18、哪些设备属于钻机辅助设备？（井控、井口工具、压缩机、储气罐等 19、钻机发展趋势有哪些？（ 20、井架的基本作用（用于安放天车，悬挂游动系统进行起下钻具，排放立根、下套管、处理井下事故等作业） 21、请说明井架型号JJ450/45.5-K5 中45的含义）45.5m 22、井架主要组成有哪些？（井架主体、人字架、二层台、登梯助力器） 23、井架安装完后校正井架顶部的天车中心应与转盘中心对正尺寸偏差应小于多少？（10mm） 24、井架起升和下放前应重点检查的内容包括那些？（缓冲液缸、滑轮润滑、发电机 25、下列哪些功能是绞车的主要功能？ （1）起下钻具和下套管；（2）钻进过程控制钻压；（3）井架的整体起升； 26、绞车型号中DB的含义？（交流变频电驱动绞车） 27、JC50绞车的主要组成（绞车架、输入轴、中间轴、滚筒轴、减速箱、换档机构、润滑系统、刹车机构、气 控和冷却系统） 28、JC50DB绞车的主要组成（滚筒轴、齿轮减速箱、轿车架、润滑、气控和冷却系统） 29、绞车的提升能力与其提升速度的关系怎样？（反比） 30、起升前应对井架需进行仔细检查的内容有哪些？ 构件间连接销及其别针、防松垫圈是否齐全、所有螺栓螺母是否紧固、转动部位润滑是否良好、缓冲液缸工作伸缩自如、起升大绳和游动系统钢丝绳有否损伤 31、绞车常见的刹车方式有哪几种？（带刹、液压盘刹、气动盘刹、电磁涡流刹车、水力刹车） 32、绞车液压盘刹组成内容？（刹车盘、开式安全钳、闭市式工作钳、钳架、控制系统、液压源等） 33、绞车机油压力应保持的范围？检查频次？压力设置调定为0.2～0.4MPa，每班1次 34、绞车气控系统储气罐安全阀设定的压力多少？压力为0.9MPa 35、绞车气控系统压力降应控制在什么范围内？压缩空气不低于0.9MPa时，历时30分钟降压不超过0.1MPa 36、天车的组成（天车架、导向轮总成、主滑轮总成、围栏等组成） 37、天车加注润滑脂型号和最少周期（２号锂基润滑脂，1周一次） 38、YC315游车的最大钩载是KN？（3150KN） 39、天车主要由那些组成？（滑轮架、快绳滑轮、主滑轮、底座、滑轮轴承等） 40、游动系统钢丝绳穿绳方法有哪几种？（顺穿、交叉穿法） 41、游车滑轮轴承温升应不高于多少？（40℃） 42、ZJ50钻机所用钻井钢丝绳型号和直径？（35mm） 43、井场常用的钢丝绳结构类型？（6 x 19） 44、从结构上分大钩可分为哪两类？（独立大钩和游车大钩） 45、大钩的主要组成内容？（钩身、筒体、吊环座、内外弹簧、钩杆、吊环、安全锁紧装置和转动锁紧装置） 46、大钩弹簧的工作行程？（200mm） 47、大钩的减震方式有哪几种？（单弹簧减震大钩、单弹簧加液压减震、双弹簧加液压减震大钩） 48、钻机每班维护的十字法包括那些内容（清洁、润滑、调试、紧固、防腐） 49、转盘油池内应加注的润滑油类型L-CKC150闭式工业齿轮油 50、水龙头首次使用多少小时需更换润滑油？200H
授课讲义 1、动力驱动设备 现在，陆地钻机、海洋钻机大多数采用柴油机作为动力；但也有用柴油机带动交（直）流发电机经过整流后，用直流电动机作为钻机的动力；还有用交（直）流电动机为动力直接驱动钻机设备；燃气轮机作为钻机的动力正在发展中。蒸汽机作为钻机的动力驱动设备早已过时了（早期钻机大部分采用蒸汽机作为动力驱动设备）。钻机除动力机外还应有必要的辅助设备。目前，深井钻机的动力驱动用柴油机总功率已由几百千瓦发展到几千千瓦以上，动力机组一般由3—5台柴油机组成。 190系列柴油机是一种用途广泛的高速大功率柴油机，可作为石油钻探、固定发电、工程机械、铁路牵引和工程船舶等设备的动力装置。 190系列柴油机包括有Z8V190、Z8V190--1、Z8V190--2、Z12V190B、Z12V190B--1和Z12V190B--2等基本机型，及其相应的配套机组（及带有风扇、水箱和底架的动力机组，如PZ12V190B型柴油机）。除此之外，还要多种能适应不同环境、满足不同性能要求的变型产品，如适应于海拔3000米以上高原地区的Z12V190BY--1和PZ12V190BY--1型；适用于沙漠地区的Z12V190BYM--1和PZ12V190BYM--1型，以及柴油发电机用多种专业机型。 2、起升系统设备 起升系统设备是由绞车、井架、天车、游动滑车（游车）、大钩及钢丝绳（大绳）等组成。游动系统（天车、游车、钢丝绳）及大钩悬挂在井架内。绞车的起升工作是动力通过传动装置传递的。起升作业时还用一些辅助设备，如吊环、吊卡、卡瓦、吊钳及钻具运移机构等。起升系统设备的主要功用是起下钻具、控制钻压送钻、更换钻头和下套管等。有时还要处理井下复杂情况和辅助起升重物。 3、旋转系统设备 旋转系统设备是由地面的转盘、水龙头（动力水龙头）和井下钻
钻井的八大件：天车，大钩、游车、井架、泥浆泵、水龙头、绞车、转盘 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 循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。 起升系统是为起升和下放钻具、下套管以及控制钻压、送进钻具服务的，钻具配备有起升系统。起升系统包括绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等各种工具。起升时，绞车滚筒缠绕钢丝绳，天车和游车构成副滑轮组，大钩上升通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升。下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升，下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过刹车机构控制钻具的送进速度，将钻具重量的一部分作为钻压施加到钻头上实现破碎岩层。 旋转系统是转盘钻机的典型系统，其作用是驱动钻具旋转以破碎岩层，旋转系统包括转盘、水龙头、钻具。在钻井现场我们观察到的钻具包括：方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，此外还有扶正器以及配合接头等。其中钻头是直接破碎岩石的工具，有刮刀钻头，牙轮钻头、金刚石钻头等类型。钻铤的重量和壁厚都很大，用来向钻头施加钻压，钻杆将地面设备和井底设备联系起来，并传递扭矩。方钻杆的截面为正方形，转盘通过方钻杆带动整个钻柱和钻头旋转，水龙头是旋转钻机的典型部件，它既要承受钻具的重量，又要实现旋转运动，同时还提供高压泥浆的通道。 循环系统为了将井底钻头破碎的岩屑及时携带到地面上来以便继续钻进，同时为了冷却钻头保护井壁，防止井塌、井漏等钻井事故的发生，旋转钻机配备有循环系统。循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。 动力设备。钻机的动力设备有柴油机、交流电机、直流电机，我们在钻井现场观察到的是柴油机动力。起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组，用来提供动力，它们协调工作即可完成钻井作业，为了向这些工作机组提供动力，钻机需要配备动力设备。柴油机适应于在没有电网的偏远地区打井，交流电机依赖于工业电网或者是需要柴油机发出交流电，直流电机需要柴油机带动直流发电机发出直流电，目前更常用的情况是柴油机带动交