国外先进超深井钻井设备介绍（上）
一、国外第五、第六代钻井平台(船)配备超深井钻井设备的主要技术特点
(1)钻井设备的动力源为长寿命、少维修、低排放(电脑控制的电喷技术)的大功率柴油发电机机组；
(2)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用大功率(钻机绞车驱动功率一般
≥3,000hp~7,200hp；单台泥浆泵驱动功率一般≥2,200hp；TDS功率一般≥1,000hp)、数控变频驱动技术；而静液驱动由于驱动马达尺寸小、重量轻、旋转惯性力小、恒功率调速范围大、便于安全控制负荷等一系列优点，也是采用和发展的重点。
(3)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用双套装备，便于采用梯度钻井工艺技术以明显节约钻井施工时间。
(4)浮动式钻井的水下钻井设备配备了五高性能：
①高抗弯能力的联结器和套管头：为适应超深水钻井，.防喷器组下联结器和套管头均采用了高抗弯能力的设计，如维高(Vetco )公司18-3/4 in ExF H4型联结器的抗弯载荷：3.1百万ft-lbs；卡姆伦(Cameron)生产的卡爪式联接器在10,000psi工作压力和2,000千磅拉力下的弯矩(ft-lb)为10.3百万ft-lbs。
②高强度和耐压浮力块的隔水管：为适应超深水钻井，相应研制了高强度和耐压浮力块的隔水管。
③高张紧力的隔水管张紧器；如Shaffer的双缸型隔水管张紧器张紧力达250千磅(补偿行程
66ft)。
④高可靠度的BOP组第4代数字编码控制系统。
⑤高可靠度ROV。配合海底BOP控制，发展了适应海底用ROV控制(配合海底蓄能器)的控制系统等。
(5)浮动式钻井的水面钻柱运动补偿器系统采用游车型或天车型大补偿能力〔600,000
lbs(2,670kN) ~ 1,000,000 lbs(4,450 kN ) 〕和长补偿行程〔20ft(6.1m)~ 25 ft(7.62m) 〕。
(6)浮动式钻井的立管采用专用立式(或卧式)储存的起重、运送和排放系统。
目前，关于世界第6代半潜式钻井平台和钻井船〔以下简称钻井平台(船)〕已有一些零星报道。随着岁月推移与技术进步，出现第6代钻井平台(船)是顺理成章之事。第6钻井平台(船)的主要点如下：
(1)钻井平台(船)出现时间在2000年甚至2003年及其以后。
(2)钻井平台(船)钻井工作水深大都在10,000ft(3,048m)~ 12,500ft(3,810m)乃至更深。
(3)钻井深度≥35,000ft(10,668m)~40,000ft(12,200m)乃至更深;钻机为双套，钻机主绞车功率≥5000hp~7200hp乃至更大。
(4)半潜式钻井平台大多为正方形或矩形，立柱多为4-6立柱、矩形截面、无斜撑、少节点。
(5)钻机、顶驱和泥浆泵的驱动方式多为交流变频驱动或静液驱动。
(6)立管多为竖直排列并有专供立管吊运的吊机(行车)。
(7)动力定位系统多为DP3或更高级。
国外先进超深井钻井设备介绍（下）
二、第五、第六代钻井平台(船)配备超深井钻井设备举例
新发展的第五、第六代半潜式平台配备超深井钻井设备具有代表性的是：
(1)2006年由Noble Corporation公司拥有的“Noble Danny Adkins”号半潜式平台，设计者_类级：Bingo 9000 ，由中国大连船厂建造(己完成船体建造)，并计划于2009年完成改造，改造后的主要参数：工作水深：12,000 ft(3，656m)；钻井深度：37,000 ft(11,278m)。
(2)业主：PetroMena AS；钻井平台名称：“石油钻井装置1号(PETRORIG I)” ；设计者_类级：F&G ExD / class ABS + A1 + CDS + DPS-2 ；计划于2009年完成建造交货。主要参数：工作水深：10,000 ft(3,048m) ；钻井深度：40,000 ft(12,200m) 。
(3)地处我国江苏南通、由中国与韩国合资的江苏韩通船舶重工有限公司(世界石油杂志2006年12期报道为中国Hantong船厂)承担建造、舍凡钻井公司(Sevan Drilling)拥有的“舍凡钻工(Sevan Driller)”号半潜式平台，工作水深达当前创纪录的12,500ft(3,810m)；中部具有双井架的、钻深能力亦达当前创纪录的40,000ft(12,200m)超深井钻机；其船体为特殊的园形结构，具有可储存原油150,000bbl(23.85万m3)的能力，故实际上成为半潜式FPSO；是世界第一艘SSP〔即舍凡稳定性(减摇)钻井平台，英文为Sevan Stabilized platform drilling unit〕，由巴西国家石油公司美洲公司与舍凡钻井公司签订了6年的钻井合同、用于墨西哥湾的钻井采油，计划于2009年第一季度建成投产。
三、新发展的第五、第六代钻井浮船具有代表性的是：
(1)由西班牙奥斯坦诺(Astano)船厂于2000年建成的“发现者精神号(Discoverer Spirit) ”钻井浮船及其娣妹船“发现者企业号(Discoverer Enterprise) ”和“发现者深海号(Discoverer Deep Seas) ”均是双井架、双套钻机的巨型钻井船，每艘船上均配有双套Emsco EH V 5,000Hp的钻机,钻深能力均为10,668m(35,000ft)；其工作水深分别为2,590m(8,500ft)和2,438m(8,000ft)，但均可改装加深至3,048m(10,000ft)。
(2).由韩国三星船厂于2000年3月建成的“Belford Dolphin”号(“海军勘探者1号(Navis
Explorer 1) ”) ，工作水深3,048m，钻深11,278m；钻机主绞车功率为Hitec 6,600hp。
(3)“GLOMAR CR.LUIGS号”钻井浮船。其工作水深,为3,658m(12,000ft，原为9,000ft，为北爱尔兰Harland & Wolff船厂于1999年建造)，钻深能力为10,668m(35,000ft)。
油页岩干馏炉
用于油页岩的低温(约500°C)干馏以制取页岩油的主体设备。油页岩干馏炉类型很多，按所用加热载体的相态不同，可分为气体热载体干馏炉和固体热载体干馏炉两大类。
气体热载体干馏炉这类炉子利用气体热载体作为油页岩加热介质，适应于干馏块状油页岩，主要特点是物料在移动床中进行干馏。代表性的炉子有下列四种。
抚顺式干馏炉亦称抚顺发生式干馏炉。是世界上块状油页岩干馏炼油最成熟的炉型之一。炉体呈直立圆筒形，内径约3m，高10m以上。块径约8～75mm的油页岩在炉子上半部（干馏段）被热气加热干燥干馏。产生的页岩油蒸气自炉子上部逸出，油页岩转化成页岩半焦，进入炉子下半部（发生段），与自炉底进入的空气、蒸汽相遇而气化燃烧,最后生成页岩灰,从炉底排出。空气、蒸汽与页岩半焦中的碳反应而生成的高温发生气进入炉上部加热油页岩；此外自炉中部引入来自蓄热炉的热循环气(500～700°C)，作为干馏段的补充热源。总的特点是利用了页岩半焦的气化反应热，热效率较高，且能处理贫矿，单炉日处理能力约200t油页岩，油收率约为实验室铝甑油收率的70％。
苏联基维特炉为直立圆筒形的气燃式干馏炉。炉上半部中间和炉中部两侧有长方形燃烧室，由烧嘴通入空气和干馏循环气进行燃烧，生成的热烟气作为热载体进入炉上部的两个干馏室加热页岩，干馏室呈薄层长方形，有利于气体分布和减少阻力，生成的油蒸气径向导出，减少了再冷凝步骤，也有利于炉型放大。油页岩块径25～100mm，热效率约73％,日处理1kt油页岩的干馏炉已投入生产。
巴西佩特罗西什炉为直立圆筒形，直径5.5m。热循环气进入炉中部加热油页岩；冷循环气进入炉底部，回收页岩半焦显热后，作为干馏补充热源。该炉缺点是未回收半焦潜热，热效率低。优点是易于控制温度,便于操作,且炉型易放大。现最大日处理能力为2kt油页岩。
美国岩石泵式炉是一种处于研究阶段的特殊炉型，日处理能力为10kt油页岩。炉体呈倒圆锥形。油页岩自下而上，靠两台岩石泵轮换自炉底进料；加热用的热循环气自上而下对油页岩进行干馏；页岩半焦在炉上部侧面排出，油、气分别自下侧引出。
固体热载体干馏炉这类炉子采用干馏后的页岩灰或加热的瓷球作为热载体，适用于干馏颗粒油页岩，有代表性的炉子有下列两种。
苏联加洛捷炉干馏炉是一水平倾斜回转筒。入炉油页岩块径小于25mm；用页岩灰作热载体。在干馏炉内油页岩被页岩灰加热干馏，生成的页岩半焦与页岩灰出炉后进入气流式燃烧室，以空气作流化剂，将半焦燃烧成高温的页岩灰，在旋风分离器内与烟气分离后再与进料油页岩混合进入干馏炉，如此形成循环。高温烟气经废热锅炉后再去干燥油页岩。该炉日处理能力为500t油页岩，热效率80％，
第四节井下动力钻具的选用 一、动力钻具性能分析 1、工作特性的区别 下图分别给出了涡轮钻具和螺杆钻具的理论特性。由此可对比出二者在工作特性上的区别，从而直观认识二者在工作原理上的差异。 从对比中可以得出，螺杆钻具有硬的机械特性，过载能力强；而涡轮钻具有软的机械特性，过载能力差，随着钻压增大导致切削阻力矩增大时，会引起转速下降，易被“压死”而造成制动。从这方面来看，螺杆钻具用于钻井作业更为适用。 另一方面,螺杆钻具的压降随着扭矩的变化而变化,因而可通过泵压的变化检测螺杆钻具的工作情况。而涡轮钻具的压降不因载荷的变化而变化，对其在井底的工作状况无法在地表直接检测。 2、转速差异 涡轮钻具的转速明显高于螺杆钻具。一般涡轮钻具的空转转速多在1200rpm以上，其工作转速(即空载转速的一半)也多在600rpm以上，而单头螺杆钻具的转速一般在400rpm左右，多头螺杆钻具转速一般100rpm左右。 3、压降差异 对比外径相近、工况参数(排量、钻井液密度)相同的这两种钻具的压降可以发现，涡轮钻具的压降远远大于螺杆钻具的压降。涡轮钻具的高压降特性，在钻井水力设计中必须予以充分考虑，特别是在深井钻进的情况下。 例如Φ165mm的多头螺杆钻具，其额定工作压降?p一般为3MPa(空载起动压降一般小于1MPa)，而尺寸相近的涡轮钻具，其压降一般可达 5-7MPa。 4、耐温性能差异 井下动力钻具内的橡胶部件造成了钻具承温能力的门坎值。螺杆钻具的定子衬里是耐油丁腈橡胶，过高的工作温度会使定子橡胶脆化而造成先期破坏。一般的螺杆钻具工作温度不超过125℃。 涡轮钻具内部没有橡胶件，完全不受高温的限制。这是涡轮钻具的一大优点，也是近年来涡轮钻具又一度成为热门产品一个重要原因。 5、直径影响的差异 涡轮钻具与螺杆钻具相比，涡轮钻具的功率和扭矩受直径的影响甚大，而直径对螺杆钻具的影响较小。 在设计产品或规划产品系列时，对涡轮钻具宜发展大直径产品(过小尺寸会使扭矩太小)；对小直径动力钻具可主要发展螺杆钻具。 目前涡轮钻具产品的直径范围是Φ95～Φ320mm，而螺杆钻具产品的直径范围是Φ45-Φ244mm。 6、横振差异 螺杆钻具的转子在定子型腔内作平面行星运动，产生离心惯性力，从而造成钻具的横向振动。而涡轮钻具的转子作定轴转动不会引起离心惯性力和横向振动。 7、长度差异 在外径相近、扭矩相近的条件下，涡轮钻具的长度明显大于(甚至成倍于)螺杆钻具长度。长度过大对造斜作业不利。 涡轮钻具 优点： 1、涡轮钻具转速高(400rpm以上)，较适合于TSP钻头、金刚石钻头。 2、涡轮钻具定转子使用寿命长。 3、耐高温和高压，适用于高温高压井。 三、动力钻具的选用 目前，动力钻具的选用一般遵循以下准则： 常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井选用螺杆钻具。遇到高温情况，可选用减速器涡轮。 为提高钻井速度而采用井下动力钻具时，应根据钻头的特点选用动力钻具。一般可采用下列组合：PDC钻头或牙轮钻头+螺杆钻具； PDC钻头或牙轮钻头+减速器涡轮钻具； TSP钻头+高速螺杆或中速涡轮或减速器涡轮； 单晶金刚石钻头+中、高速涡轮。 第四章井下动力钻具 前言 1、井下动力钻具简介 将动力发动机置于井底直接与钻头相联驱动钻头破碎岩石进行钻井的井下动力装置，称为井下动力钻具。这种钻井方式称为井下动力钻具钻井。 其特点总结如下：
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 钻井设备及工具检测要求(新 版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
钻井设备及工具检测要求(新版) 1范围 本标准规定了中原油田钻井队主要设备在使用过程中的现场检测重点项目、周期，使用单位、服务单位的检测职责。 本标准适用于中原油田钻井队主要设备现场探伤检测。 2引用标准 下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY/T5399-91石油钻井用钻杆动力钳 SY/T5200-93钻柱转换接头 SY/T5369-94石油钻具的管理使用方钻杆、钻杆钻铤 SY/T5716.1-95石油钻机大修理通用技术 SY/T6270-1997石油钻采高压管汇件的使用与维护
SY/T6357-1998提升设备的检验、维护、修理和修复程序 SY/T6367-1998钻井设备的检验、维护、修理和修复程序 SY/T6408-1999钻井和修井井架、底座的维护与使用 3现场检测要求。 钻井设备及工具现场检测部位、方法要求见表1。钻井设备、提升设备的检验、维护、修理和修复程序分别执行SY/T6357-1998、SY/T6367-1998。 4检测报告 检测机构应向钻井队出具检测报告。 5处置 根据检测结果，合格继续使用，否则采取修复、报废等措施。 6检测机构 检测机构应具备相应资质。 表1钻井设备及工具检测部位、方法及要求 序号 设备名称
钻井设备- Swivel & Top driver 前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，动滑轮组因此 可以上下自由的运动。但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但 是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的，我们的滑轮组不可能跟 着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。 这是swivel的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试 着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？这是swivel的另外一个重要作用- 泥浆进入钻杆的最初的通道。如下图，泥浆经高压软管—鹅颈管goose neck—进入swivel。 要起到以上两个作用，swivel的结构就基本上知道一二了。如下面的 彩图， 在swivel的本体中，下部的杆swivel stem通过滑动轴承-锥形和本体 形成相对运动，本体同时承受侧向力和向下的拉力。同时杆的顶部和本体上部 形成密封空间，泥浆经鹅颈管进入此密封空间，在经空心的杆进入钻杆。空心 杆下部为API螺纹接头，可以和钻杆拧接。 好了，我们现在可以把swivel改造一下---给它加上能够使swivel stem旋转 的动力。 如何改造，很简单，加电机和齿轮。怎么加？ 我们可以想象一下，既然要使swivel stem旋转，那么我们在swivel stem上加一个大的齿轮，如同汽车的轮子一样，中间杆是swivel stem，轮子是齿轮。在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮，它们啮合在一起。这样一来，swivel stem就可以在电机的带动下旋转起来。同样地，为了平横侧向力，
以及增加旋转的扭矩，在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。下图是齿轮箱： 然后加上必要的润滑设施和结构部分，以及导向机构。它有了一个新的名字Top driver，也叫power swivel。很显然，Top driver与swivel的区别，swivel是它的一部分。 事实上，Top driver 要比上面写的复杂的多。 除了swivel以外，它还包含以下几个部分： 1.pipe hander – -用于处理钻杆。
常用打捞工具及工作原理 一、抓卡打捞工具 1、倒扣接头 2、 LT-T卡瓦打捞筒 （1）、概述 LT－T型可退式卡瓦打捞筒是抓捞井内光滑外径落鱼最有效的工具，如钻杆、钻铤、接头、接箍、随钻工具和测试仪器等，能承受大载荷，设计有落鱼密封结构，能高泵压循环，也可以在井内释放落鱼。带有铣鞋，用于修整落鱼的飞边破口，使落鱼顺利进入捞筒。根据用途的不同配有加长节、壁钩、加大引鞋等附件。卡瓦打捞筒结构如图。 （2）、原理 每套卡瓦打捞筒的最大抓捞直径用螺旋卡瓦，如钻铤、接头、接箍、随钻工具等，通常有三种抓捞尺寸。篮状卡瓦是抓捞管身或小一级的钻具用，有数种抓捞尺寸，因落鱼直径减小之后再用螺旋卡瓦则使卡瓦剖面增厚，形成刚度太大，影响胀缩效果。抓捞时选用与落鱼外径相适合的一级卡瓦装入捞筒。用螺旋卡瓦时配用螺旋卡键和A行盘根，用篮状卡瓦时配密封控制环，每个密封控制环的内孔粘衬有和篮状卡瓦打捞尺寸配套的R行盘根，O型密封圈是通用件。上接头是筒体和捞柱的中间连接件，若打捞部位距鱼顶较远时，在筒体和上接头之间连接加长节。筒体的下部和引写连接。 筒体带有特殊宽锯齿形内螺纹，它和卡瓦地锯齿形外螺纹配合，并约束卡瓦的胀大缩小，每种卡瓦打捞筒的筒体都能换装数种打捞尺寸的卡瓦。 螺旋卡瓦形似一个圆柱弹簧，锯齿形外螺纹与筒体配合，虽然螺距一致，但和筒体螺纹接触的工作面窄得多，内孔为多头锯齿形螺纹捞牙。篮状卡瓦形似花篮，为完整的锯齿行形螺纹与筒体的锯齿形内螺纹配合，内孔也是多头锯齿形螺纹捞牙。周向开有胀缩槽，似一个弹簧卡头。无论是螺旋卡瓦还是篮状卡瓦，受轴向压力后直径增大，受拉力后直径减小，它们的内外锯齿形螺纹均为左旋，顺时镇旋转是卸扣，这样就可以释放落鱼，卡瓦的胀大和缩小，是使落鱼能进入卡瓦并抱紧。 （3）、使用 ①、A型盘根必须装平到位，否则会形成上接头筒体的连接螺纹拧不到位，发生不密封或更为严重的事故。 ②、当卡瓦、控制环（或螺旋卡键）、引鞋等和筒体组装好后，必须检查卡瓦在筒体内的行程，要求上下运动十分灵活。
钻井设备
钻井设备- Belly board & Finger board 严格地来讲，Belly board 和 Finger board 似乎更像是一种结构，只不过它有一部分运动部件。 它们是什么？有什么用？ 我们已经晓得了为了提高钻进的效率，钻井工人都会把3根钻杆（也叫一个stand）先连接起来，竖直放在钻井甲板上的一个区域上，这个区域叫setback area。现在一个问题就出来了，钻杆和套管是圆柱形的，如果就那么靠在井架上，肯定很容易倒，出现伤人事故。怎么办？首先我们就会想到，如果把钻杆或套管的上部固定住，那么就不会倒了。那么怎么固定呢，而且固定后，它们还要很容易地取出来？ 一起来看看它的结构，Finger board的图片如下（图片来源于网络）：
Belly board 与 finger board 不同的是，他们的所处的位置不同，belly board 位置低一些，正好能够卡住pipe stand的在“腹部”，形象地有了这个名字。Finger board卡住的是stand 的“脖子”。我还在奇怪它为什么不叫 Neck board 。 很显然，它们主要有以下几个部分组成：
1、结构部分，上图除了“红色指头”的白色部分，它起到支撑钻杆，安装finger。 2、Finger，“机械指头”，它们由小小的气缸驱动打开，弹簧关闭。可以看看下面的图片，仅供参考。 3、电磁阀组控制系统。
除了卡住钻杆用的，类似的这种结构也用来卡住 其他的竖直放立的圆柱形的物体，如套管 casing，隔水套管 riser。它们的名字都叫 Finger board 钻井设备- Swivel & Top driver 什么是swivel？前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，定滑轮组因此可以上下自由的运动。但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的。我们的滑轮组不可能跟着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。 这是swivel的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？这是swivel的另外一个重要作用- 泥浆进入钻杆的最初的通道。如下图，泥浆经高压软管—鹅颈管goose neck—进入swivel。 要起到以上两个作用，swivel的结构就基本上知道一二了。如下面的彩图，
钻机设备简介 1 浅孔钻机简介 1.1 XY-1B型 1.1.1 使用范围 XY-1B型钻机由中国北京探矿机械厂生产，适用于铁路、水电、交通、桥梁、坝基等建筑物的工程地质勘察；地质岩芯钻探、物理勘察；小型灌浆孔、爆破孔的钻进； 小型水井钻进。 1.1.2 主要技术参数 1.1. 2.1钻机 钻孔直径：75,91,110,130,150 mm 钻孔深度：150,100,70,50,30m 钻杆直径：42 mm 钻孔倾角：90-75° 钻机外形尺寸：1433×697×1273 mm 钻机重量(动力机除外) ：525 Kg 1.1. 2.2 回转器 立轴转速(4档)：71,142,310,620 r/min 立轴行程：450 mm 立轴空载向上最大移动速度：0.05 m/s 立轴空载向下最大移动速度：0.067 m/s 立轴最大给进力：15 KN 立轴最大起重力：25 KN
立轴最大输出转矩：1.25 KN.m 1.1. 2.3 卷扬机 最大起重量(单绳)：15 KN 卷筒转速：19,38,84,168 r/min 卷筒圆周线速度(二层) ：0.166, 0.331, 0.733, 1.465 m/s 卷筒直径：140 mm；钢丝绳直径：9.3 mm 钢丝绳容量：35m；抱闸直径：252 mm 闸带宽度：50mm 1.1. 2.4 油泵 型号：YBC-12/80；额定压力：8 MPa 流量：8 ml/r；额定转速：1500 r/min 1.1. 2.5 水泵 类型 :单缸卧式双作用 排量(电动机) :77L/min；排量(柴油机) :95L/min 最大压力 :1.2Mpa；工作压力 :0.7Mpa 1.1. 2.6 动力机 柴油机（型号）:ZS1105-1 额定功率 :12.1 KW；额定转速:2200 r/min 电动机（型号）：Y160M-4；额定功率：11 KW，额定转速：1460 r/min 1.2 HZ-130Y型 1.2.1 使用范围 HZ-130Y型由山东聚龙液压机械有限公司生产，用于地质普查勘探，道路及高层
钻井设备要害部位检测规定 第一章总则 第一条为及时清除隐患，减少钻井作业中各种事故的发生，特别是杜绝重大事故的发生，保证生产安全，公司决定建立钻机要害部门检测系统。 第二条在削减风险危害的措施中，硬件措施必不可少，削减钻井作业风险的硬件措施包括硬件配备控制和消除危害的设备、防护装置等硬件的配置和检测。在认真做好设备维护保养和巡回检查的基础上，针对部分设备要害部位的磨损、振动、变形、压痕、锈蚀、沟槽、裂纹、断丝等现象，采用便携式温度仪、振动仪、测厚仪等仪器定期到现场进行检测。结合局设备检测总站对井架底座的检测，逐步完善钻井队设备的检测和诊断手段，达到减少设备事故发生，提高设备利用率，延长设备使用寿命和安全生产的目的。 第二章要害部位分类及检测项点 第三条天车、游动滑车、大钩、水龙头、吊环的检测 （一）检验周期 定期检验周期按照表1要求，国家法规规定或标准有规定的，按照国家法规规定或标准执行。 表1 石油钻、修井用设备检查周期 表1-1 石油钻修井用部件检查周期
大钩及水龙头的销轴以及水龙头的中心管大修时检测。 （二）检验条件 除正常检测外，遇到下列情况应进行检验： 1．主承载件更换或修理后； 2．承受过重大冲击载荷后（如墩钻、顶天车等）； 3．存在较严重的变形、锈蚀、磨损、裂纹等缺陷时； 4．闲置时间超过半年以上没有使用的吊环。 （三）天车、游车，大钩、水龙头检验 1．外观检查 （1）游动滑车应具有防钢丝绳跳槽的装置且满足使用要求。 （2）轴、销轴、螺纹连接部位应有可靠的防松动、脱落措施。 （3）大钩主副钩钩口闭锁装置完善，且安全可靠、启闭灵活。 （4）钩体定位锁紧机构应灵活可靠，定位锁紧后，钩体方向保持不变。 （5）缓冲装置完善有效，如有损坏应停止使用。 （6）水龙头壳销孔体磨损量小于10mm时需修复。 （7）提环经无损检测有裂纹或提环与大钩结合处磨损量大于10mm时应报废，否则可修复。 （8）中心管经无损检测有裂纹时应报废。 （9）主承载件主要受力部位、挂合部位不得有裂纹和较严重的变形、磨损、锈蚀。
石油钻机drilling rig:用于钻油气井和开采地下石油天然气的成套设备。通常由起升系统、旋转系统、钻井流体循环系统、动力驱动系统、传动系统、控制系统、钻机辅助设备等构成。 功能：1.通过钻柱给钻头提供必要的钻速、扭矩、钻压，以破碎井下岩石达到钻探目的。 2.循环系统能及时清洗井底产生的碎屑，并使之携带出地面，以利于钻头在井下继续钻进。 3.起升系统能以一定速度起升井内钻柱和下放钻柱，并能下放套管。 4.钻井过程中，钻柱可能在井内发生遇阻、卡钻等情况，钻机必须有能处理以上事故的能力。 5.钻完一口井后钻机必须有移动性和拆装能力。 分类 按钻井能力不同分类：浅井钻机、中深井钻机、深井钻机和超深井钻机。 按驱动方式来分类：机械驱动钻机mechanical drive rig、直流电驱动钻机AC-SCR-DC drive rig、交流变频电驱动钻机AC-VFD-AC drive rig、机电复合驱动钻机和液压钻机hydraulic drilling rig； 按搬家rig move、安装、移动方式不同区分:撬装钻机skid-mounted rig、车装钻机self-propelled rig、拖挂式钻机trailer-mounted rig、整体移动钻机unitary move rig； 按使用场合分类：陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、极地钻机；
此外还有区别与常规钻机的斜直井钻机。 基本参数 1.名义钻深：钻机在规定的钻井绳数下使用规定的钻杆柱时，钻机 的经济钻井深度。 2.最大勾载：在规定的最多绳数下，下套管、处理事故或进行其他 特殊作业时，大钩不允许超过的载荷。 3.绞车额定功率、游动系统绳数、钻井钢丝绳直径、钻井泵单台功 率、钻盘开口直径、钻台高度、井架高度。 井架derrick 树立于钻台上用于石油钻井时提升和下放钻具的起重架。主要有井架主体、天车台、立管操作台、下套管扶正装置和工作梯组成。 按主体结构可分为塔型架、K型架cantilever mast、A型架A-mast(具体包括伸缩式K型架telescoping mast和垂升式K型架bootstrap mast)。 井架底部derrick substructure:支撑井架的金属结构，底座上面为一个平台，称钻台，在钻台下应有井口装置（套管头、防喷器等）。 钻机起升系统rig hoisting system：石油钻机中完成起升功能的设备总成。由绞车、井架底座、天车、游车、钢丝绳及大勾组成。 缠绕在绞车滚筒上的钢丝绳，通过由天车和游动滑车组成的游动系统。把钻机动力系统的旋转运动钻换为游车、大钩的往复运动，配合一些辅助设备如吊环、吊卡、卡瓦、吊钳及其它钻杆移运设备完成起下钻杆、更换钻头、控制送钻和下套管作业等功能。
钻井设备及工具检测要求 1范围 本标准规定了中原油田钻井队主要设备在使用过程中的现场检测重点项目、周期，使用单位、服务单位的检测职责。 本标准适用于中原油田钻井队主要设备现场探伤检测。 引用标准 下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY/T5399-91石油钻井用钻杆动力钳 SY/T5200-93钻柱转换接头 SY/T5369-94石油钻具的管理使用方钻杆、钻杆钻铤 SY/T5716.1-95石油钻机大修理通用技术 SY/T6270-1997石油钻采高压管汇件的使用与维护 SY/T6357-1998提升设备的检验、维护、修理和修复程序 SY/T6367-1998钻井设备的检验、维护、修理和修复程序
SY/T6408-1999钻井和修井井架、底座的维护与使用 3现场检测要求。 钻井设备及工具现场检测部位、方法要求见表1。钻井设备、提升设备的检验、维护、修理和修复程序分别执行SY/T6357-1998、SY/T6367-1998。 4检测报告 检测机构应向钻井队出具检测报告。 5处置 根据检测结果，合格继续使用，否则采取修复、报废等措施。 6检测机构 检测机构应具备相应资质。 表1钻井设备及工具检测部位、方法及要求 序号 设备名称 承载特点 重点部位、部件
测要求 方法 检测机构及地点 周期 绞车 连续不匀均载荷 传动轴、滚筒轴、猫头轴 测量轴径、磁粉或超声波探伤 送机修服务单位检测或现场检测1年 其它检测要求执行SY/T5716.1-95 平衡梁 测量孔径、磁粉或超声波探伤 1年 刹带
bull nose：用来封住casing string的钢板（焊在下端部），球面形或半椭球形，像个牛鼻子。 有的直接用个带螺纹的塞子塞住的。好像是用来做泥浆循环实验。 cathead：在drill floor上的cat head用来辅助吊sand line的，如下图红色的cat head，顶部的轮子下面有个液压泵，旁边的轮子可以像合页一样转动，用来调整拉拽的角度。 还应该有根钢丝，一端绕过旁边的轮子和顶部的轮子，固定在另一端（和旁边轮子对过的一边），使用的时候顶部的轮子在液压泵的推动下向上移动，钢丝的来拽距离是上面轮子移动距离的两倍。 这种形式的cathead目前广泛应用在平台和钻井船上。
cat walk：在船上的catwalk大家都知道的吧，在平台上也有类似的结构。 在钻井系统中指的是和vee-door下面的pipe ramp链接的窄长平台，用来运送钻井所需的工具、管子等 这个图是陆地上catwalk。图中是工人在上面选管子准备运到drill floor上。 dog house：dog house 又叫boiler house 这个只有在陆地钻井时看的到，就是一个在拖车上的小房间，或是在卡车上分割出来的小房间。 里面摆放杂物或休息的地方，实在像个狗窝。 在陆地钻井的时候可以把设备、工具都装车上方便移动，就连derrick都可以装车上（横着放），运到指定地点后再竖起了。在平台上和船上是没有的。
finger board：在derrick上用来扶持接好的drill pipe和coller的。 因形状像人的手指而得名。这是陆地上的derrick。 在平台和钻井船上，finger board是在derrick的里面的。见下图这些大手指上还有些小手指，管子运过来的时候会自动打开，（图中正在打开，管子放好后会关闭）有了这套系统，就不需要monkey board了。这套系统既节省的大量时间，又不需要很多劳动力，据说可以提高25％的效率，而造价只占整个rig的1％。
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
钻井设备及工具 中文名称English name 储能器accumulator 循环池active tank （刹把）调节螺栓adjusting bole 进气管admission pipe 搅拌器agitator 空气包air chamber 气管线air line 气动绞车air-operated hoist 交流电驱动alternating current drive 环形BOP annular BOP 消音器auto-muffler 球阀ball valve 井口喇叭管bell nipple 老虎钳bench vise 钻头bit 钻头装卸器bit breaker 钻头规bit gauge 盲板防喷器blind ram preventer 剪切闸板防喷器blind shear ram preventer 防喷器blow-out preventer 螺栓bolt 防喷器控制盘BOP control pannel 防喷器平台BOP deck 底塞bottom plug 母扣box 刹把brake level(brake handle) 刹带brake line (brake staple) 桥塞bridge plug 梯形扣buttress 蝶阀butterfly valve 旁通by-pass 旁通塞by-pass plug 卡钳callipers 套管打捞筒casing bowl 套管接箍casing coupling 套管隔刀casing cutter 套管吊卡casing elevator 套管悬挂器casing hanger 套管头casing head 套管平台casing monkey board 岩心烘箱core drying oven 变换接头crossover joint(x/o)
油气井工程设备与工具复习题 一、基本概念： 钻井；大斜度井；水平井；超深井；钻进技术参数；钻压；井底钻具组合；旋转钻井；岩石；岩石的胶结结构；岩石力学性质；门限钻压；岩石的层理构造；岩石的塑性破坏；岩石压入硬度、塑性系数；岩石的研磨性；岩石可钻性；机械钻速；平均机械钻速；PDC钻头冠部高度系数；井下动力钻具；导向螺杆钻具；井斜角、井斜方位角；随钻测量系统（MWD）；闭环钻井；电动机的机械特性；电动机的人为特性；顶驱（TDS）。 二、钻头 1．按成因岩石分为哪三类？ 2．简述沉积岩的结构，说明胶结物的类型与岩石强度的关系。 3．简述层理构造对岩石破碎的影响规律。 4．简述平底压头受垂直载荷作用压入岩石时岩石破碎的发展过程？ 5．岩石破碎分为哪三个阶段？为什么钻井过程中钻压要大于门限钻压？ 6．石油钻井常用的破碎岩石的基本方式有哪些？ 7．论述钻井参数对机械钻速的影响规律。 8．简述牙轮钻头的类型？ 牙轮钻头按牙齿的固定方式可分为镶齿和铣齿两类； 按轴承类型分为：滚动轴承和滑动轴承两类； 按密封类型分为：橡胶密封和金属密封两类。 9．牙轮钻头储油润滑密封系统的作用？ ①为轴承系统提供润滑油； ②防止钻井液进入轴承内腔。 10．钻头喷嘴（水眼）的作用？ ①钻井液流出钻头射向井底的通道； ②通过调整喷嘴的数量和尺寸，调节钻头压降，实现喷射钻井； ③通过合理调节喷嘴的空间位置，有效清洗牙轮和井底岩粉。 11．何谓牙轮钻头牙齿的公转与自转？ 牙轮钻头依靠牙齿破碎岩石，牙轮钻头工作时，固定在牙轮上的牙齿随钻头一起绕钻头轴线作顺时针方向的旋转运动，这种运动称作公转。
钻头工作时，牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向的旋转称为自转。 12．牙轮钻头牙齿冲击破碎岩石作用是怎样形成的？ 钻头工作时，牙轮滚动，牙齿与井底的接触是单齿、双齿交错进行的。单齿接触井底时，牙轮的中心处于最高位置；双齿接触井底时则牙齿的中心下降。牙轮在滚动过程中，牙轮中心的位置不断上下交换，使钻头沿轴向作上下往复运动，这就是钻头的纵向振动。钻头的纵向振动使牙齿产生冲击力，以冲击方式破碎岩石。 在纵向上还有低频率、振幅较大的振动，这是由于井底不平和有凸台所引起的。钻头在井底的纵向振动，使钻柱不断压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性变化的弹性变形能通过钻头牙齿转化为对地层的冲击作用力用以破碎岩石，与静载压入力一起形成了钻头对地层岩石的冲击、压碎作用。 13．牙轮钻头的剪切破岩作用是怎样形成的？有什么作用？ 牙轮钻头的剪切作用主要是通过牙轮在井底滚动的同时还产生牙齿对井底的滑动实现的，产生滑动的原因是由牙轮钻头的超顶、复锥和移轴三种结构特点引起的。 超顶和复锥所引起的切线方向滑动除可在切线方向与冲击、压碎作用共同破碎岩石外，还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石；移轴则在轴向产生滑动和切削地层的作用，它可以剪切掉齿圈之间的岩石 14．综述牙轮钻头的特点？ 优点： ①冲击和剪切双重作用破岩，既有牙齿的冲击又有滑动引起的剪切，破岩效率高。 ②适应地层范围广，适合在所有地层中钻进。 ③钻头自洗效果好，不容易泥包。 ④钻头成本较低。 缺点： ①由于轴承的寿命和牙齿耐磨性的限制，钻头寿命相对较低； ②由于存在薄弱环节（如轴承密封与锁紧部位），经常会造成牙轮脱落，造成钻井事故； ③由于轴承在高转速下寿命较低，因此牙轮钻头不适合高转速，一般适合在200转/分以下。 ④在高温条件下，钻头密封和润滑系统容易损坏，因而不适合高温地层。 ⑤在小井眼中由于牙轮尺寸受到限制，寿命很低，因此不适合小井眼钻井。 ⑥所需钻压相对较高，不适合在易斜地层使用。
石油钻井设备介绍
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目
录
一. 钻井工艺基本知识 二. 钻机类型及组成 三. 绞车结构及原理 四. 钻井泵结构及原理 五. 离心泵结构及原理 六. 钻井液固控系统及机具
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一. 钻井施工基本知识
?石油钻井：是指利用专用设备和技术，在预先选 定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的孔 眼，一直达到地下油气层的工作。 ?钻井方法的发展：（1）人工掘井：1521年之前。 （2）人力冲击钻：1521～1835年，是靠人力、捞 砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。3）机械 顿钻（冲钻）：1859～1901年，靠机械冲击作用 破岩，破岩和清岩相间进行。（4）旋转钻：1901 年发展起来的，旋转钻井是靠动力带动钻头旋转， 在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻 井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘 钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻井。
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钻井施工工序
钻前施工 1、定井位 2、道路勘察 3、基础施工 4、搬家 5、安装设备
完井施工 钻井施工 6、一次开钻 12、完井电测 7、二次开钻 13、下套管固井 8、钻进 9、起钻 10、换钻头 11、下钻 钻井就是利用钻机设备 及破岩工具破碎地层形成井 筒的工艺过程，目地是进行 地质评价、发现油气藏、开 发油气藏。施工工序：钻进 →洗井 →接单根 →起下钻 →完钻。
固井就是向井内下入一 定尺寸的套管串，并在其周 围注入水泥浆，把套管固定 的井壁上，避免井壁坍塌。 施工工序：下套管至预定深 度→装水泥头、循环泥浆、 接地面管线→打隔离液→注 水泥→顶胶塞→替泥浆→碰 压→注水泥结束、候凝。
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国外先进超深井钻井设备介绍（上） 一、国外第五、第六代钻井平台(船)配备超深井钻井设备的主要技术特点 (1)钻井设备的动力源为长寿命、少维修、低排放(电脑控制的电喷技术)的大功率柴油发电机机组； (2)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用大功率(钻机绞车驱动功率一般 ≥3,000hp~7,200hp；单台泥浆泵驱动功率一般≥2,200hp；TDS功率一般≥1,000hp)、数控变频驱动技术；而静液驱动由于驱动马达尺寸小、重量轻、旋转惯性力小、恒功率调速范围大、便于安全控制负荷等一系列优点，也是采用和发展的重点。 (3)钻井设备(含钻机绞车、转盘、TDS和泥浆泵等)采用双套装备，便于采用梯度钻井工艺技术以明显节约钻井施工时间。 (4)浮动式钻井的水下钻井设备配备了五高性能： ①高抗弯能力的联结器和套管头：为适应超深水钻井，.防喷器组下联结器和套管头均采用了高抗弯能力的设计，如维高(Vetco )公司18-3/4 in ExF H4型联结器的抗弯载荷：3.1百万ft-lbs；卡姆伦(Cameron)生产的卡爪式联接器在10,000psi工作压力和2,000千磅拉力下的弯矩(ft-lb)为10.3百万ft-lbs。 ②高强度和耐压浮力块的隔水管：为适应超深水钻井，相应研制了高强度和耐压浮力块的隔水管。 ③高张紧力的隔水管张紧器；如Shaffer的双缸型隔水管张紧器张紧力达250千磅(补偿行程 66ft)。 ④高可靠度的BOP组第4代数字编码控制系统。 ⑤高可靠度ROV。配合海底BOP控制，发展了适应海底用ROV控制(配合海底蓄能器)的控制系统等。 (5)浮动式钻井的水面钻柱运动补偿器系统采用游车型或天车型大补偿能力〔600,000 lbs(2,670kN) ~ 1,000,000 lbs(4,450 kN ) 〕和长补偿行程〔20ft(6.1m)~ 25 ft(7.62m) 〕。 (6)浮动式钻井的立管采用专用立式(或卧式)储存的起重、运送和排放系统。 目前，关于世界第6代半潜式钻井平台和钻井船〔以下简称钻井平台(船)〕已有一些零星报道。随着岁月推移与技术进步，出现第6代钻井平台(船)是顺理成章之事。第6钻井平台(船)的主要点如下： (1)钻井平台(船)出现时间在2000年甚至2003年及其以后。