石油钻机自动送钻控制系统研究
柳润青;朱小平
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2008(000)012
【摘要】石油钻机自动送钻是钻机自动控制技术的主要发展方向之一,针对钻井过程中井况的非线性、不确定性和实时性要求,很难得到系统的精确数学模型.用基于模型的传统控制方法也就很难得到精确、稳定的控制效果.采用单神经元自适应PSD控制器实现自动送钻的智能控制,这种方法不需辨识对象的参数,只要在线检测被控对象的实际输出与期望输出,就可以形成自适应闭环控制系统.此控制器结构简单易于实现.仿真结果表明,与传统的PID控制相比,单神经元自适应PSD控制器控制的反应速度快,振荡幅度小,并且稳态误差小,效果明显.
【总页数】3页(89-91)
【关键词】PSD控制;自动送钻;PID控制;仿真
【作者】柳润青;朱小平
【作者单位】西安石油大学,机械工程学院,陕西,西安,710065;西安石油大学,机械工程学院,陕西,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.2
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自动化（智能化）石油钻井控制系统
北京四利通控制技术有限公司
自动化（智能化）石油钻井控制系统
一、现代石油钻机 现代石油钻机是由现代机械技术、液压技术、气动技术、电气技术和计算机控制技术等 多种技术组成的联合工作机组，是目前实现石油、天然气开采的必要设备，并且，也是一整 套包含生产、技术、设备、材料、后勤、人事以及交通运输等等配置齐全的钻井工厂。 主要由以下几部分组成 1、提升系统。主要由绞车、游动系统、井口工具、井口机械等组成。 2、旋转系统。主要由转盘、水龙头及顶部驱动等组成。 3、循环系统。主要由钻井泵、高压管汇、循环罐、固控设备、钻井液处理及储存设备 等组成。 4、动力设备。主要由柴油发电机组、燃气机组、电动机等组成。 5、传动设备。主要由减速、并车、分动、转向、倒转、变速、变矩等机械传动、液力 传动、液压传动、电气传动等形式的设备组成。 6、控制系统和监视检测仪表。主要由 SCR/VFD 电驱动控制系统、液控系统、气控系统、 组合钻井仪表以及计算机监测控制中心等组成。 7、钻机底座。主要由钻台、机房、移动导轨等组成。 8、辅助设备。主要由供气供水设备、辅助发电设备、辅助起重设备、防喷设备、防冻 保温设备等组成。 9、生活区服务配套设备。
二、国内外石油钻机目前现状及发展趋势 1、现状 在提升系统、旋转系统、循环系统、动力设备、辅助设备以及钻机底座中，90%以上设 备已接近国外先进水平或与世界主流设备技术水平同步，但是，井口机械设备如铁钻工、自 动猫道、自动排管等井口自动化设备，国外已经得到成熟应用，国内还处于起步或研发阶段。 控制系统和监视检测仪表是体现一套钻机技术水平的核心系统，由于钻机是机械、液压、 气控、电控、计算机控制以及地质学、化学、数学、几何学、材料力学、流体力学等等多专 业多学科的组合体，国内钻机在生产配套过程中，同一套钻机多达几十个厂家的配套，各专 业厂家因专业屏障，严重缺乏跨专业、跨行业的统一协调，造成整套钻机控制技术水平不高 以及重复配套和浪费。比如，电控系统测量钻具悬重需要在死绳固定器安装传感器，仪表系 统也需要测量钻具悬重在死绳固定器安装传感器，这样就安装了 2 套悬重传感器，并且是 2 套系统测量的数据不一致，司钻不知道哪个是正确的。诸如此类问题很多，甚至有些重要的 钻井参数，同一个参数多达 3~4 个不同的专业和厂家同时测量出根本不同的数据。 从实际钻井工艺需求角度看，分专业局部技术都已达到了同等国际水平。如交流变频电 驱动控制系统的应用，完全可以精确控制绞车转速、游车位移、转盘扭矩、钻井泵排量和泵 压等；钻井仪表系统采用了 DSP 开发技术，可实现多参数测量和显示；井下随钻测量、旋 转导向、地质导向等国际先进钻井技术也得到了成功应用。但是，不管是垂直井、斜井、水 平井还是大位移井，其执行设备都是由电控系统控制绞车、转盘、顶驱、泥浆泵以及固控节 流井控等设备实现的，然而，实际施工中，同样的井身结构，不同的司钻会操作出不同的效 果。问题就在于各专业和技术之间在实际应用中基本上是脱节的，没有实现真正意义上的自 动闭环钻井，而是地面和井下的各种信息全部汇集给司钻，由司钻依靠个人经验对钻机进行 控制。 井队对井身质量控制的制度中描述：“司钻是技术措施直接执行者”，“钻进软硬交错地
液压大钳安装、操作规程及维护保养 1范围 本标准规定了液压大钳的安装、操作及维护保养的方法。 本标准适用于钻井队液压大钳的安装、操作和维护保养。 2主要技术参数 2.1液压大钳主要技术参数见附录A。 2.2 液压大钳在不同压力下钳头扭矩见附录B。 3安装 3.1液压源安装在钻台底座或钻台偏房内，水平放置，固定牢靠。 3.2将额定钩载为5 t的滑轮，用φ15.875 mm的钢丝绳双股固定在井架天车大梁上，滑轮钩要封口。 3.3吊绳采用φ15.875 mm钢丝绳，将钢丝绳穿过滑轮，一端固定在大钳吊杆上，一端固定在3 t手拉葫芦吊钩上，手拉葫芦的下端用φ15.875 mm的钢丝绳双根固定在液压钳上。 3.4塔式钻机专用尾柱使用不小于φ137 mm的钢管，长度以高出钻台面1 m为宜，安装在钻台右前边，距井口3.3 m为宜，牢固地固定在井架底座上。A型井架也可以将井架大腿作为尾桩。 3.5将大钳与移送缸连接，吊起固定在吊绳上，再将移送缸与尾柱连接，移送缸与大钳连接端应比尾桩固定端低100 mm～350 mm，井口、大钳、尾柱保持一条线，手拉葫芦要留有足够的调节余量。 3.6接通液压管线、气路、电路。 4调试 4.1启动液压电源，观察电机转向，确保电机转向正确。 4.2井口立1柱钻杆，扣上吊卡，坐稳井口。打开气源阀门，扳动气开关将大钳送至井口。调节大钳高度，使其底面与吊卡上平面保持40 mm距离。大钳开口套入钻杆后，转动吊杆上螺旋杆，调平钳头，使上下钳两个堵头螺钉与钻杆公母螺纹贴合。 4.3操作高低档气阀、下钳夹紧气阀和移送缸气阀，观察是否灵活和漏气。 4.4试运转，压力在2.5 MPa以内低档空转1 min～2 min，压力在5 MPa以内高档空转1 min～ 2 min，确保： a)马达运转平稳，钳头复位机构正常； b)大钳送至井口，下钳准确卡住钻杆接头； c)各气、液管路无刺漏现象； d)各阀门灵活好用。 4.5调节扭矩。起下钻作业扭矩不超过100 kN·m。调节时，将钳子送到井口，夹住接头，操作高档上扣到钳子不转动时，关死钳子上的上扣溢流阀，调节油箱溢流阀到要求压力，然后再打开上扣溢流阀，调到规定上扣压力。不得用低档调节扭矩。压力、扭矩对照见附录B （资料性附录）。 5操作要求
石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统 摘要：智能的电气液控制系统具有适应性、可靠性和安全性、先进行的特点，反应的速度身十分快捷，有着安装快捷方便、维护和操作十分容易的特点，能够满足石油钻机在野外作业的需求。本文阐述了智能的电气液控制系统的基础原理和基础结构，并且分析了其在石油钻机上的可靠性应用和先进性应用，同时对适用性做出了分析比较，最终进行推广使用。 关键词：智能的电气液控制系统石油钻井工程钻机 随着钻机市场的不断发展，石油钻机开发和研制的市场有广大的前景，随着HSE管理的规范化和系统化，具有自动化性能高的石油钻机被广泛的使用。传统的石油钻机的控制系统存在着铺设的管线拆卸繁琐、维护安装复杂、危险性大、生产效率低的问题，气动阀件联系着各个逻辑控件，生产的效率很差，已经不能满足现代石油钻机的规范化布局、集中化控制、安全高效和快捷操作的需求。 1、智能的电气液控制系统的设计和结构原理 智能的电气液控制系统在进行设计的过程之中，要保持执行元件、工作介质和动力结构的特征的平稳性，主要对发令结构、控制元件、控制元件的工作方式和传令结构做出了更改。转而将通气开关、换向阀、溢流阀、继气器、调压阀，使用电控旋钮和电控换向阀等装置取代。在控制方式上采用PLC系统，对开关量、模拟量进行控制，同时实现定时、计算、逻辑运算、控制顺序、联锁保护、过程控制、计数、联网和算术运算的功能。智能的电气液控制系统的硬件主要由触摸屏、DDL、PCL和司钻房控制系统组成。智能的电气液控制系统中的CPU 硬件可以完成对数据的处理，对逻辑运算进行控制，实现与触摸屏和DDL的无线通讯功能。其中，触摸屏可以对钻进的参数和钻进的操作参数进行显示，智能控制系统中得控制元件都存在于阀导箱p 智能的电气液控制系统主要由对系统进行控制的硬件组成。钻机的智能的电气液控制系统是由控制元件、电源、核心的控制系统和辅助设备元件等构成。可以将它们按照控制方式的不同进行划分，分为模拟量及开关量的控制系统和数字式的控制系统。钻机的逻辑控制可以通过触摸屏的功能实现，通过对开关的转换实现二者的切换，同时触摸屏还可以显示和控制钻机的工作状态。一旦系统发生故障，会立刻切断电源、报警，对故障点进行显示并找出相应的解决办法。数字式的控制系统可以使用串联的工作方式，在司钻房的元件上安装DDL DRIVE模块，在绞车上进行DDL LINK模块的安装，当系统发出信号时，DDL模块可以转化数字信号，依据系统发出的指令对元件实现控制。在PCL的选择上，可以根据系统的输出点数和输入点数进行功能的联网和扩展，使用PROFIBUS作为系统的总线，依据系统的开关数量和寄存器、定时器的数量选择储存的容量。在智能的电气液控制系统阀件的选择上，主要包括绞车车厢内的控制元件和刹车系统的控制元件，采用活塞式的滑阀结构，可以改变传统的工作信号和工作介质的
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。
1 人员准备 1.1 井队带班队长，安全官，机械师，司机长，司钻，副司钻，井架工，钻工,场地工，水车司机，吊、叉车司机等 2 工具准备 2.1 与注灰管柱相匹配的安全阀与循环头 2.2 与上卸钻具相匹配的B型大钳，上扣扭矩仪，液压大钳等 2.3 与注灰队上水口相配的接头及管线 2.4 与钻具尺寸相配套的卡瓦和安全卡瓦/单根吊卡等 2.5 钻杆安全阀（球阀）、扳手、钻杆内防喷器、配合接头与循环头 2.6 检查泥浆泵安全阀压力设定在安全范围内。 2.7 足够长度的反循环管线。 2.8 泥浆比重计和取样杯。 3 安全注意事项 3.1 操作要求 3.1.1 在工作开始之前，要组织井队人员和注灰队人员召开安全会，明确注灰施工程序及顶替液量，通知司钻起钻立柱根数和循环井深及体积。 3.1.2 注灰管线试压时人员应当远离高压区。 3.1.3 起下钻时井口人员不能挡住司钻的视线。 3.1.4 对注灰管线和井口试压时井口阀门的开关应安排由第三方人员操作。
3.1.5 注水泥钻具一般用1000FT的3-1/2”油管作为注水泥管柱，下入油管长度不要短于水泥塞高度。 3.1.6 下油管期间认真通径，检查好丝扣，按照标准扭矩上扣。 3.1.7 下油管期间坐卡瓦后，使用安全卡瓦或单根吊卡做好二次防护。 3.1.8 若注灰浆中途失败，应采用反循环的方法排出灰浆，不允许灰浆通过BOP系统。 3.1.9 注灰施工前再次确认入井钻具数量，一定要和注灰工程师及监督沟通好上提管柱高度和根数。 3.1.10 预留一个泥浆仓作用来收集顶替灰浆的返出液。 3.1.11 井架工要在顶替灰浆时抵达二层台就位，等待起管柱。 3.1.12 入井的注灰管柱要求严格检查丝扣与本体，不能出现穿孔油管入井，油管连接扭矩不达标导致井下事故。 3.1.13 注灰管柱要避免使用原井管柱。 3.1.14 扣上吊卡后，一定要确认保险销子插好。 3.1.15 起下钻时井口做好防落物工作，气动卡瓦或者手动卡瓦座好后悬重要缓慢释放，防止挤扁管柱本体。 3.1.16 水泥灰顶替到位后要抓紧起钻至反循环深度，及早将多余灰浆洗出井筒。 3.1.17 利用注灰队的管线作为反洗井排出管线时，一定要落实泵车上的出口阀门是否打开。
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。
钻机天车、井架、底座培训手册 川油广汉宏华有限公司 2005.4
目录 1培训目的 (1) 2概述 (1) 3钻机天车 (2) 3.1天车的分类 (2) 3.1.1顺穿天车 (2) 3.1.2花穿天车 (3) 3.1.3花穿与顺穿的比较 (4) 3.２天车主要结构(例TC315-7) (5) 3.３天车主要技术参数 (6) 3.４天车的检查、维护保养及故障排除 (7) 4钻机井架 (8) 4.1井架分类 (8) 4.2井架主要结构（例JJ315/45-K2） (10) 4.3井架主要技术参数 (11) 5钻机底座 (13) 5.1底座分类 (13) 5.2底座主要结构（例DZ315/9-S3） (15) 5.3底座主要技术参数 (15) 6保证井架、底座使用安全的一般要求 (16) 7井架，底座的安装与调整 (18) 7.1地基 (18) 7.2基准 (18) 7.3自升式井架、底座起放作业 (18) 7.4井架的调整 (22) 8井架、底座的检查、维护与修理 (23)
1培训目的 〔1〕了解钻井机械中天车、井架和底座的基本功能。 〔2〕了解钻井机械中天车、井架和底座的设计特点和结构。 〔3〕了解钻井机械中天车、井架和底座的主要技术参数。 〔4〕重点了解钻井机械中天车、井架和底座的安装、调试、维护保养，日常检查，故障及其危害，故障的检查与排除及防止故障发生的措施等。 2概述 天车、井架和底座是石油钻机的重要组成部分。随着不同地貌条件和地质条件下的油气田的勘探开发，按照不同的钻井工艺要求，设计制造出各种不同功能的钻机，因而也就出现了各种不同结构类型的天车、井架和底座。下面以宏华公司制造的成套钻机ZJ50DBS作为实例，具体介绍钻机的天车、井架和底座的基本功能、结构特点、主要技术参数以及安装、调试、维护保养、日常检查和维修等。ZJ50DBS钻机配套的天车、井架和底座型号分别为TC315-7、JJ315/45-K2和DZ315/9-S3。 图1（ZJ50DBS在乌兹别克斯坦古德扎克42号井作业）
OIL DRILLING RIG 石油钻机 公司可提供钻井深度2000-12000米之间的钻机与修井机，有车载、橇装、整托等运输形式；并可根据用户需求，提供适应陆地、
SKID-MOUNTED DRILLING RIG 橇装钻机 4000米(1000HP)系列钻机型号及参数 TECHNICAL P ARAMETERS 技术参数 The design meets GB/T 23505 Petroleum Drilling and Workover Rigs, and the main supporting parts conform to API specifications Reasonable overall layout, safe and fast demolition, complying with highway transport requirements Features explosion-proof, leak-proof, anti-corrosion, moisture-proof, cold resistant, high temperature resistant and sand prevention Mechanical drive, electromechanical drive, and electric drive are available The mast is front opening K type, featuring low installation and integral lifting The substructure is in parallelogram structure and uses drawworks power for lifting, which is safe and fast 设计符合国标GB/T▲23505《石油钻机和修井机》，主要配套部件符合API 规范 总体布局合理，拆迁安全快速，符合高速公路运输要求 产品具有防爆、防漏、防腐、防潮、防寒、耐高温、防沙等性能 采用机械驱动、机电复合驱动、电驱动等型式。 井架采用前开口K 型，低位安装，整体起升 底座采用平行四边形结构，利用绞车动力起升，安全、快捷
智能型马达控制监测管理系统在石油钻机井场的应用 吴德明 江苏安科瑞电器制造有限公司 摘要：近年来，智能马达控制系统迅速发展，钻机井场规模也逐步扩大，为了确保对钻机井场智能马达控制系统能耗实现可靠的监控，需要设计一套专门的智能型马达控制能耗监测管理系统，本文介绍基于人机界面和PZ48交流检测仪表、ACR330ELH谐波仪表、ACR120E 电力仪表、ARD3电动机保护器[1]及开关量输入模块设计实现的钻井机场智能型马达控制能耗监测管理系统，系统可以实现采集总进线回路、生活区负荷、软启动回路、出线回路用电设备三相电压、电流、功率、电能等参数并显示、设备运行故障的记录、数据的存盘及导出，整个系统保证了钻机井场智能马达控制系统电网能耗自动监测管理水平，具有广泛的应用前景。 关键词：钻机井场、智能马达控制系统、能耗监测管理、人机界面 0引言 目前大部分石油钻机井场进行能耗管理、获取数据通常做法是采用各种仪器、仪表对能耗进行计量，工作人员对仪器仪表采集的数据进行现场维护并统计，导致工作效率低，不能满足大范围的数据采集需要，同时，统计数据不全面、不及时，甚至会出现不准确的情况，为了能更好完成能耗统计、分析、改善，需要建立一套有效的自动化能源消耗数据获取系统，对系统运行过程中的能源供应、能耗设备运行及能耗情况进行实时监测管理，以便用户实时掌握能源消耗状况，及时采取应对措施，为实现能耗管理自动化打下坚实的数据基础，因此，随着钻机井场规模的不断扩大，为钻机平台智能马达控制系统提供可靠的能耗监测管理系统，对保证钻井机场的安全运行有着重要的意义，对钻机井场节能降本也具有重要现实意义。 本文以钻机井场智能马达控制系统能耗监测管理为例，提出利用触摸屏和交流检测仪表、谐波仪表、电力仪表、电动机保护器及开关量输入模块等设计一套智能智能马达控制能耗监测管理系统应用于钻井机场中，对钻机井场用电设备提供高质量电网电能并对系统能耗实现实时监测、管理。 1用户需求 为了对钻机井场智能马达控制系统的能耗进行监控管理，了解设备的电能质量及用电情况，对所设计的系统提出以下需求： 实时显示： 进线柜：通过人机界面采集ACR330ELH谐波仪表三相有功功率、无功功率、功率因数、三相视在功率、电能以及对功率的最大需量，直观的表现出总电源进线柜的负荷情况，同时
目录：石油世界 浏览字体：大中小1钻井知识 钻头 钻头主要分为：刮刀钻头；牙轮钻头；金刚石钻头；硬质合金钻头；特种钻头等。衡量钻头的主要指标是：钻头进尺和机械钻速。 钻机八大件 钻机八大件是指：井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、绞车、转盘、泥浆泵。 钻柱组成及其作用 钻柱通常的组成部分有：钻头、钻铤、钻杆、稳定器、专用接头及方钻杆。钻柱的基本作用是：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。 钻井液的性能及作用 钻井液的性能主要有：(1)密度；(2)粘度；(3)屈服值；(4)静切力；(5)失水量；(6)泥饼厚度；(7)含砂量；(8)酸碱度；(9)固相、油水含量。钻井液是钻井的血液，其主作用是：1)携带、悬浮岩屑；2)冷却、润滑钻头和钻具；3)清洗、冲刷井底，利于钻井；4)利用钻井液液柱压力，防止井喷；5)保护井壁，防止井壁垮塌；6)为井下动力钻具传递动力。 常用的钻井液净化设备 常用的钻井液净化设备：(1)振动筛，作用是清除大于筛孔尺寸的砂粒；(2)旋流分离器，作用是清除小于振动筛筛孔尺寸的颗粒；(3)螺杆式离心分离机，作用是回收重晶石，分离粘土颗粒；(4)筛筒式离心分离机，作用是回收重晶石。 钻井中钻井液的循环程序 钻井液罐经泵→地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内→钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。 钻开油气层过程中，钻井液对油气层的损害 主要有以下几种损害：(1)固相颗粒及泥饼堵塞油气通道；(2)滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞地层孔隙；(3)钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道；(4)产生水锁效应，增加油气流动阻力。 预测和监测地层压力的方法 (1)钻井前，采用地震法；(2)钻井中，采用机械钻速法，d、dc指数法，页岩密度法；
I If 编号：SM-ZD-61877 石油钻井设备节能措施及 Orga nize enterp rise safety man ageme nt planning, guida nee, inspection and decisi on-mak ing. en sure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制: 审核: 时间: 本文档下载后可任意修改
石油钻井设备节能措施及建 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 1石油钻井设备的能耗现状石油钻井设备按照能量转化可以简单的分为原动机和 驱动机，原动机是指的把燃料蕴含的化学能转化成机械能或电能的设备，驱动机是指将吸收或重新分配原动机产生的机械能或电能，做功，实现钻井生产。在钻机设备中，原动机 般就是柴油机（也可能是燃气机）和发电机（柴油机发电机或燃气发电机），驱动机就是指除原动机外的各类运转设备，如联动机、并车箱、偶合器，变矩器、绞车、转盘、泥浆泵机械设备以及电动机等。石油钻机按照驱动方式来分，主要 分为机械钻机（原动机产生机械能再分配做功）和电动钻机（原动机产生的电能再分配做功），从上面简单的分类可以看出，石油钻机设备的能耗主要体现在原动机的能耗和驱动机的传递效率上。 目前我国石油钻机数量众多，类型各异，配套的功率也 从2000KW到8000KW不等，因此做好从钻井设备配置到 使用管理的全过程，能够有效降低能耗，促进企业经济效益和社会效益的提升。 2 石油钻井设备节能措施2.1使用节能新技术在设备选型配置时采用 高效节能新技术，优先选用效率 高、能耗小的设备，实现原动机和传递效率的节能。 2.1.1选用电喷柴油机。柴油机电喷技术由电控调速器
石油钻采设备的行业现状 一、国际环境 伴随2014年年底，国际油价出现“断崖式”下跌。为了应对低油价，国外油公司普遍削减勘探开发投资、裁减人员规模、压低工程造价、变卖石油资产。由于国内经济处于增长速度换挡期、结构调整阵痛期和前期刺激政策消化期的“三期叠加”阶段，进入了以去产能、专业化、质量型、差异化竞争、改革创新等为特征的新常态。受新常态和低油价双重影响，石油工程企业走内涵式发展道路，普遍压缩装备投资，减少钻井进尺。石油装备制造企业也进入了市场“寒冬”。 国际油价的下跌直接影响到了石油相关行业的发展，特别是石油钻采设备行业的发展。从1859年全球第一口工业油井德雷克井的诞生，石油开采已经走过了156年的发展，伴随石油开采的发展，石油钻采设备也走过了156年的发展历程。目前，世界钻采设备已经从最早的简单、非专业、自动化低下，发展成为高度专业化、自动化高品种齐全的重要制造行业,在目前在全球经济低迷复苏缓慢的大背景下，全球主要的石油钻采设备制造商的发展也受到了极大的冲击。 二、国内环境 国际油价的下跌是导致石油钻采设备行业发展的重要外因，但随着党中央经济转型的重大决定及“一带一路”伟大计划的助推，我国石油钻采设备的行业在2015年总体还是取
得的可喜的发展。相关数据显示，仅在油气管道方面，受“一带一路”和国内需求叠加影响，油气管道相关公司业绩已经开始回升。业内人士向记者表示，中国能源领域已经和亚洲、欧洲等地区和国家展开合作。作为“一带一路”构想的着力点，能源装备制造业也迎来新商机。发改委去年年底提出的七大工程包建设将提速，油气管网作为重要组成部分，有望获得先发优势。随着国内重大能源通道建设的推进，油气管道需求量将加速释放。在中俄、中巴等重大能源工程的推动下，我国油气管网设备也迎来走出去机遇。油气管道的建设是基于油气资源的开采量，油气管线的建设必然带动石油上游钻探业务的发展，从而间接带动石油勘探、钻井等装备制造业的发展，因此仅“一带一路”伟大计划将为钻采设备发展创造良好的国内市场。总结来看，虽然国际油价下跌是导致本次国际石油钻采设备发展的重要因素，但随着我国经济的调整及政策导向，国内石油钻采设备行业依旧发展动力强劲充足且空间良好。 三、我国石油钻机装备的发展 1.常规钻井装备的现状 (1)钻机形成系列，基本满足国内市场需要 根据GB1806—86《钻机型式与基本参数》形成的钻机系列包括了钻深从1500m 至6000m 的钻机，基本满足了国内钻井需要。但这种钻机系列存在基本参数与国外钻机不相符合的问题。国外钻机的钻深是按照φ73～127mm(～5 英寸)钻杆尺寸给出
第一章司钻岗位操作规程 一、操作前检查与准备 1、召开班前会，根据生产任务搞好工作安排，使全班每个人都能明确本班任务和安全生产注意事项，确保生产有条不紊，安全无事故。 2、检查主刹车及辅助刹车系统工作情况。 3、检查大绳的死、活绳头固定情况及大绳有无断丝。 4、检查所有钢缆、给进、绞车、吊索。 5、检查液压系统、性能良好，各种仪表灵敏可靠。 6、检查提升系统及动力大钳。 7、防碰天车装置必须灵敏可靠。 8、指挥岗位人员清理钻台面，便于操作。 二、正常钻进 1、钻进中严格执行技术指令。 2、均匀送钻，观察参数仪（指重表、泵压表）变化，准确地判断井下情况。 3、钻进中发生蹩、跳现象，及时汇报，根据指令调整钻压、转速等参数。 4、钻进中泵压下降，应立即停钻检查。排除地面因素后起钻检查钻具。 5、牙轮钻头使用到后期，出现蹩、跳钻、转盘负荷大、打倒车、钻时明显增加等现象，立即循环钻井液，起钻换钻头。 6、设备发生故障，尽量循环钻井液，活动钻具；不能循环钻井液及活动钻具时，可下放钻具，将悬重的2/3压至井底，使钻具弯曲，以防粘卡，排除故障后，起钻检查钻具。 7、接单根前按规定进行划眼，卸扣时不磨扣，上扣时不压扣。上提方钻杆时，观察游车，待单根下接头出鼠洞时应缓慢起出。接好单根后先开泵，正常后方可下放钻进。 8、操作失误造成顿钻或溜钻，立即循环钻井液起钻检查。 三、起钻操作 1、起钻时严格执行技术指令。 2、起钻前将钻头提离井底2m以上，循环钻井液，并活动钻具。待钻井液性能稳定，井下情况正常，准备工作完成后，方可起钻。 3、井口挂好吊环，插入磁性保险销，待大钩弹簧拉紧后方可上提。 4、上提钻具时精力集中，平稳操作，右手不离刹把，左手不离开关，目视井口，观察指重表、滚筒钢丝绳缠绕情况及钻杆接头数，判断游动滑车位置，防止顶天车。 5、起钻中途按规定进行放气，钻杆下接头出转盘面0.5-0.6m后，刹住钻具，待井口放好卡瓦或吊卡后，缓慢下放钻具。 7、井下正常时根据钻具负荷和设备起升能力合理选择起钻速度。 8、起钻遇卡，应上下活动钻具，上提拉力不得超过原悬重100KN，严禁猛提硬转，无效后接方钻杆循环钻井液，汇报请示。 四、下钻操作 1、下钻时严格执行技术指令。 2、入井钻头及喷嘴符合设计、无损伤，否则不能入井,钻头装卸器尺寸合适。 3、钻头紧扣先用链钳人力上紧，再用顶驱紧扣，扭矩符合要求，下入时缓慢通过井口。 4、入井钻铤符合规定标准（弯曲度及磨损情况等），按规定扭矩紧扣。 5、根据钻铤尺寸选择卡瓦、安全卡瓦。卡瓦距内螺纹端面50 cm ；安全卡瓦要卡平、卡紧，不能卡反，所卡部位至卡瓦距离5-8cm。
石油钻井系统 一般情况下，钻井系统被砍成了八大块：提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、辅助系统。 所谓提升系统，主要包括了Drawworks, crown block，travelling block，swivel, hook这几样东西,这几个货长相如下：
所谓旋转系统，以前讲的是水龙头和转盘，但是现在这个玩意儿基本是个摆设了，钻井都用顶驱
从上面这张照片上中间那一大坨黄色的东西就是顶驱了…… 等一下，突然发现我并不擅长按着教材的思路去讲，还是按我自己的感觉随便讲比较 那个……大致是这样 王二麻子一大早就从床上爬起来，开着他50m3的柴油罐罐车高高兴兴的往二道沟三号井场去。他一边嚼着油条，一边盘算李队长这个月给他抽多少柴油。前天晚上他又请队长去旁边的白马村里喝了几斤江津五粮液。那天给马丽丽的钱没白花啊，据说把李队的腰都要崩断了，领导必须很满意啊！想到这，王二麻子不由得兴奋地搓起了手……苟曰的，老子今天晚上也要去会会这个妖精！ 王二麻子到了队上，管后勤的老秦把车招呼靠到了柴油罐上，拉过管子接上泵就开始倒油了。王二麻子给他散了一根烟，就直接去队长板房敲门了。叫了几声，门支拉一声开了，王二麻子抢进去一看，李队正躺在床上抽烟呢。见他进来，领导开腔了“ 苟曰的二麻子，你给老子那天晚上找的女娃是哪里来的，把老子的老腰都要盘断老”。 “嘿嘿，李队，那是你老人家身体好，雄起老撒“ 王二麻子脸都快笑裂了，”那个这个月的柴油钱，你看给返几个点？” “ 曹，老子就晓得你一天净想得这些，老规矩20个点，你一天把事情给老子办利索了” “ 要得，要的，领导你放心” …………………… 话分两头，书讲两边 这边柴油倒进了柴油罐，队上的人就开始把油往日用油罐里面倒，这个罐子小，一般就5,6个方，带了一套滤子，这样灌到柴油发电机的柴油就会比较清洁。上次滤子堵了，motor man 霍二哥这个懒怂半天没换，结果把柴油机都差点搞毁了，本来队上就穷，以前用的都是volvo,现在好不容易换了4台CAT 3512B柴油发电机，还弄这事，李队差点没把老霍给劈了。
钻井自动化技术在石油行业中的应用 摘要：钻井是石油生产中的重要环节，关系到石油生产的产量及质量。为提升我国经济的整体实力，推进工业领域各行业的发展，利用先进的自动化技术提升企业的钻井技术已发展成为必然趋势。 关键词：石油行业；钻井自动化技术；应用 一、钻井的基本组织构造 石油钻机当中包含了各项操作功能，当中包含了旋转钻进操作体系、钻具升降操作体系、传动以及操纵体系等等各项操作设备。钻井工艺的基本要求，就是石油钻机需要拥有钻具能力、旋转钻进操作能力以及循环洗井操作能力等等。而升降钻具需要石油钻机不论是升还是降的速度，都应该保持在一个较快的速度当中，并且载重能力需要足够的强大，才能够满足井下事故的处理要求以及钻具等等的基本需求。简单的说，石油钻机的起降工作都是通过升降操作体系完成的。旋转钻进的操作能力需要石油钻机的旋转速度以及旋转的距离都有足够的保证力度，才能够符合钻头和钻具在旋转钻进过程当中的具体需求。 二、我国石油钻井开采现状 （1）生产效率低下 受历史原因影响，我国的石油开采技术和技术人员业务素质相对于西方欧美发达国家仍有一定差距。主要表现在：设备操作难度大，操作人员对采油钻井技术运用不娴熟，企业开采效率低下等。可见，早期的石油开采技术对石油企业发展有着较大的制约。 （2）石油产量过低 由于我国石油企业的石油钻井技术没有先进的智能化勘测应用，使得石油企业在生产过程经常发生油井定位失效、油气层位置不合理的现象，为原油生产工作带来极大不便，造成石油产量过于低下。 （3）成本投入与回收周期过长 石油行业的一个显著特点就是前期的高额的成本投入以和快速回收。但我国的石油企业通常都是前期进行大量投资后，在相当长的时间较难收回成本，如：油井的日常维护保养、原油存储等。所以，石油企业资金成本周转速度较慢严重影响了自身的经济收益与，使得石油企业发展缓慢，在同国外企业竞争中处于不利位置。 （4）设备和工艺过于陈旧 目前，我国的石油企业传统钻井主要依靠人力冲钻，而固井则没有采用水泥砂浆进行加固，可见，陈旧的开采工艺浪费了较多的人力资源。此外，钻井设备装备数量较少也在一定程度上加大了原油的开采难度。通常情况下，石油都分布在地理位置分布较特殊的区域，如，岩石层坚硬的地区。钻井设备的缺乏，对于岩层钻进将产生不利影响，降低了生产效率。 三、石油钻井自动化技术应用的必要性 正如前文所述我国传统的石油开采如果采用传统的方式，必然会制约石油资源的有效利用。因而有必要加强石油钻井自动化技术的应用。石油钻井自动化技术应用的必要性主要体现在提高石油企业的开采效率、提高石油产量以及提高钻井的工艺水平等方面。以石油钻井的勘测技术的应用为例，通过合理的工艺流程的应用，避免油井定位出现失效，以准确的油气层位置，确保原油产量达标。又如上文所所提到的我国石油分布的地理位置通常都是岩石层坚硬等比较特殊的区
石油钻机顶部驱动钻井系统研究 摘要由于常规钻机在钻进中依靠转盘推动方钻杆旋 转钻进,受方钻杆的长度限制,每次只能接单根钻杆,故费工费 时效率低,劳动强度大。随着科技的进步,现代化的顶部驱动 钻井技术应运而生。讨论石油钻机顶部驱动钻井系统的发展。 关键词机械;钻进;石油机械 中图分类TE2 文献标识码A 文章编号 1673-9671-(2010)042-0115-01 顶部驱动钻井是本世纪80 年代国际钻井领域中兴兴起的 项新的钻井技术,是旋转钻井技术的一次重大突破,受到世 界各国石油公司的高度重视并在国际石油工业中得到迅速发展。侧部驱动装置因其结构简单、投资费用低,是目前顶部 驱动装置发展的焦点。它与一般顶部驱动装置的不同为:一是 动力来源于原转盘动力,有利于提高钻机设备的利用率和功 率利用率,制造成本和投资费用较低;二是采用易卸短节代替 扭矩板手,简化了钻管装卸装置。三是采用了立式传动轴,不 存在钻井反扭矩问题,不需要在井架中增加导轨。侧部驱动钻井系统的功能、钻井性能和经济效益与顶部驱动钻井系统 样好。以下主要介绍了顶驱钻井装置旋转钻井的特点及其工作原理。
1顶驱钻井装置旋转钻井的特点顶部驱动钻井装置是将原来固定在钻台面上的旋转驱 动装置变为随游车一起运动的集旋转动力、水龙头和上卸扣装置等为一体的新型钻井装置。常规水龙头与钻井马达结合再配备结构新颖的钻杆上卸扣装置,它可从井架空间上部直 接旋转钻柱,并沿井架内专用导轨向下送进,完成钻柱旋转钻 进,循环钻井液,接钻杆,上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。 去掉了转盘、方钻杆、大鼠洞,避免了转盘钻井接单根时 频繁的常规操作,系统直接以立根钻进,减少了三分之二钻柱 连接时间,提高了钻井效率,节省了时间,减轻了工人劳动强度, 提高了钻井效率和井口操作的安全性。 起下钻时,顶驱钻井系统可在任意高度循环钻井液和旋 转钻具,实行倒划眼起钻和划眼下钻,可减少井下事故的发生 和及时处理各种危险状况,从而降低钻井费用和提高钻井速 度。 2顶部驱动钻井系统组成 2.1井架井架是各种设备的安装载体,由平台、井架、卷扬机、 大 钩等组成,通常高度约50 米左右。顶驱本体悬挂在大钩上沿着安装在井架上的垂直导轨上下滑动。顶驱装置:顶驱装置是
车装钻机液压系统泄露的控制及维护 总装一分厂 李湛 2007年6月
的控制及维护 摘要： “漏油”几乎是所有车装钻机的通病，经常可以在车间及试验场看到车上车下油迹斑斑，成为一项久攻不下的顽疾。液压系统的泄漏严重影响着系统工作的安全性，造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。因此，对液压系统的泄漏我们必须加以控制。 关键词： 液压系统（hydraulic system）泄漏（leak）管线（pipeline）冲击（impact）振动（vibration）磨损（abrasion） 控制（control）措施（measure）维护（maintenance） 设备（Equipment） 目录： 一、装钻机的液压系统 二、液压系统存在的泄漏现象 三、液压系统泄漏的原因 四、控制泄漏的措施 五、液压设备的维护
的控制及维护 一、车装钻机的液压系统 液压系统贯穿车装钻机的各个部分，是每一台设备的重要组成，它由： （1）动力装置——液压泵； （2）控制调节装置——溢流阀、截止阀、换向伐、单向伐等伐件； （3）执行装置——液压缸、液压马达、钻杆动力钳等； （4）辅助装置——油箱、滤油器、管道接头等。 四个部分组成，它的主要部件包括：动力源系统、控制阀件、液压支腿系统、液压绞车及崩扣缸系统、井架起升系统等。 二、液压系统存在的泄露现象 “漏油”几乎是所有车装钻机的通病，经常可以在车间及试验场看到车上车下油迹斑斑，成为一项久攻不下的顽疾。液压系统的泄漏严重影响着系统工作的安全性，造成油液浪费、污染周围环境、增加机器的停工时间、降低生产率、增加生产成本及对产品造成污损。因此，对液压系统的泄漏我们必须加以控制。 三、液压系统泄漏的原因 提起泄漏的原因，可能很多人首先想到的就是安装不到位，该拧紧的地方没有拧紧或是生料带没有缠够。这些可能是造成泄漏的原因，但仅此而已吗？单单是安装失误就如此难以解决吗？问题远远不
ZJ50型石油钻机用动力绞车 传动系统设计 专业：机械设计制造及其自动化 学生： 指导教师： 完成日期：2014.05.20
石油钻机是油田油气勘探开发极其重要的工具。石油钻机一般由旋转设备、循环系统设备、起升系统设备、动力驱动设备、传动系统设备、控制系统设备、钻机底座和辅助设备组成。绞车是石油钻机速度变化及维持外头恒定钻压的重要机构，是钻机的核心部件，直接决定着钻机钻进能力。传统机械传动绞车体积大、质量重、结构复杂，很难较好地满足新型钻井工艺的要求。ZJ50 绞车传动简单，结构紧凑，功率大且利用率高，调速性能好，安全可靠。 本文在对ZJ50型绞车的整体结构及工作原理认真研究的基础上，运用Pro/E 对ZJ50绞车传动系统的所有组成元件进行三维建模；并对滚筒、滚筒轴等重要部件进行安全校核；最后运用ANSYS对滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体进行有限元分析，根据分析结果判断ZJ50型绞车设计是否合理，能否满足正常工作要求。ZJ50型绞车传动系统的设计优化为绞车发展提供理论参考，具有一定的工程应用价值。 关键词：绞车传动系统，Pro/E，滚筒和滚筒轴，ANSYS，静态和模态分析
Oil drilling rig is a very important tool in exploration and development of oil and gas. Oil drilling rig generally consists of Rotating equipment, recycling equipment, lifting equipment, power equipment, transmission equipment, control systems and equipment, drilling rig substructure and auxiliary equipment. The winch is an important mechanism of drill speed changes in oil and maintains constant drilling pressure and is also a core component of a drilling rig, directly determining the drilling ability. Traditional mechanical draw works bulky, heavy, complicated construction, so it is difficult to satisfy the requirement of new drilling technology.ZJ50 winch is simple, compact structure, large power and high utilization rate, good speed performance, safe and reliable. Base on the study of the overall structure and working principle of ZJ50 winch, we make three-dimensional modeling of components of transmission system by Pro/E. And then check the safety of drum, drum shaft and other important components. Last, finite element analysis on the drum, drum shaft and drum shaft assembly by ANSYS. From the results of the verification ，we know that the design of ZJ50 winch is reasonable, and it can meet the normal requirements. The optimization of ZJ50 transmission system provides a theoretical reference for the winch development, and has certain engineering application value. Key Words: Winch transmission system, Pro/E,Roller and roller shaft, ANSYS,The static and modal analysis