石油钻机概论

第三节 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。 钻机基本参数十个： L（名义井深）； Qmax（最大钩载）；Qds（最大钻柱重）； Ndr（绞车功率）；
Z（Zmax）有效绳数；dw（钢绳直径）；
Np（泵功率）；Dr（转盘通径）；
Hr（底座）；H架。
1．名义井深L，主参数。
20000英尺，钻深6100m，NSCO国家供应公司
，National Supply CO.）
2.钻机型号 我国石油钻机国家标准规定了石油钻机的型式与基本参数，适用于石油、天然 气勘探开发用钻机。 我国钻机型号意义如下：
ZJ □ □ □
（厂家代号用一个汉语拼音表示；改型序号用啊拉伯数字表示） 链条并车无或为L；胶带并车钻机为J；齿轮传动钻机为C；电驱钻机为D 自行车装钻机为Z；半拖挂车装钻机为T 新标准增：Y-液压钻机；DJ-交流电驱动钻机； DZ-直流电驱动钻机；DB-交流变频电驱动钻机 钻机级别：以100m计的钻机名义钻深范围的上限。 钻机代号。
装防喷器，生产防喷器的厂家效益看好。】
四、旋转系统
1. 转盘名义直径 为转盘主参数Dr，取出大方瓦后，转盘内通 径，最大号钻头能通过。 2. 转速：250～300r/min，有倒档。
3. 转盘功率（用经验式计算）
N r 0.36nWL
马力 （1马力＝0.735kW）
n—转速,r/min；W—单位钻压（t/英寸钻头直 径）；L—井深（m）；0.36经验系数。
据。
3. 最大钻柱重量Qds
在标准规定的最大绳数下，正常钻进或进行起下
作业时，大钩所允许承受的最大钻柱在空气中的重 量（质量）【也称额定载荷】。 Qds＝10 q.L kN q—钻柱线密度（单位长度质量），10≈9.8＝g； L-最大井深，km。
二、主参数与钻机型号
1. 主参数 ① 能直接反映钻机的主要性能；
第二章 石油钻机概论 钻机是用于油气勘探、开发的一整套钻井设备。 第一节 钻机的组成 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。
1. 转盘（参见图2-1） （1）转盘的作用 钻进时—转动钻具；井底动力时—承受反扭矩； 起下钻、下套管时—承托钻杆或套管重量；
4．钢绳直径dw 根据 Qmax （最大钩载）的 Pfmax （ Zmax 时快绳拉 力）决定。 Qt P 快绳拉力： f Z t ' Qt Qds Gt Qt —游系总载荷 ' ' q L Qds —任意井深时钻柱重 Gt —游系重
最大钩载时， Pf max
Pb 破断拉力，由
二、钻机特点 1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作。 （例JC45绞车，功率1100kW相当于： 10 个车间×25 台机床×一台车床 4kW≈JC45 的 功率） 2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作。 3.钻井过程不连续 钻进时间短，起下钻时间长，原因换钻头。 4.工作地区广阔（平原、山地、沙漠、沼泽、 海洋），自然环境恶劣（风、沙、雨、雪），野 外流动作业，要求钻机有很强的适应地区、环境 的能力和很高的移运性能。
推荐钻深范围，上限为名义井深。（Lmin～Lmax=L） 旧系列15、20、32、45、60、80（使用5”钻杆井深） 新系列 10 、 15 、 20 、 30 、 45 、 50 、 70 、 90 、 120 （使 用 4 1 2 ”钻杆井深）。
2. 最大钩载Qmax
在标准规定的最大绳数下，下套管或进行解卡等其它 特殊作业时，大钩上不允许超过的最大载荷。 Qmax决定钻机下套管和处理事故的能力，是核算起升 系统零件静强度及计算转盘、水龙头主轴承静载荷的依
例，ZJ32J-2；ZJ45；ZJ60D； ZJ70LDB：兰石厂04年生产，04年8月在胜利钻井四公司 安装试车，之后准备到四川打气井（L链条并车、DB交流 变频电驱，转盘电驱，其他机驱。）。
三、起升系统参数 1. 绞车输入功率 Ndr 输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。 Q1V1 kW N dr
2. 起升系统发动机功率 N发＝kN.Ndr kN—储备系数1.1～1.2 3. 游动系统结构 钻井绳数 Z ，指钻井时采用的有 效提升绳数。 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。 例， 5×6, 游车（轮数）×天车 （轮数）， Z=5×2=10, 死绳、快绳 去掉，为有效绳数。 正常用5×6，解卡用6×7（Zmax ＝6×2=12）,不同钻机结构不同。 指游车和天车及有效绳数Z，Zmax。
Qmax Z max t
Pb nPf max ，n=2（安全系数）
Pb 选dw。
5. 井架高
取决于立根高度。新标准规定井架高能提升28m立根 井架。41～53m安全高度，大庆—130, H架＝41m；ZJ45, H架＝43m。 6. 钻台高度 取决于安装井口装置的高度。 安装套管头、防喷器、泥浆返出管。 例，ZJ45，有4.5m，6m，7.5m。 美国电驱钻机钻台高9.6m，安装双闸板、万能防喷器。 【2003年12月23日，重庆开县发生天然气井喷事故，受 硫化氢中毒，死亡243人。事故之后，要求井队必须安
五、钻井泵功率 Np(I-5,II-5,III-5) 输入轴功率，额定功率。 p Q N p max min 103 kW
p
pmax—最大泵压，Pa；
Qmin — 对应流量， m3/s ；（钻井泵最大流量为： 15 ～
25L/s，15~25×10-3m3/s） p —泵效，(0.8~0.85). 泵工作时 pmax 对应 Qmin：最大压力对应最小流量（缸径最小）； pmin 对应 Qmax ：最小压力对应最大流量（缸径最大）。 改变泵排量：变缸径（换缸套）。
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。 钻台底座用于安装井架、转盘，放置立根盒及井口工具 及司钻控制台，安装绞车，下方应能容纳必要的井口装置 。应有足够的高度、面积和刚性。机房底座用于安装动力 机组及传动系统设备。 八、辅助设备 有供气、水、油、暖设备、井口防喷设备。
钻机是所有钻井设备，包括八大 （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；十大部件：加—井架； 联动机组。来自第二节 钻机分类与特点
一、分类 1． 按井深分 ① 浅井（≤1500m）； ② 中深井（1500~3000m）； ③ 深井（3000~6000m）； ④ 超深井>6000m。 2．按驱动设备类型分 机械驱动钻机（MD）；电驱动钻机（ED）。 3.按驱动方式分 单独驱动（各主要机组单独驱动）；统一驱动。
tbdr
V1—起升I档速度，（0.4～0.6m/s）； t —游动系统效率； b —滚筒轴传动与缠绳效率； dr —输入轴至滚筒前，传动效率。 Q1—起升I档游系载荷kN。 Q1= Qds+10 Gt Gt—游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量。 总之，绞车功率取决于I档起升速度和I档起升载荷。
4．按主传动副类型分（从动力并车角度分类） ① 胶带并车传动—胶带钻机；J ② 链条并车传动—链条钻机；L ③ 锥齿轮—万向轴并车传动—齿轮钻机C。 5．按地区和用途分 海洋钻机；浅海钻机（适用与0~5m水深或沼泽地区）； 陆地常规钻机；丛式井钻机；沙漠钻机；直升机吊运钻 机； 小井眼钻机（指 90% 井身直径小于 7” 或 70% 井身直径小 于5”的井。小钻机易运、钻速高、套管小、成本低。液压驱 动、配顶驱钻井装置、自动化高）； 连续柔管钻机（连续柔管代替单根钻杆，有绕管的卷筒 。成功地用于作业机，如冲洗、人工举升、测井和射孔、挤 水泥、井下扩孔、防砂及酸化增产。钻井配合井下动力钻具 。）
② 能用以标定钻机型号，并作为设计、选用钻机的依 据；
③ 能影响和决定其它参数。 我国钻机新标准规定名义钻井深度L为主参数。 第一， L直接表明了钻机的最大钻井深度；
第二， L影响和决定其它参数的大小；
符合我国以钻机钻井深度定型名和井队编号的习惯用 法。
我国以前用Qds（最大钻柱重量）为主参数。 前苏联和罗马尼亚，钻机标准采用最大钩载 Qmax作为主参数。 美国钻机没有统一的国家标准，各大公司生 产的钻机基本上以名义钻深范围（Lmin~Lmax） 为主参数。（1320M型钻机，指钻深13000～
二、循环系统设备(I-4,II-4,III-4)
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。
为井下动力钻具提供高压动力液。
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。 上述三大系统是钻机的三大工作机。 四、动力驱动系统 有：柴油机组、发动机组、电动机组。
处理事故时，造扣、倒扣(上提)。
（2）转盘的结构 ①水平轴总成—传递动力 水平轴；小伞齿轮；轴承；输入链轮；制动装 置(制动棘轮)
②转台总成—驱动方钻杆
转台；大伞齿轮；主轴承；防跳轴承；方瓦；
方补心；泥浆密宫密封装置。
③壳体—连接，储油润滑（靠小锥轮旋转带油 ）
2. 水龙头 （1） 水龙头的作用 ①承重—承受钻柱重量 ②旋转—支承旋转的钻具 ③耐压—输送高压泥浆 （2） 结构组成与特点 ①承重部分：提环；壳体 ②旋转部分：中心管总成 主轴承，防跳轴承；扶正轴承（2个） ③轴承布置 两扶正轴承分置于主轴承两边（图2-2间距大，扶正好）。 ④耐压： 鹅颈管；冲管总成 冲管总成为快卸密封结构（易损件） 浮动冲管（工作时不转动，有轴向窜动。），Y形液压自密 封、快卸结构（参见图3-14）。