石油钻井连续循环系统

《电驱动钻机》(中原油田专升本) 2005.4.7第六章往复泵及泥浆净化装置第一节往复泵结构组成及工作原理一、结构组成曲柄连杆机构，往复泵。

1. 动力端：曲柄，连杆，十字头（十字头为动力—液力分界）2.液力端：液缸，活塞，活塞杆，阀室（阀箱），吸、排阀，吸、排管。

二、工作原理曲柄旋转，通过连杆、活塞杆，带动活塞往复运动。

（1）吸液：活塞向动力端运动，缸内形成真空，吸入阀开，排出阀关，吸液；（2）排液：活塞向液力端运动，缸内压力升高，吸入阀关，排出阀开，排液。

三、分类1. 按缸数分：单缸、双缸、三缸泵2. 按作用方式分：单作用（往复一次，一吸一排。

），双作用（往复一次，两吸两排。

）3. 按缸的布置方式：卧式、立式4. 活塞泵、柱塞泵四、基本参数1. 泵的流量：单位时间内泵排出或吸入的液体量。

体积流量单位：L/s 、m 3/s ，用Q 表示； 重量流量单位：N/s ，用Q G 表示。

g Q Q G ρ=ρ为密度，kg/m 3；g 为重力加速度，9.8m/s 2。

2. 泵的排量：曲柄转一周泵排出或吸入的液体量。

3. 泵的压力：泵排出口单位面积上所受的液体力，用p 表示，单位MPa 。

4. 泵的功率：单位时间内动力机传到往复泵主动轴的能量，即输入功率N a ；有效功率，N 。

5. 泵的效率：aN N=η 6. 泵速：单位时间内活塞或柱塞往复次数，称冲数n ，单位：min -1。

7. 冲程S ：活塞在缸内移动的距离S=2r ， r —曲柄半径第二节 往复泵的流量分析一、 往复泵运动规律曲柄连杆机构，将曲柄的旋转运动转换成活塞的往复运动。

往复泵活塞运动示意图1. 活塞位移x 计算①当活塞在液缸左端时，连杆和曲柄在同一直线上，O 1O 间的总长为： r l +；曲柄转过ϕ角，活塞向右移动的距离为：)cos cos ()(1ϕβr l r l X +-+=（6-1）②当曲柄转过180°时，活塞到达液缸右位，连杆和曲柄在同一直线上，O 2O 总长为：r l -由于从180°起，活塞开始左移，活塞左移的距离为:)()cos cos (2r l r l X ---=ϕγ)cos 1()cos 1(2γϕ---=l r X连杆用ϕ代替ϕ，用β代替γ结果相同。

石油钻井机工作原理石油钻井机是一种复杂的机械设备，用于在地层中钻探油井或气井。

其工作原理可以概括为以下几个核心部分：1. 动力系统：石油钻井机通常配备有强大的动力源，如柴油发动机、电动机或燃气轮机等，它们为整个钻井作业提供所需的能量。

2. 旋转系统：通过传动装置将动力传递给转盘，转盘带动钻杆及连接在钻杆底部的钻头进行高速旋转。

钻头利用切削、研磨等方式破碎地下岩石。

3. 起升系统：包括井架、天车、绞车和游动滑车等组件。

绞车通过钢丝绳（或链条）拉动大钩，从而实现钻具（包括钻杆、钻铤等）的起下动作，以便于更换钻头或者加深井眼。

4. 钻井液循环系统：泥浆泵（也称为钻井泵）将钻井液（通常是经过处理的水、泥浆或其它流体混合物）压入钻杆内腔，然后从钻头喷嘴喷出，以冷却钻头、润滑钻柱并携带破碎后的岩石颗粒返回地面。

在某些情况下，采用泵吸反循环方式，即通过钻杆内部形成的负压将破碎的岩屑吸入钻杆，并由泥浆泵排出到沉淀池，经分离处理后循环使用。

5. 控制系统和监测显示仪表：钻井过程中的各种参数，如钻压、扭矩、深度、钻井液性能等，均受到严格监控和控制，以确保钻井操作的安全性和有效性。

6. 辅助设备系统：这包括固控设备（用于处理和回收钻井液）、井控设备（防止井喷事故）、压缩空气系统（供气动工具使用）、液压系统以及供电系统等。

总的来说，石油钻机通过钻进、冷却润滑、钻井液循环等步骤，将地下的岩石层削碎并将油气储层暴露出来，从而实现石油和天然气的提取。

此外，石油钻井机还可以采用旋冲钻井技术，通过在钻头顶端设置冲击器装置，利用动力源给冲击器施加压力，使钻头持续旋转并产生更大的冲击力，从而快速击碎岩石，提高钻进效果。

同时，冲击器的工作内容也是旋冲钻井技术的关键部分，其工作原理是将系统力直接作用到钻头结构上，与防回水的动力联合，产生更大的冲击力，并将扭矩传输到钻头上。

在电力驱动方面，石油钻井机通常采用直流电动机进行驱动，通过通电导体在磁场中受电磁力的作用实现连续供电。

钻井液循环系统钻井是勘探和开发石油和天然气资源的基本方法之一，也是现代工业生产的重要手段。

而钻井的成功与否离不开钻井液循环系统。

钻井液循环系统是指通过钻井液将钻废岩挖掘上来，并进行处理和再利用的系统。

下面我们来详细地了解一下钻井液循环系统。

1. 钻井液循环系统的工作原理钻井液循环系统的工作原理非常简单。

首先，钻头在地层下面钻井的同时，钻井液被泵入钻杆内，通过钻杆逐层往下推进。

随着钻头不断钻进地层，钻井液经过管柱流入井底，然后经过钻头，喷向地层。

钻井液在喷向地层的过程中，既能冷却和润滑钻头，又能将打破的岩屑和泥土带回井口，完成钻井液循环的整个过程。

而钻井液循环系统还需要完成以下的工作：一是沉降和过滤岩屑和泥土；二是将钻井液进行处理，如去除杂质和再生利用等；三是控制井下的压力和温度等；四是进行泥浆的泵送和储存，以及压力和重量的调整等。

2. 钻井液循环系统的组成和结构钻井液循环系统主要由工作液循环系统、固控系统、泥浆处理系统、泥浆泵浦系统、压力控制系统、热控制系统、测井系统、安全防护系统等组成。

其中，工作液循环系统是钻井液循环系统最为重要的一部分，主要由井口、固井器、钻杆、钻头、鉴定器、工作液泵、输送管道、坑、固井液池等组成。

而固控系统则负责控制岩屑和泥土的沉淀和过滤，主要由固体分离器、岩屑分级器、过滤器、坑、固控系统、切屑器等组成。

泥浆处理系统主要负责对钻井液进行再利用，泥浆泵浦系统则用于将处理好的钻井液泵送到井底，压力控制系统则用于控制井下的压力，确保钻进工作的顺利进行。

而热控制系统则主要用于控制钻进过程中产生的热量，保持井下的恒定温度，测井系统则用于获取井下的地质和状况信息。

3. 钻井液循环系统的应用钻井液循环系统广泛应用于石油和天然气开采领域。

通过采用钻井液循环系统，不仅可以提高钻井的效率，更可以保证钻井的成功。

此外，钻井液循环系统还可以帮助钻井人员预测地下水位及水位变化情况，有利于防止地下水污染。

井下动力钻井工作原理
井下动力钻井是一种常用的石油钻井技术，其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 钻井液循环系统：井下动力钻井中，钻井液循环系统起着重要的作用。

钻井液通过泵送进入井底钻头，然后通过钻杆中的通道进入钻头内部，冲刷岩层并将钻屑带到地面。

2. 旋转系统：井下动力钻井中，井下动力装置驱动钻杆旋转，钻杆通过旋转带动钻头在地层中钻探。

旋转系统通常由绕组电动机、蜗轮蜗杆减速器和转动装置组成。

3. 推进系统：在井下动力钻井中，推进系统主要是通过钻杆的上下运动来实现。

钻井液通过钻杆通道进入钻头底部，然后冲击岩层并将钻屑带到井上。

通过调节钻杆的推进速度，可以控制钻头的下压力和钻井速度。

4. 钻头：井下动力钻井中，钻头是进行岩层钻探的关键工具。

钻头通常由钻杆接头、钻头身和钻头嘴三部分组成。

钻头嘴采用合适的切削结构和硬质合金材料，可以快速切削岩石并将钻屑冲刷出井口。

总之，井下动力钻井通过钻井液循环系统、旋转系统、推进系统和钻头等组成部分的相互配合，实现了从井底到地面的高效钻井作业。

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。

中国石油研制出连续循环钻井系统
佚名
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2012(40)3
【摘要】近日，由中国石油钻井工程技术研究院自主研发的连续循环钻井系统成功完成模拟试验，标志着国内有了自主知识产权的连续循环钻井系统。

【总页数】1页(P130-130)
【关键词】钻井系统;连续循环;中国石油;自主知识产权;模拟试验;自主研发;工程技术;石油钻井
【正文语种】中文
【中图分类】TE928
【相关文献】
1.连续循环钻井系统主机研制 [J], 肖建秋;马青芳;胡志坚;彭嵩
2.中石油钻井院连续循环钻井系统填补国内空白 [J],
3.连续循环钻井系统改进与试验 [J], 胡志坚;肖建秋;梁国红
4.中国石油川庆钻探工程公司研制出旋转导向钻井系统 [J], 天工
5.中石油钻井工程研究院连续循环钻井系统填补国内空白 [J], 文田
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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。

石油钻机原理
石油钻机是一种用于钻探石油或天然气井的设备，它的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 钻井液循环系统：石油钻机通过管道将钻井液从地面泵送到井口，然后通过钻杆输送到井底。

钻井液在井底通过钻嘴进入井眼，然后再经过井壁，最后从地层的孔隙中返回到地面，形成循环。

2. 钻头和钻杆系统：钻头是位于钻杆底部的工具，它主要负责在井底钻探地层。

钻杆则用于输送钻头的旋转运动和钻井液的输送。

钻杆一般由多节钻杆组成，通过螺纹连接起来。

3. 钻进过程：石油钻机通过旋转钻杆，使钻头钻入地层。

钻头下方有凿岩器，它通过冲击和旋转的力量来破碎地层。

钻杆由钻杆底部的驱动机构提供旋转力，钻杆的旋转将钻头带动起来。

4. 钻井液的功能：钻井液在石油钻机中起到很重要的作用。

首先，它能冲刷井眼和减少钻屑。

其次，钻井液能够平衡地层压力，避免井底喷发事故的发生。

此外，钻井液还能稳固井壁，防止井壁塌陷。

5. 钻井液循环系统中的设备：石油钻机的钻井液循环系统包括旋转顶驱、旋转鼓风机、钻井液搅拌器等设备。

旋转顶驱通过压力将钻杆推向井底，旋转鼓风机则用于增加钻井液的流动速度，钻井液搅拌器则用于搅拌钻井液，保持其性能。

总之，石油钻机通过钻井液循环系统、钻头和钻杆系统以及钻进过程来完成石油或天然气井的钻探工作。

钻井液在其中起到很重要的作用，帮助冲刷井眼、平衡地层压力、稳固井壁等，同时还需要其他设备的配合来完成钻探过程。

钻井循环系统使用操作要求钻井液循环系统是由钻井泵、地面管汇、立管、水龙带、钻井液净化设备、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。

一、钻井泵钻井泵是循环系统的心脏。

主要有单缸单作用立式柱塞泵，双缸双作用卧式活塞泵，三缸单作用卧式活塞泵。

它的作用是为钻井液循环提供能量，以一定的压力和流量，将具有一定密度和粘度的钻井液输进钻具和完成整个循环过程。

（一）钻井泵的结构和工作原理钻井泵主要由液力端和动力端两大部分组成。

液力端包括缸体、缸套、活塞、吸入阀、排出阀等部件；动力端主要包括传动轴、齿轮、曲柄连杆等部件。

动图2-10 钻井泵的工作原理力机通过皮带（或链条、万向轴）带动泵的主轴旋转，再通过曲柄连杆机构使活塞移动，缸内形成负压，上水池的液体在大气压力作用下，顶开吸入阀进入缸内，直到完成吸入过程。

活塞开始向反方向移动，缸内液体受到活塞的挤压而压力升高，吸入阀被关闭，排出阀被顶开，液体被活塞推出排出阀，经排出管进入高压管汇，完成排出过程。

（二）钻井泵的类型与技术规范目前，石油钻井常用的钻井泵有三缸单作用钻井泵和双缸双作用钻井泵两大类，其技术规范见下表。

表2-12 石油钻井常用的钻井泵（三）钻井泵的使用要求1. 开泵前应检查安全阀、泵压表是否符合使用要求；各连接螺丝是否上紧，润滑油是否加够；高低压管汇各种闸门是否开关正确；皮带轮（链轮、万向轴）护罩的固定是否齐全、牢靠；冷却水（油）道是否畅通；空气包所充气体及压力是否符合要求。

2. 开泵时必须与有关操作人员联系，确认无误时才能开泵。

3. 开泵时，操作人员必须注意泵压表的压力变化，循环未正常前不许离开开关。

4. 在运转过程中，要经常检查泵压表的变化，检查泵各部位有无异常响声5. 运转中，要经常检查十字头滑板油孔及拉杆盘根冷却润滑流道是否畅通，观察拉杆盘根有无刺穿现象。

6. 开泵后若要修泵时，须摘开带泵离合器，挂标示牌或有专人监护气开头以免误操作导致事故。