石油钻机 (1)
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石油钻机型式与基本参数标准
《石油钻机型式与基本参数》修订标准技术分析1标准制修订回顾70年代我国石油工业蓬勃发展，但装备落后。
在这种形势下，1975年原石油工业部与机械工业部联合组织成立了“钻机系列化及链条钻机调查小组”，1978年又成立了“三化小组”，在分析各国钻机标准及美国钻机和API规范的基础上，起草了我国《石油钻机型式与基本参数》标准。
1979报国家标准总局，经批准定为中华人民共和国国家标准，标准号为GB1806—79，于1981-01实施。
此标准在技术上的显著特点是，在最大钩载参数上突破了以往沿袭原苏联、罗马尼亚标准的作法，这两国标准基本上是根据综合井身结构下套管负荷需要来确定最大钩载；我国这次标准是在有关规范和设计准则要求下，最大限度地发挥钻机绞车本身能力可提供的负荷来确定最大钩载。
因此，该标准制订的这一参数比苏、罗标准均要大(见表1)，它较大地提高了钻机对地层和钻井工艺的适应能力。
表1GB1806—79与苏76*和罗75*标准的最大钩载对比注：*指1976年或1975年标准。
首次标准发布以来，至今已进行了2次修订，它们在规范和促进我国石油钻机发展上起到了重要作用。
前后标准对比见表2。
表2历次钻机标准主要参数对比2美国石油钻机技术基本作法美国在世界石油钻机技术和销售量上均属首位，与国际技术接轨实质上是与以美国为代表的技术作法及采用API规范接轨。
我国石油钻机标准采纳了这一趋向。
就普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在60年代已达成熟阶段，从那时至70年代其石油机械制造业得到迅速发展。
钻机制造公司主要有8大家，统计1973年美国286个陆地和40个海洋钻井公司使用的1 891台钻机，这8家所占比例达90%，其中尤以National、Emsco、Ideco公司为甚，它们所占比例分别为，National30.8%，Emscoo 13.9%,Ideco10.7%，Oil Well8.25%，Mid-Continent8.25%，Wilson7.15%，Cardner-Denver5.15%，Brewster4.85%。
常见石油钻机顶驱系统故障诊断与排除(讲稿)
A. 确认电压； B．确认在PLC 处的电压信号； C．检查电缆和接线； D．联接电脑和PLC 并确认信号； E．检查变频器参数；
• 3. IBOP 的问题
IBOP 不能工作，当开关关闭时指示灯不亮，则： A．检查PLC； B．检查接线； C．检查油压开关；
IBOP 不能工作，当开关关闭时指示灯亮，则： A．检查机械原因； B．检查电磁阀； C．检查压力。
刹车不能松开，但刹车指示灯亮，则： A．将‘刹车开关’转到0N，然后再转到0FF。
看刹车是否恢复正常； B．如果不正常，则检查变频器故障； C．如果还不能查到，则检查PLC 和电路；
刹车打滑小于4140 公斤•米，则： A．检查油压； B．检查刹车片；
如果刹车不能夹紧，则： A．检查PLC； B．检查电路； C．检查机械原因； D．检查液压原因；
三
常见石油钻机 顶驱系统故障
诊断与排除
(一)
顶驱系统的结构 与
工作原理
顶驱系统的结构组成
• 不同类型的顶部驱动钻井系统虽然其驱动 形式和制造厂家不同，但其结构组成却基 本相同，下面以VARCO公司交流变频感应 电动机TDS-11SA顶驱为例简述顶部驱动 钻井装置的基本结构组成。
• 顶部驱动钻井装置主 要包括下列主要总成 及部件：
• 平衡系统工作原理
• 如图所示。平衡系统的活塞杆上端与 游车相连接，油缸下端与整体式水龙 头相连接。油缸上腔始终通高压油， 产生的向上拉力作用在水龙头上，一 直提着水龙头。两相同的液缸产生的 向上拉力的合力要比顶部驱动钻井装 置和立根的自重大一些，当上、卸扣 未完时，液缸带动顶部驱动钻井装置 和立根一起上跳（或上移），此时蓄 能器放出压力油供给液缸工作。
(1)钻井电机和制动器
• 3. IBOP 的问题
IBOP 不能工作，当开关关闭时指示灯不亮，则： A．检查PLC； B．检查接线； C．检查油压开关；
IBOP 不能工作，当开关关闭时指示灯亮，则： A．检查机械原因； B．检查电磁阀； C．检查压力。
刹车不能松开，但刹车指示灯亮，则： A．将‘刹车开关’转到0N，然后再转到0FF。
看刹车是否恢复正常； B．如果不正常，则检查变频器故障； C．如果还不能查到，则检查PLC 和电路；
刹车打滑小于4140 公斤•米，则： A．检查油压； B．检查刹车片；
如果刹车不能夹紧，则： A．检查PLC； B．检查电路； C．检查机械原因； D．检查液压原因；
三
常见石油钻机 顶驱系统故障
诊断与排除
(一)
顶驱系统的结构 与
工作原理
顶驱系统的结构组成
• 不同类型的顶部驱动钻井系统虽然其驱动 形式和制造厂家不同，但其结构组成却基 本相同，下面以VARCO公司交流变频感应 电动机TDS-11SA顶驱为例简述顶部驱动 钻井装置的基本结构组成。
• 顶部驱动钻井装置主 要包括下列主要总成 及部件：
• 平衡系统工作原理
• 如图所示。平衡系统的活塞杆上端与 游车相连接，油缸下端与整体式水龙 头相连接。油缸上腔始终通高压油， 产生的向上拉力作用在水龙头上，一 直提着水龙头。两相同的液缸产生的 向上拉力的合力要比顶部驱动钻井装 置和立根的自重大一些，当上、卸扣 未完时，液缸带动顶部驱动钻井装置 和立根一起上跳（或上移），此时蓄 能器放出压力油供给液缸工作。
(1)钻井电机和制动器
石油钻机和修井机基本配置
SY/T 6724－2008 《石油钻机和修井机基本配置》节选本标准用列表的形式，分别叙述了钻机的基本配置、车装钻机的基本配置和车装修井机的基本配置。
在钻机的基本配置部分，标准列举了常用的七个级别16种钻机类型，并对其基本参数、结构特点等进行了描述。
七个级别钻机包括：ZJ15/900、ZJ30/1800、ZJ40/2250、ZJ50/3150、ZJ70/4500、ZJ90/6750、ZJ120/9000。
每种级别钻机根据驱动形式和传动形式不同，选择2～3种典型钻机类型，并用配置清单的形式详述了钻机所配设备的名称、基本参数和配套数量，以及可选择的配置设备。
在车装钻机的基本配置部分，标准列举了常用的五个级别10种车装钻机类型，并对其基本参数、结构特点等进行了描述。
五个级别车装钻机包括：ZJ10/600、ZJ15/900、ZJ20/1350、ZJ30/1700、ZJ40/2250。
每种级别车装钻机根据钻机布置的不同，又分为车载式和拖挂式，并用配置清单的形式详述了车装钻机所配设备的名称、基本参数和配套数量，以及可选择的配置设备。
在车装修井机的基本配置部分，标准列举了常用的九个级别21种车装修井机类型，并对其基本参数、结构特点等进行了描述。
九个级别车装修井机包括：XJ350、XJ600、XJ700、XJ900、XJ1100、XJ1350、XJ1600、XJ1800、XJ2250。
每种级别车装修井机根据底盘型式的不同，又分为自走底盘、汽车底盘和牵引底盘，并用配置清单的形式详述了修井机所配设备的名称、基本参数和配套数量，以及可选择的配置设备。
下面分别以ZJ70/4500钻机、ZJ20/1350车装钻机和XJ1800车装修井机为例说明标准的主要内容。
ZJ70/4500钻机：1)基本参数：最大钩载、绞车最大输入功率、最大快绳拉力、提升绳系、转盘开口直径、钻井泵台数、井架型式、底座型式、底座高度、主动力机组功率、辅助发电机组等。
一顶部驱动石油钻机发展现状和水平差距分析
一、顶驱制造基本情况（一）目前本厂机械装备制造总体情况主要产品生产FR3150DJ顶驱钻井装置（二）技术创新与新产品研发制造情况通过本项目的研究，研制成功了交流变频驱动顶部驱动钻井装置，并进行了厂内模拟试验与现场工况应用，主要形成了如下几个方面的成果：1、电控系统冗余工作原理：软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。
开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B 当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。
系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换。
2、形成了八项专利技术：（1）、顶部驱动钻井装置的倾摆式自夹紧背钳，申请号：ZL03206846.8。
（2）、内套插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL03270653.7。
（3）、单导轨总成，申请号：ZL03267017.6 。
（4）、自夹紧背钳反扭矩插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL01275909.0。
（5）、用于石油钻井的顶部驱动钻井装置的电机,申请号：20042011265.1。
（6）、顶部驱动钻井装置的上卸钻具装置，申请号：200520106265.6。
（7）、顶部驱动钻井装置性能测试方法及其测试系统，申请号：200910014279.8。
（8）、顶部驱动钻井装置性能测试系统，申请号：200920022148.x。
创新点1、内套插入式箱体结构：该结构利用内套的端部轴肩并结合与箱体轴孔部位的过赢配合，使两者结合为牢固地整体，构成双负荷通道的基础，提高了助推力轴承的使用寿命；再通过合理的连接法兰及套筒体结构，将背钳上卸扣的扭矩传递到箱体之上，避免了回转密封的侧向受力问题，提高了回转密封的可靠性和密封件寿命。
2、液压驱动对夹式环形背钳该背钳结构设计新颖，钳牙的夹紧、松开动作都在液压的驱动下完成，操作快捷迅速，松开到位且保持位置不变，避免了顶驱钻进过程中钳牙动作缓慢以及钻进过程中钳牙伸出对钻杆的损伤。
石油钻机SYT5609-1999
中华人民共和国石油天然气行业标准石油钻机型式与基本参数SY/T5609-1999代替SY/T5609-93前言本标准是在SY/T5609-93（清理整顿前为GB1806-86）《石油钻机型式与基本参数》的基础上进行修订而成的。
…………本标准于1986年11月首次发布，1993年调整为行业标准，标准号为SY/T5609-93，1999年5月第一次修订。
1 范围本标准规定了石油钻机的型式、基本参数、型号及其表示方法本标准适用于石油天然气勘探开发用钻机。
2 引用标准下列标准所包含的条文，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。
GB/T8423-1997 石油钻采设备及专用管材词汇3 定义本标准采用下列定义。
3.1 机械传动钻机由一台或几台内燃机提供动力，通过机械传动系统（如链条、链轮、V带、齿轮、离合器和轴等）将动力传递给各工作机的钻机。
3.2 电动钻机用交流或直流电动机驱动各工作机的钻机。
3.3 液压钻机采用液压动力和传劝，用液缸和液马达作为起升和旋转系统的执行机构，通过液—电控制或液—液控制的钻机。
3.4 名义钻深范围钻机在规定的钻井绳数下，使用规定的钻柱时钻机的经济钻井深度范围。
3.5 最大钩载钻机在规定的最多绳数下起下套管、处理事故或进行其他特殊作业时，大钩不允许超过的载荷。
3.6 钻井绳数用于正常起下钻柱及钻进时的有效绳数。
3.7 游动系统最多绳数钻机配备的轮系所能提供的最大有效绳数。
4 石油钻机型式和型号的表示方法4.1 石油钻机型式可分为：驱动型式、传动型式、移运方式。
驱动型式分为：柴油机驱动、电驱动、液压驱动。
其中电驱动又分为：交流电驱动、直流电驱动、交流变频电驱动。
传动型式分为：链条传动、V带传动、齿轮传动。
移运方式分为：块装式、自行式、拖挂式。
4.2 石油钻机型号的表示方法应按照图1的规定。
石油钻井设备的工作原理
石油钻井设备的工作原理石油钻井设备是石油勘探和开采过程中至关重要的工具。
它们通过不同的工作原理，为钻井过程提供支持和驱动力。
以下是关于石油钻井设备的工作原理方面的详细内容：1. 钻井平台：钻井平台是石油钻井设备的基础。
它提供了一个稳定的工作平台，使钻井工作人员和设备能够安全地操作。
钻井平台的设计考虑了稳定性、载荷容量和适应不同地质条件的因素。
2. 顶驱系统：顶驱系统是用来驱动钻杆在井眼中旋转的重要设备。
它通常由大型电动马达、减速器和钻铤组成。
顶驱通过应用大量的推力和转矩来转动钻杆，使其能够钻进地下层。
3. 钻塔：钻塔是用来支撑钻杆和其他钻井设备的垂直结构。
它通常由钢管组成，通过钻塔钢索与钻井平台相连。
钻塔的高度根据井深和其他因素而定，以确保钻杆能够达到所需的深度。
4. 钻井液循环系统：钻井液循环系统是确保钻井过程中井内稳定、冷却钻头并带走岩石屑的重要系统。
它由泵、储罐、搅拌装置、分离器和过滤器等组成。
钻井液通过钻杆进入井眼，并通过泵的作用循环流动，承担起沉积剪切、冷却和清洗井壁等功能。
5. 钻头：钻头是位于钻杆底部的设备，用于在地下打开井眼。
它通常由钻头体、切削结构和钻孔表面硬化材料组成。
钻材通常使用高硬度耐磨的合金，以便在地下具有良好的切削性能。
6. 钻杆：钻杆是将动力传递到钻头的关键部件。
它通常由多个节段的钢管组成，通过螺纹接头连接在一起。
钻杆具有足够的强度和刚性，以承受井内的压力和振动。
7. 钻杆旋转系统：钻杆旋转系统用于将旋转动力传递到钻杆。
它由转盘、石油钻机以及与钻铤和钻杆连接的部件组成。
通过转盘的旋转，石油钻机产生转矩，使钻杆在井眼中旋转。
8. 钻井测井工具：钻井测井工具用来获取井内的地质和工程信息。
它可以测量井深、地层压力、岩石物理性质等参数。
这些工具通常通过电缆或钻杆上的数据传输系统将信息传回地面。
总结起来，石油钻井设备的工作原理涉及到钻井平台、顶驱系统、钻塔、钻井液循环系统、钻头、钻杆、钻杆旋转系统以及钻井测井工具等多个方面。
石油机械重点总结
《石油机械》重点及考前试题预测 NO.6
杨笑源
Part Ⅰ重点
一、基本概念、填空
1、石油钻机三大工作机组包括（ 旋转设备 ）、（ 循环设备 ）和（ 起升系统设备 ）。 2、按驱动设备类型，石油钻机可以划分为（ 机械驱动钻机 )、（ 电驱动钻机 ）和（ 液压 钻机 ）三种。 3、按驱动方式，石油钻机可以划分为（ 单独驱动钻机 ）（ 统一驱动钻机 ）和（ 分组驱 动钻机 ）三种。 4、钻机主参数是表明钻机的（ 总体 ）性能、对钻机的其它参数有重要（ 决定作用 ）的 参数，我国钻机应用（ 名义钻井深度 ）作为钻机主参数。 5、名义钻井深度 Lmax 是指在标准规定的（ 绳数下 ）下，使用（ 127 ）mm 钻杆柱可钻 达的（ 最大井深 ）。 6、某钻机游动系统结构表示为 5×6，则游车滑轮数为（ 5 ）、天车滑轮数为（ 6 ），有效 绳数为（ 10 ）。 7、钩载储备系数是指（ 最大钩载 ）与（ 最大钻柱重量 ）的比值。钩载储备系数越大， 表明钻机下套管与处理事故的能力（ 越强 ）。 8、我国石油钻机一般设置 6 个起升挡数，即有 6 个起升速度。其中 1、2 挡为（事故）挡， 3～6 挡为起升挡。结构上的第 3 挡为起升的第（ 1 ）挡。起升第 1 档的起升速度 V1 一般 为（ 0.45 ）m/s～（ 0.5 ）m/s。 9、ZJ20 表示名义钻井深度上限值为（ 2000 ）m 的（ 链条 ）并车钻机；ZJ45D 表示名义 钻井深度上限值为（ 4500 ）m 的（ 电 ）驱动钻机。 10、机械传动钻机是指以（ 柴油机 ）为动力、通过（ 液力变矩器 ）、（ 链条 ）、（ 齿轮 ）、 （ 三角胶带 ）等不同组合传动形式所驱动的钻机。 11、地面旋转设备包括（ 转盘 ）、（ 水龙头 ）和（ 顶驱钻井装置 ）。 12、转盘作用包括旋转（ 钻具 ）、提供（ 破碎岩石 ）的能量。 13、水龙头作用包括（悬持）并允许钻杆柱旋转，保证（高压钻井液 ）的通过和密封。 14、转盘主轴承的作用是承受载荷。在静止时，承受最重（ 管柱 ）重量；旋转工作时，承 受方钻杆下滑造成的（ 轴向 ）载荷与 锥齿轮传动所形成的（ 径向 ）载荷。 15、转盘辅助轴承作用是（ 径向 ）扶正和（ 轴向 ）防跳。 16、转盘主辅轴承的布置方案包括（ 主辅轴承均布置在大锥齿轮下方 ）和（ 主辅轴承均 布置在大锥齿轮下上方 ）两种。 17、转盘的制动方案包括：制动（ 快速轴 ），并通过锥齿轮传动制动转台；直接制动（ 转 台 ）。 18、ZP—520 表示转盘的（ 通孔直径 ）为 520mm。 19、水龙头是钻机（ 提升 ）、旋转、（ 循环 ）三大工作机组 的（ 关节 ）部件。 20、水龙头由（ 承载 ）系统、（ 钻井液 ）系统与（ 辅助 ）系统所组成。 21、两用水龙头既具有普通水龙头功用，又可以在接单根时进行旋转（ 上扣 ）。 22、SL-450 表示水龙头所能承受的（ 最大静载荷 ）为 450tf。 23、顶驱钻井系统一般由（ 钻进马达—水龙头总成 ）、（ 钻杆上卸扣装置 ）和（ 导轨— 导向滑车总车 ）3 部分组成。
杨笑源
Part Ⅰ重点
一、基本概念、填空
1、石油钻机三大工作机组包括（ 旋转设备 ）、（ 循环设备 ）和（ 起升系统设备 ）。 2、按驱动设备类型，石油钻机可以划分为（ 机械驱动钻机 )、（ 电驱动钻机 ）和（ 液压 钻机 ）三种。 3、按驱动方式，石油钻机可以划分为（ 单独驱动钻机 ）（ 统一驱动钻机 ）和（ 分组驱 动钻机 ）三种。 4、钻机主参数是表明钻机的（ 总体 ）性能、对钻机的其它参数有重要（ 决定作用 ）的 参数，我国钻机应用（ 名义钻井深度 ）作为钻机主参数。 5、名义钻井深度 Lmax 是指在标准规定的（ 绳数下 ）下，使用（ 127 ）mm 钻杆柱可钻 达的（ 最大井深 ）。 6、某钻机游动系统结构表示为 5×6，则游车滑轮数为（ 5 ）、天车滑轮数为（ 6 ），有效 绳数为（ 10 ）。 7、钩载储备系数是指（ 最大钩载 ）与（ 最大钻柱重量 ）的比值。钩载储备系数越大， 表明钻机下套管与处理事故的能力（ 越强 ）。 8、我国石油钻机一般设置 6 个起升挡数，即有 6 个起升速度。其中 1、2 挡为（事故）挡， 3～6 挡为起升挡。结构上的第 3 挡为起升的第（ 1 ）挡。起升第 1 档的起升速度 V1 一般 为（ 0.45 ）m/s～（ 0.5 ）m/s。 9、ZJ20 表示名义钻井深度上限值为（ 2000 ）m 的（ 链条 ）并车钻机；ZJ45D 表示名义 钻井深度上限值为（ 4500 ）m 的（ 电 ）驱动钻机。 10、机械传动钻机是指以（ 柴油机 ）为动力、通过（ 液力变矩器 ）、（ 链条 ）、（ 齿轮 ）、 （ 三角胶带 ）等不同组合传动形式所驱动的钻机。 11、地面旋转设备包括（ 转盘 ）、（ 水龙头 ）和（ 顶驱钻井装置 ）。 12、转盘作用包括旋转（ 钻具 ）、提供（ 破碎岩石 ）的能量。 13、水龙头作用包括（悬持）并允许钻杆柱旋转，保证（高压钻井液 ）的通过和密封。 14、转盘主轴承的作用是承受载荷。在静止时，承受最重（ 管柱 ）重量；旋转工作时，承 受方钻杆下滑造成的（ 轴向 ）载荷与 锥齿轮传动所形成的（ 径向 ）载荷。 15、转盘辅助轴承作用是（ 径向 ）扶正和（ 轴向 ）防跳。 16、转盘主辅轴承的布置方案包括（ 主辅轴承均布置在大锥齿轮下方 ）和（ 主辅轴承均 布置在大锥齿轮下上方 ）两种。 17、转盘的制动方案包括：制动（ 快速轴 ），并通过锥齿轮传动制动转台；直接制动（ 转 台 ）。 18、ZP—520 表示转盘的（ 通孔直径 ）为 520mm。 19、水龙头是钻机（ 提升 ）、旋转、（ 循环 ）三大工作机组 的（ 关节 ）部件。 20、水龙头由（ 承载 ）系统、（ 钻井液 ）系统与（ 辅助 ）系统所组成。 21、两用水龙头既具有普通水龙头功用，又可以在接单根时进行旋转（ 上扣 ）。 22、SL-450 表示水龙头所能承受的（ 最大静载荷 ）为 450tf。 23、顶驱钻井系统一般由（ 钻进马达—水龙头总成 ）、（ 钻杆上卸扣装置 ）和（ 导轨— 导向滑车总车 ）3 部分组成。
石油钻井直流电动钻机绞车的故障和处理
《装备维修技术》2020年第4期— 209 —石油钻井直流电动钻机绞车的故障和处理罗军（西部钻探吐哈钻井公司 新疆 鄯善 8382000）摘 要：随着油气能源开采力度加大，油气勘探开发向深海等难动用储量延伸，大功率直流电机具有调速性能优良的优点，被广泛应用于钻井平台拖动机械设备，电机调速系统是强弱电控制结合的系统，系统弱电部分检测工作转速，电机温度等信号，强电部分根据控制信号调节电机转速。
随着中国经济高速发展，我国已成为世界最大石油消费国。
我国海域油气资源丰富，需要加大海洋石油勘探开发力度。
随着石油钻探行业新工艺技术发展，电动钻机具有诸多优势得以广泛应用，电气传动系统是钻机核心控制部分，本文围绕西部钻探克拉玛依钻机公司某队采用直流调速器钻机电气传动系统研究，阐述故障处理工作，为相关工作开展提供借鉴。
关键词：石油钻井；直流电机；故障处理电机调速发展与电子技术发展相关，电机调速与电子技术相互促进，以弱电检测发出控制信息，现代电气控制技术是强弱电结合的技术。
石油钻井由多种机器设备组成的联合工作机组，主要功能是打通地下油气层井筒，整套钻机必须具备起升设备，旋转设备，传动系统等。
绞车是钻机工作机组之一，是钻井中的核心设备，用于起下钻具，钻井中控制专家等。
绞车是石油钻井等石油钻采机械核心部件，其可靠性直接影响系统安全性能。
随着油气能源开采力度加大，油气勘探向深地层等难动用储量延伸，致使钻机发展向大型化方向推进，引了发国内开发适合深井钻采设备热潮。
对直流电机绞车故障问题分析，对保证石油钻井电机正常工作，提高石油开采生产效率具有重要意义。
1 石油钻井直流电动钻机绞车结构简介石油钻机是由机电液气等设备组成的联合工作组，是油气田开发的专业设备，随着钻井作业要求发展不断进步。
石油钻机主体机械设备驱动形式包括液压驱动等，通过传动系统完成并车，换向等功能。
是由主体机械包括提升设备，旋转设备与循环设备。
电气控制系统完成对主体机械驱动钻机为电动钻机，随着科技的发展，大型钻机进入全面电气传动时代。
钻井设备和工具PPT课件
24
6、井控系统
(1)组成： 防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制 机构组成。
(2)功能： 控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。
25
6、井控系统
国内防喷器产品
闸板防喷器 环形防喷器
分流器
旋转防喷器
电缆防喷器 带压作业装置
防喷器可实现的功能：
1) 密封钻具 2) 强行起下钻 3) 悬挂钻具 4) 手动、液动锁紧闸板 5) 用作分流系统 6) 可以剪断钻具
2
第一节 钻机
陆上钻机
海洋钻井平台
3
4
一、钻机的分类
1.钻井深度
(钻机的起 重能力)
大型钻机
W>800kN， 89 ～ 140mm钻杆， 井径> 160mm
超重型钻机 H>5000m，
W>2500kN
重型钻机 H＝3000～5000m
W＝2000～2500kN
轻便钻机
中型钻机
H＝1000～ 2500m
驱动与传动系统 动
力
气控系统
系
统
井控系统
起升系统 旋转系统 循环系统
天车 游车 大钩 水龙头 转盘 绞车 泥浆泵 井架
五大系统→三大系统→八大件 29
转盘不旋转 不需要方钻杆
30
31
第二节 钻井工具
井下工具 井口工具
一、井下工具
水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。 主要包括钻头和钻柱。
1、钻头
11
游车下部的大钩正 在锁住水龙头提环
钻工正安放卡瓦
2、旋转系统
12
2、旋转系统
钻杆与钻铤
转动的转盘与方钻杆 (顺时针转)
钻机设计-中国石油大学(华东)机械设计制造及其自动化专业课
2
P断 P
3
Pmax
Qmax丝绳破断拉力
Q1 P Z 游
钻井钢丝绳选择(API Spec 9A)
钢丝绳
钢丝绳
钢丝绳
（6）钻井泵单台功率Np
Np pmaxQmin
泵
pmax——钻井泵最高泵压 一般钻机配2～3台钻井泵 如3NB-1300——三缸单作用泥浆泵， 1300马力
计算机与通讯工程学院
2.1 什么是钻井
钻井（drilling）：利用机械设备，将地层钻成具 有一定深度的圆柱形孔眼的工程。 看影片钻井3D 要点：（1）钻机组成 （2）井身结构 （3）固井
（1）石油钻机的组成
① 钻具起升系统 ② 旋转钻进系统 ③ 钻井液循环系统 ④ 动力驱动系统 ⑤ 传动系统 ⑥ 控制监测系统 ⑦ 钻机井架和底座 ⑧ 辅助设备
Qds=10q· L kN
式中: q—每米钻柱质量，（包括接头和钻铤） 使用114mm钻杆时q =32kg/m， 使用127mm钻杆时q =36kg/m。 Qds可直接由钻深范围算得，所以不再列在国标的基本 参数中，但Qds是计算钻机疲劳强度的依据，是一个非 常重要的钻机参数。
（10）实际井深
3.3 钻机载荷特点
（1）在钻进过程中，井由浅到深，岩层性质宏观看由 软变硬，但局部井段岩性变化无规律，因而钻压跳跃式变 化极不稳定，旋转扭矩和功率也作随机性变化。 （2）循环系统的压力由低到高，每更换一次缸套和钻 头水眼则阶梯变化一次，不过每一阶梯内都是线性增压， 泵的扭矩和功率也作阶梯增长变化。 （3）在起下钻操作过程中，起钻载荷由重到轻线性递 减，下钻载荷由轻变重线性递增，属于有规律变化的循环 载荷。起钻要付出很大能量，然而下钻所产生的巨大能量 却不能回收，转变成主辅刹车的热能逸散掉。
钻机介绍
绞车设有数控变频辅助电驱装置，具有数控变
频、反拖恒钻压自动送钻与应急提升功能，送 钻精度（钻压波动）控制在500Kg范围内能提高 机械钻速，改善 井身质量，
延长钻头
使用寿命。
ZJ70DBS转盘独立驱动
DBS数控变频 电 动 钻 机 机电复合驱 动 钻 机 拖 挂 钻 机 机 械 钻 机
40、50DBS转 盘独立驱动， 一档无级调速； 70DBS转盘为独立电驱动。转盘本惯性刹车，倒 档由电机反转实现；转盘转速均不受泵冲限制。 转盘电气控制设计与顶驱融为一体，电气系统、 发电系统和控制系统与进口顶驱完全匹配，后期 配套顶驱只配置其主体部分即可，可节约投资1 /5以上。 转盘扭矩的数控限制性（过扭矩自动保护）与调 控，能避免扭断钻具；根据扭矩的动态变化显示 适时起钻，能减少井下事故、延长钻头使用寿命。
使石油钻机的技术性能进一
步提高。
为适应水平井、多分支井、大 位移井钻井工艺技术的需要，还发 展了随钻测量、地质导向、旋转导 向等系统及大功率串联井下马达、 智能稳定器等先进井下工具。
目前，现代石油钻机正朝着自 动化、数字化、智能化、信息化、 大型化方向；朝着高适应性、高可 靠性、高 效率、高
效益方向
电气传动特点
DBS数控变频 电 动 钻 机 机电复合驱 动 钻 机 拖 挂 钻 机 机 械 钻 机
全数字变频控制，实现 四象限运行 变频系统采用共用直流 母线方式
一对一方式控制
能耗制动 恒钻压自动送钻
全数字化操作控制系统
零转速输出最大转矩 预置满足使用交流顶驱的电控接口 总线通讯，远程传输接口
远程I/O 触摸屏
780r/min交流变频电机独
立驱动,设惯性刹车,1档 无级调速。绞车、转盘的 驱动方式简化，可靠性和 使用性大大增强。
海洋石油钻井知识介绍
7. 钻机底座：用来安装钻井设备、方便钻井设备钻井设备的移动等。 8. 辅助设备：包括供气设备、井口防喷设备、辅助发电及起重设备等，以保证
钻机能安全、可靠、正常地运行。
7
钻机设备介绍
二．钻机的基本参数：
1. 名义钻深范围：指钻机在规定的钻井绳数下，使用规定的钻柱时钻机的经济
钻井深度范围。
2. 最大钩载荷：钻机在规定的最多绳数下起下套管、处理事故或进行其它特殊
海洋石油钻井知识介绍
介绍提纲
平台介绍 钻机设备介绍 钻井常用工具介绍 钻井作业流程
2
半潜式钻井平台
3
自升式钻井平台
4
采油生产平台
5
钻机设备介绍
石油钻机是一套联合的工作机组。它是由动力机、传动箱、绞车、天车、游动滑车、 大钩、水龙头、转盘、钻井泵以及钻井液净化设备等组成。还有井架、底座等结构以 及电力、液压和空气动力等辅助设备。
13
钻井常用工具介绍－井口工具
三．吊环
吊环是钻柱不可缺少的 提升工具，分为单臂吊环， 双臂吊环。 我们平台用的钻柱吊环为 长2 ¾“/132“，350吨负 荷；下套管用吊环为3 ½“/144”，500吨负荷。 钻挺提升器小吊环分单臂 和双臂两种，单臂吊环150 吨负荷，双臂吊环80吨负 荷。
14
28
钻井常用工具介绍－井下工具
6. 刮管器
用于清除残余在套管内壁上的水泥块、硬腊、各种盐类结晶或沉积物、射 孔毛刺以及套管锈蚀后所产生的氧化铁等脏物，以便畅通无阻地下入各种 井下工具。
10
钻机设备介绍
c、功率和效率：功率指泵在单位时间内所做的功。一般把在单位时间 内发动机传到泵轴上的能量称作输入功率或主轴功率。把在单位时 间内液体经过泵后增加的能量称作泵的有效功率。功率的单位为 “KW”。泵的效率是指有效功率与输入功率之比。 d、冲次：泵的冲次是指在单位时间内活塞的往复次数，单位为 “次/min”。 e、泵压：指泵排出口处的液体压力，单位“MPa”。
石油工程概论第3章钻井设备和工具
.
第二节 钻井工具
井下工具 井口工具
一、井下工具
水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。 主要包括钻头和钻柱。
1、钻头
直接破碎岩石形成井眼的工具。
影响钻井速度最直接的因素之一
.
衡量钻头破岩效率高低的主要指标有钻头进尺和机械钻速。
钻头寿命： 在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻时间 (包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、 修整井壁的过程)，单位为h；
四翼刮刀钻头
平底式刮刀钻头 刀冀底刃的形状
阶梯式刮刀钻头
优点： 机械钻速较高 缺点： 扭矩较大，控制不当易造成井斜
刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命
.
刮刀钻头的应用
• 刮刀钻头制造工艺简单，成本低； • 刮刀钻头适用于松软－软地层，钻速快 • 刮刀钻头容易磨损成锥形，造成缩径和井斜； • 刮刀钻头产生剧烈的扭转振动，破坏钻具和设备； • 刮刀钻头目前逐渐被PDC钻头取代。
钻柱横振
钻 柱 纵 振
.
3、循环系统
泥浆池 泥浆泵 立管 水龙带 分离装置
加重装置
功能：
①从井底清除岩屑； ②冷却钻头和润滑钻具。
废水池
泥浆泵号称钻机的“心脏”
.
泥浆泵
水龙带 水龙头
立管 地面管汇
方钻杆
泥浆振动筛 泥浆池
钻杆 环空
钻屑下滑
钻铤 井眼
钻头
3、循环系统
→循环介质
泥浆功能：
1、悬浮和携带钻 屑
➢ PDC钻头适应于软到中硬的大段均质地层，不适合钻软 硬交错的地层和砾石层。
➢ 与牙轮钻头相比，PDC钻头宜采用低钻压、高转速钻进。 ➢ 钻头下井前，井底要清洁，无金属落物，新钻头钻进时，
石油钻井装备新技术
②从20世纪90年代中期起，相继研发应用了LWD、 PWD、IWD、NRWD等，形成了随钻地质导向钻井和 随钻工程服务技术，适应了复杂地质与环境条件 下钻复杂结构井、特殊工艺井实时处理井下复杂 情况和不确定性难题，以及实时控制三维井身轨 迹入窗中靶等高难技术的要求。而SWD还能探测钻 头前方地层参数，起到了“车前灯、探照灯”作用。
2007年11月20日，我国首台1.2万米特深井石油钻 机在中国石油宝鸡石油机械成功下线出厂，在中石 化川科一井正式投入使用。是目前全球最先进的陆 上超深井钻机，其主要技术指标均比此前全球仅有 的一台美国产12000米钻机先进。这台钻机能在55摄 氏度高温的赤道和零下40摄氏度的极地环境下正常 工作，并能根据工况自动加减速、刹车、报警，使 钻井作业的智能化水平和安全系数大大提高。 12000米钻机负荷超大等一系列难题，对设计思 路、加工工艺和金属材等方面提出了挑战。这个厂 对12000米钻机技术拥有完全知识产权。 纵观石油勘探史，钻机每一次升级都会带来勘探 的新发现。在我国，1200米、3200米机型成为主打 钻机时，发现了大庆、胜利、辽河等油田；5000米 钻机投产后，发现了吐哈鄯善油田、四川广安气 田；7000米钻机登场，又有塔里木、大庆徐家围子 等一批油气田被先后发现。 12000米钻机的诞生，将为石油地质家神往已久 的我国超深层油气勘探开发，提供有力的装备保障。
专题二
石油钻井装备
一、自动化钻井技术
人类在进入第21世纪之交时，石油钻 井系统正由机械化和科学化钻井阶段向 半自动化再到自动化钻井阶段进展，这 是发展大趋势。
Байду номын сангаас
新 技 术
西南石油大学 郭昭学 2009.11
钻杆接卸管理系统
1.自动化钻井阶段的关键技术
石油行业油井钻机操作说明书
石油行业油井钻机操作说明书操作说明书操作说明书 for 石油行业油井钻机一、概述石油行业油井钻机是一种重要的设备，主要用于石油勘探与开发过程中的井筒钻探工作。
本操作说明书旨在向操作人员介绍该钻机的使用方法和操作要点，以确保安全高效地完成钻井任务。
二、安全操作1. 操作人员必须接受相关培训并具备相关资质，严禁未经授权的人员操作钻机。
2. 在操作前，请检查钻机是否处于正常工作状态，如有异常请及时通报维修人员。
3. 在操作过程中，应严格遵守所有安全规定，包括但不限于佩戴安全帽、防护眼镜，禁止穿着松散的衣物或携带易燃物品等。
4. 在钻井作业中，应定期检查钻机的各项安全设备，如紧急停机装置、火灾报警装置等，确保其正常运行。
三、钻机操作1. 启动钻机前，检查操作台控制按钮的功能是否正常，观察液压系统的压力是否稳定。
2. 将钻机的电源开关置于“ON”位置，并等待一段时间以确保各个系统正常运行。
3. 在开始钻井前，应根据地质勘探数据确定钻井参数，如井深、钻头直径等，并对钻机进行必要的调整。
4. 使用起钻器具（如钻铤）进行初次钻井前，应确保钻机升速缓慢，以避免工具和井筒出现意外碰撞。
5. 在钻井过程中，应定期检查钻机的润滑情况，如发现异常请立即采取相应措施。
6. 钻机操作人员应熟悉不同工况下的应急操作程序，并能熟练操作钻机的紧急停机装置。
7. 钻孔完成后，注意及时切断电源，关闭钻机的各项系统，并将钻铤拆卸下来。
四、日常维护1. 钻机在使用完毕后，应进行日常维护工作，包括但不限于清洁液压系统、检查润滑油、更换磨损件等。
2. 定期对钻机进行保养和维修，以延长其使用寿命。
3. 在维护和修理过程中，应使用符合标准的工具和备件，遵循相关操作规程。
4. 钻机在长时间不使用时，应妥善存放并进行防尘、防潮等工作，以确保设备的安全性和使用寿命。
五、故障排除1. 当钻机发生故障时，应立即切断电源，并通知维修人员进行检修。
2. 在维修期间，操作人员不得私自操作钻机或进行修理工作，以免引发更严重的问题。
石油钻机主要技术参数—《钻井工程技术手册》
钻机型号ZJ120/9000DB1ZJ90/6750DB ZJ90/5850DZ ZJ70/4500DZ ZJ70/4500L(LD)ZJ70D ZJ70/4500D ZJ70/4500DS ZJ70/4500LD ZJ70/4500L C-1-II ZJ50/3150D ZJ50/3150L ZJ50D/3150DZ(DB)ZJ50/150L(J/JD)ZJ40/2250LHB ZJ40/2250DB ZJ40/2250LT ZJ40/2250DZ(DB)ZJ40/2250L(J/JD)ZJ45J大庆II-130ZJ32J-S1ZJ30/1700B ZJ25S ZJ30/1700厂家宝石宝石兰石国民油井兰石国民油井兰石国民油井兰石宝石宝石宝石宝石US宝石宝石兰石国民油井兰石国民油井宝石宝石宝石兰石国民油井兰石国民油井兰石兰石胜利宝石胜利宝石名义钻深/m（ft）5in/4in 9000-12000（29530-39370）6500-9000（21325-29530）6000-9000(114)4500-7000(114)4500-7000(114)6000/70006000/70006000/70006000/70006000/700050004500/50004500/50003500-5000（114）3500-5000(114)3200/40003200/40003200/40002500-4000（114）2500-4000（114）4500/500032003200/40002500/30002500/30002500/3000最大钩载KN（lbs）9000（2023281）6750（1517400）585045004500450045004500450045004500315031503150315022502250225022502250294519602250170016501700绞车额定功率KW/HP4400（6000）2640（3600）22101470(2000)1470(2000)1470(2000)1470(2000)1470(2000)1470(2000)1100（1500）1100（1500）1100（1500）1100（1500）1100（1500）735（1000）735（1000）735（1000）735（1000）735（1000）1100（1500）478（650）735（1000）515（700）515（700）485（660）绞车档数I档交流变频无级2正2倒交流变频无级4档4档6正2倒4档直流 4档直流4档四正两倒四正两倒44档无级调速4正2倒4档6正2倒4正2倒4档4正2倒6正1倒4正1倒6正1倒3正1倒4正2倒5正1倒主刹车液压盘刹液压盘刹液压盘刹液压盘刹液压盘刹液压盘刹液压盘刹辅助刹车能耗制动能耗制动提升系统最大绳系7×87×87×86×76×76×76×76×76×76×76×76×76×76×76×75×65×65×65×65×66×76×75×65×65×65×6钢丝绳直径48(1-7/8)45(1-3/4)42（1-5/8）38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)38(1-1/2)35(1-3/8)35(1-3/8)35(1-3/8)35(1-3/8)32(1-1/4)32(1-1/4)32(1-1/4)32(1-1/4)32(1-1/4)32(1-1/4)29(1-1/8)32(1-1/4)29(1-1/8)29(1-1/8)29(1-1/8)提升系统滑轮外径1828.8（72）1524（60）1524（60）1524（60）1524（60）1270127011201120水龙头中心管通径102（4）102（4）757575757575757575757575757575757575757575757575钻井泵型号及台数F-2200HL×3F-1600HL×31470（2000）1470（2000）1180（1600）2×1180（1600）2×1180（1600）2×1180（1600）2×1180（16002×1180（1600）2×1180（1600）2×1180（1600）2×956（1300）956（1300）1180（1600）2×956（1300）2×956（1300）2×956（1300）735（1000）735（1000）2×956（1300）2×956（1300）2×956（1300）1×956（1300）1×956（1300）2×588（800）转盘开口直径1257.3（49.5）952.5（37.5）1257.3（49.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）952.5（37.5）700（27.5）952.5（37.5）700（27.5）700（27.5）700（27.5）520（20.5）520（20.5）520（20.5）520（20.5）445（17.5）520（20.5）445（17.5）转盘档数I档交流变频无级I档交流变频无级2档2档2档2档2档四正两倒22档无级调速4正2倒2档4正2倒4正2倒2档3正1倒3正1倒3正1倒3正1倒4正2倒5正1倒井架形式及有交高度开式52（170.6）开式48（157.5）45米45米45开式45开式45开式45开式45开式45K43.5K45K454545K43.5K44K434343A43塔41K42.5K41K41K两节伸缩32二层台高度底座形式旋升式旋升式钻台高度12（39.4）12（39.4)10.5/129/10.5910.510.510.510.57.5997.59/10.57.57.57.567.56 4.5 4.5 4.5 4.3 4.5 4.5钻台面积13.8×1313.8×11.9转盘梁净空高10（32.8）10（32.8）8.7/107.42/8.927.77.617/8.92 6.26 6.26 4.76动力传动方式 全数字控制全数字控制AC-SCR-DC AC-SCR-DC AC-SCR-DC 绞车机械转盘AC-SCR-DC链条传动AC-SCR-DC AC-SCR-DC链条传动链条传动交流变频链条传动皮带+万向轴皮带+万向轴皮带+万向轴万向轴+液力变速箱皮带+万向轴AllsionS6600传动装置数量433绞车转盘钻井泵AC-DC-AC AC-DC-AC柴油发电机组CAT3512B CAT3512B柴油机台数功率5×1310（1757）5×1310（1757）4×8004×8005×7003×800+400KW4×8004×8003×8003×8103×8103×8003×8003×8823×8823×8823×8822×8823×841柴油机转速15001500发电机型号SR4SR4发电机参数1900KVA，600V，50HZ功率因数0.7无刷励磁电机台数6×直流6×直流6×直流1×直流无6×直流6×直流6×交流绞车电机4×1100（1496）2×1320（1796）转盘电机800(1073)800(1073)钻井泵电机6×900（1224）6×700(952)交流变频控制单元一对一控制5+2套9套变频控制输入电压600VAC600VAC变频控制输出0-600V，0-150HZ0-600V，0-150HZ自动送钻400V，2×37KW400V，2×37KW变频控制输出0-400V，0-100HZ0-400V，0-100HZ送钻最低速度0.34m/h（1.11ft/h0.1m/h（0.33ft/h）MCC系统600V/400V/230V50HZ600V/400V/230V50HZ高压管汇mm×MPaφ102×70φ102×70固井管汇mm×MPaφ70×70φ70×70立管双立管双立管气源压力MPa(psi)0.7-0.9（101.5-130.5）储气罐容积方（gal2×2+2.5（528+660）2×2+2.5（528+660）温度℃-35～50湿度%≤85，20℃风速（km/h）110泥浆罐有效容积（不含储备罐）≥690≥480≥480≥360≥360≥360≥360≥360≥360≥360≥240≥240≥240≥240≥240≥180≥180≥180≥180≥180≥240≥180≥180≥165≥165≥165撬装钻机主要技术参数24.5（80.4）25.5（83.7）26.5（86.9）。
第二章 石油钻机总体参数设计
石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计第二章：石油钻机总体参数设计第一节：概述第二节：钻井井身结构第三节：钻机基本参数第二节：起升系统参数第三节：旋转系统参数第四节：循环系统参数第五节：钻机总体参数设计学习目的：掌握石油钻机参数及总体参数设计与计算石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计第一节：概述石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计钻机特点：1、起升、旋转、循环三个系统联合的工作机组。
由于各工作机组的作用、工作程序、载荷特性不一样，所以，钻机的传动与控制系统庞大复杂。
石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计2、钻井操作不连续。
更换钻头、下套管固井、处理事故等。
辅助性操作比重大：非钻进时的起下钻、搬家拆装、故障停机等。
起钻能耗大、下钻产生的能量不能回收，而且需要设备消耗。
3、钻机的工作场所周期性变化。
石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计钻具组成整套钻具由方钻杆、钻杆及其接头、钻铤和钻头组成。
有时候带有扶正器、减震器等井下工具。
1.方钻杆——钻杆——钻铤——井下工具组合（BHA)2.立根：三立根（28m）；双立根（19m）。
石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计提高钻井速度的技术措施“钻速”——通常指机械钻速，即在纯钻进周期内每小时钻进的米数。
影响钻速的因素很多，除了组织因素和人的因素之外，主要有：地层特性、钻机性能、泥浆性能、钻头类型、钻压、转速以及水力因素。
钻压—转速—水力因素石油钻采机械主讲：马卫国第二章：石油钻机总体参数设计1、钻压钻压：当钻压超过岩石抗压强度决定的临界值时，钻速随钻压的提高而直线增长。
单位钻压（ω）：每单位钻头直径的钻压。
普通铣齿牙轮钻头：ω＝10－25 KN/inch；石油钻采机械主讲：马卫国“密封润滑、滑动轴承、镶齿、喷射”四合一优质钻头，可采用大钻压。
ω＝20－40 KN/inch；全钻压：W= ωD头石油钻采机械主讲：马卫国2、转速传统经验：对于一开，使用大尺寸钻头时，一般保持钻头周切线速度V为一常数。
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为了寻找石油和天然气的储藏，除了采用地球物理方法进行勘探外，还必须钻各种探井。通过钻井、测井、取心和试油等，可进一步了解地质剖面，确定地层构造中是否含有石油和天然气，掌握油、气层的位置、厚度、岩层性质以及油、气层的面积和储量。投入开发的油田，必须按照开发方案钻一批生产井、注水井、观察井和加密井。 用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备就是石油钻机，它是一套庞大的联合机组，由若干系统和设备组成。钻机的种类很多，转盘钻机是成套钻井设备中的一种基本形式，也称为常规钻机。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、提高钻井综合经济效益，其钻井方法和钻井技术也必须随之不断地发展、变化和改善，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、连续柔管钻机等特种钻机。本章以常规钻机为例，从整体上简要介绍关于钻机的主要概念和基本知识。 2. 1. 1石油钻机的组成 1．石油钻机的组成 目前，世界各国通用的常规钻机是一套大型的综合型机组，整套钻机是由动力系统(为整套钻机提供能量的设备)、传动系统(为工作机组传递、输送、分配能量的设备)、工作系统(按工艺的要求进行工作的设备)、控制系统(控制各系统、设备按工艺要求工作的设备)和辅助系统(协助主系统工作的设备)等若干系统和相应的设备所组成。 根据钻井工艺中钻井、洗井、起下钻具各工序以及处理钻井事故的要求及现代化技术水平的条件，整套石油钻机必须具备下列八大系统设备，如图2—l所示。 (1) 旋转系统设备 为了旋转钻具破碎岩石，钻机必须配备钻盘、水龙头等地面旋转设备，以及方钻杆、钻杆、钻铤、钻头等井下旋转设备。 (2) 循环系统设备 为了随时清除井底已破碎的岩屑和正常连续钻进，钻机 图2-1 钻机组成示意图 1―人字架；2―天车；3―井架；4―游车；5―水龙头提环；6―水龙头；7― 保险链；8―鹅颈管；9―立管；10―水龙带；11―井架大腿；12―小鼠洞；13―钻台；14―脚架；15―转盘传动；16―填充钻井液管；17―扶梯；18―坡板；19―底座；20―大鼠洞；21―水刹车；22―缓冲室；23―绞车底座；24―并车箱；25―发动机平台；26―泵传动；27―钻井泵；28―钻井液管线；29―钻井液配置系统；30―供水管；31―吸入管；32―钻井液池；33―固定钻井液枪；34―连接软管；35―空气包；36―沉沙池；37―钻井液枪；38―振动筛；39―动力机组；40―绞车传动装置；41―钻井液槽；42―钻井绞车；43―转盘；44―井架横梁；45―方钻杆；46―斜撑；47―大钩；48―二层平台；49―游绳；50―钻井液喷出口；51―井口装置；52―防喷器；53―换向闸门 必须配备有全套洗井液的循环设备。如钻井泵、地面管汇、钻井液和钻井液槽等，有的钻机还配备有钻井液净化设备、调配钻井液设备。在涡轮钻井中它还担负给涡轮钻具传递动力的任务。 (3) 起升系统设备 为了起下钻具、更换钻头、控制钻头送进、下套管等，钻机还必须配备一套起升系统设备，它主要由以下设备组成：主绞车、辅助绞车(或猫头)、辅助刹车、游动系统(包括钢丝绳、天车、游动滑车和大钩)以及悬挂游动系统的井架组成。另外，还有起下钻操作使用的工具及设备(吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移动机构等)。 (4) 动力驱动系统设备 为了使工作机获得足够的动力进行运转，必须配备动力设备及其辅助设备，如柴油机及其供油设备，或交流、直流电动机及其供电、保护、控制设备等。 (5) 传动系统设备 传动设备的主 要任务是联接发动机与前三个工作机组， 把发动机的能量传递并分配给各工作机。 为了解决发动机与工作机二者之间存在 的运动特性上的矛盾，要求传动系统应 包括减速、并车、倒车、变速机构等。 根据能量传递形式与传动所用的介质不 同，传动系统又可分为：机械传动、液 力传动(涡轮传动)、液压传动等。 (6) 控制系统设备 为了指挥各机组 协调进行工作，在整套钻机中还装备各种 控制设备，如机械控制设备(手柄、踏板、 杠杆等)、气动或液动控制设备(开关、调 压阀、工作缸等)、电控制设备(开关、变 阻器、启动器、继电器等)以及集中控制 台和观察记录仪表等。 (7) 机底座 包括钻台底座、机房底 座和钻井泵底座等，车装钻机的底座就是汽车或拖车底盘。为了钻机的安装、运移方便，重型钻机多采用整体安装托运底座，即将动力、传动机构和绞车等设备都安装在一起进行托运。钻台上要装井架和转盘以及绞车的一部分或全部，钻台下要能容纳井口装置，所以底座需要一定的高度和面积。 (8)辅助设备 成套钻机还必须具备供气设备、供水设备、钻鼠洞设备、井 口防喷设备、辅助发电设备及辅助起重设备，在寒冷地区钻进时还需要配备保温设备。 2．钻机各主要部件的相互关系 整套钻机除了地面设备外，还要有很多井下设备和部件，将这些设备部件按工艺要求安装连接，才成为一套完整的钻机。图2—2所示是一台转盘旋转钻机各主要部件的相互关系图。 以上便是适应钻井工艺的要求而形成的钻机各系统和部件，它们有机地结合成一整套钻机，协调地完成生产任务。 2. 1. 2钻机的类型及特点 世界各国的各大石油公司、各钻机制造厂家按照各自的特点，对石油钻机的分类不尽相同。一般来说，可按以下方法对石油钻机进行分类。 1．按钻井方法分类 (1)冲击钻机 如钢绳冲击钻机(也称为顿钻钻机)、地面发动振动钻机、爆 炸钻井钻机、电火花钻井钻机。 (2)地面发动旋转钻机 如转盘旋转钻机(也成为常规钻机，是目前世界各国通用的钻机)、顶部驱动水龙头旋转钻机等。 (3)井底发动钻机 如井底冲击振动钻具、井底旋转钻具(涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具)。 2．按驱动钻头旋转的动力来源分类 (1)转盘驱动旋转钻机 也就是用转盘驱动钻具旋转的常规钻机。 (2)井底驱动旋转钻机 即转盘旋转钻机加井底动力钻具所组成的钻机。 (3)顶部驱动旋转钻机 即转盘旋转钻机加顶部驱动钻井装置所组成的钻机。 3．按驱动设备类型分类 (1)柴油机驱动钻机 以柴油机为动力通过机械传动(柴油机驱动—机械传动)或液力传动(柴油机驱动—液力传动)的钻机。 (2)电驱动钻机 电驱动钻机又可分为直流电驱动钻机和交流电驱动钻机。直流电驱动钻机是指工作机用直流电动机驱动。用柴油机或燃汽轮机带动发电机供电，或从电力网供电。这种型式的钻机适用于海上钻井。 交流电驱动钻机包括：交流发电机(或工业电网)—交流电动机驱动钻机和正在发展中的交流变频电驱动钻机，即交流发电机—变频调速器交流电动机驱动钻机o 4．按工作机分组分类 (1)统一驱动钻机 绞车、转盘及钻井泵三个工作机由统一动力机组驱动。统驱钻机的功率利用率高，发动机有故障时可以互济，但其传动复杂，安装调整费事，传动效率低。 (2)单独驱动钻机 各工作机单独选择大小不同的发电机驱动。单驱钻机多用于电驱动，其传动简单、安装容易，但功率利用率低、设备笨重。 (3)分组驱动钻机 动力的组合介于前两者之间，将三个工作机分成两组，绞车、转盘两个工作机由统一动力机驱动，钻井泵由另一动力机组驱动。与单独驱动钻机相比，这种钻机的功率利用率较高，传动较简单，还可将两组工作机安装在不同高度和分散的场地上。 5．按主传动副类型分类 (1)V带钻机 V带钻机是指采用V形胶带作为钻机主传动副，多台柴油机并车、各工作机组及辅助设备的驱动及钻井泵的传动均采用V带完成o (2)链条钻机 链条钻机是指采用链条作为主传动副，2～4台柴油机用链条并车，统一驱动各工作机组，用V带传动驱动钻井泵。 (3)齿轮钻机 齿轮钻机采用齿轮为主传动副，配合万向轴驱动绞车和转盘，或采用圆锥齿轮—万向轴并车驱动绞车、转盘和钻井泵。 6．按钻井深度分类 (1)浅井钻机 钻井深度在1500m以下。 (2)中深井钻机 钻井深度为1500-3000m。 (3)深井钻机 钻井深度为3000—5000m。 (4)超深井钻机 钻井深度为5000-9000m。 (5)特深井钻机 钻井深度在9000m以上。 7．按使用地区和用途分类 (1)陆地钻机 也称为常规钻机，用于正常陆地勘探、钻井。 (2)海洋钻机 用于海上钻井平台。 (3)浅海钻机 用于0~5m水深或沼泽地区钻井。 (4)丛式井钻机 用于在一个井场或平台上钻出若干口井。 (5)沙漠钻机 用于在沙漠地区勘探、钻井。 (6)直升机吊运钻机 用于将钻机吊运到偏远的山地、丛林、岛屿或沙漠腹地等无地面公路，不适合地面行驶的油区钻井。 (7)小井眼钻机 用于钻探井口直径较小的油、气井，井眼直径为85．73mm，这种钻机由于井场面积小、井眼小、钻屑少，不需废泥浆池，所需装机功率低，因此，不仅可大幅度降低钻井成本，而且安全、环保。 (8)柔杆钻机 柔杆钻机是一种新型的钻探设备。它包括以环链牵引器为主体的地面设备、柔杆及储存装置、钻探电机三大部分。这种钻机是用电动机作为井底动力直接带动钻头旋转切削岩石和割取岩芯。用连续的柔性钻杆(简称柔杆)代替普通的刚性钻杆，由若干液压夹持器组成的环链牵引器夹持柔杆实现连续起下钻。 石油钻机均具有如下明显的特点：第一，传动效率低，机械化自动化程度低；第二，钻井操作是不连续的，其中辅助生产的起下作业耗费能量颇大；第三，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，因此，要求钻机有很强的适应地区、环境的能力和便捷的运移性能。
2．2地面旋转设备 地面旋转设备是旋转钻机的重要组成部分，其主要功用是旋转钻柱、钻头、破碎岩石、形成井眼。它主要包括转盘、水龙头和顶驱钻井系统三大部分。 2. 2. 1 转盘 转盘是旋转钻机的关键设备，也是钻机的三大工作机之一。转盘实质上是一个大功率的圆锥齿轮减速器。在钻进过程中，转盘的作用是把发动机的动力通过方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，驱动钻头旋转，从而实现进尺，钻出井眼。在起下钻和下套管过程中，需要把管柱卡在转盘上进行卸扣。因此，始终保持转盘处于良好的工作状态，是快速优质钻井的必备条件之一。 1．钻井工艺对转盘的要求 (1)具有足够大的扭矩和多挡的转速。转矩用于转动钻柱带动钻头破碎岩石；高挡转速用于快速钻进，低挡转速是为了满足打捞、对扣、倒扣、造扣或磨铣落于井底的刮刀片、牙轮或其他物件等特殊作业的要求。 (2)具有足够抗震、抗冲击和抗钻井液腐蚀的能力，尤其是上轴承应有足够的强度和寿命，并要求其承载能力不小于钻机的最大钩载。 (3)能正、反转，且具有可靠的制动机构。 (4)转盘中心孔的直径应能满足通过最大号钻头。但也不能过大，否则会造成钻盘体积过大和井口操作不便，一般在525~600mm之间。 (5)转台面直径应根据中心孔直径、操作是否方便及吊卡尺寸等因素确定，一般以~,1000mm左右为宜。 (6)在结构上应具有良好的密封、润滑和散热性能，以防止外界的泥浆、污物进入转盘内部损坏主辅轴承。 2．转盘的结构组成