石油钻井工艺与设备概论201X.ppt

石油钻井工艺与设备概论石油钻井工艺与设备概论 主讲：贾光政主讲：贾光政 东北石油大学东北石油大学机电工程系机电工程系一、钻井工艺一、钻井工艺 由地面向地下钻一孔道，直达油层，叫由地面向地下钻一孔道，直达油层，叫钻井钻井。顿钻钻井法：冲击钻井法。顿钻钻井法：冲击钻井法。1.1.钻井方法钻井方法旋转钻井法：转盘旋转钻井法；旋转钻井法：转盘旋转钻井法；井下动力钻具旋转钻井法；井下动力钻具旋转钻井法；顶部驱动旋转钻井法。顶部驱动旋转钻井法。（1）破碎岩石；）破碎岩石；（2）取出岩屑；）取出岩屑；（3）固井和完井，形成油流通道。）固井和完井，形成油流通道。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合井身结构：井身结构：指下入井指下入井中的套管层中的套管层数、尺寸、数、尺寸、规格和长度。规格和长度。包括导管、包括导管、表层套管、表层套管、技术套管和技术套管和油层套管。油层套管。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 导管导管表层套管表层套管技术套管技术套管油层套管油层套管D油油D技技D表表D导导油井井身油井井身地面地面井底井底（2）表层套管）表层套管 即第二层套管，防止地表土层垮塌，加固即第二层套管，防止地表土层垮塌，加固上部疏松岩层井壁和安装防喷器，一般上部疏松岩层井壁和安装防喷器，一般0 500米长度。米长度。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 井井身身结结构构一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合（1）导管）导管 即第一层套管，最外层，直径最大，起导即第一层套管，最外层，直径最大，起导向作用，不固定，一般向作用，不固定，一般0 40米长度。米长度。（3）技术套管）技术套管 即第三层套管，用来隔离生产的上部油气水，即第三层套管，用来隔离生产的上部油气水，加固浅层疏松易塌井筒以防岩层喷、塌、漏、加固浅层疏松易塌井筒以防岩层喷、塌、漏、膨胀和安装防喷器。技术套管要根据地层条件膨胀和安装防喷器。技术套管要根据地层条件而定，中深井尽量不下技术套管，深井、地层而定，中深井尽量不下技术套管，深井、地层复杂的井，下复杂的井，下12层，在复杂地层的深井下层，在复杂地层的深井下24层。层。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 井井身身结结构构一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合（4）油层套管）油层套管即第四层套管，油层套管用来形成坚固的井即第四层套管，油层套管用来形成坚固的井筒，用来射孔，也是最后一层套管。各层套筒，用来射孔，也是最后一层套管。各层套管与井壁之间都注入水泥加固。管与井壁之间都注入水泥加固。井井身身结结构构2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合套套管管规规格格指根据地质条件、井身结构、钻具来源等组指根据地质条件、井身结构、钻具来源等组成的钻柱，包括：钻头、钻铤、钻杆、方钻成的钻柱，包括：钻头、钻铤、钻杆、方钻杆及其配合连接的尺寸、规格和长度。杆及其配合连接的尺寸、规格和长度。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.1 2.1 井身结构与钻具组合井身结构与钻具组合钻钻具具组组合合钻杆钻杆 钻铤钻铤 钻头钻头 方钻杆方钻杆 （1 1）下钻下钻：将钻杆将钻杆逐根连接逐根连接形成钻杆柱并下入井中，形成钻杆柱并下入井中，使使钻头接触井底钻头接触井底，准备钻进。，准备钻进。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 钻进作业过程的循环：钻进作业过程的循环：下钻下钻正常钻进正常钻进接单根接单根起钻起钻换钻换钻头头下钻下钻 。紧扣，（拉猫头或用紧扣，（拉猫头或用大钳大钳）；）；稍提钻杆，移出吊卡；稍提钻杆，移出吊卡；用用刹车刹车控制下放速度，将钻柱下放一立根距离；控制下放速度，将钻柱下放一立根距离；将钻柱轻坐在将钻柱轻坐在转盘转盘上，从吊卡上脱开吊环。上，从吊卡上脱开吊环。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (1(1)下下钻钻 挂挂吊卡吊卡，以高速档提升空吊卡至一，以高速档提升空吊卡至一立根立根高度；高度；二层台二层台处扣吊卡，将立根稍提移至井眼中心，处扣吊卡，将立根稍提移至井眼中心，对扣；对扣；上扣，（拉猫头或用上扣，（拉猫头或用旋绳器旋绳器）；）；操作过程：操作过程：（2 2）正常钻进：）正常钻进：启动启动转盘转盘（或井底动力钻具），通过钻（或井底动力钻具），通过钻杆柱带动井底杆柱带动井底钻头旋转钻头旋转，借助，借助刹车刹车，给，给钻钻头头施加适当的施加适当的压力压力（钻压钻压）以）以破碎岩石破碎岩石。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (2)正正常常钻钻进进(3(3）接单根：）接单根：每次接入每次接入一根钻杆一根钻杆，来加长钻杆柱的，来加长钻杆柱的作业。作业。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (3)接接单单根根 从小鼠洞中提出单根移至井中钻柱上方，对从小鼠洞中提出单根移至井中钻柱上方，对扣；扣；上扣，（拉猫头或用旋绳器）；上扣，（拉猫头或用旋绳器）；紧扣，（拉猫头或用紧扣，（拉猫头或用大钳大钳）；）；稍提钻杆，移开吊卡或提出卡瓦；下放钻柱稍提钻杆，移开吊卡或提出卡瓦；下放钻柱至井底，继续钻进。至井底，继续钻进。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 用用吊卡吊卡或或卡瓦卡瓦上提钻杆柱，全露上提钻杆柱，全露方钻杆方钻杆，并，并将钻柱坐在将钻柱坐在转盘转盘上；上；卸开方钻杆，并微提方钻杆移至卸开方钻杆，并微提方钻杆移至小鼠洞小鼠洞上方，上方，与小鼠洞中的与小鼠洞中的单根单根对扣；对扣；上扣，（拉猫头或用上扣，（拉猫头或用旋绳器旋绳器）；）；操作过程：操作过程：(3)接接单单根根(4(4）起钻：）起钻：需需更换钻头更换钻头（或钻井完成）时，将井（或钻井完成）时，将井中钻柱全部取出的作业。中钻柱全部取出的作业。操作过程：操作过程：用用吊卡吊卡或卡瓦上提钻杆柱，全露或卡瓦上提钻杆柱，全露方钻杆方钻杆，并将钻柱坐在转盘上；并将钻柱坐在转盘上；旋下方钻杆，将方钻杆和旋下方钻杆，将方钻杆和水龙头水龙头移置移置大大鼠洞鼠洞中；中；用吊卡或卡瓦提升钻柱至一立根高度，用吊卡或卡瓦提升钻柱至一立根高度，并让钻柱坐在转盘上；并让钻柱坐在转盘上；2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (4)起起钻钻 松扣，（拉猫头或用大钳、松扣气缸）松扣，（拉猫头或用大钳、松扣气缸）；上钳卡住接头，转盘正转卸扣；上钳卡住接头，转盘正转卸扣；移移立根立根入入钻杆盒钻杆盒和和二层台二层台指梁中，摘指梁中，摘开吊卡；开吊卡；下放空吊卡至井口。下放空吊卡至井口。重复上述起出一个立根的操作步骤，直至重复上述起出一个立根的操作步骤，直至将井中钻柱全部起出。将井中钻柱全部起出。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (4)起起钻钻（5 5）换钻头：）换钻头：起钻末了，将钻头提出井口，用专用工具卸起钻末了，将钻头提出井口，用专用工具卸下旧钻头，换上下旧钻头，换上新钻头新钻头。钻进作业过程的循环：钻进作业过程的循环：下钻下钻正常钻进正常钻进接单根接单根起钻起钻换钻换钻头头下钻下钻 。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.2 2.2 钻进作业过程钻进作业过程 (5)换换钻钻头头(1(1）固井：）固井：在钻井的井眼内下入一串轴心线重合的套在钻井的井眼内下入一串轴心线重合的套管柱，并在管柱，并在套管柱套管柱与与井壁井壁的的环形空间环形空间里注入里注入水泥进行封固。水泥进行封固。2.2.钻井的工艺过程钻井的工艺过程 一、钻井工艺一、钻井工艺 2.3 2.3 固井与完井固井与完井 （2 2）完井：）完井：固井后，采用射孔枪发射子弹射穿固井后，采用射孔枪发射子弹射穿套管套管、水泥环水泥环、油层油层，使油层和井筒连通。，使油层和井筒连通。一、钻井工艺一、钻井工艺 思考题：思考题：1.钻井方法有几种？钻井方法有几种？2.钻井的工艺过程包括什么？钻井的工艺过程包括什么？3.井身结构的概念？井身结构的概念？4.钻具组合的概念？钻具组合的概念？5.钻进作业过程分几个步骤？描述每钻进作业过程分几个步骤？描述每个步骤的具体操作过程。个步骤的具体操作过程。6.固井的概念？固井的概念？7.完井的概念？完井的概念？二、钻井设备二、钻井设备 1.1.钻机组成钻机组成起升系统起升系统、旋转系统旋转系统和和循环系统循环系统这三大这三大系统设备是直接服务于钻井生产的，是系统设备是直接服务于钻井生产的，是钻机的钻机的三大工作机组三大工作机组。钻机是一套由多台设备组成的大功率联钻机是一套由多台设备组成的大功率联合机组，包括合机组，包括八大系统八大系统：起升系统、旋转系统、循环系统、动力起升系统、旋转系统、循环系统、动力系统、传动系统、控制系统、底座、辅系统、传动系统、控制系统、底座、辅助系统。助系统。1.1 1.1 起升系统起升系统1.1.钻机组成钻机组成 组成：组成：绞车绞车、辅助刹车、辅助刹车、游动系统游动系统（天车、游动滑（天车、游动滑车、大钩及钢丝绳）、车、大钩及钢丝绳）、井架井架、井口工具及机、井口工具及机械化设备（吊卡、吊环、卡瓦、动力大钳、械化设备（吊卡、吊环、卡瓦、动力大钳、旋绳器、立根移运机构等）。旋绳器、立根移运机构等）。作用：作用：在起、下钻作业中起、下钻具；在完井作业在起、下钻作业中起、下钻具；在完井作业中下套管；在正常钻进时控制钻压、送进钻中下套管；在正常钻进时控制钻压、送进钻具。具。二、钻井设备二、钻井设备 1.2 1.2 旋转系统旋转系统组成：组成：转盘转盘、水龙头水龙头、钻具钻具。作用：作用：驱动钻具旋转，带动钻头破碎岩石。驱动钻具旋转，带动钻头破碎岩石。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.3 1.3 循环系统循环系统 组成：组成：钻井泵钻井泵、地面管汇、钻井液池和钻井液槽、地面管汇、钻井液池和钻井液槽、钻井液净化设备和钻井液调配设备等。钻井液净化设备和钻井液调配设备等。作用：作用：提供提供高压钻井液高压钻井液，以清除井底已破碎的岩，以清除井底已破碎的岩石，保证继续钻进；同时冷却钻头，防止石，保证继续钻进；同时冷却钻头，防止井喷、井塌；传递动力驱动井下动力钻具井喷、井塌；传递动力驱动井下动力钻具（涡轮、螺杆动力钻具）。（涡轮、螺杆动力钻具）。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.4 1.4 动力驱动设备动力驱动设备 组成组成：内燃机内燃机及其供油设备，或者交流、直流及其供油设备，或者交流、直流电电动机动机及其供电、保护、控制设备等。及其供电、保护、控制设备等。作用作用：供给三大工作机组及其他辅助机组动力。供给三大工作机组及其他辅助机组动力。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 柴油机柴油机 1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.5 1.5 传动系统设备传动系统设备组成：组成：减速、并车、倒车、变速及换向机构等，减速、并车、倒车、变速及换向机构等，有有机械传动机械传动、液力传动液力传动、液压传动液压传动、电传电传动动等形式。等形式。作用：作用：连接发动机与工作机，实现从驱动设备到连接发动机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递和分配及运动方式的工作机组的能量传递和分配及运动方式的转换。转换。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 单独驱动方案 动力动力动力动力动力动力1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 统一驱动方案1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 分组驱动方案1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.6 1.6 控制系统和监测显示仪表控制系统和监测显示仪表 作用：作用：控制系统用来指挥各机组协调地进行工作；控制系统用来指挥各机组协调地进行工作；监测显示仪表用来测量井底参数、监测显示监测显示仪表用来测量井底参数、监测显示地面有关系统设备的工况。地面有关系统设备的工况。组成：组成：控制系统有机械控制、气控、电控、液控和控制系统有机械控制、气控、电控、液控和电、气、液混合控制；电、气、液混合控制；监测显示仪表有指重表、钻井泵压力表、钻监测显示仪表有指重表、钻井泵压力表、钻井八参数仪（大钩负荷、钻进速率及井深、井八参数仪（大钩负荷、钻进速率及井深、泵压、转盘扭矩、吊钳扭矩、转盘转送、泵泵压、转盘扭矩、吊钳扭矩、转盘转送、泵冲次、泵出口排量）、随钻测量系统。冲次、泵出口排量）、随钻测量系统。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 控制系统控制系统 1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.7 1.7 钻机底座钻机底座 组成：组成：钻台底座、机房底座、泥浆泵底座。钻台底座、机房底座、泥浆泵底座。作用：作用：安装安装井架井架、转盘转盘、放置、放置立根盒立根盒及必要的钻井及必要的钻井设备和工具。设备和工具。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 钻机底座钻机底座 1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 1.8 1.8 辅助设备辅助设备 作用：作用：保证正常钻进和安全钻井。保证正常钻进和安全钻井。组成：组成：空气压缩设备空气压缩设备、辅助发电设备辅助发电设备、井口防喷器井口防喷器、供水供油系统等。供水供油系统等。1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 井控装置井控装置 1.1.钻机组成钻机组成 二、钻井设备二、钻井设备 ZJ 15 D X ZJ 15 D X2.1 2.1 钻机型号表示钻机型号表示根据根据GB1806-86 GB1806-86 规定，我国石油钻机型规定，我国石油钻机型号意义如下：号意义如下：ZJZJ钻机代号；钻机代号；1515钻机级别，以钻机级别，以100m100m为单位计的为单位计的钻机名义钻深范围的上限；钻机名义钻深范围的上限；2.2.钻机型号钻机型号 二、钻井设备二、钻井设备 DD钻机特征，钻机特征，L L表示链条并车钻机，表示链条并车钻机，J J表示三角带并车钻机，表示三角带并车钻机，C C表示齿轮并车钻表示齿轮并车钻机，机，D D表示电驱动钻机，表示电驱动钻机，Z Z表示自行式车装表示自行式车装钻机，钻机，T T表示拖挂车装钻机。表示拖挂车装钻机。XX厂家代号及改型序号，厂家代号用厂家代号及改型序号，厂家代号用一个汉语拼音字母表示；改型序号用阿拉一个汉语拼音字母表示；改型序号用阿拉伯数字表示。伯数字表示。GB1806-86 将我国钻机规定为将我国钻机规定为6级：级：ZJ15，ZJ20，ZJ32，ZJ45，ZJ60，ZJ802.2.钻机型号钻机型号 二、钻井设备二、钻井设备 2.1 2.1 钻机型号表示钻机型号表示2.2 2.2 钻机总体参数钻机总体参数 反映一部钻机主要技术性能的参数，称为反映一部钻机主要技术性能的参数，称为钻机的总体参数。钻机的总体参数。钻机总体参数有三个：钻机总体参数有三个：名义钻深范围名义钻深范围、最最大钩载荷大钩载荷、最大钻柱重量最大钻柱重量。2.2.钻机型号钻机型号 二、钻井设备二、钻井设备 起升系统的组成主要包括起升系统的组成主要包括井架井架、绞车总成绞车总成、游动系统总成游动系统总成等。等。此外起升系统还包括起下钻操作所需的各此外起升系统还包括起下钻操作所需的各种工具，如种工具，如吊钳吊钳、吊卡吊卡、卡瓦卡瓦、安全卡瓦安全卡瓦、旋绳器旋绳器、和、和立根移运机构立根移运机构等。等。3.1 3.1 起升系统组成起升系统组成 3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 3.2 3.2 起升系统工作原理起升系统工作原理 从动力传动设备来的动力经绞车变换后通从动力传动设备来的动力经绞车变换后通过链轮传入滚筒轴，带动滚筒轴旋转；滚过链轮传入滚筒轴，带动滚筒轴旋转；滚筒旋转缠绕钢丝绳，使天车的轮系和游车筒旋转缠绕钢丝绳，使天车的轮系和游车的轮系转动，从而使游车及与之相连的大的轮系转动，从而使游车及与之相连的大钩向上运动；此时，钻柱通过吊卡和吊环钩向上运动；此时，钻柱通过吊卡和吊环挂在大钩上。挂在大钩上。（1 1）起钻）起钻3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 钻柱或套管柱通过吊卡和吊环挂在大钩钻柱或套管柱通过吊卡和吊环挂在大钩上，在自重作用下带动游车和大钩向下运上，在自重作用下带动游车和大钩向下运动，从而带动滚筒反向旋转；用带刹车和动，从而带动滚筒反向旋转；用带刹车和通过牙嵌离合器与滚筒轴相连的水刹车，通过牙嵌离合器与滚筒轴相连的水刹车，控制滚筒的转速，从而可控制钻柱和套管控制滚筒的转速，从而可控制钻柱和套管的下放速度。的下放速度。（2 2）下钻和下套管）下钻和下套管3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 （3 3）送进钻具）送进钻具在正常钻进过程中，钻具与水龙头相连，在正常钻进过程中，钻具与水龙头相连，水龙头挂在大钩上；钻具旋转破碎岩石，水龙头挂在大钩上；钻具旋转破碎岩石，岩屑由钻井液带走后，钻具要在自重的作岩屑由钻井液带走后，钻具要在自重的作用下向下运动；通过带刹车控制滚筒的放用下向下运动；通过带刹车控制滚筒的放绳速度，即可调节钻头作用于岩层上的钻绳速度，即可调节钻头作用于岩层上的钻压，从而达到送进钻具的目的。压，从而达到送进钻具的目的。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 3.3 3.3 井架井架 功用：安放功用：安放天车天车、悬挂、悬挂游车游车、大钩大钩及专用工具；起下钻过及专用工具；起下钻过程中，用以存放立根。程中，用以存放立根。（1 1）井架的功用和结构组成）井架的功用和结构组成 结构组成：井架本体、天车结构组成：井架本体、天车台、二层台、立管平台、工台、二层台、立管平台、工作梯。作梯。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 塔形塔形井架；井架；K K型型（前开口）井架；（前开口）井架；A A形形井架；井架；桅形井架；桅形井架；动力井架；动力井架；（2 2）井架整体结构类型）井架整体结构类型 3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 钻机井架钻机井架3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 3.4 3.4 游动系统游动系统 组成：天车、游车、大钩、钢丝绳。组成：天车、游车、大钩、钢丝绳。天车：安装于井架顶部的定滑轮组；天车：安装于井架顶部的定滑轮组；游动系统结构是指游车轮数目游动系统结构是指游车轮数目 天车轮数目。天车轮数目。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 游车游车：在井架内作上下往复运动：在井架内作上下往复运动的动滑轮组；的动滑轮组；大钩大钩：主要由构身、钩杆、钩座、：主要由构身、钩杆、钩座、提环、止推轴承和弹簧组成；提环、止推轴承和弹簧组成；钢丝绳钢丝绳：是起升系统中重要的运：是起升系统中重要的运动承载件，它悬吊着游车、大钩，动承载件，它悬吊着游车、大钩，并通过大钩承受载荷。并通过大钩承受载荷。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 3.5 3.5 绞车绞车 功用：功用：用以起、下钻具和下套管；钻进过程中控用以起、下钻具和下套管；钻进过程中控制钻压，送进钻具；借助猫头上、卸钻具制钻压，送进钻具；借助猫头上、卸钻具丝扣；起吊重物及其他辅助工作。丝扣；起吊重物及其他辅助工作。（1 1）绞车的功用和结构组成）绞车的功用和结构组成 3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 钻井绞车钻井绞车 3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 钻机绞车结构组成：钻机绞车结构组成：滚筒、滚筒轴总成；制动机构（机械刹车滚筒、滚筒轴总成；制动机构（机械刹车和水刹车）；猫头和猫头轴总成；传动系和水刹车）；猫头和猫头轴总成；传动系统（包括链条、齿轮、轴系零件等）；控统（包括链条、齿轮、轴系零件等）；控制系统（包括牙嵌、齿式、气动离合器，制系统（包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台，控制阀件等）；润滑系统司钻控制台，控制阀件等）；润滑系统（包括黄油润滑、滴油润滑、飞溅润滑、（包括黄油润滑、滴油润滑、飞溅润滑、强制润滑）；支撑系统（焊接的框架式支强制润滑）；支撑系统（焊接的框架式支架、箱壳式座架）。架、箱壳式座架）。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 单轴绞车：单轴绞车：猫头直接装在滚筒两端，滚猫头直接装在滚筒两端，滚筒装在轴上；另有一齿轮箱，绞车外变筒装在轴上；另有一齿轮箱，绞车外变速；结构简单，移运方便。缺点是使用速；结构简单，移运方便。缺点是使用猫头不方便，滚筒高档不能独立安排，猫头不方便，滚筒高档不能独立安排，影响起下钻速度。影响起下钻速度。（2 2）绞车的结构类型）绞车的结构类型 双轴绞车：双轴绞车：滚筒轴与猫头轴分别独立；滚筒轴与猫头轴分别独立；绞车外变速；猫头位置及速度可不受限绞车外变速；猫头位置及速度可不受限制，比单轴绞车方便。制，比单轴绞车方便。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 三轴绞车：三轴绞车：多加了一根引入动力的多加了一根引入动力的传动轴，并在绞车内实现链条变速传传动轴，并在绞车内实现链条变速传动，变速机构同时兼顾转盘的传动变动，变速机构同时兼顾转盘的传动变速机构。缺点是结构复杂，运输、安速机构。缺点是结构复杂，运输、安装不太方便。装不太方便。多轴绞车：多轴绞车：四轴以上的绞车。四轴以上的绞车。3.3.钻机起升系统钻机起升系统 二、钻井设备二、钻井设备 旋转系统主要包括旋转系统主要包括转盘转盘、水龙头水龙头、方钻杆方钻杆、钻杆钻杆、钻铤钻铤、扶正器扶正器、减减震器震器、配合接头、配合接头、钻头钻头等。等。4.1 4.1 旋转系统组成旋转系统组成 4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 4.2 4.2 旋转系统工作原理旋转系统工作原理 在正常钻井工程中，方钻杆、钻杆、钻铤在正常钻井工程中，方钻杆、钻杆、钻铤和钻头等钻具采用螺纹连接形成细长的钻和钻头等钻具采用螺纹连接形成细长的钻柱，它们都借助水龙头悬挂在大钩上。从柱，它们都借助水龙头悬挂在大钩上。从动力传动设备来的动力输给转盘，转盘带动力传动设备来的动力输给转盘，转盘带动方钻杆旋转，从而带动整个钻柱旋转起动方钻杆旋转，从而带动整个钻柱旋转起来。在一定的压力作用下，依靠钻头在井来。在一定的压力作用下，依靠钻头在井底旋转来破碎岩石。底旋转来破碎岩石。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 4.3 4.3 旋转系统工作参数旋转系统工作参数 转盘开口直径转盘开口直径 D盘盘；转盘一档转速、最高档转速和档数；转盘一档转速、最高档转速和档数；转盘功率转盘功率 N盘盘。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 4.4.转盘转盘 功用：功用：正常钻进时，带动井中钻具旋转，正常钻进时，带动井中钻具旋转，传递足够大的扭矩和必要的转速；传递足够大的扭矩和必要的转速；起下钻和下套管时，承托井中全部起下钻和下套管时，承托井中全部钻杆柱或套管柱重量；钻杆柱或套管柱重量；卸扣、卸钻头和处理事故时，完成卸扣、卸钻头和处理事故时，完成倒扣、进扣等辅助工作；倒扣、进扣等辅助工作；采用井底动力钻具时，制动上部钻采用井底动力钻具时，制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。杆柱，以承受反扭矩。（1 1）转盘的功用及使用要求）转盘的功用及使用要求 4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 使用要求：使用要求：转盘的转盘的主轴承主轴承有足够的强度和寿命；有足够的强度和寿命；转台和转台和锥齿轮锥齿轮能够传递足够大的扭矩，能够传递足够大的扭矩，并能倒转，能可靠的制动；并能倒转，能可靠的制动；密封密封性好，严防外界的钻井液、油水污性好，严防外界的钻井液、油水污液渗入转盘内部。液渗入转盘内部。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 （2 2）转盘的结构组成和特点）转盘的结构组成和特点 水平轴总成：水平轴总成：水平轴内侧装着小锥齿轮，外侧装法兰（万水平轴内侧装着小锥齿轮，外侧装法兰（万向轴传动时）或链轮（链传动时）。轴通过向轴传动时）或链轮（链传动时）。轴通过一对双列调心轴承和套筒坐在壳体中，套筒一对双列调心轴承和套筒坐在壳体中，套筒的作用是使水平轴能进行整体式装配。轴中的作用是使水平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪和锥齿轮部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪和锥齿轮传动可实现转台的制动。水平轴下方壳体构传动可实现转台的制动。水平轴下方壳体构成一独立油池，使水平轴得到良好的润滑。成一独立油池，使水平轴得到良好的润滑。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 转台总成：转台总成：转台用铸钢制成，借助主轴承座在壳体上；转台用铸钢制成，借助主轴承座在壳体上；下部的辅轴承防止转台倾斜和向上振跳。下部的辅轴承防止转台倾斜和向上振跳。转台中心通孔内装着方补心和方卡瓦，两转台中心通孔内装着方补心和方卡瓦，两者通过锁销锁在转台体上。转台台肩上静者通过锁销锁在转台体上。转台台肩上静配合装着一个大锥齿轮；转台上部静配合配合装着一个大锥齿轮；转台上部静配合装着一个迷宫式密封圈，防止泥浆污水漏装着一个迷宫式密封圈，防止泥浆污水漏入转盘油池中。入转盘油池中。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 主辅轴承：主辅轴承：主、辅轴承均为向心推力球轴承。主轴承主、辅轴承均为向心推力球轴承。主轴承起承载和承转作用；辅轴承起径向扶正和起承载和承转作用；辅轴承起径向扶正和轴向防跳作用。轴向防跳作用。壳体：壳体：转盘壳体是结构比较复杂的铸钢件，内腔转盘壳体是结构比较复杂的铸钢件，内腔形成两个油池；外形便于安装固定和运输，形成两个油池；外形便于安装固定和运输，便于工人进行井口操作。便于工人进行井口操作。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 4.4.水龙头水龙头 功用：功用：悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以致全部钻具重量；以致全部钻具重量；向转动着的钻杆柱内引输高压钻井向转动着的钻杆柱内引输高压钻井液。液。（1 1）水龙头的功用及使用要求）水龙头的功用及使用要求 4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 使用要求：使用要求：水龙头的主轴承必须具有足够的强度和寿命；高水龙头的主轴承必须具有足够的强度和寿命；高压钻井液密封系统必须可靠，寿命长，更换快速、压钻井液密封系统必须可靠，寿命长，更换快速、方便；机油密封良好，能自动补偿工作过程中密方便；机油密封良好，能自动补偿工作过程中密封元件的磨损；各承载零件，如提环、壳体、中封元件的磨损；各承载零件，如提环、壳体、中心管等应具有足够的强度和刚度。心管等应具有足够的强度和刚度。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 （2 2）水龙头的结构组成和特点）水龙头的结构组成和特点 承载系统：承载系统：中心管及其接头、壳体、销轴、中心管及其接头、壳体、销轴、提环和主轴承；提环和主轴承；钻井液系统：钻井液系统：鹅颈管、钻井液冲管总成；鹅颈管、钻井液冲管总成；辅助系统：辅助系统：扶正轴承、防跳轴承、机油密扶正轴承、防跳轴承、机油密封盒组件及上盖等。封盒组件及上盖等。4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 顶驱装置顶驱装置 4.4.钻机旋转系统钻机旋转系统 二、钻井设备二、钻井设备 循环系统主要包括循环系统主要包括钻井泵钻井泵、泵出口管线、泵出口管线、立管立管、水龙带水龙带、水龙头水龙头、方钻杆方钻杆、钻杆钻杆、钻铤钻铤、钻头钻头、环形空间、环形空间、钻井液管汇钻井液管汇、钻、钻井液池等。井液池等。.1.1 循环系统组成循环系统组成 5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 .2.2 循环系统工作原理循环系统工作原理 钻井泵把钻井液从钻井液池吸入泵中，钻井钻井泵把钻井液从钻井液池吸入泵中，钻井泵的机械能转变为液体能，获得能量的高压泵的机械能转变为液体能，获得能量的高压钻井液经过泵出口管线、立管、高压水龙带、钻井液经过泵出口管线、立管、高压水龙带、水龙头，进入转动的方钻杆、钻杆、钻铤的水龙头，进入转动的方钻杆、钻杆、钻铤的内孔中，通过钻头上的水眼喷射到井底，辅内孔中，通过钻头上的水眼喷射到井底，辅助钻头钻进。井底的钻井液把钻头切削下的助钻头钻进。井底的钻井液把钻头切削下的岩屑通过由钻杆柱和井壁组成的环形空间，岩屑通过由钻杆柱和井壁组成的环形空间，带至地面的钻井液管汇中，进入钻井液池；带至地面的钻井液管汇中，进入钻井液池；钻井液经过净化设备净化后，又进入钻井泵钻井液经过净化设备净化后，又进入钻井泵中重新循环流动。中重新循环流动。5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 .3.3 循环系统工作参数循环系统工作参数 钻井泵出口压力钻井泵出口压力 P泵泵；钻井泵排量钻井泵排量 Q泵泵；钻井泵功率钻井泵功率 N泵泵。5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 .4.4 钻井泵钻井泵 作用：作用：用高压向井底输送高粘度、大用高压向井底输送高粘度、大比重和较高含砂量的液体（泥比重和较高含砂量的液体（泥浆），以便冷却钻头、携带出浆），以便冷却钻头、携带出岩屑；可以辅助钻头钻进；可岩屑；可以辅助钻头钻进；可为井底动力钻具提供动力液。为井底动力钻具提供动力液。5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 三缸单作用钻井泵的结构特点：三缸单作用钻井泵的结构特点：动力端动力端：主动轴、被动轴（曲轴）、：主动轴、被动轴（曲轴）、十字头等总成。十字头等总成。液力端液力端：活塞缸套、泵阀、泵体、吸：活塞缸套、泵阀、泵体、吸入管汇、排出空气包等。入管汇、排出空气包等。5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 钻井泵钻井泵 5.5.钻机循环系统钻机循环系统 二、钻井设备二、钻井设备 轨道大钳轨道大钳 6.6.钻机辅助装置钻机辅助装置 二、钻井设备二、钻井设备 海洋钻井平台海洋钻井平台 二、钻井设备二、钻井设备 车装钻机车装钻机 二、钻井设备二、钻井设备 井架、井架、天车、游车、大钩、天车、游车、大钩、绞车、绞车、水龙头、水龙头、转盘、转盘、泥浆泵泥浆泵钻机八大件钻机八大件 二、钻井设备二、钻井设备 思考题：思考题：1.钻机的八大系统包括什么？钻机的八大系统包括什么？2.钻机的三大动力机组包括什么？钻机的三大动力机组包括什么？3.起升系统的作用和组成？起升系统的作用和组成？4.旋转系统的作用和组成？旋转系统的作用和组成？5.循环系统的作用和组成。循环系统的作用和组成。6.动力系统的作用和组成？动力系统的作用和组成？7.传动系统的作用和组成传动系统的作用和组成？8.控制系统的作用和组成？控制系统的作用和组成？9.钻机底座的作用和组成？钻机底座的作用和组成？10.钻机型号怎样表示？钻机型号怎样表示？二、钻井设备二、钻井设备 思考题：思考题：11.起升系统的工作原理？起升系统的工作原理？12.游动系统的组成？游动系统的组成？13.井架的作用和结构类型？井架的作用和结构类型？14.绞车的作用和结构组成？绞车的作用和结构组成？15.绞车的结构类型有哪些？绞车的结构类型有哪些？16.旋转系统的工作原理？旋转系统的工作原理？17.循环系统的工作原理循环系统的工作原理？18.转盘的作用和组成？转盘的作用和组成？19.泥浆泵的作用和组成？泥浆泵的作用和组成？二、钻井设备二、钻井设备