1、第二章第二章 石油鉆機概論石油鉆機概論內容內容第一節第一節 鉆機鉆機系統簡介系統簡介第二節第二節 鉆機的分類與特點鉆機的分類與特點第三節第三節 鉆機的基本參數鉆機的基本參數第一節第一節 鉆機系統簡介鉆機系統簡介鉆機是用于鉆機是用于油氣井鉆探作業的一整套設備油氣井鉆探作業的一整套設備功能要求功能要求n為了為了滿足鉆具送進、起下鉆具、更換鉆頭、下套滿足鉆具送進、起下鉆具、更換鉆頭、下套管和處理井下事故的需要，機械設備管和處理井下事故的需要，機械設備應有一定的應有一定的起重能力及提升速度起重能力及提升速度；n為有效破碎巖石、形成井眼，鉆具要有旋轉鉆進為有效破碎巖石、形成井眼，鉆具要有旋轉鉆進的能力，

2、因此要求機械設備必須給鉆具的能力，因此要求機械設備必須給鉆具提供足夠提供足夠轉矩和轉速，并維持一定的鉆壓轉矩和轉速，并維持一定的鉆壓；n為了清洗井底、排出巖屑，要求洗井機械設備具為了清洗井底、排出巖屑，要求洗井機械設備具有一定的有一定的泵壓和排量泵壓和排量。鉆機的組成鉆機的組成旋轉系統設備旋轉系統設備循環系統設備循環系統設備起升系統設備起升系統設備動力驅動系統動力驅動系統傳動系統設備傳動系統設備控制系統和監測儀表控制系統和監測儀表鉆機底座鉆機底座輔助設備輔助設備一、旋轉系統設備一、旋轉系統設備主要組成：主要組成：n地面旋轉系統地面旋轉系統n轉盤轉盤n水龍頭水龍頭n頂驅頂驅n鉆具鉆具作用：轉動鉆

3、具，帶動鉆頭破碎巖石。作用：轉動鉆具，帶動鉆頭破碎巖石。1. 轉盤轉盤轉盤的作用轉盤的作用n 鉆進時鉆進時轉動鉆具轉動鉆具；n 起下鉆、下套管時起下鉆、下套管時承承托鉆桿或套管托鉆桿或套管重量；重量；n 處理事故時，處理事故時，造扣造扣、倒扣倒扣、上提、上提n井底動力時井底動力時承受反扭矩承受反扭矩 2. 水龍頭水龍頭（1） 水龍頭的作用水龍頭的作用n 承重承重承受鉆柱重量承受鉆柱重量n 旋轉旋轉支承旋轉的鉆具支承旋轉的鉆具n 耐壓耐壓輸送高壓泥漿輸送高壓泥漿頂驅頂驅二、循環系統設備二、循環系統設備組成：組成：n鉆井泵鉆井泵n鉆井液凈化、處理調配裝置。鉆井液凈化、處理調配裝置。鉆井液作用：鉆井

4、液作用：n清洗井底清洗井底n攜帶巖屑攜帶巖屑n保護井壁保護井壁n冷卻鉆頭冷卻鉆頭n為井下動力鉆具提供高壓動力液。為井下動力鉆具提供高壓動力液。泥漿池泥漿池凈化設備凈化設備振動篩振動篩除砂器除砂器分離機分離機除氣器除氣器循環罐循環罐攪拌器攪拌器振動篩和除氣器振動篩和除氣器除砂器和除泥器除砂器和除泥器攪拌器攪拌器三、起升系統設備三、起升系統設備組成：絞車、天車、游車、大鉤、鋼繩、井組成：絞車、天車、游車、大鉤、鋼繩、井架。架。作用：起下鉆具、下套管，控制鉆壓。作用：起下鉆具、下套管，控制鉆壓。上述旋轉、循環和起升三大系統是鉆機的三上述旋轉、循環和起升三大系統是鉆機的三大工作機。大工作機。井架結構井

5、架結構天車天車游車游車大鉤大鉤絞車絞車勘探院盤式剎車勘探院盤式剎車鋼絲繩（大繩）鋼絲繩（大繩）6（19）纖維繩芯）纖維繩芯6（19）77金屬繩芯金屬繩芯四、動力驅動系統功能：為三大機組和輔助機組提供動力功能：為三大機組和輔助機組提供動力組成：動力設備（柴油機組）、發電機組、電動機組。組成：動力設備（柴油機組）、發電機組、電動機組。五、傳動系統功能：連接動力機和工作機，實現從驅動設功能：連接動力機和工作機，實現從驅動設備到工作機組的能量傳遞、分配及運動方式備到工作機組的能量傳遞、分配及運動方式的轉換的轉換組成：減速、并車、轉向、倒轉及變速機構組成：減速、并車、轉向、倒轉及變速機構傳動形式：機械傳

6、動（鏈條、三角膠帶、齒傳動形式：機械傳動（鏈條、三角膠帶、齒輪）、液力傳動、液壓傳動和電傳動。輪）、液力傳動、液壓傳動和電傳動。六、控制系統和監測儀表六、控制系統和監測儀表功能：指揮各機組協調工作功能：指揮各機組協調工作組成組成n司鉆臺司鉆臺n機械控制機械控制n氣控氣控n電控電控n液控液控n電、氣、液混合控制電、氣、液混合控制n鉆井儀表鉆井儀表n隨鉆測量（隨鉆測量（MWD）監控系統監控系統氣控系統氣控系統組成組成n供氣機構供氣機構n發令機構發令機構n傳令機構傳令機構n執行機構執行機構功能：柴油機（起、停、調速）、傳動系統功能：柴油機（起、停、調速）、傳動系統（并、停車）、絞車（起、停、換檔）、

7、轉（并、停車）、絞車（起、停、換檔）、轉盤（起、停、換向）盤（起、停、換向） 安全技術安全技術工作壓力保持在規定范圍內工作壓力保持在規定范圍內避免漏失避免漏失定期檢查，防碰天車每班檢查定期檢查，防碰天車每班檢查放水閥每放水閥每2小時放水小時放水1次，特別是冬季次，特別是冬季元件檢修嚴格按照規程操作元件檢修嚴格按照規程操作七、鉆機底座功能：用于安裝鉆井設備，方便鉆井設備的功能：用于安裝鉆井設備，方便鉆井設備的移運和操作移運和操作組成：鉆臺底座和機房底座組成：鉆臺底座和機房底座n鉆臺底座：用于安裝井架、轉盤，放置立根盒及鉆臺底座：用于安裝井架、轉盤，放置立根盒及井口工具及司鉆控制臺，安裝絞車，下方

8、應能容井口工具及司鉆控制臺，安裝絞車，下方應能容納必要的井口裝置。納必要的井口裝置。n機房底座：用于安裝動力機組和傳動系統設備機房底座：用于安裝動力機組和傳動系統設備要求：應有足夠的高度、面積和剛性。要求：應有足夠的高度、面積和剛性。型號型號表示方法：設備代號表示方法：設備代號最大負荷最大負荷例：例：DZ225常用型號：常用型號：nDZ135，最大工作負荷，最大工作負荷1350kN，高，高4mnDZ225，最大工作負荷，最大工作負荷2250kN，高，高4.5mnDZ315，最大工作負荷，最大工作負荷3150kN，高，高4.5(7.5)mnDZ450/9，最大工作負荷，最大工作負荷4500kN，

9、高，高9mnDZ585/9，最大工作負荷，最大工作負荷5850kN，高，高9m八、輔助設備組成：組成：n供氣、供水、供油、供暖設備供氣、供水、供油、供暖設備n輔助發電設備輔助發電設備n井口防噴設備井口防噴設備n鉆鼠洞設備鉆鼠洞設備n輔助起重設備輔助起重設備n防噴器Blowout Preventer（BOP）功能：鉆井過程中，鉆井液柱靜液壓力小于地層流功能：鉆井過程中，鉆井液柱靜液壓力小于地層流體壓力時，地層流體將進入井眼，引起井涌，此時體壓力時，地層流體將進入井眼，引起井涌，此時需要采用防噴器來防止井噴需要采用防噴器來防止井噴種類：閘板、萬能（環形）、旋轉種類：閘板、萬能（環形）、旋轉要求：要

10、求：n安全可靠、耐壓能力高；安全可靠、耐壓能力高；n操作方便，能快速關閉和開啟；操作方便，能快速關閉和開啟；n可在司鉆臺控制也可遠程控制；可在司鉆臺控制也可遠程控制；n能有控制地泄壓（放噴）；能有控制地泄壓（放噴）；n能在不壓井情況下邊噴邊鉆、起下鉆具、完井和換裝井口能在不壓井情況下邊噴邊鉆、起下鉆具、完井和換裝井口型號表示方法型號表示方法代號代號 公稱直徑公稱直徑最大工作壓力最大工作壓力代號：代號：n環形防噴器：環形防噴器：FHn閘板防噴器：閘板防噴器：FZn雙閘板防噴器：雙閘板防噴器：2FZ公稱直徑公稱直徑：單位單位 cm最大工作壓力：單位最大工作壓力：單位 MPa例：例：FZ3535閘板

11、防噴器閘板防噴器雙閘板防噴器雙閘板防噴器特點：上部為半封閘板，下部為全封閘板特點：上部為半封閘板，下部為全封閘板半封：關閉時，閘板之間形成圓孔，用于抱半封：關閉時，閘板之間形成圓孔，用于抱緊鉆桿，封閉鉆具與套管之間的環形空間緊鉆桿，封閉鉆具與套管之間的環形空間全封：關閉時，閘板之間完全封閉，適用于全封：關閉時，閘板之間完全封閉，適用于井筒中沒有鉆具的情況井筒中沒有鉆具的情況剪切閘板：用于剪斷鉆具剪切閘板：用于剪斷鉆具橡膠密封：高強度、高韌性、密封可靠橡膠密封：高強度、高韌性、密封可靠萬能防噴器（環形）萬能防噴器（環形）特點：特點：n井筒內無鉆具時能封閉井口井筒內無鉆具時能封閉井口n能對工作通徑

12、以下任何形狀工具進行密封能對工作通徑以下任何形狀工具進行密封n18 鉆桿接頭的鉆柱強行起下鉆。鉆桿接頭的鉆柱強行起下鉆。 1818 鉆桿接頭鉆桿接頭需要需要用專門的吊卡來起下鉆、接單根用專門的吊卡來起下鉆、接單根比較適合大斜度井，水平井及大位移井等，比較適合大斜度井，水平井及大位移井等，可以減少鉆桿接頭臺階對井壁的掛擦，降低可以減少鉆桿接頭臺階對井壁的掛擦，降低摩擦阻力摩擦阻力關井時不損壞防噴器芯子關井時不損壞防噴器芯子 旋轉防噴器旋轉防噴器節流管匯節流管匯壓井管匯壓井管匯八大部件：八大部件：絞車；轉盤；絞車；轉盤；水龍頭；大鉤；游車；天水龍頭；大鉤；游車；天車；鉆井泵；井架車；鉆井泵；井架十

13、大部件：十大部件：加加柴油機；柴油機；聯動機組。聯動機組。 第二節第二節 鉆機分類與特點鉆機分類與特點一、分類一、分類n1 按井深分按井深分n淺井（淺井（1500m）；）；n中深井（中深井（15003000m）；）；n深井（深井（30006000m）；）；n超深井（超深井（60009000m）；）；n特深井（特深井（9000m以上）以上）n2按驅動設備類型分按驅動設備類型分n機械驅動鉆機（機械驅動鉆機（MD）n電驅動鉆機（電驅動鉆機（ED）。）。n3.按驅動方式分按驅動方式分n單獨驅動（各主要機組單獨驅動）單獨驅動（各主要機組單獨驅動）n統一驅動。統一驅動。4按主傳動副類型分（從動力并車角度分

14、類）按主傳動副類型分（從動力并車角度分類）n 膠帶并車傳動膠帶并車傳動膠帶鉆機膠帶鉆機；J：傳動柔和、并車容易、：傳動柔和、并車容易、制造簡單、維護保養方便；常規制造簡單、維護保養方便；常規E型能力低于鏈條、根數型能力低于鏈條、根數多、結構笨重、壽命短；窄多、結構笨重、壽命短；窄V帶性能提高帶性能提高n 鏈條并車傳動鏈條并車傳動鏈條鉆機鏈條鉆機；L：泵用膠帶；功率大、結：泵用膠帶；功率大、結構緊湊、壽命長適于深井超深井；液力變矩器構緊湊、壽命長適于深井超深井；液力變矩器n 錐齒輪錐齒輪萬向軸并車傳動萬向軸并車傳動齒輪鉆機齒輪鉆機；C：體積小、結：體積小、結構緊湊、維護方便；大功率錐齒輪制造困難

15、、成本高、現構緊湊、維護方便；大功率錐齒輪制造困難、成本高、現場不能更換、修理；適于輕便鉆機（場不能更換、修理；適于輕便鉆機（2000m以下）以下）鏈條鉆機鏈條鉆機膠帶鉆機膠帶鉆機齒輪鉆機齒輪鉆機5按地區和用途分按地區和用途分n海洋鉆機；海洋鉆機；n淺海鉆機（適用與淺海鉆機（適用與05m水深或沼澤地區）；水深或沼澤地區）；n陸地常規鉆機；陸地常規鉆機；n叢式井鉆機；叢式井鉆機；n沙漠鉆機；沙漠鉆機；n直升機吊運鉆機；直升機吊運鉆機；新型鉆機新型鉆機n小井眼鉆機小井眼鉆機n連續柔管鉆機連續柔管鉆機n套管鉆機套管鉆機ZJ30/1350CTZJ30/1350CT復合連續管復合連續管鉆機鉆機四川宏華四

16、川宏華二、鉆機特點二、鉆機特點大功率、傳動復雜，多工作機聯合工作。大功率、傳動復雜，多工作機聯合工作。n（例（例JC45絞車，功率絞車，功率1100kW相當于：相當于：10個車間個車間25臺機臺機床床一臺車床一臺車床4kWJC45的功率）的功率）絞車、泵、轉盤三大機組不同時工作。絞車、泵、轉盤三大機組不同時工作。鉆井過程不連續鉆井過程不連續工作地區廣闊工作地區廣闊n平原、山地、沙漠、沼澤、海洋平原、山地、沙漠、沼澤、海洋自然環境惡劣（風、沙、雨、雪）自然環境惡劣（風、沙、雨、雪）野外流動作業，要求鉆機有很強的適應地區、環境野外流動作業，要求鉆機有很強的適應地區、環境的能力和很高的移運性能。的能

17、力和很高的移運性能。第三節第三節 鉆機基本參數鉆機基本參數一、基本參數：一、基本參數：n反映鉆機工作性能的指標反映鉆機工作性能的指標鉆機基本參數十個：鉆機基本參數十個：nL（名義井深）；（名義井深）；nQmax（最大鉤載）；（最大鉤載）；Qds（最大鉆柱重）；（最大鉆柱重）；nNdr（絞車功率）；（絞車功率）； Z（有效繩有效繩數）；數）；ndw（鋼繩直徑）；（鋼繩直徑）； Hr（底座高度）；（底座高度）；nH架架（井架高度）（井架高度）；nNp（泵功率）；（泵功率）；nDr（轉盤通徑）。（轉盤通徑）。二、主參數與鉆機型號二、主參數與鉆機型號1. 主參數主參數n 能直接反映鉆機的主要性能；能直

18、接反映鉆機的主要性能；n 能用以標定鉆機型號，并作為設計、選用鉆機的依據；能用以標定鉆機型號，并作為設計、選用鉆機的依據；n 能影響和決定其它參數。能影響和決定其它參數。 我國鉆機新標準規定名義鉆井深度我國鉆機新標準規定名義鉆井深度L為主參數。為主參數。n 第一，第一，L直接表明了鉆機的最大鉆井深度；直接表明了鉆機的最大鉆井深度；n 第二，第二，L影響和決定其它參數的大小；影響和決定其它參數的大小；n 符合我國以鉆機鉆井深度定型名和井隊編號的習慣用法符合我國以鉆機鉆井深度定型名和井隊編號的習慣用法n如如70153我國以前用我國以前用Qds（最大鉆柱重量）為主參數。（最大鉆柱重量）為主參數。前蘇

19、聯和羅馬尼亞，鉆機標準采用最大鉤載前蘇聯和羅馬尼亞，鉆機標準采用最大鉤載Qmax作作為主參數。為主參數。美國鉆機沒有統一的國家標準，各大公司生產的鉆美國鉆機沒有統一的國家標準，各大公司生產的鉆機基本上以名義鉆深范圍（機基本上以名義鉆深范圍（LminLmax）為主參數。）為主參數。例如：例如： NSCO國家供應公司（國家供應公司（ National Supply CO.）的的 1320M型鉆機，指鉆深型鉆機，指鉆深1300020000英尺，鉆深英尺，鉆深6100m名義井深名義井深L推薦鉆深范圍（推薦鉆深范圍（LminLmax=L）上限為名義井深）上限為名義井深。n舊系列：使用舊系列：使用5”鉆桿

20、井深鉆桿井深n新新系列：使用系列：使用 ”鉆桿井深鉆桿井深新舊系列對應新舊系列對應n舊系列：舊系列： 15、25、32、45、60、80n新新系列：系列：10、15、20、30、40、50、70、90、1202142、型號（、型號（GB/T 230505-2009）例：例：nZJ40J：名義鉆深：名義鉆深4000m，皮帶并車，皮帶并車nZJ50/3150D ：名義鉆深：名義鉆深5000m，直流電驅動塊裝，直流電驅動塊裝鉆機鉆機nZJ70/4500LDB：名義鉆深：名義鉆深7000m， 鏈條并車鏈條并車L 、轉盤交流變頻電驅動轉盤交流變頻電驅動DB ，蘭石廠，蘭石廠04年生產年生產GBT_235

21、05_2009三、起升系統參數三、起升系統參數1. 最大鉤載最大鉤載Qhmaxn在標準規定的在標準規定的最大繩數下最大繩數下，下套管或進行解卡等，下套管或進行解卡等其它特殊作業時，其它特殊作業時，大鉤上不允許超過的最大載荷大鉤上不允許超過的最大載荷。nQhmax決定鉆機下套管和處理事故的能力，決定鉆機下套管和處理事故的能力，是校核是校核起升系統起升系統零件靜強度零件靜強度及計算轉盤、水龍頭主軸承及計算轉盤、水龍頭主軸承靜載荷的靜載荷的依依據。據。2. 最大鉆柱重量最大鉆柱重量Qds在標準規定的最大繩數下，正常鉆進或進行在標準規定的最大繩數下，正常鉆進或進行起下作業時，大鉤所允許承受的最大鉆柱在

22、起下作業時，大鉤所允許承受的最大鉆柱在空氣中的重量（質量），也稱額定載荷。空氣中的重量（質量），也稱額定載荷。 Qds10 q.L kNnq鉆柱線密度（單位長度質量），鉆柱線密度（單位長度質量）， g 10 nL 最大井深，最大井深，km。 3. 絞車輸入功率絞車輸入功率 Ndr輸入軸最大功率，也稱額定功率，絞車主參數輸入軸最大功率，也稱額定功率，絞車主參數nV1起升起升I檔速度檔速度，（，（0.40.6m/s）；）；n t 游動系統效率；游動系統效率；n b滾筒軸傳動與纏繩效率；滾筒軸傳動與纏繩效率；n dr 輸入軸至滾筒前，傳動效率。輸入軸至滾筒前，傳動效率。nQ1起升起升I檔游系載荷檔游

23、系載荷kN。n Q1= Qds+10 GtnGt游車、大鉤、吊環、吊卡、鋼繩的固定重量游車、大鉤、吊環、吊卡、鋼繩的固定重量,t。絞車功率取決于絞車功率取決于I檔起升速度和檔起升速度和I檔起升載荷檔起升載荷drbtdrVQN112. 起升系統發動機功率起升系統發動機功率nN發發kN.Ndr nkN儲備系數儲備系數1.11.24.鉆井繩數鉆井繩數Z鉆井繩數鉆井繩數Z，指鉆井時采，指鉆井時采用的有效提升繩數，死繩、用的有效提升繩數，死繩、快繩去掉，稱為有效繩數。快繩去掉，稱為有效繩數。n例如：例如：56, 游車輪數游車輪數天天車輪數車輪數nZ=52=10。天車、游車、大鉤和鋼絲天車、游車、大鉤和鋼絲繩統稱為游動系統。繩統稱為游動系統。5鋼繩直徑鋼繩直徑dw由由Qhmax（最大鉤載）下的（最大鉤載）下的Psmax（快繩拉力）決定（快繩拉力）決定nQhmax最大鉤載，最大鉤載，kNnGt 游系重量，游系重量，tn n=3（安全系數）（安全系數）n Pb為破斷拉力為破斷拉力由由Pb選選dw。ZGQZGQPth