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1、第五章第五章 石油钻机概论石油钻机概论利用一定的工具和技术在地层中钻利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。出一个较大孔眼的过程。一是破碎岩石；二是取出岩屑，保一是破碎岩石；二是取出岩屑，保护井壁；三是固井和完井。护井壁；三是固井和完井。第一节第一节 钻井方法钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。的孔眼而采用的钻孔方法。钻井钻井钻井方法钻井方法人工掘井人工掘井人力冲击钻井法人力冲击钻井法顿钻钻井法顿钻钻井法旋转钻井法旋转钻井法连续管钻井法连续管钻井法目前普遍使用目前普遍使用钻钻井井方方法法分分类类第一节第一节 钻井方法钻井方法顿顿 钻钻
2、 钻钻 井井 法法图51 顿钻钻井示意图钢丝绳提升钻头钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头提出钻头捞出井内的泥水浆捞出井内的泥水浆暴露新井底暴露新井底下放下放下捞砂筒下捞砂筒向井内注水向井内注水积累到一定量积累到一定量设计井深设计井深顿顿 钻钻 钻钻 井井 法法起、下钻费时少，设备简单起、下钻费时少，设备简单(1)(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：优点：缺点：缺点：(2)(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)(3)不能进行井内压力
3、控制；不能进行井内压力控制；(4)(4)只适用于钻直井。只适用于钻直井。旋旋 转转 钻钻 井井 法法图52 转盘旋转钻井法 分分类类转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法井底动力钻具旋转井底动力钻具旋转钻井法钻井法顶部驱动旋转钻井顶部驱动旋转钻井泥泥 浆浆 循循 环环 过过 程程转转 盘盘 旋旋 转转 钻钻 井井 法法图52 转盘旋转钻井法 钻头钻头吃入地层吃入地层破碎岩石破碎岩石清洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液转盘旋转转盘旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深转转 盘盘 旋旋 转转 钻钻 井井 法法图52 转盘旋转钻井法 特点特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。目前这种方法在世界各国被广泛使用。钻
4、杆完成起下钻具、传递扭矩、钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；入井渠道等任务；钻头在一定的钻压作用下旋转钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；破岩，提高了破岩效率；在破岩的同时，井底岩屑被清在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；除出来；提高了钻井速度和效益。提高了钻井速度和效益。井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法钻头钻头吃入地层吃入地层破碎岩石破碎岩石清洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液动力钻具旋转动力钻具旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法分分类类涡轮钻具涡轮钻具螺杆钻
5、具螺杆钻具电动钻具电动钻具上轴承上轴承定子和转子定子和转子中心轴中心轴下轴承下轴承涡轮钻具涡轮钻具旁通阀旁通阀钻头钻头转子转子主轴主轴外壳外壳方向轴方向轴定子定子螺杆钻具螺杆钻具井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法特点特点转动钻头的动力由地面移到井转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；下，直接接在钻头之上；钻柱的功能只是给钻头施加一钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；受井下动力钻具外壳的反扭矩；井底动力钻具的动力是由电源井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提
6、供的、通过钻柱或地面泥浆泵提供的、通过钻柱内孔传递到井下的具有一定动能内孔传递到井下的具有一定动能和压力的洗井液流体或交流电。和压力的洗井液流体或交流电。连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)钻头、加压装置、动力机钻头、加压装置、动力机下放至井底下放至井底循环洗井液循环洗井液延伸井眼延伸井眼钻头旋转，破碎岩石钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力为动力机提供动力清洗井底清洗井底连续管连续管图53 连续管钻井示意图连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)特点：特点：(1)(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；了时间
7、和劳动量；(2)(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；能量的有效利用率；(4)(4)为全自动化控制提供了很好的条件；为全自动化控制提供了很好的条件；(5)(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。顶部驱动旋转钻井法顶部驱动旋转钻井法 所谓的顶驱，就是所谓的顶驱，就是可以直接从井架空间上可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送井架内专用导轨向下送进，完成钻柱
8、旋转钻进，进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设钻井操作的钻井机械设备。备。顶部驱动旋转钻井法顶部驱动旋转钻井法第二节第二节 钻井设备钻井设备钻机：钻机：石油钻井的地面配套石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作的一套大功率重型联合工作机组，可以满足完成钻进、机组，可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。作业和处理井下事故等要求。图64 大庆I130型钻机1天
9、车，天车，2悬臂吊绳缆悬臂吊绳缆，3钻钻井大绳，井大绳，4二层台，二层台，5游车，游车，6顶驱顶驱，7井架井架，8方钻杆，方钻杆，9司钻偏房，司钻偏房，10防喷器，防喷器，11水箱，水箱，12电缆托盘，电缆托盘，13发电发电机组机组，14储油罐，储油罐，15电气控电气控制房，制房，16泥浆泵，泥浆泵，17泥浆桶泥浆桶箱，箱，18泥浆罐，泥浆罐，19泥浆池，泥浆池，20离心器离心器，21振动筛，振动筛，22节节流管汇，流管汇，23管子坡道，管子坡道，24钻钻杆架，杆架，25蓄电池蓄电池钻机的组成及功能钻机的组成及功能1 1、旋转系统旋转系统3 3、起升系统、起升系统2 2、循环系统、循环系统4
10、4、动力与传动系统、动力与传动系统5 5、操作控制系统、操作控制系统6 6、井控系统、井控系统三大工作机组三大工作机组钻机的组成及功能钻机的组成及功能水龙头、转盘水龙头、转盘1 1、旋转系统、旋转系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能 保证在洗井液高压循环的保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。破岩钻进和井下其它要求。保证在洗井保证在洗井液循环时钻液循环时钻柱能够旋转柱能够旋转带动整个带动整个钻柱及钻钻柱及钻头旋转头旋转图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能泥泥浆浆
11、泵泵、泥泥浆浆净净化化装装置置(固固相相控控制制设设备备)和泥浆槽、罐等和泥浆槽、罐等2 2、循环系统、循环系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能从井底清除岩屑；从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。冷却钻头和润滑钻具。图65 洗井液循环系统示意图图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能2 2、循环系统、循环系统洗井洗井:清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。清洗井底、运移岩屑出井的工艺过程。洗井液功能及类型洗井液功能及类型:洗井液：洗井液：在钻井过程中，能够完成洗井循环而达在钻井过程中，能够完成洗井循环而达到清洗井眼目的的流体。包括到清洗井眼目的的流体。包括泥浆泥浆、清水清
12、水、空气空气和和天然气天然气。类型类型:水基体系水基体系、油基体系油基体系和和空气一天然气体系空气一天然气体系用的最多用的最多用的最少用的最少固相颗粒悬浮在固相颗粒悬浮在水或油中所形成水或油中所形成的一种分散体系的一种分散体系钻机的组成及功能钻机的组成及功能2 2、循环系统、循环系统(1)(1)清洗井底携带岩屑清洗井底携带岩屑(2)(2)悬浮岩屑悬浮岩屑(3)(3)阻止地层中油、气、水流入井内阻止地层中油、气、水流入井内(4)(4)保护井壁，防止井壁坍塌保护井壁，防止井壁坍塌(5)(5)冷却、润滑钻头和钻柱冷却、润滑钻头和钻柱(6)(6)向井底传递水功率向井底传递水功率(7)(7)了解地层了解
13、地层(8)(8)减轻钻柱或套管拄的悬重减轻钻柱或套管拄的悬重洗洗井井液液功功能能钻机的组成及功能钻机的组成及功能3 3、起升系统、起升系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能起下钻、接单根和钻进时的钻起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。压控制。下放、悬吊或起升钻柱、套管下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；柱和其它井下设备进、出井眼；井架、天车、游动滑车、大绳、井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车大钩及绞车图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能动力机、传动部分动力机、传动部分4 4、动力与传动系统、动力与传动系统(1)(1)组成组成(2)(2)功能功能
14、产生动力，并把动力传递产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。给泥浆泵、绞车和转盘。柴油机或柴油机或电动机电动机联轴器、离合器、联轴器、离合器、变速箱、皮带传动变速箱、皮带传动及链条传动等装置及链条传动等装置图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能5 5、控制操作系统、控制操作系统 常用的有机械控制、气控、常用的有机械控制、气控、电控、液控等方式。现代机械电控、液控等方式。现代机械驱动钻机主要采用集中气控。驱动钻机主要采用集中气控。(1)(1)分类：分类：(2)(2)功能：功能：确保对整个钻机各个工作机确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，构及其部件的准确、
15、迅速控制，使整机协调一致的工作。使整机协调一致的工作。图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能6 6、井控系统、井控系统(1)(1)组成：组成：防喷器组、钻井四通、节流防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。控制机构组成。(2)(2)功能：功能：控制井内的压力，防止地层控制井内的压力，防止地层流体无控制地流入井中。流体无控制地流入井中。图64 大庆I130型钻机钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能钻机的组成及功能第三节第三节 钻机的分类钻机的分类（钻井深度钻井深度）大型钻机大型钻机超深井钻机超深井钻机深井钻机深井钻机浅井钻机浅井钻机H5000mH5000mH1500mH1000m1000m，89 89 140mm140mm钻杆，井径钻杆，井径 160 160mmmm，H H11000m000m，505089mm89mm钻杆，井径钻杆，井径 DDDbmaxbmax+10 mm+10 mm