第二章石油鉆機總論§2-1

概述§2-2

機械驅動鉆機§2-3

電驅動鉆機返回本章簡要介紹鉆機的結構組成、類型、特點，驅動類型，傳動方式，基本參數(shù)及我國石油礦場正在使用的幾種石油鉆機，并了解幾種機械驅動和電驅動鉆機的特點和技術性能。§2-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型返回附：本節(jié)復習題四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列一、鉆機分類石油鉆機：用來鉆油、氣井的一整套鉆井設備。鉆機隨著某種鉆井方法、鉆井工藝的出現(xiàn)而產生，又隨著鉆井技術的不斷發(fā)展而發(fā)生相應的變化。1.按鉆井深度：淺井鉆機、中深井鉆機、深井鉆機、超深井鉆機2.主傳動副類型：膠帶并車傳動（皮帶鉆機）、鏈條并車傳動（鏈條鉆機）、錐齒輪－萬向軸并車傳動（齒輪鉆機）皮帶并車傳動的鉆機，指的是采用三角膠帶作為鉆機的主傳動副，用皮帶將多臺動力機組并車，去統(tǒng)一驅動各工作機組及輔助設備，并用皮帶傳動泵。鏈條并車傳動的鉆機：采用鏈條作為主傳動副；2～4臺柴油機－變矩器（或偶合器）驅動機組，用多排小節(jié)距套筒滾子鏈條并車，統(tǒng)一驅動各工作機，一般仍用皮帶傳動泵。ZJ45是國產第一臺鏈條鉆機：1）柴油機－液力變矩器柔性驅動；2）采用高強度高精度套筒滾子鏈并車傳動。錐齒輪－萬向軸并車傳動的鉆機：采用萬向軸、齒輪作為主傳動副，柴油機－變矩器驅動，每臺驅動機組帶一個螺旋錐齒輪箱組成一個聯(lián)動機組，采用大功率萬向軸并車傳動，并用萬向軸傳動泵。3.驅動設備類型：機械驅動鉆機（MD）、電驅動鉆機（ED）機械驅動鉆機，指的是以柴油機為動力，通過液力變矩器、鏈條、齒輪、三角膠帶等不同組合的傳動形式所驅動的鉆機。依所采用的主傳動副類型，機械驅動鉆機可分為：萬向軸－錐齒輪并車傳動鉆機（齒輪鉆機）、三角膠帶并車傳動的鉆機（膠帶鉆機）、鏈條并車傳動的鉆機（鏈條鉆機）。

電驅動鉆機：DZ-200鉆機特點：柴油機－直流發(fā)電機－直流電動機驅動；柴油機－發(fā)電機－泵，構成特殊的機泵組；直流發(fā)電機兩端出軸頭，柴油機帶動發(fā)電機，又帶動泵，鉆井泵是電驅動；三分組獨立驅動：絞車、轉盤、泵分別獨立驅動。4.使用地區(qū)和用途：陸地常規(guī)鉆機、海洋鉆機、特種鉆機等常規(guī)鉆機：陸用轉盤鉆機，是鉆井設備的基本形式（通常所說的鉆機類型）；海洋鉆井設備：由陸用鉆井設備和造船技術相結合而產生；特種鉆機：為適應各種地理環(huán)境和地質條件，加快鉆井速度、降低鉆井成本、提高鉆井經濟效益而研制，如沙漠鉆機、叢式井鉆機、斜井鉆機、直升飛機吊運的鉆機等。§2-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列一、鉆機的組成地面旋轉送進設備循環(huán)系統(tǒng)設備起升系統(tǒng)設備動力驅動設備傳動系統(tǒng)設備控制系統(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表鉆機底座輔助設備其中，地面旋轉送進設備、循環(huán)系統(tǒng)設備和起升系統(tǒng)設備三大系統(tǒng)設備直接服務于鉆井生產，是鉆機的三大工作機。石油鉆機由多種機器設備組成，是具有多種功能的聯(lián)合工作機組，陸地上主要使用轉盤旋轉鉆機，也稱常規(guī)鉆機，主要包括以下八大系統(tǒng)：地面旋轉送進設備為了轉動井中鉆具、帶動鉆頭旋轉，以不斷破碎巖石，地面旋轉送進設備配備有轉盤和水龍頭。井中鉆具主要有鉆柱（包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌等）和鉆頭組成?，F(xiàn)代鉆機，為了實現(xiàn)鉆頭自動給進，還配備有鉆具自動送進裝置。鉆井過程中，轉盤要完成如下工作：1）轉動井中鉆具，傳遞足夠大的扭矩和必要的轉速；2）下套管或起下鉆時，承托井中全部套管柱或鉆桿柱重量；3）完成卸鉆頭、卸扣，處理事故時倒扣、進扣等輔助工作；4）渦輪鉆井時，轉盤制動上部鉆桿柱，以承受反扭矩。水龍頭通過提環(huán)掛在大鉤上，可隨大鉤運行而上提下放；下部接方鉆桿，連接下井鉆具；上部通過鵝頸管與水龍袋相連。功用：1）懸持旋轉著的鉆桿柱，承受大部分乃至全部鉆具重量；2）向轉動著的鉆桿柱內引輸高壓鉆井液?？梢?，水龍頭是提升、旋轉、循環(huán)三大工作機組相匯交的“關鍵”部件。循環(huán)系統(tǒng)設備為了及時清洗井底，攜帶巖屑，保護井壁，鉆機配備有全套鉆井液的循環(huán)設備，如鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化及調配設備（固控設備）等。在鉆進過程中，為了攜帶井底的巖屑和供給井底動力鉆具的動力，用于向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復泵，稱鉆井泵或泥漿泵。地面高壓管匯鉆井液凈化及調配設備鉆井過程中，從井底返回地面的泥漿中含有大量的巖屑和砂粒，經過泥漿池和沉淀池的自然沉降，其中的固相顆粒只能稍稍減少，繼續(xù)使用這種泥漿，必然會有相當一部分巖屑和砂粒隨泥漿進入鉆井泵，并被再次送入井底，造成鉆井泵易損件和鉆頭壽命大大縮短，鉆頭進尺減少，鉆速顯著降低，甚至會造成鉆井過程中鉆桿遇卡事故。鉆井液凈化及調配設備泥漿凈化裝置是鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的重要組成部分，其基本作用是減少或控制泥漿中固體顆粒的含量，以便改善鉆井泵和其它設備的工作條件，提高鉆井效果。泥漿振動篩是固控系統(tǒng)中的關鍵設備，自井筒中返回的泥漿首先進入篩中，清除掉較大的固體顆粒。水力旋流器分為除砂器和除泥器兩種，但結構和工作原理完全相同。除砂器除泥器起升系統(tǒng)設備起升系統(tǒng)設備由鉆井絞車、輔助絞車、游動系統(tǒng)（鋼絲繩、天車、游動滑車及大鉤）和井架組成；以起下鉆具、下套管，輔助完成鉆井生產。此外，還有用于起下鉆操作的井口工具及機械化設備（吊卡、卡瓦、動力大鉗、立根移運機構等）。鉆井絞車的功用：1）起下鉆具、下套管；2）鉆進過程中控制鉆壓、送進鉆具；3）借助貓頭，上、卸鉆具絲扣，起吊重物及進行其他輔助工作；4）充當轉盤的變速機構或中間傳動機構；5）整體起放井架。輔助絞車剎車機構：絞車的剎車包括主剎車和輔助剎車。主剎車是機械式的，稱機械剎車或帶剎車，或通常所說的“剎車機構”。輔助剎車包括水剎車和電磁渦流剎車。功用：1）下鉆、下套管時，剎慢或剎住滾筒，控制下放速度，懸持鉆具；2）正常鉆進時，控制滾筒轉動，以調節(jié)鉆壓，送進鉆具。水剎車：通過葉片和液流的相互作用，以吸收下鉆時產生的大部分動能（轉化成熱能釋放掉），從而大大減輕帶剎車的負擔。滾筒軸離合器主軸轉子定子電磁渦流剎車：利用渦電流形成的旋轉磁場與固定磁場相互作用便產生制動力矩。天車、游車、鋼絲繩和大鉤，通常稱為游動系統(tǒng)。天車：定滑輪組，安裝在井架頂部；

游車：動滑輪組，在井架內部作上下往復運動；

游動系統(tǒng)結構：即游車輪數(shù)目×天車輪數(shù)目。

游動系統(tǒng)鋼絲繩有交叉穿法和順穿法。井架的功用：1)安放天車，懸掛游車、大鉤及專用工具（吊鉗等），在鉆井過程中，進行起下鉆具、下套管操作；2)起下鉆過程中，用以存放立根，能容納立根的總長度稱立根長度。動力驅動設備作用：動力驅動設備，或稱動力機組，提供三大工作機組及其輔助機組需要的動力和運動。類型：內燃機及其供油設備，交流、直流電機及其供電、保護、控制設備等。傳動系統(tǒng)設備作用：連接發(fā)動機與工作機，實現(xiàn)從驅動設備到工作機組的能量傳遞、分配以及運動方式的轉換。鉆機的能量傳遞與運動轉換：鉆進時，鉆井泵和轉盤工作；起升時，絞車和游動系統(tǒng)工作。傳動系統(tǒng)應包括減速、并車、轉向、倒轉及變速機構等。傳動形式：現(xiàn)代鉆機傳動系統(tǒng)，除機械傳動外，尚有液力傳動、液壓傳動、電傳動等形式?？刂葡到y(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表鉆機配備控制裝置，是為了指揮各機組協(xié)調地進行工作；常用的有機械控制、氣控、電控、液控、以及電、氣、液混合控制?，F(xiàn)代機械驅動鉆機，普遍采用集中氣控制。鉆機底座鉆機底座，包括鉆臺底座和機房底座，用以安裝鉆井設備，方便鉆井設備的移運。鉆臺底座用于安裝井架、轉盤，放置立根盒及必要的井口工具，多數(shù)還要安裝絞車，下方應能容納必要的井口設備，因此必須具有足夠的高度、面積和剛性。機房底座主要用以安裝動力機組及傳動系統(tǒng)設備，因此也要有足夠的面積和剛性，以保證機房設備能迅速安裝找正、工作平穩(wěn)、且移運方便。輔助設備輔助設備包括：供氣設備、輔助發(fā)電設備、井口防噴設備、鉆鼠洞設備、輔助起重設備、保溫設備等?！?-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列三、驅動類型機械驅動：柴油機直接驅動；柴油機－液力傳動驅動。電驅動：交流發(fā)電機－交流電動機（AC-AC）；直流發(fā)電機－直流電動機（DC-DC）；交流發(fā)電機－可控硅整流－直流電動機（AC-SCR-DC）?，F(xiàn)代陸上鉆機廣泛采用柴油機－液力變矩器驅動，但深井鉆機正日益多地采用電驅動；海洋鉆機全部是電驅動：鉆井船在海上工作，獨立發(fā)電、用電；電驅動便于布置鉆井設備?！?-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列四、傳動方式柴油機直接驅動鉆機：機械傳動；柴油機－液力驅動鉆機：機械傳動、液力傳動；電驅動鉆機：電傳動、機械傳動液壓鉆機：液壓傳動（靜液傳動）§2-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列五、鉆機特點鉆機是大功率、多工作機聯(lián)合工作的重型機械有起升、旋轉、循環(huán)三大工作機組，且各機組所需能量大小和運動特性各不相同，也不同時工作；而驅動設備不但具有多類型（柴油機、柴油機－變矩器、電動機等）多臺的特點，而且特性單一。鉆井操作不連續(xù)，其中輔助生產的起下操作耗費了巨大的能量。工作地區(qū)廣闊，自然條件惡劣，野外流動作業(yè)，要求鉆機有很強的適應能力和很高的移運性能。機械化自動化程度低，手工操作繁重，工業(yè)衛(wèi)生條件差。這就對石油產品設計、制造的現(xiàn)代化水平提出了要求：現(xiàn)代設計法，產品系列化、部件通用化、零件標準化?！?-1概述二、鉆機的組成

一、鉆機分類

三、驅動類型四、傳動方式五、鉆機特點六、鉆機基本參數(shù)與標準系列六、鉆機基本參數(shù)與標準系列基本參數(shù)定義：反映鉆機工作性能的數(shù)量指標，稱為基本參數(shù)。如Q柱（最大鉆柱重量），Qmax（最大鉤載），L（名義鉆井深度）等，表明了鉆機基本工作性能，是鉆機的基本參數(shù)。用途：基本參數(shù)是設計、選用鉆機、對鉆機進行技術改造的依據，是鉆機標準系列的組成元素。鉆機基本參數(shù)：最大鉆柱重量Q柱：在標準規(guī)定的鉆井繩數(shù)下，正常鉆進或進行起下作業(yè)時，大鉤所允許承受的最大鉆柱在空氣中的重量；Q柱是計算鉆機起升系統(tǒng)零件疲勞強度的依據。最大鉤載Qmax：在標準規(guī)定的最大繩數(shù)下，下套管或進行解卡等其它特殊作業(yè)時，大鉤上不允許超過的最大載荷。Qmax決定鉆機下套管和處理事故的能力，是計算起升系統(tǒng)零件靜強度的依據。Qmax/Q柱稱為鉤載儲備系數(shù)。鉤載儲備系數(shù)大，表明該鉆機下套管、處理事故能力強；過大，又會導致起升系統(tǒng)零部件過于笨重，浪費材料。提升系統(tǒng)繩數(shù)：鉆井繩數(shù)指的是鉆井時采用的繩數(shù)；最大繩數(shù)指的是鉆機配備的輪系所提供的最大繩數(shù)。其它：鋼絲繩直徑、可配置每臺鉆井泵功率、轉盤開口名義直徑、鉆臺高度等。主參數(shù)：在基本參數(shù)中，選定一個最重要的作為主參數(shù)，它應能：直接反映鉆機的主要性能；能用以標定鉆機的型名，并可作為設計選用鉆機的依據；能決定其它參數(shù)。我國新標準規(guī)定名義鉆井深度L為主參數(shù)，是依據：L直接表明鉆機打井能力；L影響和決定其它參數(shù)的大小；符合我國以鉆機鉆深定型名和井隊編號的習慣用法。名義鉆井深度L（名義鉆深范圍上限），又稱額定鉆井深度：在標準規(guī)定的鉆井繩數(shù)下，使用127mm（5in）鉆桿時，可鉆達的最大井深。鉆機標準系列系列化概念：以最少的產品品種滿足生產實際的需要，便于產品制造、維修以及備件供應，達到生產、使用最合理、經濟，并有利于開展國際技術交流與合作。建立鉆機標準系列指的是：選定主參數(shù)；根據生產實際需要使主參數(shù)系列化（將鉆機分級）；再據以擬定其它基本參數(shù)，形成鉆機標準系列。選定主參數(shù)：名義鉆井深度L；根據生產實際需要使主參數(shù)系列化（將鉆機分級）：15、20、32、45、60、80；再據以擬定其它基本參數(shù)，形成鉆機標準系列。ZJ廠家代號（拼音字母）及改型序號（阿拉伯數(shù)字）鉆機特征：鏈條抽油機用L表示；三角膠帶并車鉆機用J表示；齒輪傳動鉆機用C表示；電驅動鉆機用D表示；自行式車裝鉆機用Z表示；半拖掛車裝鉆機用T表示。鉆