{机械公司管理}石油钻采机械概论

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1、石油钻采机械概论课程总结,引 言,本课程共上十章，分钻井机械和采油机械两大部分。 一、油气藏与油气田 二、含油气盆地 三、油气勘探 目前油气勘探的主要方法和技术有四种：即地面地质法、地球物理法、遥感技术和钻探法。各自特点。,第一章 钻井工艺概述,1.1 钻井方法 一、机械钻井法 1. 顿钻钻井法 2旋转钻井法 二、钻井工艺过程 1钻前准备 2钻进过程：起、下钻；正常钻进。 3固井 4完井 5钻井事故的处理,三、平衡压力钻井 含义；目的；关键；技术保证。 1.2 钻井技术的新发展 一欠平衡钻井(原理; 优点; 适用于地层条件;方法;主要设备）。 二、深、超深井钻井技术 三、水平井技术 四、小井眼

2、钻井技术 五、连续柔管钻井技术,第二章 石油钻机概论,2.1 钻机的组成 钻机包括：驱动与传动、旋转、起升、循环设备，辅助设备和测量仪表。 一、地面旋转设备 主要组成：转盘、水龙头、钻具，顶驱钻机配备有顶驱装置。 作用：转动钻具，带动钻头破碎岩石。,二、循环系统设备 主要有：钻井泵，钻井液净化、处理调配装置。 作用：清洗井底，携带岩屑，保护井壁，冷却钻头。 三、起升系统设备 主要有：绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。 作用：起下钻具、下套管，控制钻压。,四、动力驱动系统 有：柴油机组、发动机组、电动机组。 作用：提供动力。 五、传动系统设备 联动机组动力并车。 作用：传递、分配动力。 六、控

3、制系统和监测仪表 司钻台、液、气、电控制、仪表 各种钻井仪表及随钻测量系统（MWD）。,七、钻机底座 安装钻井设备。 八、辅助设备 钻机八大（系统）设备：旋转、循环、起升、动力、传动、控制、底座、辅助。 八大部件：绞车；转盘；水龙头；大钩；游车；天车；钻井泵；柴油机。,2.2 钻机分类与特点 一、分类方法 二、钻机特点 1.大功率、传动复杂，多工作机联合工作； 2.绞车、泵、转盘三大机组不同时工作； 3.钻井过程不连续； 4.工作地区广阔，自然环境恶劣。,2.3 钻机基本参数 一、基本参数 反映钻机工作性能的数量指标称为基本参数。 十个：L（名义井深）；Qhmax（最大钩载）；Qstmax（最

4、大钻柱重）；Ndr（绞车功率）；Z(有效绳数)；dw（钢绳直径）；Np（泵功率）；Dr（转盘通径）；Hr（底座高度）；Hd（井架高度） 。,二、主参数与钻机型号 1. 主参数 我国钻机标准规定名义钻井深度L为主参数。 2.钻机型号 ZJ 三、起升系统参数 1输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。 kW 式中：Q1= Qstmax+ Gt 2 游动系统结构 钻井绳数Z：指钻井时采用的有效提升绳数。 最大绳数Zmax：指钻机配备的提升轮系所提供的最大有效绳数，用于下套管或解卡作业。,3钢绳直径dw 根据Qmax（最大钩载）的Pfmax（Zmax时快绳拉力）决定。 4快绳最大拉力 起升时： 5.

5、 井架高度： 取决于立根高度。 6. 钻台高度： 取决于安装井口装置的高度。,四、旋转系统 1. 转盘名义直径 2. 最高转速 3.最大静负荷 4. 最大工作扭矩 五、钻井泵功率 Np 输入轴功率，额定功率 kW,第三章 石油钻机的驱动,3.1 机械驱动钻机 机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过不同组合的传动形式所驱动的钻机。 依据主传动副类型，分为齿轮、胶带和链条钻机。 传动系统图分析方法。,3.2 电驱动钻机,电驱钻机工作机用电动机带动。 一、分类 1. 交流电驱钻机：即交流发电机（或工业电网）交流电动机驱动（ACAC）； 2. 直流电驱钻机：即直流发电机直流电动机驱动（DCDC）； 3.

6、 可控硅整流直流电驱钻机：即交流发电机可控硅整流直流电动机驱动（ACSCRDC）； 4.交流变频调速驱动钻机，即交流发电机变频调速器交流电机驱动。,二、 优点 1. 传动效率高，较机械传动高16%； 2. 无级变速（在某机械档下，无级变速）； 3. 简化传动、控制，易装调整，自动保护。 3.3 电机驱动特性 一、 电动机机械性能 1. 机械特性 电机转速n与电磁转矩M之间变化关系，称机械特性。,2. 特性硬度 转速n不随转矩M变，为特硬特性； n随M增加而下降不大，为硬特性； n随M增加而加速下降，为软特性。 3. 固有机械特性 电机的电压、频率（交流）、励磁（激磁）电流为额定值，其电机回路上

7、无附加电阻时所具有的特性。 4. 人为特性 人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称人为特性。,二、交流电机特性（固有） 1. 同步电动机 （1）定义 转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0）相同（通交流电），故称同步电机， 特硬特性。 （2）工作原理：定子绕组通三相交流电产生旋转磁场，转子励磁绕组通直流电形成直流励磁磁场，两磁场相互作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着以同步转速一起旋转，即 n=n0 。,同步电机启动性能差，用于不常启动、不变速场合。 （3）同步电机采用异步启动法。 异步启动：定子通电形成旋转磁场，使转子线圈产生感应电流，使转子转起来，之后转子再通直流电，实现异步启动，同步工

8、作。,2. 异步电动机,一、定义 转子转速小于磁场旋转速度，称异步电机 。 二、工作原理 属于硬特性： 异步电机常用于驱动绞车和转盘。 改变定子电压 、电流频率 、定子和转子串阻都可改变特性。,三、直流电机特性 定子（通直流）形成固定磁极，转子电枢通电，磁力作用使转子转动。 【左手定则判断：掌心对N，四指电流，母指力】 1. 直流电机类型 按励磁绕组（定子）与电枢绕组（转子）联接方式分：他励电机、并励电机、串励电机、复励电机。,2. 直流电机固有特性 （1）他励或并励：硬特性； （2）串励：属软特性，n随M增加而下降； （3）复励：介于并、串联之间，属软特性。 （4）适用场合 串励电机：适驱动

9、绞车，载荷增大，转速自动下降，实现恒功率调节。 并、他励电机：适驱动钻井泵，实现定速恒转矩调节。,3. 直流电机人为特性（用人工调节转速） （1）电枢串阻 在电枢中串入可调电阻，保证电源电压U和励磁电流（磁通）不变。相当于加大（电枢电阻）。 （2）降低供电电压U（降低电枢电压） 使固有特性nM曲线下移。 （3）减弱磁通调速 改变 （定子励磁磁通），使 n0 、n 都变，从而改变特性。,四、可控硅直流驱动,ACSCRDC 由柴油机驱动AC发电机输出交流电，经可控硅整流驱动DC电机。 可控硅驱动特点：直接由SCR调节电压、控制弱磁而调速。,4. 用DC电机（不用AC电机）原因 （1）直流电机：调速

10、宽；能频繁启动；载荷变化范围宽；启动制动平稳。 （2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载荷而变化【只能由调频f改变转速】。 5.交流变频技术，用AC变频器AC 。,第四章 起升系统工作原理与设备,4.1 起升系统工作原理 游动系统运动分析：快绳侧死绳侧钢绳速度分析； 游动系统载荷： 当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等： 当起升时，各绳拉力： 快绳拉力： 起升游系效率：,下放时游系效率： 游系效率近似计算式： 滚筒缠绳层数确定：任意层直径： 半径增量系数 0.9 缠绳总层数计算式：,4.2 钻井绞车 绞车的作用；绞车的使用要求；绞车的结构类型；典型绞车结构（JC45绞车）分析。 4.3 刹车机构

11、一、刹车功用与使用要求 二、带刹车结构与原理 三、最大制动力的确定 下放时静力矩： 最大制动力矩： 最大制动力： 式中： 动载系数；b-滚筒效率； Db刹车鼓直径，m。,四、刹带两端的拉力 死端拉力 T： 制动力： 制动力矩：,五、刹车杠杆工作分析,1.单杠杆刹车机构 刹把力： 增力倍数： 2双杠杆刹车机构 两套单杠杆组成。 增力倍数：,六、盘式刹车,1. 结构组成 包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹 车杠杆）、刹车块、液控系统等。 2. 刹车钳类型：杠杆钳；固定钳。 3.工作方式 常开式：液压加压刹车； 常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹。 4. 单钳制动力矩,4.4 辅助刹车

12、 一、水刹车 1. 作用 下钻时刹慢滚筒，保持钻具均速下放。 2. 结构 定子、转子、各自之上有叶片。 3. 作用原理 下钻时，滚筒带水刹车转子旋转，运动中倾斜的叶片，迎面切割水涡流，形成阻力矩。,4 制动力矩 5. 制动功率 6.水刹车水量调节方法 分级调节法 调节水箱阀门，获得不同水位。 水刹车水位自动调节器调节,二、电磁涡流刹车 新型辅助刹车，利用电磁感应原理实现制动。 1.结构 主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈。 2.原理 定子通直流，产生固定磁场。 当滚筒带动转子转动时，转子产生涡流。 涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力矩。 主磁路(右手定则); 感应电动势与涡流(

13、右手定则); 电磁力(左手定则); 电磁转矩M=FR2Z=CnB2,3特性 （M-n曲线） 调节线圈的电流可改变M-n曲线。 当转速低时，仍有较大制动力矩。 滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、高速段力矩几乎不变(硬特性)。,4.5 井架 一、功用、组成与要求；钻井工艺对井架的基本要求。 二、整体结构类型 1. 塔架 2. 前开口井架 3A形井架 4桅形井架 三、井架基本载荷 1恒载 ：井架自重、设备、工具重； 2最大静载: 即最大钩载； 3工作绳拉力：快绳和死绳合力； 4风载； 5立根载荷：立根重水平载荷；立根风载。 4.6 游动系统 天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。,第五章

14、往复泵,5.1概述 一、结构与工作原理 二、往复泵的分类方法 三、基本性能参数 泵的流量 指单位时间内泵所输送的液体量。 泵的压力p 指泵排出口处单位面积上所受到的液体压强, 单位为MPa, 泵的功率和效率 输入功率（主轴功率）Na单位时间内动力机传到往复泵主动轴上的能量，kW； 输出功率（有效功率）N 单位时间内液体经泵作用后所增加的能量，kW。 泵的总效率：输出功率与输入功率的比值。 泵速n 指单位时间内活塞和柱塞的往复次数，简称冲次，单位为min-1。,5.2 往复泵的流量分析 一、活塞的运动规律 活塞位移；活塞速度；活塞加速度。 二、流量及流量曲线 1平均流量Qm 理论平均流量指往复泵

15、在单位时间内应输送的液体体积。 对于缸数为i的单作用泵: Qm=iFSn (m3/min) 对于缸数为i的双作用泵: Qth=i(2F-f)Sn 实际平均流量为Q：Q=Qm,2.瞬时流量Qcm 多缸情况：往复泵一般都由几个液缸组成，在曲轴转动一周期内，几个液缸按一定规律交替吸入和排出，泵的瞬时流量由同一时刻各缸瞬时流量叠加而成。计算时要根据各曲柄间存在的角位差决定公式中的角参数。,3.往复泵的流量曲线 以曲柄转角为横坐标，流量为纵坐标，可作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线 。 用途 判断流量的均匀程度，考核指标：流量不均度Q。 确定泵输送的液体体积 曲柄转角范围内，流量曲线与横坐标

16、所包围的面积为A，此时泵输送的液体体积为V。 检验曲柄布置是否合理 对于多缸往复泵，通过绘制流量曲线，可发现各液缸瞬时流量是否叠加合理，从而检验曲柄布置方案的合理性。,53往复泵的压头、功率和效率,一、有效压头 往复泵的有效压头指泵供给单位重量液体的能量，被用于提高液体的总比能和克服全部管线中的液体流动阻力。 二、往复泵的功率 N=QgH103p Q103 泵的总效率：,三、往复泵的效率 1机械效率m 转化功率为：NiHiQig10-3=piQi10-3 泵的输入功率减去机械损失Nm所剩余的功率称为转化功率Ni； 单位时间内获得能量的液体为转化流量Qi； 单位重量液体所得到的能量为转化压头Hi； 2容积效率v 容积效率v反映因密封不严造成的液体漏失对流量的影响。 3水力效率h 4.泵的总效率,5.4 往复泵的工作特性曲线 一、往复泵的特性曲线 往复泵的特性曲线主要反映泵的流量、输入功率及效率等与压力间的关系。 二、与管路联合工作特性曲线,三、钻