单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,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）；Q,max,（最大钩载）；Q,st,（最大钻柱重）；N,dr,（绞车功率）；Z(有效绳数)；d,w,（钢绳直径）；N,p,（泵功率）；D,r,（转盘通径）；H,r,（底座高度）；H,d,（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：Q,1,= Q,st,+ G,t,,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Z,max：,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d,w,,,根据Q,max,（最大钩载）的P,fmax,（Z,max,时快绳拉力）决定4．快绳最大拉力,,起升时：,,,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 N,p,,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（AC→AC）；,,2. 直流电驱钻机：即直流发电机—直流电动机驱动（DC→DC）；,,3. 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（AC→SCR→DC）；,,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（n,0,）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=n,0,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n—M曲线下移3）减弱磁通调速,,改变,Φ,（定子励磁磁通），使 n,0,、,Δn,都变，从而改变特性四、可控硅直流驱动,AC—SCR—DC,,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,,,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：,,β,－动载系数；,η,b,-滚筒效率；,,D,b,－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：①杠杆钳；②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,,,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,,① 分级调节法,,调节水箱阀门，获得不同水位②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(右手定则);,,电磁力(左手定则); 电磁转矩M=FR2Z=CnB,2,,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,,3．A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：①立根重水平载荷；②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 往复泵,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,,⑴ 泵的流量,,指单位时间内泵所输送的液体量⑵ 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,,,⑶ 泵的功率和效率,,输入功率（主轴功率）N,a,－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η：输出功率与输入功率的比值⑷ 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Q,m,,理论平均流量——指往复泵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: Q,m,=iFSn (m,3,/min),,对于缸数为i的双作用泵: Q,th,=i(2F-f)Sn,,实际平均流量为Q：Q=αQ,m,,2.瞬时流量Q,cm,,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θ决定公式中的角参数3.往复泵的流量曲线,,以曲柄转角φ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 ①用途,,判断流量的均匀程度，考核指标：流量不均度,δ,Q,②确定泵输送的液体体积,,曲柄转角范围内，流量曲线与横坐标所包围的面积为A，此时泵输送的液体体积为V③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5．3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=QρgHⅹ10,－3,＝p Qⅹ10,－3,,,泵的总效率η：,,三、往复泵的效率,,1．机械效率η,m,,转化功率为：N,i,＝H,i,Q,i,ρgⅹ10,-3,=p,i,Q,i,ⅹ10,-3,,泵的输入功率减去机械损失⊿N,m,所剩余的功率称为转化功率N,i,；,,单位时间内获得能量的液体为转化流量Q,i,；,,单位重量液体所得到的能量为转化压头H,i,；,,2．容积效率η,v,,容积效率η,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η,h,,4.泵的总效率η,,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、钻井泵的临界特性,,钻井泵的临界特性曲线是根据冲次和压力的限制条件作出的，此条件为：p,1,F,1,=p,2,F,2,=┄┄=p,n,F,n,=常数,,⑴钻井泵的临界特性曲线,,⑵钻井泵的临界特性曲线用途,,①指导换缸套,,②不论泵速能否调节，任何一级缸套下的流量和压力都限制在一定的范围内③在泵的最大冲次不变的情况下，泵输出的最大水力功率（有效功率）为N=p,1,Q,1,=p,2,Q,2,=┄┄常数。
④等功率曲线,,由各级缸套极限工作压力点1，2，┅┅，5的连线是一条等功率曲线，泵工作时所有工况点应控制在等功率曲线下方四、往复泵的性能调节,,,,1.流量调节 (Qth=i(2F-f)Sn ),,流量与泵缸数i、活塞面积F、冲次n、冲程s成正比，改变任何一个参数都可以改变流量常用方法有：,,⑴ 换不同直径的缸套，以改变流量；,,⑵ 调节冲次，以改变流量；,,⑶ 旁路调节2.往复泵的并联运行：特点5．5 往复泵的结构及特点,,一、双缸双作用活塞泵,,二、三缸单作用活塞泵,第六章 采油工艺概论,6.1 采油方法,,一、自喷采油法,,二、 自喷井的设备,：井下和地面设备 ，井口装置,,6.2 机械采油法,,气举采油和抽油法,,注热蒸汽采油法,,6.3 抽油法设备,,一、有杆抽油装置,,抽油机—抽油泵装置，包括三部分1. 地面部分—抽油机（驱动部分）,,2. 井下部分—抽油泵（悬挂在油管尾部）,,3. 中间部分—抽油杆,,二、无杆抽油装置,,1. 水力活塞泵,,用压力液体为动力，使自身活塞往复运动吸排油（地面有动力液泵）2. 电动潜油离心泵,,用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。
3. 电动潜油单螺杆泵,,开采高粘度、高含砂、高含气原油 井下电机带动螺杆泵抽油容积式泵）,,三、采油新技术应用,第七章 机械抽油设备,游梁式抽油机,,一、结构组成及分类,,二、主参数,,悬点载荷P ：挂抽油杆处，反应下泵深度取决于杆和液柱重量最大扭矩M ：曲柄轴最大扭矩用于选择电机功率）,,冲程长度S ：反应采油量悬点冲程，受机构限制一般3～4m，>6m:长冲程S正比于曲柄半径冲次：悬点冲程数（每分钟往复次数），反应采油量三、驴头悬点载荷,,上下冲程悬点载荷不同静载(3项：杆自重、柱塞上油柱重、柱塞下端油压），动载（2项：惯性载荷、振动载荷），摩擦力7.2 链条抽油机,,结构及工作原理,,7.3 液压抽油机,,结构及工作原理,,7.4 抽油泵,,,结构组成；工作原理,,7.5 无杆抽油设备--水力活塞泵,,井下机组结构及工作原理,,电动潜油离心泵机组,,结构组成；工作原理,,7.7 抽油杆及辅助抽油装置概况,第八章 常用钻采工具,8.1 钻具：钻杆，方钻杆、接头、钻头,,8.2 套管,,井身结构与套管关系；套管在井下的承载情况；套管设计三准则；用等安全系数法设计套管柱；下套管固井方法与设备。
井口机械化设备与防喷器,,一、液气大钳结构及工作原理；,,二、防喷器,,防喷器组：包括双闸板防喷器、万能防喷器、旋转防喷器及钻井四通它们的结构与工作原理8．4 油水井封隔器,,封隔油、水层的井下封隔器，用于分层开采原油的配产器及注水井所用的配水器结构与工作原理第九章 海洋石油钻采工艺及设备,9.1 海洋钻井平台,,一、分类,,1.固定式钻井平台；2.移动式钻井平台,,二、结构及特点,,自升式钻井平台；半潜式钻井平台；步行式钻井平台；浮式钻井船,,9.2 海上钻井,,一、钻井平台的选择原则,,二、钻井平台的定位,,目的：将钻井平台限制在一定的位置上，控制钻井平台的纵荡和横荡运动，保证平台上的钻井设备对井口的定位，保证钻井工作顺利进行方法：锚泊定位和动力定位三、钻井水下装置,,目的：需要在海底井口与平台之间装置一套隔绝海水、适应平台摇晃、控制井口的装置，以保证正常钻井作业钻井水下装置包括：钻井导向装置、套管头组、防喷器组、隔水管柱、连接器等 它们的结构及特点四、升沉补偿装置的结构及工作原理,9.3 海上采油,,一、平台采油的方法与特点；,,二、水下采油的方法与特点,第十章 石油机械新进展,,。