钻井工艺与装备
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石油钻井工艺技术
③ 5c —168.3～219mm (6 5/8 ~8 5/8) 吋； ④ 5d —219～269mm（8 5/8~10 5/8）吋； ⑤ 5e —299mm（11 3/4）吋。 （3）钻杆吊钳总重：294kg
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-B型钳
5、B型吊钳保养与维护 ①钳柄应无裂纹或焊缝；尾桩销及方头螺钉应齐全完好；钳 尾绳尺寸应符合标准，且无打结或严重断丝，两端紧固牢靠。 ②钳头上的各扣合钳开合灵活，扣合尺寸与钻具或套管尺寸 相符；轴销不能装反，固定销及背帽应齐全；钳牙及钳牙固 定销齐全，固定牢靠，钳牙磨损严重时应及时更换；扣合弹 簧应是专用部件。 ③吊钳水平度应合适。吊钳悬空时应水平，若吊钳前后不水 平，可用活动扳手调节吊杆下部的调节螺钉，顺时针转动， 吊钳钳头调高，逆时针转动，吊钳钳头降低；若吊钳左右不 水平，可用活动扳手调节吊杆上部的平衡梁使吊钳绳左右移 动。左低右高时让吊钳绳左移，反之，向右移。
（5）循环系统
固控设备
循环罐
水龙带
二、钻井装备及主要工具
（6）控制系统
司 控 房
二、钻装备及主要工具
2、主要工具-钻头
铣齿钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
三片卡瓦
多片卡瓦
安全卡瓦
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
卡瓦作用、类型、结构 3、结构
铰链销钉 卡瓦手柄
卡瓦体
卡瓦牙
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
4、卡瓦规范
（１）型号表示法
• • / • 额定载荷； kN 卡瓦名义尺寸； mm WT 表示钻铤卡瓦 WG 表示套管卡瓦 产品名称 W 表示钻杆卡瓦 例如： WT41/2~6-360表示能卡持114.3～152.4管径，最大载荷为360KN的 钻铤卡瓦。
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-B型钳
5、B型吊钳保养与维护 ①钳柄应无裂纹或焊缝；尾桩销及方头螺钉应齐全完好；钳 尾绳尺寸应符合标准，且无打结或严重断丝，两端紧固牢靠。 ②钳头上的各扣合钳开合灵活，扣合尺寸与钻具或套管尺寸 相符；轴销不能装反，固定销及背帽应齐全；钳牙及钳牙固 定销齐全，固定牢靠，钳牙磨损严重时应及时更换；扣合弹 簧应是专用部件。 ③吊钳水平度应合适。吊钳悬空时应水平，若吊钳前后不水 平，可用活动扳手调节吊杆下部的调节螺钉，顺时针转动， 吊钳钳头调高，逆时针转动，吊钳钳头降低；若吊钳左右不 水平，可用活动扳手调节吊杆上部的平衡梁使吊钳绳左右移 动。左低右高时让吊钳绳左移，反之，向右移。
（5）循环系统
固控设备
循环罐
水龙带
二、钻井装备及主要工具
（6）控制系统
司 控 房
二、钻装备及主要工具
2、主要工具-钻头
铣齿钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-钻头
PDC钻头
二、钻井装备及主要工具
三片卡瓦
多片卡瓦
安全卡瓦
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
卡瓦作用、类型、结构 3、结构
铰链销钉 卡瓦手柄
卡瓦体
卡瓦牙
二、钻井装备及主要工具
2、主要工具-井口工具-卡瓦
4、卡瓦规范
（１）型号表示法
• • / • 额定载荷； kN 卡瓦名义尺寸； mm WT 表示钻铤卡瓦 WG 表示套管卡瓦 产品名称 W 表示钻杆卡瓦 例如： WT41/2~6-360表示能卡持114.3～152.4管径，最大载荷为360KN的 钻铤卡瓦。
煤矿专用定向钻机定向钻进技术与装备
户可根据需要选择进口泵车或国产 泥浆泵； 2.机架角度可以调节，油缸起拔力大； 3.采用先进的负载敏感系统和先导比 例控制系统，适应性好，操作方便； 4.采用进口的液压泵、多路阀、手柄、 泥浆泵等，可靠性高； 5.采用开闭可控式胶套卡盘和胶套夹 持器，可靠性高。
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
13000钻机优势
岩石钻孔深度 定向钻孔直径 孔底马达转矩
钻杆直径 给进/起拔力
最大转矩 电机功率
≥500m
≥800m
提高钻孔效率，降低孔内事故
96mm
120mm
提高钻孔瓦斯抽放效率
450N.m
800N.m
提高了钻机岩石钻进效率
73mm 160kN 6000N.m
89mm 280kN 13000N.m
ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（3）ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
项目
钻进深度 开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出扭矩 给进/起拔力 给进行程 正常给进速度 调斜角度 制动扭矩 爬坡能力 电机功率
外形尺寸
整机重量
单位
m mm mm mm r/min N.m kN mm m/min ° N.m ° kW
为降低钻机成本，对普通履带式钻机的进行定向化改进，设计了经济型 定向钻机，钻机结构尺寸进一步缩小，开孔角度调斜范围进一步扩大，性价 比大幅提高。可配备履带式泵车（进口）或底座式泥浆泵（国产）。
ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
履带式泵车（进口泵）
国产泥浆泵
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
13000钻机优势
岩石钻孔深度 定向钻孔直径 孔底马达转矩
钻杆直径 给进/起拔力
最大转矩 电机功率
≥500m
≥800m
提高钻孔效率，降低孔内事故
96mm
120mm
提高钻孔瓦斯抽放效率
450N.m
800N.m
提高了钻机岩石钻进效率
73mm 160kN 6000N.m
89mm 280kN 13000N.m
ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（3）ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
项目
钻进深度 开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出扭矩 给进/起拔力 给进行程 正常给进速度 调斜角度 制动扭矩 爬坡能力 电机功率
外形尺寸
整机重量
单位
m mm mm mm r/min N.m kN mm m/min ° N.m ° kW
为降低钻机成本，对普通履带式钻机的进行定向化改进，设计了经济型 定向钻机，钻机结构尺寸进一步缩小，开孔角度调斜范围进一步扩大，性价 比大幅提高。可配备履带式泵车（进口）或底座式泥浆泵（国产）。
ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
履带式泵车（进口泵）
国产泥浆泵
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
钻井的工艺流程
钻井的工艺流程钻井是石油勘探和开采中的重要环节，通过钻井可以获取地下资源的信息，并为后续的开采工作提供必要的条件。
钻井的工艺流程是一个复杂的系统工程，包括多个环节和步骤，需要严格的操作和管理。
下面将详细介绍钻井的工艺流程。
一、前期准备在进行钻井工艺之前，需要进行充分的前期准备工作。
这包括确定钻井目的地点、进行地质勘探和分析、设计钻井方案、准备钻井设备和材料等工作。
地质勘探和分析是非常重要的，它可以为钻井提供必要的地质信息，包括地层结构、岩性、地下水情况等，为钻井方案的设计提供依据。
二、井址布置确定钻井目的地点后，需要进行井址布置工作。
这包括确定井口位置、建立井场、搭建钻井平台、安装必要的设备和设施等。
井址布置工作需要考虑地形地貌、环境保护、安全生产等因素，确保钻井作业的顺利进行。
三、钻井方案设计钻井方案设计是钻井工艺流程中的关键环节。
根据地质勘探和分析的结果，结合钻井的目的和要求，设计钻井方案，包括钻井井深、井眼直径、钻井液类型和性能、钻井工艺参数等。
钻井方案设计需要综合考虑地质条件、工程技术、经济效益等因素，确保钻井的顺利进行和达到预期的效果。
四、钻井设备和材料准备在进行钻井作业之前，需要准备好必要的钻井设备和材料。
这包括钻机、钻具、钻头、钻井液、辅助设备等。
钻井设备和材料的选择和准备需要根据钻井方案的要求和实际情况进行，确保钻井作业的顺利进行和达到预期的效果。
五、钻井作业钻井作业是钻井工艺流程中的核心环节。
它包括井眼钻进、取心、完井等多个步骤。
井眼钻进是指通过旋转钻具和施加一定的钻压，将钻头沿着设计好的井眼轨迹向地下钻进。
取心是指在钻进过程中，定期取出地层样品进行地质分析。
完井是指在钻进到设计井深后，进行井眼壁的加固和井口设备的安装，为后续的井筒完井和开采作业做准备。
六、井筒完井井筒完井是指在钻井作业结束后，对井筒进行加固和处理的工作。
这包括井眼壁的套管加固、水泥封固、井下设备安装等。
井筒完井工作的质量直接影响到后续的开采作业和井的使用寿命，因此需要严格按照设计要求和规范进行。
控压钻井装备与技术介绍
系统 性能指标
自动节 流系统
额定压力:35MPa 节流 度:±0.35MPa 工作压力:10MPa
回压泵 额定压力:35MPa
系统
额定流量:12L/s
技术特征
实现功能
✓主、备、辅助三个节流通道，
能够自动切换
具备自动节流，冗余节流切换、安全报警、
✓钻进中实现在线维护
出口流量监测等功能，能够适应复杂工况
精细控压钻井装备与技术
郭庆丰 中国石油集团钻井工程技术研究院
2014年9月
— 前言
主
— 控压钻井工艺技术
要
— 精细控压钻井系统
内
— 主要成果与技术创新
容
— 现场应用情况
— 经济社会效益及推广应用前景
一、前 言
精细控压钻井系统是精细控 压钻井工艺技术的载体，实现了 “看着井底压力来打井”，可有效 解决窄密度窗口造成的井漏、井涌、 井壁失稳、卡钻等复杂事故。国外 在2007年开始工业化应用，目前已 成为许多油田勘探、开发必备的钻 井技术。
静液压力
静液压力
不同工况压力控制示意图
-13-
二、控压钻井工艺技术
控压钻井的应用优势
消除了循环压力对井底压力的影响
有利于深井和高温高压井的安全施工、提高速度 控制井底压力小幅度波动
有效控制井底压力在窄范围内； 有利于水平井和窄压力窗口井作业。 快速调节井下环空压力 在不调整钻井液密度的情况下，快速应对井 下情况的变化，随时调整进行液相的过、近、欠 平衡作业
PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统构成
自动节流管汇系统 回压补偿系统 液气控制系统 自动控制系统 自动控制软件 随钻压力测量工具（可选）
震动筛
泥 浆 罐
煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术与装备----突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术
煤矿瓦斯抽采钻孔施工技 术与装备
——突出松软煤层井下深孔施工
2020/10/17
1
主要内容
一、概述 二、钻孔施工装备现状 三、瓦斯抽放钻孔施工技术
2020/10/17
2
一、概 述
瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措 施，从20世纪50年代开始，我国就将瓦斯抽 放作为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施在高瓦 斯和突出矿井推广。2002年，国家煤矿安全 监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测 监控”的煤矿瓦斯防治方针； 2006年，再 次明确煤矿瓦斯治理“必须坚持先抽后采、 治理与利用并举的方针”，进一步强化了瓦 斯抽放治理瓦斯灾害的地位。
因而，在施工顺煤层抽放钻孔时，用水作为排渣 介质是不利于深钻孔的施工。
2020/10/17
33
三、瓦斯抽放钻孔施工技术
1、顺层长钻孔排渣工艺 风力排渣
风力排渣用风作介质排渣和钻头冷却。其显著 的优点在于压风对孔壁的冲击较弱，对瓦斯解吸影 响小。因此，从技术上来看，风力排渣更适合于突 出煤层顺层长钻孔的施工。
其缺点是作业地点粉尘不易控制，多数矿井的 风压、流量也不能满足长钻孔的要求。
2020/10/17
34
三、瓦斯抽放钻孔施工技术
2、松软突出煤层打钻遇到的问题及原因分析
问题：喷孔、垮孔、堵孔和卡钻，严重的诱发瓦 斯突出。
喷孔时高压瓦斯气流向孔口喷出，承压瓦斯携带 的煤粉直接冲向巷道，并伴随煤炮声和气流冲击 声。有的短时间几分钟停止，也有的可延续到几 十分钟，表现为脉冲形式。此时巷道瓦斯严重超 限，只好停钻撤人。喷孔往往伴随着垮孔、堵孔 和卡钻的出现，往往无法继续钻进。
2020/10/17
19
二、钻孔施工装备现状
3、配套钻头
——突出松软煤层井下深孔施工
2020/10/17
1
主要内容
一、概述 二、钻孔施工装备现状 三、瓦斯抽放钻孔施工技术
2020/10/17
2
一、概 述
瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措 施，从20世纪50年代开始，我国就将瓦斯抽 放作为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施在高瓦 斯和突出矿井推广。2002年，国家煤矿安全 监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测 监控”的煤矿瓦斯防治方针； 2006年，再 次明确煤矿瓦斯治理“必须坚持先抽后采、 治理与利用并举的方针”，进一步强化了瓦 斯抽放治理瓦斯灾害的地位。
因而，在施工顺煤层抽放钻孔时，用水作为排渣 介质是不利于深钻孔的施工。
2020/10/17
33
三、瓦斯抽放钻孔施工技术
1、顺层长钻孔排渣工艺 风力排渣
风力排渣用风作介质排渣和钻头冷却。其显著 的优点在于压风对孔壁的冲击较弱，对瓦斯解吸影 响小。因此，从技术上来看，风力排渣更适合于突 出煤层顺层长钻孔的施工。
其缺点是作业地点粉尘不易控制，多数矿井的 风压、流量也不能满足长钻孔的要求。
2020/10/17
34
三、瓦斯抽放钻孔施工技术
2、松软突出煤层打钻遇到的问题及原因分析
问题：喷孔、垮孔、堵孔和卡钻，严重的诱发瓦 斯突出。
喷孔时高压瓦斯气流向孔口喷出，承压瓦斯携带 的煤粉直接冲向巷道，并伴随煤炮声和气流冲击 声。有的短时间几分钟停止，也有的可延续到几 十分钟，表现为脉冲形式。此时巷道瓦斯严重超 限，只好停钻撤人。喷孔往往伴随着垮孔、堵孔 和卡钻的出现，往往无法继续钻进。
2020/10/17
19
二、钻孔施工装备现状
3、配套钻头
钻井院控压钻井装备与技术介绍
总结词：成功应用
详细描述：某油田采用钻井院控压钻井装备和技术，成功地控制了钻井过程中的 压力，提高了钻井效率，减少了井漏等复杂情况，为油田开发带来了显著的经济 效益。
案例二：某海上油田控压钻井实践
总结词：高效稳定
详细描述：在某海上油田的控压钻井实践中，钻井院的技术和装备表现出了高效和稳定的特性。通过精确控制井底压力，有 效防止了井喷、漏失等问题，大幅提高了海上钻井作业的安全性和效率。
保护油气层
控压钻井技术能够精确控制钻井液压力，减少对油气层的伤害，保 护油气资源。
控压钻井技术应用场景
1 2 3
高压、高油气比油气田
在高压、高油气比油气田中，采用控压钻井技术 可以有效控制地层压力，防止井喷等事故发生。
复杂地层
对于复杂地层，如断层、裂缝发育地层等，采用 控压钻井技术可以降低地层破裂的风险，提高钻 井成功率。
控压钻井泵的调节系统能够根 据需要调整泵的排量和压力， 实现钻柱内压力的精确控制。
控压节流阀
控压节流阀是控压钻井系统中的关键部件之一，主要作用是调节和控制钻柱内的压 力。
控压节流阀通常采用球阀或滑阀结构，具有高精度、高可靠性、快速响应等特点。
通过调节控压节流阀的开口度，可以精确控制钻柱内的压力和流量，实现控压钻井 的目的。
定性和可靠性，降低应用成本，提升市场竞争力。
提升技术应用水平
02
加强技术培训和技术服务，提高钻井工程师和技术人员的技能
水平，确保技术的正确和有效应用。
拓展技术应用领域
03
将控压钻井技术应用于更广泛的领域，如深海钻井、非常规能
源开发等，以拓展技术的应用范围和市场空间。
政策与资金支持建议
制定优惠政策
加强知识产权保护
详细描述：某油田采用钻井院控压钻井装备和技术，成功地控制了钻井过程中的 压力，提高了钻井效率，减少了井漏等复杂情况，为油田开发带来了显著的经济 效益。
案例二：某海上油田控压钻井实践
总结词：高效稳定
详细描述：在某海上油田的控压钻井实践中，钻井院的技术和装备表现出了高效和稳定的特性。通过精确控制井底压力，有 效防止了井喷、漏失等问题，大幅提高了海上钻井作业的安全性和效率。
保护油气层
控压钻井技术能够精确控制钻井液压力，减少对油气层的伤害，保 护油气资源。
控压钻井技术应用场景
1 2 3
高压、高油气比油气田
在高压、高油气比油气田中，采用控压钻井技术 可以有效控制地层压力，防止井喷等事故发生。
复杂地层
对于复杂地层，如断层、裂缝发育地层等，采用 控压钻井技术可以降低地层破裂的风险，提高钻 井成功率。
控压钻井泵的调节系统能够根 据需要调整泵的排量和压力， 实现钻柱内压力的精确控制。
控压节流阀
控压节流阀是控压钻井系统中的关键部件之一，主要作用是调节和控制钻柱内的压 力。
控压节流阀通常采用球阀或滑阀结构，具有高精度、高可靠性、快速响应等特点。
通过调节控压节流阀的开口度，可以精确控制钻柱内的压力和流量，实现控压钻井 的目的。
定性和可靠性，降低应用成本，提升市场竞争力。
提升技术应用水平
02
加强技术培训和技术服务，提高钻井工程师和技术人员的技能
水平，确保技术的正确和有效应用。
拓展技术应用领域
03
将控压钻井技术应用于更广泛的领域，如深海钻井、非常规能
源开发等，以拓展技术的应用范围和市场空间。
政策与资金支持建议
制定优惠政策
加强知识产权保护
海洋石油钻井采油工程技术与装备——海洋石油钻井、完井采油工艺(上)
一
按规 定进 行 所有 盘根 的 密封性 测 试 ；
井至 设计 井深 ；下 １ ７８ ７ ．ｍｍ（ ｉ） ７ｎ 套管 至设 计深 度 ；用 水泥 固井 、候 凝并 测 试固井质量 ；安装３ ４８ ｍ ×１ ７８ ｍ ０． ａ ｒ ７ ．ｒ ａ 盘根 补心 并测 试所 有 盘根 的密 封性 。 为节约１ ７８ ｍ （ ） ７ ．ｒ ａ ７ｉ 套管 ，也 可采用 ｎ １ ７８ ｍ尾 管悬挂器悬挂 １ ７８ ７． ａ ｒ ７ ．ｍｍ套管 至设计井深 ，用水泥固井 、候凝并测试
至 设 计 井 深 ；下 ３ ０ ｍ（３ ／ｉ） 管 ４ ｒ １ ３８ｎ套 ａ
产钻井两类 。在勘探 井钻井 中，几乎全 部采用垂直钻井 ；在生产井钻井和调整
井钻井中，多采用钻定向井或水平井 。 不 同海洋 平台石 油生 产井 的钻 井
力参数设计 、钻头及钻进参数设计 、固
井 设 计 、钻 井 液 设 计 、编 制 钻 井 作业 进
海洋石油钻 井工艺
海 洋石 油钻井 分为 勘探 钻井 和生
台或导管架等固定平台上钻勘探井或生
产井。其主要工艺概要是 ：进行 海洋非 浮式钻井工程设计 。主要含井身结构设 计 、套管柱设计及选择套管规范 、Ｂ Ｐ Ｏ
组 及 井 口系统 选 择 、钻 具组 合 设 计 、水
固井 ；用６ ０４ ６ ．ｍｍ（６ ｎ钻 头 钻孔至 ２ ｉ） 设 汁井深 ，下 ５ ８ ０ ｍｍ（０ｎ 套 管 ，用 ２ ｉ） 水泥 固井 、候凝并 测试 固井质 量 ；在 平 台上安装５ ４４ １ ．ｍｍ（０／ ｎＢ 组 ； ２ １ｉ） ＯＰ ４ 钻开 ５ ８ ０ ｍｍ套 管内水泥 塞并继续 钻井
下内容节选 自 《 洋石 海
采 油 工 艺 及相 关 实 用设 计 计 算 ” （ 上 、 分
按规 定进 行 所有 盘根 的 密封性 测 试 ；
井至 设计 井深 ；下 １ ７８ ７ ．ｍｍ（ ｉ） ７ｎ 套管 至设 计深 度 ；用 水泥 固井 、候 凝并 测 试固井质量 ；安装３ ４８ ｍ ×１ ７８ ｍ ０． ａ ｒ ７ ．ｒ ａ 盘根 补心 并测 试所 有 盘根 的密 封性 。 为节约１ ７８ ｍ （ ） ７ ．ｒ ａ ７ｉ 套管 ，也 可采用 ｎ １ ７８ ｍ尾 管悬挂器悬挂 １ ７８ ７． ａ ｒ ７ ．ｍｍ套管 至设计井深 ，用水泥固井 、候凝并测试
至 设 计 井 深 ；下 ３ ０ ｍ（３ ／ｉ） 管 ４ ｒ １ ３８ｎ套 ａ
产钻井两类 。在勘探 井钻井 中，几乎全 部采用垂直钻井 ；在生产井钻井和调整
井钻井中，多采用钻定向井或水平井 。 不 同海洋 平台石 油生 产井 的钻 井
力参数设计 、钻头及钻进参数设计 、固
井 设 计 、钻 井 液 设 计 、编 制 钻 井 作业 进
海洋石油钻 井工艺
海 洋石 油钻井 分为 勘探 钻井 和生
台或导管架等固定平台上钻勘探井或生
产井。其主要工艺概要是 ：进行 海洋非 浮式钻井工程设计 。主要含井身结构设 计 、套管柱设计及选择套管规范 、Ｂ Ｐ Ｏ
组 及 井 口系统 选 择 、钻 具组 合 设 计 、水
固井 ；用６ ０４ ６ ．ｍｍ（６ ｎ钻 头 钻孔至 ２ ｉ） 设 汁井深 ，下 ５ ８ ０ ｍｍ（０ｎ 套 管 ，用 ２ ｉ） 水泥 固井 、候凝并 测试 固井质 量 ；在 平 台上安装５ ４４ １ ．ｍｍ（０／ ｎＢ 组 ； ２ １ｉ） ＯＰ ４ 钻开 ５ ８ ０ ｍｍ套 管内水泥 塞并继续 钻井
下内容节选 自 《 洋石 海
采 油 工 艺 及相 关 实 用设 计 计 算 ” （ 上 、 分
煤矿区地面大直径钻孔成孔关键技术与装备
煤矿区地面大直径钻孔成孔关键技术与装备摘要：根据井下巷道的布设情况，以及地面大直径钻孔与巷道的不同连通方式，提出2种孔身结构设计方法。
在此基础上，为提高成孔效率，结合煤矿区地面大直径钻孔主要成孔工序，采用理论分析及工程总结的方法，分别对导向孔钻进、扩孔钻进、下套管及固井等成孔关键技术进行论述，并介绍了典型施工案例，总结了配套装备技术现状，重点分析了集束式气动潜孔锤反循环钻进工艺及配套机具，提出了大直径钻孔成孔技术与装备发展趋势。
实践表明：空气潜孔锤钻进工艺和下导管钻进工艺能够提高导向孔钻进效率，气举反循环钻进工艺及集束式气动潜孔锤反循环钻进工艺可提高扩孔钻速，提吊浮力法下套管及内插法固井工艺能够满足套管安全下放及固井质量要求；上述成孔关键技术及配套装备可为煤矿区地面大直径钻孔快速成孔提供技术支持。
随着工艺技术的持续改进和配套装备的不断完善，在国家重点研发计划的支持下，集束式气动潜孔锤反循环钻进工艺有望成为煤矿区地面大直径钻孔核心钻进技术，最终发展成为应对矿山应急抢险救援的可靠技术体系。
关键词：煤矿区；大直径钻孔；成孔技术；集束式潜孔锤；反循环0 引言随着地下煤矿横向采掘面积的扩展和纵向开采深度的增加，井下与地面间的管线连接、物资运送等工作量随之增大。
单依靠传统的井工巷道作为输送通道，加重了巷道负担，迫使巷道掘进断面扩大、掘进长度增加，由此带来的成本投入及安全风险也随之增加[1-2]。
矿区地面大直径钻孔可实现地面与井下直接连通，其主要用途包括：①抽排水、抽采瓦斯；②通风；③下料，如用于采空区沉陷治理的填充物料，可通过大直径钻孔直接投放到治理区域附近；④布设缆线；⑤抢险救援，当井下发生事故人员被困时，可通过地面大直径精确透巷钻孔作为逃生通道，将被困人员救出[3-5]。
因此，地面大直径钻孔可弥补或替代部分井下掘进巷道的功能，经济效益和安全效益显著，应用前景广阔。
地面大直径钻孔作为井下与地面的连接通道，孔深一般不超过1 000 m，终孔孔径为400～1 500 mm。
第一章 钻井工艺技术(第二节 钻井方法)讲稿
《石油工程与装备》第二节钻井方法（机自02级，第二次课）一、机械钻井法1. 顿钻钻井法破岩—用顿钻钻头，上下冲击。
排屑—用捞砂筒。
二者交替进行，钻进过程不连续。
特点：低效慢速，设备简单，适于浅井，农用水井。
我校新建体育馆进行地质勘查使用的是顿钻法。
2．旋转钻井法（1）过程：破岩—用旋转钻头；排屑—用循环井液；（2）钻具组合钻杆：传矩、加长、循环；钻铤：提供钻压）→（3）分类地面动力——转盘钻（常规）【钻头旋转，连续破岩，用钻井液循环带屑，钻井效率高。
】地上动力——顶部驱动（前景好）【水龙头＋转盘，以立根钻井。
】井下动力——有涡轮、螺杆钻具。
（斜井、水平井用）【钻井液经钻杆柱内腔泵入涡轮钻具中，驱动转子由主轴带动钻头旋转，实现破岩钻进。
相当于液马达。
】二、钻井工艺过程干三件事：破碎岩石；取出岩屑、保护井壁；固井和完井，形成油流通道。
1．钻前准备①定井位；②平井场；③打基础；④备器材。
2．钻进（1）全井钻进过程①一次开钻，下表管。
②二次开钻，从表管内钻进。
③三次开钻，从技术套管内钻进。
（2）钻井作业①下钻—将钻具（由钻头、钻铤、方钻杆组成的钻杆柱）下入井底，准备钻进。
②正常钻进—启动转盘（或井底动力钻具）通过钻柱带动钻头旋转，借助手刹车，给钻头施加适当的钻压以破岩。
同时，开泵循环泥浆：冲洗井底，携出岩屑，保护井壁，冷却钻具。
③接单根—加长钻柱。
每次接入一根钻杆，称为接单根。
顶驱时，每次接入一立根（由2～3单根组成）。
④起钻—换钻头时，取出钻柱，称起钻作业。
以立根为单位起卸。
⑤换钻头—起钻结束，卸下旧钻头，换上新钻头。
⑥循环工作：下钻→正常钻进→接单根（立根）→起钻→换钻头→下钻4．固井套管与井壁的环空注入水泥浆封固，称为固井。
5．完井钻井的最后一道工序。
主要用射孔完井法：用子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层与井筒相通。
6．钻井事故的处理（1）井漏、井塌井漏—泥浆压力>地层压力时，使泥浆进入地层。
长斜大直径定向反井钻井工艺与装备
国家发明奖
获奖项目名称 钻井法凿井废弃泥浆的控制与处理技术及装置
煤炭工业科技进步奖
获奖项目名称 300米井筒的钻井工艺 龙固主井（双井筒）近600m钻井法凿井井壁结构及工艺研究 “一扩成井”快速钻井法凿井关键技术及装备研究 ZFY3.5/400电控型反井钻机技术及应用 5米大直径反井钻井技术及装备 机械破岩井筒钻井技术及其应用 长斜大直径定向反井钻井工艺与装备研究
获奖时间 1987 1988 1988 2006 2012
获奖时间 1993
获奖时间 1983 2005 2011 2010 2013 2016 2018
ห้องสมุดไป่ตู้
汇报提纲
一、公司简介 二、工程背景与技术难题 三、关键工艺与装备 四、技术先进性及成果水平 五、应用推广及经济社会效益
一、工程背景
大倾角斜井凿井，存在设备布置困难，矸石提升慢、掘进 效率低，作业环境差等技术难题。但其具有的占地面积小、溜 渣、通风效率高、辅助工程量少等优势，逐渐得到重视，成为 重要的井巷工程。煤矿斜井倾角小于25°，25°以上基本采用 导井+扩孔施工工艺。
一、关键工艺
提出并实现了长斜井大直径定向反井钻井工艺， 即定向钻机钻进超前孔并实现导孔轨迹控制，反井 钻机刷大超前导孔、大直径扩孔钻进一次形成高精 度斜井导井。该技术已经纳入国网新源控股有限公 司企业标准。
(1) 定向钻机钻进超前孔并实现导孔轨迹控制 采用专用定向钻机，安装固定于上水平地面，由上向
下钻进导孔。钻进过程中泥浆液循环洗井，无线随钻测斜 仪+螺杆钻具实时测斜与纠偏，保证钻孔精度。
超前定向导孔钻进
(2) 反井钻机刷大超前导孔 拆除定向钻机，安装固定专用反井钻机于上水平地面， 配套双螺纹钻杆和三牙轮钻头，由上向下快速刷大导孔并 下放钻杆。
获奖项目名称 钻井法凿井废弃泥浆的控制与处理技术及装置
煤炭工业科技进步奖
获奖项目名称 300米井筒的钻井工艺 龙固主井（双井筒）近600m钻井法凿井井壁结构及工艺研究 “一扩成井”快速钻井法凿井关键技术及装备研究 ZFY3.5/400电控型反井钻机技术及应用 5米大直径反井钻井技术及装备 机械破岩井筒钻井技术及其应用 长斜大直径定向反井钻井工艺与装备研究
获奖时间 1987 1988 1988 2006 2012
获奖时间 1993
获奖时间 1983 2005 2011 2010 2013 2016 2018
ห้องสมุดไป่ตู้
汇报提纲
一、公司简介 二、工程背景与技术难题 三、关键工艺与装备 四、技术先进性及成果水平 五、应用推广及经济社会效益
一、工程背景
大倾角斜井凿井，存在设备布置困难，矸石提升慢、掘进 效率低，作业环境差等技术难题。但其具有的占地面积小、溜 渣、通风效率高、辅助工程量少等优势，逐渐得到重视，成为 重要的井巷工程。煤矿斜井倾角小于25°，25°以上基本采用 导井+扩孔施工工艺。
一、关键工艺
提出并实现了长斜井大直径定向反井钻井工艺， 即定向钻机钻进超前孔并实现导孔轨迹控制，反井 钻机刷大超前导孔、大直径扩孔钻进一次形成高精 度斜井导井。该技术已经纳入国网新源控股有限公 司企业标准。
(1) 定向钻机钻进超前孔并实现导孔轨迹控制 采用专用定向钻机，安装固定于上水平地面，由上向
下钻进导孔。钻进过程中泥浆液循环洗井，无线随钻测斜 仪+螺杆钻具实时测斜与纠偏，保证钻孔精度。
超前定向导孔钻进
(2) 反井钻机刷大超前导孔 拆除定向钻机，安装固定专用反井钻机于上水平地面， 配套双螺纹钻杆和三牙轮钻头，由上向下快速刷大导孔并 下放钻杆。
煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术和装备突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术课件
5、引进国外定向长钻孔钻机的应用情况 ➢ 2019～2019年间，山西亚美大宁能源有限公司大
宁煤矿、晋城无烟煤矿业集团公司引进了4套美国 和澳大利亚生产的采用孔底马达定向钻进的千米 钻机，用于煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯。使用 情况很不错。 ➢ 大宁煤矿为高瓦斯矿井，预抽本煤层（3号煤层） 瓦斯为主，最大孔深达1002m。至2019年底已完成 钻孔数1980个，累计进尺803753m，抽混合瓦斯 9.05亿m3。 ➢ 据不完全统计，近几年国内已定购的澳大利亚 VLD1000定向长钻孔钻进设备多达50余套。
2024/7/31
5
一、概 述
10个煤矿瓦斯治理与利用示范工程建设项目
根据各示范点的特点和条件，集成瓦斯治理与利 用的先进适用技术，并总结推广应用。
➢龙煤集团鹤岗分公司、沈阳煤业集团、抚顺矿 业集团
➢淮南矿业集团、淮北矿业集团 ➢郑州煤炭集团、焦作煤业集团 ➢阳泉煤业集团、晋城煤业集团 ➢松藻煤电公司
叶片、插接式螺旋钻杆
2024/7/31
晋城赵庄矿50 mm×1 000 mm的浅槽螺旋 钻杆
17
二、钻孔施工装备现状
3、配套钻头 ➢煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工钻头一般以硬质
合金和金刚石复合片(PDC)钻头为主。硬质 合金钻头一般目前大多数煤矿为提高 钻进效率、节省起下钻时间，一般都采用 PDC钻头。
2024/7/31
3
一、概 述
松软突出煤层（硬度系数f≤1）渗透性差、瓦斯 含量高。钻进过程中，容易产生垮孔、卡钻、喷 孔等现象。我国在松软突出煤层虽然有钻孔深度 超过150m甚至达到240m的记录，但大部分的钻孔 深度都在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦 斯抽放成本很高。我国松软煤层在所开采煤层中 所占比例较大，因此，松软突出煤层的钻进成孔 问题一直是个亟待解决的难题。
欠平衡钻井
⑵欠平衡钻井操作要求
A．严格注意井口回压变化，不得在超过安全范围的高压 严格注意井口回压变化， 情况下作业。 情况下作业。 在连接节流、压井管汇之前一定要校正好井口， B．在连接节流、压井管汇之前一定要校正好井口，偏差 不得大于5mm,以防止钻具对胶芯的磨损和对旋转防喷器 不得大于5mm,以防止钻具对胶芯的磨损和对旋转防喷器 轴承的损害。 轴承的损害。 严禁直台阶钻杆以下入方式通过旋转头，避免钻铤、 C．严禁直台阶钻杆以下入方式通过旋转头，避免钻铤、 扶正器等大直径钻具通过旋转头。 扶正器等大直径钻具通过旋转头 。 要通过旋转头的钻具 经大钳上紧后要将接头上的牙痕锉平,钻具表面必须光滑。 经大钳上紧后要将接头上的牙痕锉平,钻具表面必须光滑。 D． 在旋转头使用期间必须保证润滑油的泵和冷却液的 循环正常。 循环正常。 旋转防喷器使用期间要随时检查、观察其使用情况， E．旋转防喷器使用期间要随时检查、观察其使用情况， 发现异常情况及时处理或报告。 发现异常情况及时处理或报告。
6、欠平衡专用节流管汇
⑵节流管汇结构示意图
6、欠平衡专用节流管汇
节流阀阀板、阀座结构
1、欠平衡钻井主要技术措施
⑴欠平衡钻井工艺要求： 欠平衡钻井工艺要求： 如果钻迂高压水层,地层出水严重, ． 如果钻迂高压水层,地层出水严重,则停止实 施欠平衡钻井. 施欠平衡钻井. 因井裸眼段较长,如果井壁不稳定,掉块严重, ． 因井裸眼段较长,如果井壁不稳定,掉块严重, 则停止实施欠平衡钻井. 则停止实施欠平衡钻井. 如无油气显示,且出水少, ． 如无油气显示,且出水少,此时井口无须进行 回压控制, 只进行导流. 回压控制, 只进行导流. 如原油大量进入井筒, ． 如原油大量进入井筒 , 则考滤回压以增加井 内当量钻井液密度, 内当量钻井液密度,减少产层原油进入进入井筒 的量. 的量.
高位大直径大直径定向钻孔技术及其配套装备
120、165、203、253、300 120、165、203
4350×1600×1750 3150×1300×1525
0～360°(±1.5°) 0～360°(±1.5°) -90～+90°(±0.2°)
mm
φ73、φ89
二、高位定向钻孔施工用大功率定向钻机
2.2 主要结构特征 钻机为双履带车式布局，分钻车和泵车两部分。
工作原理
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
3.2 无线电磁波随钻测量系统
无线探管基本参数
工作电压 DC16V 工作电流 ≤640mA 工作时间 ＞200h 工作频率 12.5Hz 峰峰值 12V～16V 通信距离：600～1000m 供电方式：电池供电 外形尺寸 φ40×2650mm 重量：10 kg 耐水压 ≥12MPa
四、高位定向钻孔施工工艺技术
4.3 高位大直径定向钻孔布孔方式
寺河矿高位定向钻孔布孔原则： 沿回风巷道每隔500m布置一个钻场，每钻场布置4个定向孔。 平面布置：钻孔终孔孔段(主抽采孔段)在平面上沿工作面走向布置在工作面 以内巷内帮15-60m范围内； 剖面布置：高位定向钻孔布置在据煤层以上24～30m范围内的顶板中。
无线探管精度参数
参数名称 倾角 方位角 工具面向角
测量范围 -90°～ 90° 0°～ 360° 0°～ 360°
充电电流 ≤1A 最高充电电压 18V 充电截止电压 17.5V 放电终止电压 14V 电池容量 37.5Ah
测量精度 ±0.2° ±1.0° ±1.0°
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
工作电压 DC15V 输出信号：两线制电流 ≤130mA 通信距离 1500m 外形尺寸 φ35×950mm 耐水压 ≥12MPa 重量：5.2 kg
4350×1600×1750 3150×1300×1525
0～360°(±1.5°) 0～360°(±1.5°) -90～+90°(±0.2°)
mm
φ73、φ89
二、高位定向钻孔施工用大功率定向钻机
2.2 主要结构特征 钻机为双履带车式布局，分钻车和泵车两部分。
工作原理
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
3.2 无线电磁波随钻测量系统
无线探管基本参数
工作电压 DC16V 工作电流 ≤640mA 工作时间 ＞200h 工作频率 12.5Hz 峰峰值 12V～16V 通信距离：600～1000m 供电方式：电池供电 外形尺寸 φ40×2650mm 重量：10 kg 耐水压 ≥12MPa
四、高位定向钻孔施工工艺技术
4.3 高位大直径定向钻孔布孔方式
寺河矿高位定向钻孔布孔原则： 沿回风巷道每隔500m布置一个钻场，每钻场布置4个定向孔。 平面布置：钻孔终孔孔段(主抽采孔段)在平面上沿工作面走向布置在工作面 以内巷内帮15-60m范围内； 剖面布置：高位定向钻孔布置在据煤层以上24～30m范围内的顶板中。
无线探管精度参数
参数名称 倾角 方位角 工具面向角
测量范围 -90°～ 90° 0°～ 360° 0°～ 360°
充电电流 ≤1A 最高充电电压 18V 充电截止电压 17.5V 放电终止电压 14V 电池容量 37.5Ah
测量精度 ±0.2° ±1.0° ±1.0°
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
工作电压 DC15V 输出信号：两线制电流 ≤130mA 通信距离 1500m 外形尺寸 φ35×950mm 耐水压 ≥12MPa 重量：5.2 kg
钻完井装备技术与发展趋势
过程全自动。
常规钻机（左）连续起下钻及连续循环钻机（右）
CMR钻机的主要构件
第三十二页，共70页。
CMR钻机钻杆连接与连续起下钻过程
陆地钻机的发展趋势
✓ 钻深、提升能力配备大型化；
✓ 高度模块化、移运便捷化；
✓ 工作条件满足-45—50℃，储存满足-60 ℃要求；
✓ 主要承载件和影响人身安全的零部件均采用抗低温材料； ✓ 油箱等采用自动恒温控制装置，配套保温和加热系统；
美国Parker公司的Yastreb滑道式极地钻机
德国Bentec公司的Cluster SliderTMHR 5000轮轨式极地钻机
第二十五页，共70页。
套管钻井钻机
✓ 套管钻井技术主要用于漏失、易垮塌等复杂地层的特殊井段；
✓ 与套管钻井工艺配套的套管钻机取消了常规的钻杆，用套管代替钻杆进
行钻井；
✓ 采用复合型液压动力，钻井效率提高20-50%；
✓ 加拿大Tesco公司、荷兰Huisman公司的套管钻机为复合型液压 动力套管钻机。
Tesco公司
CRD 250 HA 4000m 12车
高性能钻头切削齿；
钻头切削齿耐冲击、高抗磨性。
NOV公司超硬热稳定切削齿
NOV ReedHycalog 公司旋转导向钻头
第十九页，共70页。
SE3000™钻头
Baker Hughes 公司开发出集牙轮和 PDC 钻头优点于一体的新一代Kymera 复合钻头；
Smith公司推出适应页岩钻进的钢体式聚晶PDC钻头—Spear钻头，专为泥页岩地层设计，能快速、 有效地钻进弯曲段和长水平段；
地质和自动导向 自动化钻机、井口工具
井眼轨迹遥控、管钻井
第六页，共70页。
常规钻机（左）连续起下钻及连续循环钻机（右）
CMR钻机的主要构件
第三十二页，共70页。
CMR钻机钻杆连接与连续起下钻过程
陆地钻机的发展趋势
✓ 钻深、提升能力配备大型化；
✓ 高度模块化、移运便捷化；
✓ 工作条件满足-45—50℃，储存满足-60 ℃要求；
✓ 主要承载件和影响人身安全的零部件均采用抗低温材料； ✓ 油箱等采用自动恒温控制装置，配套保温和加热系统；
美国Parker公司的Yastreb滑道式极地钻机
德国Bentec公司的Cluster SliderTMHR 5000轮轨式极地钻机
第二十五页，共70页。
套管钻井钻机
✓ 套管钻井技术主要用于漏失、易垮塌等复杂地层的特殊井段；
✓ 与套管钻井工艺配套的套管钻机取消了常规的钻杆，用套管代替钻杆进
行钻井；
✓ 采用复合型液压动力，钻井效率提高20-50%；
✓ 加拿大Tesco公司、荷兰Huisman公司的套管钻机为复合型液压 动力套管钻机。
Tesco公司
CRD 250 HA 4000m 12车
高性能钻头切削齿；
钻头切削齿耐冲击、高抗磨性。
NOV公司超硬热稳定切削齿
NOV ReedHycalog 公司旋转导向钻头
第十九页，共70页。
SE3000™钻头
Baker Hughes 公司开发出集牙轮和 PDC 钻头优点于一体的新一代Kymera 复合钻头；
Smith公司推出适应页岩钻进的钢体式聚晶PDC钻头—Spear钻头，专为泥页岩地层设计，能快速、 有效地钻进弯曲段和长水平段；
地质和自动导向 自动化钻机、井口工具
井眼轨迹遥控、管钻井
第六页，共70页。
石油钻井工程技术发展与装备需求课件
钻头装备需求
01
钻头是直接进行钻井作业的部件 ，其性能直接影响钻井效率和质 量。
02
高性能的钻头能够提高钻速、减 少磨损、降低成本。
针对不同地层和钻井需求，需要 研发不同类型的钻头，如金刚石 钻头、硬质合金钻头等。
03
钻头的寿命和可靠性是关键性能 指标，需要不断提高。
04
泥浆泵装备需求
01
泥浆泵是石油钻井工程中用于循 环钻井液的设备。
特点
石油钻井工程技术具有高风险、 高投入、高技术含量等特点，需 要专业的技术和装备支持。
石油钻井工程技术的重要性
保障国家能源安全
提高资源利用效率
石油和天然气是国家重要的能源资源 ，石油钻井工程技术是获取这些资源 的重要手段，对保障国家能源安全具 有重要意义。
随着技术的不断进步，石油钻井工程 技术也在不断发展，能够提高资源利 用效率，减少浪费和环境污染。
现代阶段
现代石油钻井技术已经非 常成熟，能够实现快速、 高效、安全地获取石油和 天然气资源。
02
石油钻井工程技术发展现 状
水平钻井技术
总结词
水平钻井技术是石油钻井工程技术中的一种重要技术，通过 在地下钻出水平或斜线方向的钻孔，提高油藏的泄油面积和 采收率。
详细描述
水平钻井技术利用先进的定向钻井技术和钻井液技术，在地 下钻出水平或斜线方向的钻孔，使得油藏的泄油面积得到有 效扩大，提高采收率。该技术对于低渗透油藏、薄层油藏和 复杂断块油藏等具有较好的应用效果。
欠平衡钻井技术
总结词
欠平衡钻井技术是一种在钻井过程中保持井底压力低于地层压力的钻井技术，可 以减少对地层的伤害和钻屑的排放。
详细描述
欠平衡钻井技术通过控制钻井液的密度和压力，使井底压力低于地层压力，从而 在钻进过程中形成负压差。这种负压差可以减少对地层的伤害，同时也有利于钻 屑的排放。该技术对于保护油气层和提高钻井效率具有重要意义。
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完井施工 钻井施工 6、一次开钻 12、完井电测 7、二次开钻 13、下套管固井 8、钻进 9、起钻 10、换钻头 11、下钻 钻井就是利用钻机设备 及破岩工具破碎地层形成井 筒的工艺过程，目地是进行 地质评价、发现油气藏、开 发油气藏。施工工序：钻进 →洗井 →接单根 →起下钻 →完钻。
固井就是向井内下入一 定尺寸的套管串，并在其周 围注入水泥浆，把套管固定 的井壁上，避免井壁坍塌。 施工工序：下套管至预定深 度→装水泥头、循环泥浆、 接地面管线→打隔离液→注 水泥→顶胶塞→替泥浆→碰 压→注水泥结束、候凝。
除砂、除泥器的选择
选用除砂器和除泥器时必须参考钻井泵的最大排量，以 期达到匹配合理。无论是除砂器还是除泥器，都要保证能够 全部处理钻井过程中的最大钻井液排量。除砂器、除泥器的 钻井液处理理为： Q Q 125%
二.
钻机类型及组成
组成：石油钻机主要由动力机、 传动机、工作机及辅助设备组成。一 般有八大系统（起升系统、旋转系统、 钻井液循环系统、传动系统、控制系 统、动力驱动系统、钻机底座、钻机 辅助设备系统），具备起下钻能力、
旋转钻进能力、循环洗井能力。
类型：根据钻井深度分为浅井钻
机、中深井钻机、深井钻机，根据驱
链轮 输入轴
牙嵌式 离合器
猫头轴
滚筒
气囊式 离合器
链条
离合器
轴承
辅助刹 车
滚筒
猫头轴
冷却风机
气控排档 箱
电磁刹车
刹车鼓
刹车气缸
离合器排档杆
四.
钻井泵结构及原理
钻井泵多为卧式三缸单作用往复式活塞泵，由 动力端总成、液力端总成和各部位的润滑系统及 冷却系统组成。由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲
轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复
动方式分为机械驱动钻机、电驱动钻
机，根据搬迁方式分为撬装钻机和车 装钻机。
机械驱动钻机类型及特点
类型：机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过液力变矩器、链条、 齿轮、三角胶带等不同组合的传动形式所驱动的钻机，主要包括齿轮
传动、胶带传动和链条传动三种形式，具有制造方便成本低的特点。
现状：目前机械驱动石油钻机主要为链条钻机，采用链条作为主传
运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送 与循环冲洗液的目的。
钻井泵工作原理
动力端通过皮带（或链条、万向轴）带动泵的主轴旋转，再通 过曲柄连杆机构使活塞向右移动，缸内形成负压，上水池内的液体 在大气压力作用下，顶开吸入阀进入缸内，直到活塞移到最右边位 臵完成吸入过程。活塞开始向左移动，缸内液体受到活塞的挤压而 压力升高，吸入阀被关闭，排出阀被顶开，液体被活塞推出排出阀 经排出管进入高压管汇，完成排出过程。
米左右。 技术套管：用于封隔用泥浆难以控制的复杂地
层；无法堵塞的严重漏失层；非目的层的油气
层；压力相差悬殊油、气、水层等。 油层套管：用于以把不同压力和不同性质的油、
二开钻 进 （技术 套管）
气、水层分割开来，建立一条油、气流至地面的
三开钻 进 （油层 套管）
通道，保证能长期生产，满足合理开采油、气和 增产措施的要求。油层套管的下深根据目的层的 深度和不同的完井方法而定。
均衡椭圆筛：是近几年发展起来的一种新筛型，筛箱上各点 的运动轨迹如图,所有椭圆的运动轨迹的长轴和短轴相同， 抛掷角的大小和方向完全一致。均衡椭圆筛结合了圆型振动 筛和直线振动筛的基本优点，均衡椭圆筛的处理量较直线筛 大20-30%，是一种比较先进的钻井液振动筛，代表着当今钻 井液振动筛的发展方向。
动副，2~4台柴油机 —变矩器驱动机组，用多排小节距套筒滚子链条
并车，统一驱动各工作机组，一般仍用胶带传动钻井泵。
大庆130钻机传动示意图
猫头轴 输入轴 1#联动机 2#联动机
滚筒轴
3#联动机
转盘
2#钻井泵
辅助刹车
空压机
离合器
1#钻井泵
电驱动钻机类型及特点
类型：电驱动钻机包括直流电机驱动和交流变频电机驱动两种形式。
振动筛的结构示意图
振动筛主要通过电机带动激振器旋转，产生周期变化的惯性力，钻 井液固相颗粒进入筛面，在筛面上做抛掷运动，将大小不等的固相颗粒 分类去除。振动筛的分离颗径和处理量是振动筛选配的重要因素。
振动筛的选择
振动筛的技术水平主要反映在处理能力（处理量和分离粒度）、工 作的稳定性．寿命的长短和操作的灵活性几个方面。振动筛的处理能力 与振动筛的结构、运动轨迹、振动频率、振动强度、筛网面积和筛网的 粗细有关。为了使振动筛与钻机匹配，就必须考虑钻井泵的最大排量及 钻进中产生的钻屑量，即： Q筛≥Q泵+Q屑 式中：Q筛 ——振动筛处理量，L/s; Q泵——钻井泵最大排量,L/s; Q屑——钻进中的钻屑量，L/s。 通常根据筛框的运动轨迹将振动筛分为圆筛、普通椭圆筛、直线筛、 均衡椭圆筛四大类。
方法:常用的有稀释法、替代法、机械方法、化学方法等四种。机械方法 是通过机械设备利用筛分、离心分离、重力分离等原理，将钻井液中的 固相成分按颗粒、密度大小不同而分离开，以达到控制固相的目的。
钻井液固控系统发展过程：在20世纪50年代 以前，并不使用机械装臵来净化钻井液，到 了20世纪50年代以后，开始采用钻井液振动 筛、离心机来清除钻井液中的岩屑。60年代 以后，国外油田开始采用4英寸除泥旋流分离 器，六十年代中期，细目钻井液振动筛得到 使用。70年代以后，超细目振动筛得到使用。 80年代以后，钻井液固相控制从采用两级处 理发展成为三级、四级、五级处理。 钻井中钻井液的循环程序：钻井液罐 经泵→ 地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内 →钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井 液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。
五.
离心泵结构及原理
离心泵就是通过旋转叶轮的动能产生流量，使液体流动。离心泵的基
本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，
填料函。离心泵的效率取决于该叶轮的性能。离心泵与活塞泵相比，具 有转速高，体积小，流量大，结构简单的特点；但泵压相对较低等，液 体粘度对泵性能影响大，只能用于粘度近似于水的液体。
除气器的工作原理
除气器用来清除气侵钻井液中的气体，保证 钻井液性能相对稳定，保证旋流器能正常工作。 除气器分为两大类：常压式和真空式。常压式除 气器利用离心机抽吸气侵泥浆，借助离心力使泥 浆在其喷射罐内喷射、撞击内壁，使气体释放出 去。真空除气器利用真空泵的抽吸作用，在真空 罐内形成负压，钻井液在大气压的作用下，通过 吸入管进入空心轴，再由空心轴四周的伞片总成， 呈喷射状甩向罐壁，在碰撞、真空及气泡分离器 的作用，浸入钻井液中的气泡破碎，气体逸出， 通过真空泵抽出并排往安全地带。
钻井泵结构图
钻井泵工作示意图
空气包 输出管 拉杆 泵头 十字头 活塞杆 被动轴 输入管
连杆
曲轴
传动轴
连杆
转盘结构图
大方瓦 方补心 转盘是用 来承托管柱重 量，提供扭矩 和转速。转盘 实质上相当于 一个特殊结构 的角传动减速 器，主要由箱 体、转台、主 轴承、副轴承、 齿圈、 输入轴 总成、锁紧装 臵、方瓦、箱 盖等部分组成。
钻井工艺与装备
东北石油大学 机电工程系 高胜
目
一. 二. 三.
录
钻井工艺基本知识 钻机类型及组成 绞车结构及原理
四.
五. 六.
钻井泵结构及原理
离心泵结构及原理 钻井液固控系统及机具
一.
钻井施工基本知识
石油钻井：是指利用专用设备和技术，在预先选
定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的孔眼，
一直达到地下油气层的工作。 钻井方法的发展：（1）人工掘井：1521年之前。 （2）人力冲击钻：1521～1835年，是靠人力、捞 砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。3）机械
离心泵结构示意图
六.
钻井液固控系统及机具
概念:钻井液固相控制就是要清除钻井液中的有害固相，保存有用固相， 以满足钻井工艺对钻井液性能的要求。钻井液固相控制系统就是所有用 于钻井液固相控制设备的总称。 作用:防止油气通道堵塞、破坏，降低钻井扭矩和摩阻，降低环空抽吸的 压力波动，提高钻井速度，延长钻头寿命，减轻设备的磨损等。
钻井液 出口 井口 防 溢管
导管：用于将钻井液引到固控设备上，深度
一般为10米以内。一般在钻前准备时完成。 表层套管：其作用是封隔地表部分的易塌、易 漏地层和水层，安装第二次开钻的井口装置， 控制井喷。其下入深度，根据地表部分松软的
井口防 喷器 注水泥 施工 一开钻 进 （表层 套管）
易塌、易漏地层和水层的深度而定。一般在100
大钩结构及工作原理
大钩是起升钻具的重要设备，由 钩身、杆、筒体、提环、止推轴承 及弹簧组成，钩身能转动，钩口和 侧钩有闭锁装置，大钩有缓冲减振 功能。大钩与游车结合成一体，称
为游钩，是目前使用的主要形成。
游车、天车结构及工作原理
天车是安装在井架顶部的定滑轮组，游车是在井架内部上下作往复运
动的动滑轮组，主要由滑轮、滑轮轴、轴承、轴承座及支架组成。
水平轴
锁销
主轴承
小伞齿轮
防跳轴承
大伞齿轮
水龙头结构及工作原理
水龙头通过提环挂在大钩上，上部通 过鹅颈管与水龙带相连，下部接方钻杆，
连接下井钻具。水龙头主要由鹅颈管、
冲管总成、中心管、壳体、提环和主轴 承等组成，主要功用悬持旋转着的钻杆
柱，承受大部分以至全部钻具重量；向
转动着的钻具内输送高压钻井液。
顿钻（冲钻）：1859～1901年，靠机械冲击作用
破岩，破岩和清岩相间进行。（4）旋转钻：1901 年发展起来的，旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，
在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻
井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘 钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻井。
固井就是向井内下入一 定尺寸的套管串，并在其周 围注入水泥浆，把套管固定 的井壁上，避免井壁坍塌。 施工工序：下套管至预定深 度→装水泥头、循环泥浆、 接地面管线→打隔离液→注 水泥→顶胶塞→替泥浆→碰 压→注水泥结束、候凝。
除砂、除泥器的选择
选用除砂器和除泥器时必须参考钻井泵的最大排量，以 期达到匹配合理。无论是除砂器还是除泥器，都要保证能够 全部处理钻井过程中的最大钻井液排量。除砂器、除泥器的 钻井液处理理为： Q Q 125%
二.
钻机类型及组成
组成：石油钻机主要由动力机、 传动机、工作机及辅助设备组成。一 般有八大系统（起升系统、旋转系统、 钻井液循环系统、传动系统、控制系 统、动力驱动系统、钻机底座、钻机 辅助设备系统），具备起下钻能力、
旋转钻进能力、循环洗井能力。
类型：根据钻井深度分为浅井钻
机、中深井钻机、深井钻机，根据驱
链轮 输入轴
牙嵌式 离合器
猫头轴
滚筒
气囊式 离合器
链条
离合器
轴承
辅助刹 车
滚筒
猫头轴
冷却风机
气控排档 箱
电磁刹车
刹车鼓
刹车气缸
离合器排档杆
四.
钻井泵结构及原理
钻井泵多为卧式三缸单作用往复式活塞泵，由 动力端总成、液力端总成和各部位的润滑系统及 冷却系统组成。由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲
轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复
动方式分为机械驱动钻机、电驱动钻
机，根据搬迁方式分为撬装钻机和车 装钻机。
机械驱动钻机类型及特点
类型：机械驱动钻机是指以柴油机为动力，通过液力变矩器、链条、 齿轮、三角胶带等不同组合的传动形式所驱动的钻机，主要包括齿轮
传动、胶带传动和链条传动三种形式，具有制造方便成本低的特点。
现状：目前机械驱动石油钻机主要为链条钻机，采用链条作为主传
运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送 与循环冲洗液的目的。
钻井泵工作原理
动力端通过皮带（或链条、万向轴）带动泵的主轴旋转，再通 过曲柄连杆机构使活塞向右移动，缸内形成负压，上水池内的液体 在大气压力作用下，顶开吸入阀进入缸内，直到活塞移到最右边位 臵完成吸入过程。活塞开始向左移动，缸内液体受到活塞的挤压而 压力升高，吸入阀被关闭，排出阀被顶开，液体被活塞推出排出阀 经排出管进入高压管汇，完成排出过程。
米左右。 技术套管：用于封隔用泥浆难以控制的复杂地
层；无法堵塞的严重漏失层；非目的层的油气
层；压力相差悬殊油、气、水层等。 油层套管：用于以把不同压力和不同性质的油、
二开钻 进 （技术 套管）
气、水层分割开来，建立一条油、气流至地面的
三开钻 进 （油层 套管）
通道，保证能长期生产，满足合理开采油、气和 增产措施的要求。油层套管的下深根据目的层的 深度和不同的完井方法而定。
均衡椭圆筛：是近几年发展起来的一种新筛型，筛箱上各点 的运动轨迹如图,所有椭圆的运动轨迹的长轴和短轴相同， 抛掷角的大小和方向完全一致。均衡椭圆筛结合了圆型振动 筛和直线振动筛的基本优点，均衡椭圆筛的处理量较直线筛 大20-30%，是一种比较先进的钻井液振动筛，代表着当今钻 井液振动筛的发展方向。
动副，2~4台柴油机 —变矩器驱动机组，用多排小节距套筒滚子链条
并车，统一驱动各工作机组，一般仍用胶带传动钻井泵。
大庆130钻机传动示意图
猫头轴 输入轴 1#联动机 2#联动机
滚筒轴
3#联动机
转盘
2#钻井泵
辅助刹车
空压机
离合器
1#钻井泵
电驱动钻机类型及特点
类型：电驱动钻机包括直流电机驱动和交流变频电机驱动两种形式。
振动筛的结构示意图
振动筛主要通过电机带动激振器旋转，产生周期变化的惯性力，钻 井液固相颗粒进入筛面，在筛面上做抛掷运动，将大小不等的固相颗粒 分类去除。振动筛的分离颗径和处理量是振动筛选配的重要因素。
振动筛的选择
振动筛的技术水平主要反映在处理能力（处理量和分离粒度）、工 作的稳定性．寿命的长短和操作的灵活性几个方面。振动筛的处理能力 与振动筛的结构、运动轨迹、振动频率、振动强度、筛网面积和筛网的 粗细有关。为了使振动筛与钻机匹配，就必须考虑钻井泵的最大排量及 钻进中产生的钻屑量，即： Q筛≥Q泵+Q屑 式中：Q筛 ——振动筛处理量，L/s; Q泵——钻井泵最大排量,L/s; Q屑——钻进中的钻屑量，L/s。 通常根据筛框的运动轨迹将振动筛分为圆筛、普通椭圆筛、直线筛、 均衡椭圆筛四大类。
方法:常用的有稀释法、替代法、机械方法、化学方法等四种。机械方法 是通过机械设备利用筛分、离心分离、重力分离等原理，将钻井液中的 固相成分按颗粒、密度大小不同而分离开，以达到控制固相的目的。
钻井液固控系统发展过程：在20世纪50年代 以前，并不使用机械装臵来净化钻井液，到 了20世纪50年代以后，开始采用钻井液振动 筛、离心机来清除钻井液中的岩屑。60年代 以后，国外油田开始采用4英寸除泥旋流分离 器，六十年代中期，细目钻井液振动筛得到 使用。70年代以后，超细目振动筛得到使用。 80年代以后，钻井液固相控制从采用两级处 理发展成为三级、四级、五级处理。 钻井中钻井液的循环程序：钻井液罐 经泵→ 地面管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内 →钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井 液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。
五.
离心泵结构及原理
离心泵就是通过旋转叶轮的动能产生流量，使液体流动。离心泵的基
本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，
填料函。离心泵的效率取决于该叶轮的性能。离心泵与活塞泵相比，具 有转速高，体积小，流量大，结构简单的特点；但泵压相对较低等，液 体粘度对泵性能影响大，只能用于粘度近似于水的液体。
除气器的工作原理
除气器用来清除气侵钻井液中的气体，保证 钻井液性能相对稳定，保证旋流器能正常工作。 除气器分为两大类：常压式和真空式。常压式除 气器利用离心机抽吸气侵泥浆，借助离心力使泥 浆在其喷射罐内喷射、撞击内壁，使气体释放出 去。真空除气器利用真空泵的抽吸作用，在真空 罐内形成负压，钻井液在大气压的作用下，通过 吸入管进入空心轴，再由空心轴四周的伞片总成， 呈喷射状甩向罐壁，在碰撞、真空及气泡分离器 的作用，浸入钻井液中的气泡破碎，气体逸出， 通过真空泵抽出并排往安全地带。
钻井泵结构图
钻井泵工作示意图
空气包 输出管 拉杆 泵头 十字头 活塞杆 被动轴 输入管
连杆
曲轴
传动轴
连杆
转盘结构图
大方瓦 方补心 转盘是用 来承托管柱重 量，提供扭矩 和转速。转盘 实质上相当于 一个特殊结构 的角传动减速 器，主要由箱 体、转台、主 轴承、副轴承、 齿圈、 输入轴 总成、锁紧装 臵、方瓦、箱 盖等部分组成。
钻井工艺与装备
东北石油大学 机电工程系 高胜
目
一. 二. 三.
录
钻井工艺基本知识 钻机类型及组成 绞车结构及原理
四.
五. 六.
钻井泵结构及原理
离心泵结构及原理 钻井液固控系统及机具
一.
钻井施工基本知识
石油钻井：是指利用专用设备和技术，在预先选
定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的孔眼，
一直达到地下油气层的工作。 钻井方法的发展：（1）人工掘井：1521年之前。 （2）人力冲击钻：1521～1835年，是靠人力、捞 砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。3）机械
离心泵结构示意图
六.
钻井液固控系统及机具
概念:钻井液固相控制就是要清除钻井液中的有害固相，保存有用固相， 以满足钻井工艺对钻井液性能的要求。钻井液固相控制系统就是所有用 于钻井液固相控制设备的总称。 作用:防止油气通道堵塞、破坏，降低钻井扭矩和摩阻，降低环空抽吸的 压力波动，提高钻井速度，延长钻头寿命，减轻设备的磨损等。
钻井液 出口 井口 防 溢管
导管：用于将钻井液引到固控设备上，深度
一般为10米以内。一般在钻前准备时完成。 表层套管：其作用是封隔地表部分的易塌、易 漏地层和水层，安装第二次开钻的井口装置， 控制井喷。其下入深度，根据地表部分松软的
井口防 喷器 注水泥 施工 一开钻 进 （表层 套管）
易塌、易漏地层和水层的深度而定。一般在100
大钩结构及工作原理
大钩是起升钻具的重要设备，由 钩身、杆、筒体、提环、止推轴承 及弹簧组成，钩身能转动，钩口和 侧钩有闭锁装置，大钩有缓冲减振 功能。大钩与游车结合成一体，称
为游钩，是目前使用的主要形成。
游车、天车结构及工作原理
天车是安装在井架顶部的定滑轮组，游车是在井架内部上下作往复运
动的动滑轮组，主要由滑轮、滑轮轴、轴承、轴承座及支架组成。
水平轴
锁销
主轴承
小伞齿轮
防跳轴承
大伞齿轮
水龙头结构及工作原理
水龙头通过提环挂在大钩上，上部通 过鹅颈管与水龙带相连，下部接方钻杆，
连接下井钻具。水龙头主要由鹅颈管、
冲管总成、中心管、壳体、提环和主轴 承等组成，主要功用悬持旋转着的钻杆
柱，承受大部分以至全部钻具重量；向
转动着的钻具内输送高压钻井液。
顿钻（冲钻）：1859～1901年，靠机械冲击作用
破岩，破岩和清岩相间进行。（4）旋转钻：1901 年发展起来的，旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，
在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻
井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘 钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻井。