石油钻讲义采机械概论——井下动力钻具(版本)
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井下动力钻具
井下动力钻具井下动力钻具2007-07-27 16:19:37| 分类：Drilling | 标签：directional drilling |字号订阅井下动力钻具是定向井，水平井的必备工具。
开始人们用它配合弯接头进行定向作业，和扭方位做业。
目前已发展到配合高效能钻头连续钻进。
井下动力钻具最早使用的是涡轮钻具，大约70年代末和80年代初我国开始引进美国的耐维钻具（NaVil Drill）和代钠钻具（DiNa Drill），进而引进了生产线。
经过我国科技人员的研究和改造，已形成具有我国特色的螺杆钻具，目前，已有很多品种和系列，能够满足不同钻井工作的需要。
一，螺杆钻具的组成螺杆钻具有四大部分组成，他们是旁通阀，马达总成，万向轴和传动轴总成，下面分别介绍1，旁通阀旁通阀安装在螺杆钻具的最上端，它的作用是下钻过程中，允许钻井液从环空流入钻具内，起钻过程中允许钻井液从钻具内流入环空。
钻进过程中旁通阀是关闭的。
旁通阀的打开和关闭靠的是内部的活塞移动，循环时，钻井液流经活塞，由于流道的变化，在活塞上产生一定的压降，这个压降推动活塞下移，进而关闭旁通阀。
停止循环后，活塞处于自由状态，弹簧推动活塞上移，旁通阀打开。
2，马达总成马达总成包括转子和定子两部分：（1），转子是一根加工成螺旋形的钢轴，转子的上端是自由的，其下端与万向轴相连。
单头马达转子的轴截面是圆的，整个转子象一个拉直的弹簧是螺旋状的。
多头马达转子的轴截面是梅花瓣形的，有几个梅花瓣就称为几头。
目前见到最多的是九头。
（2），定子内是一个模压成型的橡胶套筒，它的内部是螺旋通道，包容转子。
橡胶套筒固定在马达的钢制本体上一起成为定子。
单头马达定子的橡胶套筒截面是长圆型的（两头是半圆，中间是长方形），多头马达定子的橡胶套筒截面也是梅花瓣形的，但它比与之配合的转子多一个梅花瓣，就是通常说的多一个头。
当转子装入定子后，这两个零件的几何形状的差异形成了一系列空腔。
当钻井液在泵的驱动下通过马达时，它流经转子与定子间的空腔，推动转子旋转。
第2章 石油钻机概论
旋转防喷器 Nhomakorabea 节流管汇
压井管汇
八大部件：绞车；转盘；
水龙头；大钩；游车；天 车；钻井泵；井架 十大部件：加—柴油机； 联动机组。
第二节 钻机分类与特点
一、分类
1． 按井深分
浅井（≤1500m）； 中深井（1500~3000m）； 深井（3000~6000m）； 超深井（6000~9000m）； 特深井（9000m以上） 机械驱动钻机（MD） 电驱动钻机（ED）。 单独驱动（各主要机组单独驱动） 统一驱动。
八、辅助设备
组成：
供气、供水、供油、供暖设备 辅助发电设备 井口防喷设备 钻鼠洞设备 辅助起重设备 ……
防喷器
Blowout Preventer（BOP） 功能：钻井过程中，钻井液柱静液压力小于地层流 体压力时，地层流体将进入井眼，引起井涌，此时 需要采用防喷器来防止井喷 种类：闸板、万能（环形）、旋转 要求：
q—钻柱线密度（单位长度质量）， g ≈ 10 L —最大井深，km。
3. 绞车输入功率 Ndr
输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数
N dr
tbdr
Q1V1
V1—起升I档速度，（0.4～0.6m/s）； t —游动系统效率； b—滚筒轴传动与缠绳效率； dr —输入轴至滚筒前，传动效率。 Q1—起升I档游系载荷kN。 Q1= Qds+10 Gt Gt—游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量,t。
钻机的组成
旋转系统设备 循环系统设备
起升系统设备
动力驱动系统 传动系统设备 控制系统和监测仪表 钻机底座
压井管汇
八大部件：绞车；转盘；
水龙头；大钩；游车；天 车；钻井泵；井架 十大部件：加—柴油机； 联动机组。
第二节 钻机分类与特点
一、分类
1． 按井深分
浅井（≤1500m）； 中深井（1500~3000m）； 深井（3000~6000m）； 超深井（6000~9000m）； 特深井（9000m以上） 机械驱动钻机（MD） 电驱动钻机（ED）。 单独驱动（各主要机组单独驱动） 统一驱动。
八、辅助设备
组成：
供气、供水、供油、供暖设备 辅助发电设备 井口防喷设备 钻鼠洞设备 辅助起重设备 ……
防喷器
Blowout Preventer（BOP） 功能：钻井过程中，钻井液柱静液压力小于地层流 体压力时，地层流体将进入井眼，引起井涌，此时 需要采用防喷器来防止井喷 种类：闸板、万能（环形）、旋转 要求：
q—钻柱线密度（单位长度质量）， g ≈ 10 L —最大井深，km。
3. 绞车输入功率 Ndr
输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数
N dr
tbdr
Q1V1
V1—起升I档速度，（0.4～0.6m/s）； t —游动系统效率； b—滚筒轴传动与缠绳效率； dr —输入轴至滚筒前，传动效率。 Q1—起升I档游系载荷kN。 Q1= Qds+10 Gt Gt—游车、大钩、吊环、吊卡、钢绳的固定重量,t。
钻机的组成
旋转系统设备 循环系统设备
起升系统设备
动力驱动系统 传动系统设备 控制系统和监测仪表 钻机底座
石油钻采机械概论1-6
钻井泵类型
根据结构形式，钻井泵可 分为三缸单作用钻井泵、 五缸双作用钻井泵等。
钻井液净化设备
钻井液净化设备概述
01
钻井液净化设备用于清除钻井液中的固相颗粒，维护钻井液的
性能稳定。
钻井液净化设备组成
02
钻井液净化设备主要包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等
。
钻井液净化设备类型
03
根据处理原理，钻井液净化设备可分为机械式净化设备和水利
。
03 采油机械设备
有杆泵采油设备
抽油机
通过电动机提供动力，经过减速 箱将动力传递给曲柄连杆机构， 带动抽油杆做上下往复运动，从
而将原油从井底举升到地面。
抽油杆
连接抽油机与井下抽油泵的细长 杆件，主要承受拉应力。
抽油泵
安装在井下的工作部件，由柱塞 、泵筒、游动凡尔和固定凡尔组 成，当抽油杆带动柱塞上下运动
电气设备保养
检查电气线路和元件的绝缘性能，更换损坏的电器元件，保证电 气系统的安全可靠。
石油钻采机械维修技术
故障诊断技术
运用现代检测技术和故障诊断方法，准确判断设备故障的原因和部 位。
维修操作技术
掌握常用维修工具的使用方法，具备拆卸、安装、调试等维修操作 技能。
维修安全技术
遵守维修安全操作规程，采取必要的安全防护措施，确保维修过程的 安全。
燃气轮机类型
根据结构形式可分为轴流式、离心式等；根据用途可分为 航空燃气轮机、工业燃气轮机等。
燃气轮机在油田中的应用
主要用于驱动大功率注水泵、压缩机等油田设备，以及作 为联合循环发电系统的核心设备。
05 油田专用车辆与 工程机械
油田专用车辆
运输车辆
用于在油田内运输原油、天然气、水 、砂土、化学药剂等物资，包括油罐 车、水罐车、砂土车等。
井下电动钻具ppt课件
3、循环润滑装置的设计
（1）循环润滑装置的工作原理
在输入齿轮轴上端的两轴承间设置有螺旋套，螺旋套与输入轴通过键 联接，相对应的壳体内表面是具有内螺旋面的专门衬套。螺旋套与衬套连续 啮合，沿着轴向将内螺旋面和螺旋套外表面形成一个个密封腔，随着输入轴 的旋转，密封腔不断向前移动，推动润滑油在减速器内的闭合油道循环润滑
（4）P c v
（5）泄露量 （6）摩擦功耗
10ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三.行星齿轮系统的动力学分析、行星架的有限元分析
（1）行星齿轮传动系统的模态分析，以便得到齿轮系统的振动 特性（各阶频率和相应振型）；
（2）ADAMS中进行行星齿轮传动系统的动力学仿真分析，以得到 轮齿间啮合力的分布情况；
11
（3）行星架的有限元分析
最下端轴密封
3
二、井下减速器主要部分结构设计
1、用于獾式钻井的行星齿轮减速器主要设计参数和要求 2、行星齿轮传动的设计和计算 3、循环润滑装置的设计 4、太阳轮齿轮轴和行星架间的端面密封设计
4
行星齿轮减速器的总体装配图
5
1、用于獾式钻井的行星齿轮减速器主要设计参数和要求
（1）行星齿轮减速器的主要设计参数 外径、内径、减速比、级数、长度等；
（2）设计要求（为螺旋输送提供通道、密封要求）
2、行星齿轮传动的设计和计算
（1） 齿轮材料、热处理、精度等级及强度极限；
（2） 相关参数计算（斜齿轮结构参数、端面重合度、中心距、扭矩 等）； （3） 强度校核
齿面接触疲劳强度的校核、齿根弯曲疲劳强 度的校核； （4） 齿轮装配验算（同心、装配、邻接条件）、三维结构图； 6
用于獾式钻井新技术的井下电动钻具 设计研究
汇报人：杨涛
石油钻采机械概论——井下动力钻具(2003版本)
发展
• 1.国外井下动力钻具的发展具有品种类型趋于统一、 性能参数基本一致的趋势。产品可 • 分为低速大扭矩井下动力钻具、中高速大功率井下 动力钻具和中高速短长度井下动力钻具三 • 大类型。 • 2.外径大于120mm的井下动力钻具的系列化尺寸主 要有127mm、172mm、195mn、240mm和260mm五 种规格。 • 3.重视辅助配套技术的完善，不断提高产品的使用 可靠性和技术经济效益。应用新材日、新工艺和新 设计，争创产品特色，是国外井下动力钻具发展中 的基本特征
发展
• 1977年，聚晶金刚石（PDC）钻头在北海油田 问世，加速了井下动力钻具的发展。 • 80年代，井下动力钻具、聚晶金刚石(PDC)钻 头和随钻测量（MWD）系统这三大技术工具 得到了高速发展和广泛应用，特别是这三者的 有机组合体——井下动力钻具导向钻井系统的 问世，极大地促进了丛式井、大斜度井和大中 曲率半径水平井的开发，使西方国家的水平井 钻井成本普遍降低60%一70%，被誉为钻井技 术史上的重大变革
叶片钻具
• 这种钻具具有单向离合器的功能，当压力中断 时可以用转盘通过钻杆直接驱动钻头旋转
• 实践表明，叶片钻具使用效果良好。井下定向 控制方便，不仅可用于大斜度井和小曲率半径 水平井，而且还适用于深井和高温井，在各种 高压钻井液中均能有效地工作。
• 目前，叶片钻具主要在北海油田与帝国石油工 具公司合作的承包商的承包区内大量使用，尚 未超过合同规定的对外保密年限
• 优势：井下动力钻具在西方发达国家已被 确定为定向井、丛式井、大斜度井、水平 井和抢险救援井的最佳钻井工具之一
术语
• 进尺：钻进获得以米为度量单位的长度数 值。一个作业班(8小时)内的钻进长度，称 为班进尺，此外有日进尺、月进尺、年进 尺等；一个钻头所钻的总深度，称钻头进 尺；进尺是钻探或钻井的工作量指标，是 钻探计划、统计、核算、定额等的一个基 本项目 • 压力降：压力降指的是压差，一般指流体 经过某容器或设备等所损失的压力。
石油钻采机械概论(1-6)课件PPT课件
降低能耗和提高产量；通过优化油气分离技术，可以提高原油质量和处理效率。
06
石油钻采机械的未来发展
石油钻采机械的技术创新
自动化技术
提高钻采机械的自动化水平，减 少人工操作，提高生产效率。
智能化技术
利用人工智能、大数据等技术，实 现钻采机械的智能决策、智能控制 和智能监测。
环保技术
研发低能耗、低排放、低污染的钻 采机械，降低生产过程中的环境污 染。
石油钻采机械概论(1-6)课 件ppt课件
• 石油钻采机械概述 • 石油钻机 • 钻井泵 • 钻头与钻具 • 采油设备 • 石油钻采机械的未来发展
01
石油钻采机械概述
石油钻采机械的定义与分类
定义
石油钻采机械是指用于钻探和开 采石油、天然气等资源的专用机 械设备。
分类
根据用途和功能的不同，石油钻 采机械可分为钻井机械、采油机 械、修井机械等。
石油钻采机械的应用场景
陆地油田
石油钻采机械主要用于陆 地油田的钻探和开采。
海洋油田
随着海洋资源的开发，石 油钻采机械也逐渐应用于 海洋油田的钻探和开采。
其他领域
石油钻采机械还可应用于 地热能、煤层气等其他资 源开采领域。
02
石油钻机
石油钻机的组成与工作原理
总结词
了解石油钻机的组成和工作原理是掌握其性能和操作的基础。
选择和使用合适的钻头与钻具对于提高钻井 效率、降低成本和减少事故至关重要。
详细描述
根据地层特性、钻井设计和技术要求，选择 适合的钻头类型和规格。同时，要确保钻具 的强度、耐磨性和抗腐蚀性能等满足要求。 在使用过程中，要注意控制钻压、转速和送 钻等参数，以充分发挥钻头与钻具的性能。
钻头与钻具的维护与保养
06
石油钻采机械的未来发展
石油钻采机械的技术创新
自动化技术
提高钻采机械的自动化水平，减 少人工操作，提高生产效率。
智能化技术
利用人工智能、大数据等技术，实 现钻采机械的智能决策、智能控制 和智能监测。
环保技术
研发低能耗、低排放、低污染的钻 采机械，降低生产过程中的环境污 染。
石油钻采机械概论(1-6)课 件ppt课件
• 石油钻采机械概述 • 石油钻机 • 钻井泵 • 钻头与钻具 • 采油设备 • 石油钻采机械的未来发展
01
石油钻采机械概述
石油钻采机械的定义与分类
定义
石油钻采机械是指用于钻探和开 采石油、天然气等资源的专用机 械设备。
分类
根据用途和功能的不同，石油钻 采机械可分为钻井机械、采油机 械、修井机械等。
石油钻采机械的应用场景
陆地油田
石油钻采机械主要用于陆 地油田的钻探和开采。
海洋油田
随着海洋资源的开发，石 油钻采机械也逐渐应用于 海洋油田的钻探和开采。
其他领域
石油钻采机械还可应用于 地热能、煤层气等其他资 源开采领域。
02
石油钻机
石油钻机的组成与工作原理
总结词
了解石油钻机的组成和工作原理是掌握其性能和操作的基础。
选择和使用合适的钻头与钻具对于提高钻井 效率、降低成本和减少事故至关重要。
详细描述
根据地层特性、钻井设计和技术要求，选择 适合的钻头类型和规格。同时，要确保钻具 的强度、耐磨性和抗腐蚀性能等满足要求。 在使用过程中，要注意控制钻压、转速和送 钻等参数，以充分发挥钻头与钻具的性能。
钻头与钻具的维护与保养
第二章 1节石油钻机概论
顶部驱动旋转钻井法
第二节
钻井设备
钻机：石油钻井的地面配套
设备，由多种机器设备组成 的一套大功率重型联合工作 机组，可以满足完成钻进、 接单根、起下钻、循环洗井、 下套管、固井、完井及特殊 作业和处理井下事故等要求。
图6－4 大庆I－130型钻机
1天车，2悬臂吊绳缆 ，3钻 井大绳，4二层台，5游车， 6顶驱 ，7井架 ，8方钻杆， 9司钻偏房，10防喷器，11 水箱，12电缆托盘，13发电 机组 ，14储油罐，15电气控 制房，16泥浆泵，17泥浆桶 箱，18泥浆罐，19泥浆池， 20离心器 ，21振动筛，22节 流管汇，23管子坡道，24钻 杆架，25蓄电池
目前普遍使用
顿 钻 钻 井 法
钢丝绳提升钻头
下放
冲击井底，击碎岩石
向井内注水
岩屑、泥土混合成泥水浆
积累到一定量
提出钻头
下捞砂筒
捞出井内的泥水浆 暴露新井底 图点： 起、下钻费时少，设备简单
缺点：
(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；
(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢； (3)不能进行井内压力控制； (4)只适用于钻直井。
最大钻柱重量Qmax：定义为在标准规定的钻井
绳数下，正常钻井或进行起下作业时，大钩所
允许承受的最大钻柱在空气中的重量(质量)。
当采用127mm钻杆时，q＝36kg／m， 它是由直径为127mm，壁厚δ＝9.19对 焊接头的钻杆柱(包括接头)与长约100m， 直径178mm钻铤在空气中的重量之和除 以最大钻柱全长所得的平均值。 当采用114mm钻杆时q=30kg／m。
我国钻机系列的钩载储备系数对于前7级在 1．88—2．25之间，而后2级为2．52和2．53。 k值越大说明钻机下套管、解卡能力越强。
井下动力工具
井下动力钻具与转盘钻井相比，转速快，有利于提高机械钻
速； 实现井身轨迹的定向控制； 可与转盘复合，实现复合钻井。不仅可以实现旋转或滑动钻 井，还可提高钻头转速，提高钻井速度。
3-1 井下动力钻具简介
2、井下动力钻具发展概况
世界上第一台单级涡轮的专利注册于1873年的美国，比转盘钻井的
C、万向轴总成
作用：将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，
将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。
结构及工作原理：壳体和万向轴。
a) 直螺杆钻具的万向轴壳体无弯角，而弯壳体 螺杆钻具的万向轴壳体带有弯角。 b) 万向轴有几种不同的结构形式，普遍采用瓣 型连接轴和挠性连接轴。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
Φ152mm以下井眼（小井眼）：Φ120mm、Φ100mm、Φ95mm、 Φ89mm、Φ54mm等。多用于套管开窗侧钻和修井作业，及地质 勘探和其他地下工程的钻小孔作业。
3-2 螺杆钻具
3、分类方法
(3)按螺杆钻具万向轴壳体结构特征分类
根据万向轴壳体是否带有结构弯角，将螺杆钻具划分为常规的直 螺杆钻具（无结构弯角）和弯壳体螺杆钻具（带结构弯角）。 直螺杆钻具上方加配弯接头主要用于钻常规定向井。 弯壳体螺杆钻具主要用于钻水平井、大位移井、多分支井等。
b. 停泵时，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀 开启，使钻柱内空间与环空沟通。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
B、马达总成
作用：把钻井液的水力能转化为机械能。
结构：由转子和定子两部分组成。
马达是螺杆钻 具的动力部件。
转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由
端，下端与万向轴相连。
井下动力钻具
石油钻采机械概论(1-6)课件PPT课件
泥浆净化系统
处理循环泥浆，去 除岩屑和杂质。
钻井设备选型原则与方法
地质条件适应性
根据地层岩性、井深、 井斜等选择合适的钻机
和钻具。
经济性
在满足钻井要求的前提 下，尽量降低设备投资
和运行成本。
可靠性
选用技术成熟、性能稳 定的设备，确保钻井作
业顺利进行。
安全性
考虑设备的安全防护措 施和应急处理能力，保
根据故障诊断结果采取相应的维修措 施，如更换损坏的元件、清洗堵塞的 管路、调整压力或流量等参数，使系 统恢复正常运行。同时，加强日常维 护和保养工作，定期检查并更换液压 油或润滑油，保持系统清洁和干燥， 以延长使用寿命和减少故障发生。
06 石油钻采机械自动化与智 能化技术
自动化与智能化技术应用概述
行。
03 采油设备
采油设备分类及特点
抽油机
通过抽油杆带动深井泵，将原油从地下抽到地面，适用于不同粘度和 产量的油井。
电潜泵
将电动机和多级离心泵一起下入油井液面以下进行抽油的举升设备， 适用于高产液、高含水油井。
螺杆泵
通过螺杆在泵壳内旋转产生的吸力和压力来抽取原油，适用于高粘度、 高含砂、高含气油井。
分类
石油钻采机械种类繁多，按照功能和用途可分为钻井设备、采油设备、修井设 备等；按照驱动方式可分为电动、液动、气动等；按照结构形式可分为立式、 卧式、移动式等。
石油钻采机械发展历程
初期阶段
早期的石油钻采主要依靠人力和简单 的机械设备，效率低下，安全风险高。
未来趋势
未来石油钻采机械将继续向高效、节 能、环保、智能化方向发展，同时注 重提高设备的可靠性和维护性。
THANKS FOR WATCHING
石油钻采机械概论(1-6).讲解学习
一、油井自喷基本原理 1．自喷的诱导 钻井作业完成以后，由于井简内充满着钻井液，液柱作用于井底的压
力一般大于油、气层压力，加上钻井和射孔过程中污染物的堵塞和阻 碍，油、气一般不能流入井筒内，更不能自动喷到地面。因此，采油 之前一般要降低井简内的液性压力，清除堵塞油层的污物，使油、气 能够畅流到地面。这种诱导作业过程称作诱喷或诱流。 方法：替喷法，抽及法，气举法，提捞法
制和调节油井的流量和井口压力，必要时可关 闭油井。
第二节 机械采油
随着自喷油井油层压力的逐步降低，流到井底的油气所有的剩余能量 不足以将油液喷到地面时，或者在低渗透、低压力油层，其原始能量 不能将油液自喷到地面时，通常要应用专门的抽油装置，特油井中的 油浓举升到地面，以便保持并底和油层之间油浓流动的压力差，保证 油气源源不断地流向井底。这种采油方式称作机械采油或人工举升采 油。
抽油泵总是下放到液面以下的某一深 度，故当柱塞上行时，游动阀受油管 内液校的压力自动关闭，随着校塞的 上行，油管上部的一部分液体排出地 面；与此同时，柱塞下部泵筒空间内 压力降低，井内液体在压差作用下顶 开安装于泵筒上的固定阎阀球，进入 泵筒，抽油泵处于吸人过程，直至栓 塞到达上死点为止。当拄塞下行时， 泵筒内液体受压缩，压力升高．达到 与泵筒外环形空间液拄压力相等后， 固定阀阀球靠自重下落，使固定阀关 闭；校塞继续下行，泵内压力进一步 升高，当超过油管内液柱压力时，泵 筒内液体即顶开游动阀阀球并进入油 管，抽油泵开始排出过程．直至校塞 到达下死点，如此循环不已。
二平衡压力钻井 平衡压力钻井是指钻井过程中保持钻井液动压力与地层空隙相等，即
Pfp Pf Pa
第四节钻井技术的新发展
一欠平衡钻井技术 当今新兴的钻井技术之一．保持钻井液柱静水头施加的井底压强低于井
力一般大于油、气层压力，加上钻井和射孔过程中污染物的堵塞和阻 碍，油、气一般不能流入井筒内，更不能自动喷到地面。因此，采油 之前一般要降低井简内的液性压力，清除堵塞油层的污物，使油、气 能够畅流到地面。这种诱导作业过程称作诱喷或诱流。 方法：替喷法，抽及法，气举法，提捞法
制和调节油井的流量和井口压力，必要时可关 闭油井。
第二节 机械采油
随着自喷油井油层压力的逐步降低，流到井底的油气所有的剩余能量 不足以将油液喷到地面时，或者在低渗透、低压力油层，其原始能量 不能将油液自喷到地面时，通常要应用专门的抽油装置，特油井中的 油浓举升到地面，以便保持并底和油层之间油浓流动的压力差，保证 油气源源不断地流向井底。这种采油方式称作机械采油或人工举升采 油。
抽油泵总是下放到液面以下的某一深 度，故当柱塞上行时，游动阀受油管 内液校的压力自动关闭，随着校塞的 上行，油管上部的一部分液体排出地 面；与此同时，柱塞下部泵筒空间内 压力降低，井内液体在压差作用下顶 开安装于泵筒上的固定阎阀球，进入 泵筒，抽油泵处于吸人过程，直至栓 塞到达上死点为止。当拄塞下行时， 泵筒内液体受压缩，压力升高．达到 与泵筒外环形空间液拄压力相等后， 固定阀阀球靠自重下落，使固定阀关 闭；校塞继续下行，泵内压力进一步 升高，当超过油管内液柱压力时，泵 筒内液体即顶开游动阀阀球并进入油 管，抽油泵开始排出过程．直至校塞 到达下死点，如此循环不已。
二平衡压力钻井 平衡压力钻井是指钻井过程中保持钻井液动压力与地层空隙相等，即
Pfp Pf Pa
第四节钻井技术的新发展
一欠平衡钻井技术 当今新兴的钻井技术之一．保持钻井液柱静水头施加的井底压强低于井
石油钻采机械概论
2. 水龙头 （1） 水龙头的作用 ） ①承重 承重—承受钻柱重量 承重 ②旋转 旋转—支承旋转的钻具 旋转 耐压—输送高压泥浆 ③耐压 耐压 （2） 结构组成与特点 ） 承重部分：提环；壳体 ①承重部分 承重部分 ②旋转部分 旋转部分：中心管总成 旋转部分 主轴承，防跳轴承；扶正轴承（2个） 主轴承，防跳轴承；扶正轴承 ③轴承布置 两扶正轴承分置于主轴承两边（图2-2间距大，扶正好）。 扶正好） 两扶正轴承分置于主轴承两边 扶正好 耐压： ④耐压 鹅颈管；冲管总成 耐压 冲管总成为快卸密封结构（易损件） 冲管总成为快卸密封结构 浮动冲管（工作时不转动，有轴向窜动 有轴向窜动。），Y形液压自密 浮动冲管 有轴向窜动 封、快卸结构（参见图3-14）。
第二章 石油钻机概论 钻机是用于油气勘探、开发的一整套钻井设备 整套钻井设备。 钻机是 整套钻井设备 第一节 钻机的组成 一、地面旋转设备 主要组成：转盘、水龙头、钻具 顶驱装置。 主要组成 转盘、水龙头、钻具，顶驱钻机配备有顶驱装置 转盘 顶驱装置 作用：转动钻具，带动钻头破碎岩石 破碎岩石。 作用：转动钻具 破碎岩石 1. 转盘（参见图2-1） 转盘（参见图 ） （1）转盘的作用 ） 钻进时—转动钻具 转动钻具；井底动力时—承受反扭矩； 承受反扭矩； 转动钻具 承受反扭矩 起下钻、下套管时—承托钻杆或套管重量； 承 重量； 重量 处理事故时，造扣 倒扣 造扣、倒扣 造扣 倒扣(上提)。
2.钻机型号 我国石油钻机国家标准规定了石油钻机的型式与基本参数，适用于石油、天然 气勘探开发用钻机。 我国钻机型号意义如下：
ZJ □
□
□
（厂家代号用一个汉语拼音表示；改型序号用啊拉伯数字表示）
链条并车无或为L 胶带并车钻机为J 齿轮传动钻机为C 电驱钻机为D 链条并车无或为L；胶带并车钻机为J；齿轮传动钻机为C；电驱钻机为D 自行车装钻机为Z 半拖挂车装钻机为T 自行车装钻机为Z；半拖挂车装钻机为T 新标准增： 液压钻机；DJ-交流电驱动钻机； 新标准增：Y-液压钻机；DJ-交流电驱动钻机； DZ-直流电驱动钻机；DBDZ-直流电驱动钻机；DB-交流变频电驱动钻机 钻机级别：以100m计的钻机名义钻深范围的上限。 钻机级别 钻机代号。 钻机
井下动力钻具
涡轮钻具的工作特性
在转子进口与出口处， 在转子进口与出口处，单位重量液体的能量一部分变为涡轮的机 另一部分为转子内的水力损失， 械能 H ,另一部分为转子内的水力损失，即 另一部分为转子内的水力损失
l
p1 − p0 c1 − c2 + = H l + h转 ρg 2g
2 2
上式表明，涡轮中机械能的来源， 上式表明，涡轮中机械能的来源，一部分是转子中液体的压力降 除去水力损失），另一部分是转子的动能降， ），另一部分是转子的动能降 （除去水力损失），另一部分是转子的动能降，由于转子出 口的绝对速度是下一级定子的进口绝对速度， 口的绝对速度是下一级定子的进口绝对速度，所以转子的动 能降等于定子中动能的增加值， 能降等于定子中动能的增加值，它是由定子内的压力降变来 的。 ∆p转 ∆p定 ∆p Hl = − h转 + − h定 = −h ρg ρg ρg 或者
∆p
涡轮钻具的能量损失：水力损失，容积损失和机械损失。 涡轮钻具的能量损失：水力损失，容积损失和机械损失。 总效率 η =η η
机 i
转化效率
ηi = η水η容
涡轮钻具的工作特性
根据制动，空转，及顶点工况时的扭矩和功率值， 根据制动，空转，及顶点工况时的扭矩和功率值，可近似做出涡 轮的转化扭矩和转化功率特性曲线。 轮的转化扭矩和转化功率特性曲线。
单螺杆钻具的结构和作用原理
图 5 迪纳钻具结构 1—旁通阀；2—螺杆（转子）；3—定子衬套； 4—万向轴；5—主轴；6—钻杆接头。
单螺杆钻具的结构和作用原理
为迪纳单螺杆钻具的结构图， 图5为迪纳单螺杆钻具的结构图，它主要由旁通阀、 为迪纳单螺杆钻具的结构图 它主要由旁通阀、 马达（包括定子和转子）、万向轴及主轴等组成。 ）、万向轴及主轴等组成 马达（包括定子和转子）、万向轴及主轴等组成。 旁通阀装载钻具的顶部， 旁通阀装载钻具的顶部，它的作用是在下钻时允许钻 井液充入钻杆柱，起钻时允许钻井液从钻杆柱放空 井液充入钻杆柱， 在循环钻井液及钻具工作时， ，在循环钻井液及钻具工作时，关闭旁通阀的旁通 使钻井液全部进入螺杆钻具工作，而停泵时， 孔，使钻井液全部进入螺杆钻具工作，而停泵时， 旁通孔又会自动打开。 旁通孔又会自动打开。 马达部分是单螺杆钻具的最主要部件，它由螺杆（ 马达部分是单螺杆钻具的最主要部件，它由螺杆（转 和衬套（定子）两部分组成， 子）和衬套（定子）两部分组成，螺杆的材料为合 金钢，表面渡鉻，其断面是半径为R的圆 的圆， 金钢，表面渡鉻，其断面是半径为 的圆，螺杆可 认为是一系列的圆所组成的， 认为是一系列的圆所组成的，其各圆心的轨迹是以 偏心距e为半径 为螺距的柱面螺旋线 为半径、 为螺距的柱面螺旋线。 偏心距 为半径、l为螺距的柱面螺旋线。其形状很 像麻绳的一股。衬套由橡胶制成，其断面由两个半 像麻绳的一股。衬套由橡胶制成，
石油钻井讲义
第四章、卡瓦的结构及使用第一节钻杆卡瓦一、定义卡瓦是由带有夹紧元件的楔状金属部件组成的。
钻工将卡瓦坐在钻杆和转盘补芯之间。
坐上卡瓦，可以将水龙头和大钩从钻柱上移走。
卡瓦是防止钻柱落入井内的工具。
二、工作原理因为钻柱利用自身的重力将悬放着钻柱的轴向力转换成横向力，所以卡瓦能够安全地固定住钻柱。
该横向力也将卡瓦与转盘补芯楔牢。
1、结构钻杆卡瓦的铰接片数为3片，将卡瓦设计成多片，可减少应力集中，使卡瓦更坚固。
可更换的牙板在卡瓦片中的槽内可滑动。
卡瓦表面制造得很光滑并且做成楔状同转盘补芯的楔形外表面相吻合。
2、规格:钻杆卡瓦( Varco )分为SDS，SDML，SDXL，三种长度规格。
A.SDS型为短型卡瓦，尺寸范围：2-3/8"至4-1/2"B.SDML型为中型卡瓦，尺寸范围：2-3/8"至5-1/2"C.SDXL型为中型卡瓦，尺寸范围：3-1/2"至5-1/2"3、手动卡瓦检验项目与标准A.卡瓦牙磨去原齿高的1/4寸，全部更换新牙板。
B.如果新卡瓦牙板与卡瓦体有晃动时，卡瓦体报废。
C.本体背锥度变形不大于1.6MM。
D.各铰链部位灵活自好，无卡阻现象，当磨损量达到1MM时应更换铰链销。
E.手柄灵活好用，完整无损。
F.各种卡瓦开时，其开口宽度不小于相应钻具名义尺寸。
G.装配后试验，至少有80%的卡瓦牙能接触钻具。
H.润滑部位加油保养，本体除锈刷漆。
4、注意事项A.当司钻放下钻杆时，千万不要用卡瓦去阻止钻杆。
先让司钻用绞车刹车来使钻杆停下，然后坐卡瓦。
在起下钻时，让卡瓦沿着钻杆一同下入到补芯内并且使卡瓦停止是一个很好的办法。
引起钻杆变形的作法是不可取的。
B.当司钻起钻时，千万不要卡瓦搭载在钻杆上。
这样会增加卡瓦的磨损和对钻杆的伤害。
如果上升的钻杆突然将卡瓦从转盘内抛起来，将会是很危险的。
所以在司钻起钻时，要用提手拉出卡瓦。
C.坐卡瓦时，要让工具接头近可能地靠近转盘如果钻具接头离转盘太高，上卸扣时的扭矩接力可能拉弯钻杆。
井下动力钻具docx
特征 种类
螺杆钻具
涡轮钻具
电动钻具
工作原理
高压泥浆流经旁通阀进入马达，驱动转子旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。
定子导流作用下将高压钻井液导向转子推动转子旋转，带动涡轮轴转动，将扭矩和转速传递给钻头。
通过电缆传输带动井下电动马达高速转动，同时带动钻头高速转动。
优点
长度短（5-10m）；压降低（3-5MPa）；具有低速大扭矩的硬特性；过载能力强，操作方便；适用所有类型钻头；结构简单，维修方便
多级减速器结构复杂，可靠性差井下电动机的绝缘和密封性能要求高。电枢绕组失效后，修复困难
适用钻井类型
常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井，目前国内应用比较广泛。
高温情况宜于深井和高温环境下作业；对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作，是一种很有发展前途的井下动力钻具。
国内使用较少，独联体国家，采用电动钻具钻水平井和多支井，是一种很有发展前途的井下动力钻具。
作品编号
学历系数
有效性认定
不通过理由
分赛区评审
所获奖项
15223007
1.1
有效
88
分赛区评审
15223007
1
80
设计过程基本完整，但存在以下不足：套管柱设计时没有依据载荷进行分段选择套管，经济性不好；注水泥设计不合理；没有进行压裂设计；
ALL
2015-05-06 21:39:54
钻速高（400rpm以上），大扭矩；耐高温、高压；适用寿命长；
转速高（1200r/min以上）；较高温度适应能力；操作灵活；过载能力强，功率利用率高，井下信息的通讯容量大，井眼轨迹控制精度高
缺点
需定排量工作，有横向振动；不适应在高密度钻井液中工作；橡胶定子耐高温性差（不得高于125℃）
螺杆钻具
涡轮钻具
电动钻具
工作原理
高压泥浆流经旁通阀进入马达，驱动转子旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。
定子导流作用下将高压钻井液导向转子推动转子旋转，带动涡轮轴转动，将扭矩和转速传递给钻头。
通过电缆传输带动井下电动马达高速转动，同时带动钻头高速转动。
优点
长度短（5-10m）；压降低（3-5MPa）；具有低速大扭矩的硬特性；过载能力强，操作方便；适用所有类型钻头；结构简单，维修方便
多级减速器结构复杂，可靠性差井下电动机的绝缘和密封性能要求高。电枢绕组失效后，修复困难
适用钻井类型
常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井，目前国内应用比较广泛。
高温情况宜于深井和高温环境下作业；对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作，是一种很有发展前途的井下动力钻具。
国内使用较少，独联体国家，采用电动钻具钻水平井和多支井，是一种很有发展前途的井下动力钻具。
作品编号
学历系数
有效性认定
不通过理由
分赛区评审
所获奖项
15223007
1.1
有效
88
分赛区评审
15223007
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设计过程基本完整，但存在以下不足：套管柱设计时没有依据载荷进行分段选择套管，经济性不好；注水泥设计不合理；没有进行压裂设计；
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钻速高（400rpm以上），大扭矩；耐高温、高压；适用寿命长；
转速高（1200r/min以上）；较高温度适应能力；操作灵活；过载能力强，功率利用率高，井下信息的通讯容量大，井眼轨迹控制精度高
缺点
需定排量工作，有横向振动；不适应在高密度钻井液中工作；橡胶定子耐高温性差（不得高于125℃）
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