顶驱钻井平台毕业设计
4500kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计
4500kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计摘要：顶部驱动钻井装置是一种相对较为先进的钻井设备，它通过顶部的电机和传动装置来驱动钻杆的旋转和上下移动。
相比于传统的钻井设备，顶部驱动钻井装置能够在钻井过程中实现更加高效的操作，以及更加精确的控制。
这种装置在实际应用中也得到了广泛的验证，证明其应用效果非常良好。
基于此，本文主要针对4500KN变频直驱顶部驱动钻井装置展开设计。
关键词：4500KN；直驱顶部驱动钻井装置；结构；设计引言：在井架的上方装有一台顶驱动的钻机（下文称顶驱），它能沿着轨道的升降运动，实现钻杆的转动，钻井液的循环，以及立根的接接；适用于各种钻孔操作，如上卸扣，倒划等。
该装置替代了常规的圆台方钻组合，大大降低了钻柱卡钻、卡钻等复杂工况，大大提升了钻井工作效率。
顶驱油是目前国际上最先进的油气勘探技术，在深井、水平井、大斜度井等复杂油气井上具有很高的技术优势。
在石油地质条件日益严酷、复杂、复杂的情况下，顶驱技术已经逐渐成为深井、超深井以及一些特殊技术井的标准技术。
1典型顶部驱动钻井装置功能特点目前我国石油钻井所应用的典型顶驱钻井装置有TDS—11SA、TDT500ECI和DQ70BS等。
这些不同型号的装置在功能上各有优劣，但它们在以下方面有一系列共同的优点。
首先，采用整立柱钻杆钻进的方式工作，节约了接单根时间、操作步骤和工人劳动作业强度，提高了钻井效率和井口作业的安全性。
传统的钻井方式需要手动添加钻杆，而使用顶驱钻井装置可以自动完成这个过程。
这不仅提高了施工效率，还可以避免因人为操作错误引起的安全事故[1]。
其次，利用顶驱钻井系统能够实现在任意高度循环钻井液或旋转钻具，更有利于划眼下钻以及倒划眼起钻。
这可以避免井下事故，节约了钻井施工成本，提高了作业效率。
顶驱钻井系统可以根据需要调整钻杆的高度，使得钻井液和旋转钻具在井下得到更好的流动和旋转，从而提高钻井效率。
2 4500KN直驱顶部驱动钻井装置设计要求2.1设计标准直驱顶驱是一种广泛应用于石油钻井和采油提升设备的驱动装置。
顶部驱动钻井装置在海洋钻井平台上的应用
顶部驱动钻井装置在海洋钻井平台上的应用摘要：作为“工业的血液”，石油可以通过加工产出多种化学工业产品，在现代化发展中有着无可替代的作用。
中国的海洋石油储量大，发展前景广，但地质情况复杂，对开采的设备和技术要求高，针对这种情况，顶部驱动钻井装置被广泛应用于海洋钻井平台之中。
文章将结合装置的特点和开采条件进行分析，探讨顶驱钻井装置在海洋钻井平台中的应用情况。
关键词：顶部驱动钻井装置；海洋钻井平台；应用一.国内海洋石油钻井的发展现状作为石油天然气勘探开发中的重要工程，海洋石油钻井工程涉及的工程复杂，项目烦琐，具有规模大、风险高、成本难以控制等特点，随着21世纪的科技进步，我国的海洋油气勘探开发业务迅速发展，国家对能源安全的重视日益增强；至2022年，中国海油计划钻探海上勘探井227口。
目前石油钻井中主要采用旋转方式钻井，大致可以分为三种。
其中转盘旋转钻的钻机结构简单，建造成本较低，但钻进深度小，工作效率低。
井下动力旋转钻则是通过井下动力钻具带动钻头的方式进行工作，对钻柱的磨损小、使用寿命长，但对制造选材的要求较高。
顶部驱动旋转钻则是将钻机的动力部分转移到了上部，从而直接驱动钻具钻进，这样的设计可以有效处理工作过程中出现的问题，提高工作效率，因此被广泛地应用在海洋、陆地钻井平台当中。
由于海洋地质条件的特殊性，在海洋石油工程的开采作业期间容易频发各种事故，如开采出的可燃物造成火灾、石油渗漏造成污染、海水腐蚀平台设备等。
由于发展起步较晚，目前国内的海洋石油钻井平台还存在有以下缺陷[1]：1.设计缺陷。
海洋钻井平台的形式极为丰富，平台结构的复杂性导致相关人员在设计时，需要充分结合具体空间针对性布置方案，对设计者的专业素养要求较高，也难以同时保证钻井平台的稳定性和地质结构的均衡性。
2.可燃性缺陷。
海洋钻井平台使用到的主要材料都属于可燃性材料，在生产作业过程中也需要用到大量的油料，开采出的产物也具有易燃性；这些都会威胁到钻井平台的安全，增加钻探开采风险。
TD2000_600型液压顶驱式钻机设计及应用
０ 引 言
我 国 煤 矿 井 筒 冻 结 孔 施 工 、地 面 预 注 浆 孔 施 工 、 煤田地质勘探孔及反井导孔等钻孔施工中的钻机主 要为 ＴＳＪ－１０００、ＴＳＪ－２０００等转盘钻机，其结构简 单，市场保有量大，维 修 便 利，此 钻 机 转 盘 本 身 不 能 控 制 给 进 ，由 于 其 采 用 主 动 钻 杆 传 递 转 矩 ，只 能 进 行 单 根 钻 进 ，接 换 钻 杆 频 繁 ，施 工 效 率 低 。 由 于 不 接 钻 杆就无法进行钻井 液 循 环 和 钻 具 旋 转，所 以 在 遇 到 卡钻事故和下钻遇 到 缩 径 和 塌 孔 地 段 时，转 盘 钻 机 处理手段受到很大限制 。 ［１－６］ 转 盘 钻 机 靠 控 制 钻 具 吊重对钻 头 加 压，使 水 平 钻 孔 施 工 受 到 很 大 限 制。 由 于 转 盘 钻 机 基 本 采 用 人 工 操 作 ，自 动 化 程 度 低 ，工 人劳动强度大。目前我国在立井井筒地面预注浆钻 孔施工 深 度 已 超 过 １ ０００ ｍ、冻 结 钻 孔 施 工 已 近 １ ０００ｍ、全国煤 田 勘 探 经 过 几 十 年 的 工 作，距 地 面 深度１ ５００ｍ 以 内 的 煤 层 基 本 勘 探 完 毕。 同 时，随 着煤层气开采力度 的 加 大，用 于 煤 层 气 开 采 以 及 瓦 斯抽放孔的钻机需求也 日 益 增 加 。 ［７－８］ 而 国 内 现 有 钻机虽然功能齐 全，但 结 构 尺 寸 过 大，价 格 昂 贵，难
收 稿 日 期 ：２０１３－０４－１１；责 任 编 辑 ：赵 瑞 基 金 项 目 ：中 国 煤 炭 科 工 集 团 有 限 公 司 科 技 创 新 基 金 资 助 项 目 （２０１１ＭＳ０１５） 作 者 简 介 ：邓 昀 （１９７７— ），男 ，重 庆 人 ，副 研 究 员 ，硕 士 。Ｔｅｌ：０１０－８４２６３０９７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｇｒｅｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
顶驱钻机的结构设计
高等教育自学考试毕业设计（论文）题目顶驱钻机的结构设计专业班级09级机电一体化工程姓名指导教师姓名、职称高级工程所属助学单位2011年 4月1 日目录1 绪论 (1)1．1顶驱钻机的发展和简介 (1)2 顶驱装置 (1)2．1 顶驱装置的概述 (1)2．2 顶驱装置的特点 (3)2．3 顶驱的发展、组成元件、性能特点 (3)2．3．1 顶部驱动钻井装置构成 (4)2．3．2 顶部驱动钻井装的性能特点 (4)2．4 顶驱装置的结构 (5)3 钻机 (6)3．1 钻机的概述 (6)3．2 钻机主要技术要求 (7)3．3 影响钻进的因素 (8)4 顶驱钻机虚拟样机技术研究 (8)4．1 总体方案设计系统 (8)4．2 虚拟样机TDS—VPS的功能模型 (9)4．2．1 虚拟造型系统 (9)4．2．2 顶驱钻机仿真分析设计 (10)4．3 顶驱虚拟样机TDS—VPS的关键技术 (11)4．3．1 数字化表达方式 (11)4．3．2 虚拟性能评估 (12)结论 (13)致谢 (14)参考文献 (15)摘要钻机在矿床普查勘探中,特别是有色金属稀有金属等矿床普查勘探中,坑道钻探用于追索矿床,加密勘探勘察地质构造圈定矿体及取样和验证等；钻机在矿山开凿中，常用坑道钻探技术来钻凿地下观测孔、通风孔、排水孔、瓦斯排放孔、注浆孔、爆破孔、锚定孔及开凿坑道的先导孔等；钻机在其他岩土工程施工领域中,坑道钻探的装备和工艺技术可用于坝基的边坡加固地质灾害的治理深基坑的支护,以及工业商业交通军事等方面的地下工程施工。
本文通过介绍顶驱钻机，根据机械振动理论,得出系统的运动微分方程,并针对研制的实际情况,合理的确定了顶驱系统的振幅、激振频率、激振力、偏心力矩等主要参数。
根据顶驱的振动过程,进行动力学分析,在此基础上建立虚拟样机,得到了箱体质心位置、偏心块质心位置以及激振力等随时间变化的参数曲线,实现了对顶驱系统虚拟样机的动力学仿真分析。
钻井类毕业设计资料
中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：气基流体空气钻井技术年级专业层次：学生姓名：指导教师：导师单位：论文完成时间：2011年6月15日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员1．设计(论文)题目：气基流体空气钻井技术2．生完成设计(论文)期限：2011 年7 月5 日至2011 年8 月25 日3．设计(论文)课题要求1.在论文撰写之前广泛搜集相关的技术资料，尽量将反映目前国内外气基流体空气钻井技术相关新技术反映在论文当中。
2.空气钻井的一些关键技术的方案一定要针对不同的地层进行大量的试验，通过试验完成地层出水后的钻井技术的最佳保护方案。
3.千万不要抄袭网上的论文，自己撰写的论文应反映出自己比较独特的见解。
4.论文中的论点、论据要有依据或通过现场实践。
4．实验（上机、调研）部分要求内容： 1.撰写论文之前应到钻采研究院或其他相关单位进行调研，充分掌握目前国内外对油气层保护等方面的技术，在此基础上来确定自己的研究方案。
2.将自己所确定的研究方案应针对不同类型的油气层做相关的保护性试验，在试验的基础上条件允许的话可进行现场试验，最终完成论文。
5．文献查阅要求：在撰写论文之前应在油田科技图书馆或在中国石油网上查阅相关的技术信息，并对撰写论文有用的信息进行归纳整理，但不可照搬照抄。
6．发出日期：2011 年7 月5 日7．学员完成日期：2011 年8 月25 日指导教师签名：学生签名：注：此页由指导教师填写摘要过去，对气基流体(空气、雾化液等)作为气体钻井循环流体缺乏深入的理论研究和现场应用经验。
为适应新的气基流体钻井方式及钻井工艺技术的进步，开展了气基流体空气的应用技术的研究。
空气作为循环流体，它在钻井过程中的主要作用是将井下的钻屑举升到井口并带出井眼，如果空气量不够，则难以有效地将井下钻屑携带出来，这样钻屑就会在井内沉降并在井底聚积造成卡钻。
介绍了气基流体空气的携岩机理、空气量的计算方法、空气循环系统以及气基流体空气、雾液在现场的应用效果、空气钻井国内外应用现状、优缺点及所用的设备.并阐述了空气钻井的一些关键技术,如钻具腐蚀问题、钻遇水层问题、固井等,最后介绍了空气钻井技术的改进技术[1]. 关键词: 气体钻井;气基流体;空气钻井; 携岩机理 ;钻具腐蚀 ;钻遇水层固井目录前言 (1)第1章气基流体空气钻井的基本概念和循环系统 (2)1.1基本概念 (2)1.2 空气量的大小与井眼净化的关系 (2)1.2.1 空气携岩机理 (2)1.2.2 钻屑形状与下沉速度的关系 (3)1.2.3 空气注人量的确定 (4)1.3 气基流体(空气／雾液)的循环系统 (5)第2章空气钻井简介 (7)2.1 空气钻井在国内外应用现状 (7)2.2 国内外关于空气钻井理论研究与参数计算的发展与现状 (8)2.3 空气钻井的优缺点比较 (9)2.4 空气钻井设备介绍 (10)2.5气体钻井所必需的条件井眼条件 (12)第3章空气钻井的一些关键技术 (14)3.1 空气钻井与钻具腐蚀 (14)3.1.1 腐蚀物质与腐蚀形式 (14)3.1.2 防治措施 (15)3.2 空气钻井地层出水限定值 (16)3.2.1 地层出水对空气钻井的影响 (16)3.2.2 地层出水后空气钻井方法 (17)3.3 空气钻固井技术实例 (20)3.3.1 平落006—5井空井固井初探 (20)3.3.2 主要技术难点 (21)3.3.3 空井固井施工技术 (22)3.3.4 现场施工技术 (23)3.3.5 固井技术总结 (24)第4章气体钻井技术的改进 (25)4.1控制气体体系的压力 (25)4.2 控制压力钻井的目标 (26)4.2.1 液压系统 (26)4.2.2 气压系统 (26)4.2.3 气体流体钻井——误解 (27)4.2.4 没有适当控制井眼压力所造成的问题 (27)4.3 井下空气分流器(DHAD) (29)4.4 压力试验结果 (30)4.5 建议 (30)结论 (32)致谢 ....................................... 错误！未定义书签。
钻井毕业设计
北
200米
9.14
97.4停注
临37-11
95.6
沙二上
2804.4-
3004.0
西北
350米
15
15
0
6.28
目前注不进
临37
95.5
沙二上
2648.0-
3154.8
东北
720米
0
5.25
转大修
三、取资料要求
1．地球物理测井（具体测井项目见附表）
（1）完钻测井
生产井沙泥岩剖面测井系列
1>组合1：200井段：自井底测至00m。
中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）
题目：高89 —试1井钻井设计
学习中心：胜利职业学院学习中心
年级专业：网络xx秋石油工程钻井技术
学生姓名：xxx学号：xxxxxxxx
指导教师：小学校职称：副教授
导师单位：中国石油大学（华东）
中国石油大学（华东）远程与继续教育学院
论文完成时间：2011年09月01日
沙一段
18.7
1.02
225
914
高89
2001.01
3013.0~30772.0
纯下亚段
42.6
1.43
25
1051
高899
2006.11.14
3181.6~3223.3
纯下亚段
44.31
1.39
313
1671
该块原始地层压力41.9MPa，压力系数1.42；目前据高89—4井2007年12月所测地层静压14.78MPa，地层温度126°C，温度梯度为3.8°C/100m，属常温高压油藏。
3）井位坐标：
顶部驱动钻井装置性能试验台方案设计
和运行状态显示 。
（ ７ ） 由工控机进行数据信号的采集 、 记
出， 为 了 成功 实 现 加 载 ， 在 性 能 试 Ｏ 的 增 速 角传 动 箱 ，
一
卸扣和旋 扣， 均 与 顶 驱 的 输 出 功率 特 性 和 输 出 转矩 特 性 直 接 相关
便 于 顶 驱 很 好 的使 用 。
处理和输 出。 。 顶 驱性 能 试 验 录 、
方面将垂直输入转 成水平传动 ； 另一 方
台 的 研 制 能够 很 好 地 检 测 顶 驱输 出 特 性 ，
面 使 转 速 范 围变 宽 ， 更 充 分 地 利 用 电磁 涡
２ 结构及工作原理
整 个 试 验 装 置 包 括 加 载 系统 、 控制 系
到 实 际 的 输 出特 性 。
为 了保 证 电磁 涡 流 测 功 机 和 磁 粉 刹 车 的正常使 用， 在 系 统 中还 设 计 了水 冷 却 系 统， 以满足试验装置的冷却要求 。
（ ４ ） 具 有 安 全 防护 系 统 、 漏 电保 护 ， 及 工 检 测 系 统 较 为 先 进 的 加 载 方 式 有 水 力 测
统、 测 试 显示 、 数 据 采集 和 处 理 系统 。
流测 功 机 和 磁 粉 刹 车 的 制 动 特 性 。 通 过 转 矩 转 速 传 感 器 实 时 地 测 量 出 施 加的转矩及转 速 ， 并 传 输 给 数 据 采 集 计 算 机。 但 由于 不 是 直接 测 量 顶 驱 输 出 轴 转 速
瞅定 最 久 ｛ § 和 火输 入 电 流
加 载 系统 可 以 实 现 正 转 和 反 转 加 载 ，
顶部驱动装置在轻型石油车装钻机上的方案分析
有良好的效果，从顶部驱动装置的结构出发，分析了顶部驱动 （下转第108页）
科学与信息化2021年6月上 105
工业与信息化
TECHNOLOGY AND INFORMATION
安装技术进行科学的分析，重点突出安装技术控制管理的必要 性。同时，生产企业在自动化设备投入使用之后，应当继续完 善安装生产阶段的不足，积极消除自动化设备的安全隐患，从 而全面提高自动化设备的整体运行安全系数，保障设备的安装 稳定运行，促进机械工程行业自动化设备的发展创新。
表现稍差，在安装顶部驱动导轨时，需要在底座上直接固定。 顶部驱动导轨的上部主要使用柔性连接，在天车底座处安装挂 耳。下部主要使用2.5m的一个支架，以此使底座和导轨形成一 体化的连接，借助于导轨的刚度，顶部驱动装置在钻井的过程 中通过反扭矩传送到底座部分。
3.2 套装前倾式井架 这种井架主要在车装钻机、部分拖挂钻机中进行使用，由 于这种结构型的井架在抗扭能力上不强，顶部驱动导轨会在底 座上直接固定。上部的连接也使用柔性连接，在进行安装时方 案基本和套装直立井架一样。 3.3 K形井架 这种类型的井架可以承受一定的反扭矩，在井架上可以 固定顶部驱动导轨，在导轨的上下部分都需要通过刚性连接井 架。这种连接的方式以及井架的反扭矩能力，使得对导轨制造 的要求不是很高。在K形井架的安装过程中，也有部分导轨上 部使用柔性方式连接的情况。
3 顶部驱动装置下的轻型石油钻机井架安装 轻型石油钻机的井架选择可以使用起放19m立根的双节套
装式井架，也可以使用起放28m立根的井架。轻型钻机的井架 包含套装直立井架、套装前倾式井架以及K形井架等。这些结 构型的井架在进行安装时，在安装方式以及对顶部驱动装置的 尺寸要求方面较严格。
顶部驱动钻井装置简介
顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。
基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。
发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。
随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。
现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。
应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。
市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。
同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。
02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。
柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。
对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。
030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。
变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。
离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。
传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。
传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。
执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。
《顶驱钻井系统》课件
市场拓展计划
拓展目标：扩大顶驱钻 井系统市场份额，提高 市场占有率
拓展策略：加强技术研 发，提高产品性能和质 量；加强市场营销，提 高品牌知名度和美誉度
拓展重点：加强与国内 外石油公司的合作，开 拓海外市场；加强与科 研院所的合作，推动技 术进步
拓展保障：加强人才培 养和引进，提高团队素 质和创新能力；加强资 金投入，保障研发和市 场营销的顺利进行
井效率
应用范围：适 用于不同井深、 不同地层条件
的钻井作业
钻柱加压系统工作原理
钻柱加压系统组成：包括钻柱、加压装置、动力系统等 工作原理：通过加压装置对钻柱施加压力，使钻头能够破碎岩石并实现钻进 动力系统：为加压装置提供动力，确保其正常工作 特点：能够实现连续钻进，提高钻井效率和质量
控制系统工作原理
《顶驱钻井系统》PPT课件
汇报人：PPT
单击输入目录标题 顶驱钻井系统概述 顶驱钻井系统组成 顶驱钻井系统工作原理 顶驱钻井系统特点与优势
顶驱钻井系统应用领域与案例分析
添加章节标题
顶驱钻井系统概述
定义与作用
顶驱钻井系统的 定义
顶驱钻井系统的 作用
顶驱钻井系统的 组成
顶驱钻井系统的 特点
发展历程与现状
控制系统组成： 包括主控系统、 监控系统、动
力系统等
控制方式：手 动控制、半自 动控制和全自
动控制
控制功能：控 制钻机的起下 钻、旋转、循
环等动作
控制系统特点： 自动化程度高， 操作简便，安
全可靠
顶驱钻井系统工作原理
顶部驱动装置工作原理
顶部驱动装置 组成：马达、 减速箱、轴承、
密封件等
工作原理：马 达驱动减速箱， 减速箱驱动钻 杆旋转，实现
毕业设计(论文)-25吨水平定向钻机推进机构设计-矿用机械(含全套图纸)
25吨水平定向钻机推进机构设计学生：刘振伟指导老师：陈志亮(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘要：水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械,本论文介绍了水平定向钻机的特点，穿越施工工艺介绍，目前国内外水平定向钻发展情况，等方面。
主要进行了钻机的推进机构设计，包括传动方式的选择，链条与轴的设计，还有液压缸的结构设计，也包括了一些重要零件如螺栓和键的强度校核和设计。
关键词：水平定向钻 ;板式链;槽轮;滚子链25 Tons of Horizontal Directional Drilling Promoting Mechanism DesignStudent:Liu Zhen WeiTutor:Chen Zhi Liang(Oriental Science＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract :Horizontal directional drilling machine is not digging in the surface conditions, the laying of a variety of underground utilities (pipelines, cables, etc.) of a construction machinery.This thesis introduce the charcterristic of horizontally diretionalt drilling to you ,and how construct through the earth ,also the development of orizontally diretionalt drilling.and so on.In this thesis ,the main task is to design the feed mechanism,the choose of Driving method ,the design of a chain and a shaft ,also design for fatigue strength like bolts and bond.Key words:horizontally directional drilling ;flat wedge chain ;grooved wheel ;roller chain1 前言这次毕业设计是机械设计及自动化的一个十分重要的学习环节，是对机械方面的知识的一次全面检查巩固和提高。
钻井公司远程控制台模型及动画设计毕业设计资料
钻井公司远程控制台模型及动画设计摘要随着油气勘探开发领域的不断延伸扩大，从路上到滩土浅海，从浅层到深层，钻井难度越来越大，对井控技术的钻井人员素质的要求越来越高。
目前，已经有越来越多的人认识到，在科学钻井技术得到广泛应用和钻井总体技术水平日益提高的今天，为了逼真模拟钻井远程控制台过程，显示相对应的井控画面，以便为受训者创造一个较为逼真的钻井环境，达到模拟训练的目的。
为了实现这一目的，需研究钻井过程中远程控制台三维场景的画面以及动态变化。
本文以三维技术在钻井远程控制台应用为例，介绍了三维技术基本设计和实现方法，以及三维模型构建和三维场景的生成对钻井远程控制台过程动画中的油压在油箱、滤油器和蓄能器中的流动制作和蓄能器中的液压油进入不同的减压阀过程等合成等内容。
若要创造逼真的虚拟环境，首先要创建逼真的虚拟场景，而虚拟场景的构建要通过三维建模技术来完成，三维模型的构建是钻井远程控制台虚拟仿真能够实现的基础，也是虚拟动画生成技术的一项重要研究内容。
设计中三维模型的创建主要是通过3ds Max 来实现，本文详细地介绍了3ds Max 建模的主要技术和方法，以及建模过程中经常出现的问题及解决方法，并且将该技术成功应用于钻钻井远程控制台虚拟动画中。
关键词：虚拟动画；三维模型；钻井远程控制台AbstractWith the extension expansion, oil and gas exploration and development in the field of soil from the road to the beach shallow sea, from shallow to deep, drilling difficulty increasing, the drilling of well control technology personnel quality request is higher and higher.At present, there have been more and more people realize that is widely applied in scientific drilling technology and drilling today, the overall technical level is increasing day by day, in order to realistically simulate the drilling process of remote console, according to the corresponding well control screen, so as to generate a more realistic trainees drilling environment, achieve the goal of simulation training.In order to achieve this goal, it is necessary to research the drilling process of remote console and dynamic changes of 3 d scene.Based on 3 d technology in drilling remote console application as an example, this paper introduces the basic design of 3 d technology and implementation method, and the three dimensional model is built and the three dimensional scene generation of animation in the process of drilling remote console oil flow in the oil tank, oil filter and the accumulator and accumulator in the hydraulic oil in the process of different pressure reducing valve such as synthesis, etc.To create realistic virtual environment, the first thing to create lifelike virtual scene, and the construction of virtual scene should be done through 3 d modeling technology, the construction of a 3 d model is the basis of drilling virtual simulation can realize remote console, virtual animation generation technique is an important content in the research.In the design of 3 d model created mainly by 3 ds Max, this paper introduces in detail the 3 ds Max modeling technology and method, the main often appeared in the process of the modeling and problems and solutions, and the technology has been successfully applied to drill in drilling remote console virtual animation.Key words: virtual animation;3 d model;Drilling remote console目录摘要 (I)Abstract (I)第1章绪论 (1)1.1钻井远程控制台简介 (1)1.2将三维技术应用于钻井远程控制台的背景 (2)第2章三维技术概述 (4)2.1 三维技术 (4)2.2 建模工具—3ds Max简介 (6)2.3 辅助工具—Photoshop CS (8)第3章钻井远程控制台虚拟模型的设计 (10)2.3钻井远程控制台虚拟模型需求分析 (10)2.2构建钻井远程控制台虚拟模型的主要任务 (10)3.2 钻井远程控制台三维虚拟模型的设计 (11)第4章钻井远程控制台虚拟场景的场景实现 (13)4.1 三维场景的构建 (13)4.2 整体材质调节 (19)第5章系统的测试和使用 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)第1章绪论1.1钻井远程控制台简介远程控制台是地面防喷器的控制装置,是控制液压防喷器、液动压井阀开、关动作的专用设备,是石油、天然气钻井(或修井)过程中防止井喷失控必不可少的装备。
第四章顶驱钻井系统
图4-2 水龙头—钻井马达总成
由水龙头、马达和一级齿轮 减速箱组成。
（ 1 ） 马 达 ： 用 并 激 DC 马 达 ，立式驱动主轴。
（2）水龙头：额定载荷 6500kN；盘根盒为快速装卸式， 与普通水龙头的一致。
（3）气动刹车：在马达轴上 端，快速制动。
（4）减速箱：马达轴下有小 齿轮（Z=18），与主轴上的大齿 轮（Z=96）相啮合，主轴下方接 钻柱。
RI fac
②工作过程：
★两个油缸向上的合拉 力大于顶驱和立根重量 ，油缸带动顶驱和立根 上移。此时蓄能器（参 见图4-16）放出压力油 供给油缸工作。随着蓄 能器内油液放出，油压 降低，油缸的拉力减小 。
★当油缸向上的拉力小 于顶驱和立根重量时， 上跳过程由加速变为减 速，最后停止上移。
当向上提起整个钻柱时
中国：有液压、AC-SCR-DC顶驱，尚无AC—AC变频顶驱。
二、顶驱钻井特点 （1） 立根（28m）钻进，节省2/3接单根时间。
（转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。)
（2） 可随时压井（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上） ，减少卡钻事故。 （3） 实现：倒划眼起钻（钻头取不出时，边转边提）;
图4-6 远距离鼓风机冷却系统
2. 导轨—导向滑车 总成
导向滑车和支撑装 置总成如图4-7所示。
①导轨：装在井架 内
②导向滑车：由马 达底座和框架组成。
③作用：对游车和 顶驱起导向及承受反 扭矩作用。
80年代为双导轨， 90年代改为单导轨。 图4-7 马达支架和导向滑车总成
3. 上 扣 卸 扣 装 置 （Pipehander）
图4-1 顶部驱动钻井系统
2.思路: 转盘＋水龙头—→动力水龙头 3.顶驱系统是四大新技术之一（顶驱、盘式刹车、液压钻井泵 和AC变频驱动） 4. 顶驱发展 第一台顶驱由美国Varco公司研制（ 82年问世）。 后来，法国、挪威、加拿大、中国相继研制了顶驱。 5．驱动型式有两种 （1）液马达驱动 （2）电动机驱动 ①AC-SCR-DC顶驱动 (80年代广泛用) ②AC变频f顶驱 80年代中，挪威将AC-SCR-DC改成AC变频顶驱。 之后，美国（Varco公司）、挪威（MH公司）、加拿大（Tesco 公司和CANRIG公司）等研制了AC变频顶驱。 90年代，AC变频顶驱占了主导地位。
顶部驱动钻井系统课件
顶部驱动钻井系统的优势
• 优势：顶部驱动钻井系统具有较高的稳定性和可靠性，能够 确保钻井作业的顺利进行。同时，它还具有易于维护和更换 的优点，能够降低运营成本。此外，顶部驱动钻井系统还具 有自动化程度高、操作简便等优点，能够提高钻井效率和质 量。
03 顶部驱动钻井系统的应用
油气勘探与开发
01
顶部驱动钻井系统在油气勘探和开发中发挥着重要作用 ，特别是在深井和超深井钻探中。
历史与发展
历史
顶部驱动钻井系统的起源可以追溯到20世纪60年代，当时该技术主要用于石油和 天然气勘探和开发。随着技术的不断发展和改进，顶部驱动钻井系统逐渐成为一 种高效、安全、可靠的钻井设备，广泛应用于各种钻井作业。
发展
随着科技的进步和市场需求的变化，顶部驱动钻井系统也在不断发展和改进。未 来，该系统将继续朝着更加高效、稳定、安全和智能化的方向发展，为石油和天 然气工业的发展做出更大的贡献。
轴承损坏会导致设备运转 不灵活或卡滞，应及时更 换轴承。
05 顶部驱动钻井系统的未来发展
技术创新
智能化控制
通过引入先进的传感器和控制系 统，实现顶部驱动钻井系统的远 程控制和自动化操作，提高钻井
效率。
高效钻头与钻具
研发更耐磨、抗高温的钻头和钻具 材料，提高钻井速度和钻井质量。
井下信息传输
发展实时监测和数据传输技术，将 井下钻头、钻具的工作状态和地质 信息实时传输到地面控制中心，为 钻井决策提供依据。
顶部驱动钻井系统课 件
目录
• 顶部驱动钻井系统简介 • 顶部驱动钻井系统的组成 • 顶部驱动钻井系统的应用 • 顶部驱动钻井系统的维护与保养 • 顶部驱动钻井系统的未来发展
01 顶部驱动钻井系统简介
毕业设计--钻井井身结构设计论文[管理资料]
![毕业设计--钻井井身结构设计论文[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/76b56263daef5ef7bb0d3c33.png)
毕业设计--钻井井身结构设计论文国石油大学北京本科毕业设计第I 页井底钻具组合及水力参数设计的软件开发摘要石油钻井投资大风险高其钻具组合设计的好坏直接关系着施工的效益和成败本论文以单井钻井工程技术为框架包含了三个方面钻柱组合设计机械破岩钻进参数的评价和水力参数论文对目前地层可钻性求取所采用的方法进行了总结和比较采用尹宏锦教授创立的通用钻速方程求对数进行整理后作为求解的模型通过比较杨格 YoungF．S．模式和通用钻速方程模型求取最优的机械破岩钻进参数钻压和转速的方法采用基于通用钻速方程的模型求取最优的机械破岩钻进参数钻压和转速用最优的钻压和转速代入通用钻速方程求解最优条件下的机械钻速与实际钻速对比在水力参数评价方面采用目前已经成熟的最大水马力模式求最优解以最优解条件下的水力效率钻头水功率喷射速度射流冲击力并基于上述模型编写了计算机程序该软件采用面向对象的VC2005 语言开发关键词钻进参数钻具组合水力参数钻井软件国石油大学北京本科毕业设计第II 页AbstractThe petroleum well drilling is great investment and high riskthe resultof Hole Assembly Design has a final say on the efficiency and success of theconstruction This paper studies and evaluates the drilling parameters Basedon drilling time log data and the penetration rate model made by professorYin Hong ji n the drill ability can be calculated out Thus the drilling bit typeselection and evaluation will become possible This paper also discuss bitweight and rotary speed evaluation It depends on the drilling model ofprofessor Yin Hong ji n The drill ability is used in this section The bithydraulics mud pump discharge and bit nozzle is evaluated in the thirdpartThe evaluation program is written in Visual c 2005 computer languageThrough the combination of the theories mentioned above and the latestresearch results the author developed Compound Drilling Fluid HydraulicParameter Optimum Design System using the high level computer languageDelphi with OOP methodKey words drilling parameters drilling assemblyBit hydraulics drillsoftware国石油大学北京本科毕业设计第III 页目录第 1 章前言111 课题背景及目的112 国内外研究现状313 本文主要内容3第 2 章钻井工程设计理论基础421 钻柱组合设计42 11 钻柱尺寸选择 421 2 钻铤长度的确定5213 钻杆柱强度设计622 水力参数设计82 2 1 钻井液循环系统压耗的计算8com 确定最优排量和最优压耗的最水力路线 10 23 下部防斜钻具设计1223 1 井斜的原因分析1223 2 满眼钻具控制井斜1323 3 钟摆钻具控制井斜14第 3 章生产实例1731 地质概况件1732 地层位置预测及岩性173 3 技术指标及质量要求1 933 1 井身质量要求井下复杂情况提示1933 2 地层可钻性分级及地层压力预测19国石油大学北京本科毕业设计第IV 页33 3 井身结构2034 钻井主要设备213 5 钻具组合和强度设计2 136 机械破岩参数2237 水力参数设计2338 钻井参数设计2339 计算过程24第４章软件编制294 1 流程图2 94 2 基本界面304 3 结果31第 5 章结论32参考文献34致谢35附录3 6第 1 章前言第 1 页第1 章前言11 目的意义石油工业是国家的支柱产业之一．石油钻井是石油天然气勘探开发不可缺少和最直接的手段钻井是勘探的继续开发的先导钻井工程的费用约占勘探开发总投入的30-50石油钻井投资太风险高钻井工程设计是实施钻井工程的前提而其钻具组合和水力参数的设计极其重要直接关系着施工的效益和成败应该体现其科学性经济性综合性要实现高水平的钻井工程设计必须解决目前目前很多钻井工程技术人员仍然在使用纸和计算器的问题多年来地质学家地球物理学家和石油物理学家已经把先进的计算能力应用于他们的专业领域在钻井技术研究和工程设计领域引入高级的计算技术包括人工智能技术是解决目前在的问题的重要途径智能钻井系统的研究是当前钻井与掘进技术的最新研究内容之一12 国内外研究现状调研发现国外一些大的石油软件公司在钻井工程设计一体化软件系统方面作了大量的研究和推广应用工作国外为钻井工程设计提供相应软件包的公司有Landmark 公司Schlumberger 公司Maurer 公司等这些软件公司的软件产品应用在钻井过程的各个阶段从地层压力预测到井身结构的优化井眼轨道设计套管设计等直至钻井施工的钻井数据采集与分析帮助客户实现数据工作流程和作业过程的一体化从而在整个企业范围内达到资源的优化配置创造最大的经济效益总之这些石油软件公司已将集成化一体化作为其产品研发的主导思想其中1 Landmark 公司CasingSite 软件实现了套管柱管串设计和强度校核并将设计结果以报表输出WellPlan 软件完成带弯接头底部钻具组合设计固井临界返速分析水力分析卡钻设计摩阻与扭矩防第 1 章前言第 2 页[1]碰分析井控等功能2 Paradigm 公司DirectorGeo 实现了钻井工程师与地质解释人员在一个多学科环境下一起工作完成地质目标选择油井设计和三维可视化Cement-IT帮助钻井工程师分析各种流体泵送情况确定最终多流体结构固井计算程序进行各循环流体的完全水力学分析CaseWell完[2]成套管设计Pump-IT 完成水力计算等3 Schlumberger 该公司产品Drilling Office 是一体化的钻井工程应用软件其功能涵盖了油井生命周期国外软件的优缺点Landmark 和Schlumberger 的优点是软件基于统一的数据平台实现了钻井应用程序模块间一体化界面友好Landmark的缺点是技术先进性一般支持的模型较少相应计算考虑因素还有欠缺Maurer 的优点是功能全面包括欠平衡设计套管磨损及水管磨损连续软管钻井等Maurer 的缺点是软件输出数据图表的规范性和灵活性差数据管理能力不足Paradigm公司的优点是三维显示效果好设计的井身轨迹地震数据地层孔隙压力等可以在三维可视化的环境显示[3]缺点是功能及技术先进性一般总之国外软件虽然采用了先进的钻井工艺技术并很好地将计算机技术与网络技术应用于钻井工程设计统一了数据平台实现了钻井应用程序模块间的一体化但软件的本地化欠缺不符合中国的国情某些计算参数在国内的实际生产很难采集到使得设计软件在可用性和易用性上在一定的不足同时价格昂贵维护不便调研和查新结果表明国内研究和报道钻井工程设计一体化系统的文献相对较少而真正实现钻井工程设计网络化可视化标准化的软件则更少一体化则未见报道多年来国内各石油院校以及各大油田研究院所在引进吸收自行开发的过程中在钻井工程设计软件开发方面做了一定的工作13 本文主要内容本文以钻井工程设计理论为基础介绍了钻井工程软件设计的全过程其中第2 章讲述了钻柱组合设计水力参数设计下部防斜钻具设第 1 章前言第 3 页计第 3 章结合理论基础介绍了在实际生产中的钻井工程设计第四章介绍了本钻井工程设计软件的设计流程图基本界面以及软件的运行方式第 2 章钻井工程设计理论基础第 4 页第2 章钻井工程设计理论基础21 钻柱组合设计钻柱是钻头以上水龙头以下部分的钢管柱的总称它包括方钻杆钻杆钻铤各种接头及稳定器等井下工具钻柱是钻井的重要工具它是联通地下与地面的枢纽在转盘钻井时靠它来传递破碎岩石锁需要的能量给井底施加钻压以及循环钻井液等在井下动力钻井时井下动力钻具是用钻柱送到井底并靠它来承受反扭矩同时钻头和动力钻具所需要的液体能量也是通过钻柱输送到井底的钻柱设计包括钻柱尺寸选择和强度设计量方面内容在设计一般遵循以下两个原则第一满足强度抗拉强度抗挤强度要求保证钻柱安全工作第二尽量减轻整个钻柱的重力以便在现有的抗负荷能力下钻更深的井com 钻柱尺寸选择具体对于一口井而言钻柱尺寸的选择首先取决于钻头尺寸和钻机的提升能力同时还要考虑每个地区的特点如地质条件井身结构钻具供应以及防斜措施等选择的基本原则a方钻杆由于受到扭矩和拉力最大在供应可能的情况下应尽量选用大尺寸方钻杆b在钻机提升能力允许的情况下选择大尺寸钻杆是有利的因为大尺寸钻杆强度大水眼大钻井液流动阻力小且由于环空小钻井液上返速度高有利于携带岩屑入井的钻柱力求结构简单以便于起下钻操作c钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸有时根据防斜措施来选择钻铤的直径常用的钻头尺寸与钻柱尺寸配合列于下表21 供参考第 2 章钻井工程设计理论基础第 5 页表21 钻头尺寸与钻柱尺寸钻头直径mm in 钻铤外径钻杆外径方钻杆方宽mm in mm in mm in299 113 ／4 203 8 168 658 152 6248-299 934-1134 178-203 7-8 140 512 133152 5146197-248 73 ／4-93 152-178 6-7 114127 4125 108133 414514／4146-216 534-812 146 534 89 312 89108 314 414使用大直径钻铤具有下列优点1可用较少的钻铤满足所需钻压的要求可减少钻铤从而减少起下钻时连接钻铤的时间2提高了钻头附近钻柱的刚度有利于改善钻头工况3钻铤和井壁的间隙较小可减少连接部分的疲劳破坏4有利于防斜com 钻铤长度的确定浮重原则保证在最大钻压时钻杆不承受压缩载荷即保持中性点始终处在钻铤上计算公式Lc S W q K cos a 21n c b式中 Lc 钻铤长度mW 设计的最大钻压kNSn 安全系数考虑附加力动载井壁摩擦力等防第 2 章钻井工程设计理论基础第 6 页止中性点移动较弱的钻杆上一般取115 ～125qc 每米钻铤在空气中的重力kNmKb 浮力系数a 井斜角直井时 0com 钻杆柱强度设计a 强度条件i1 mFt ≤Fa F L q L q L q K 22ti i pi j pj ck ck Bj 1 k 1式中Ft 钻杆柱任一截面上的静拉伸载荷kNFa钻杆柱的最大安全静拉力kN1钻杆在屈服强度下的抗拉载荷钻杆材料的屈服强度所允许的最大抗拉载荷F yAp2301s式σy 钻杆钢材的最小屈服强度MPaAp 钻杆的横截面积cm2Fy 最小屈服强度下的抗拉载荷kN2 钻杆的最大允许拉伸力FpF 0 9 Fy2 4pFp 钻杆的最大允许拉伸载荷kN3 钻杆的最大安全静拉力Fa①安全系数法考虑起下钻时的动载及摩擦力F F St25a p式 St安全系数一般取130②设计系数法考虑卡瓦挤压1sF F ya pst26第 2 章钻井工程设计理论基础第 7 页③拉力余量法Fa Fp MOP 27式中MOP拉力余量一般取200～500KNb 钻杆柱强度设计按最大安全静拉力F a 设计钻杆柱的最大允许下深长度1单一钻杆柱设计强度条件Fa Lqp Lcqc Kb 2 8F a K B L c q cL最大允许下深q p2 复合钻杆柱设计深井思路由下而上所受拉伸载荷逐渐增大强度应逐渐增大故由钻铤上面第一段钻杆开始先选择强度较低的钻杆确定其许用长度再逐段向上选择强度更高的钻杆进行设计这样设计出来的钻杆柱由下而上强度逐级增大以满足抗拉强度的要求i1 m每段钻杆满足强度条件 F L q L q L q Ka i i pi j pj ck ck Bj 1 k 1F q LL a 1 c c1qp 1K B qp 1F q L q LL a 2 c C p 1 p 12qp 2K B qp 2F q L q L q LL a 3 c c p 1 1 p 2 23qp 3K B qp 3F q L q L q L q LL a 4 c c p 1 1 p 2 2 p 3 34qp 4K B qp 3L L L L1 2 3 4 钻铤上面第一二三四段钻杆的长度Fa 1Fa 2Fa 3Fa 4 相应各段钻杆的最大安全静拉力qp 1qp 2qp 3qp 4 相应各段钻杆在空气度重力c 强度较核1抗外挤强度较核P P S 2 9ac c c第 2 章钻井工程设计理论基础第 8 页式 P ——最大安全外挤载荷MPaacP ——钻杆的最小抗挤压力MPacS ——安全系数一般应不小于1125c2 抗扭强度较核M 967P n 210式中 M - 钻杆承受的扭矩KNmP - 使钻柱旋转所需的功率kWn - 转速rpm3 抗内压强度较核不同尺寸钢级和级别的钻杆的最小抗内压力可在API RP 7G标准查得用适当的安全系数去除它即得其许用净内压力2 2 水力参数设计钻井液水力学的合理设计不仅有利于环空水力参数的优化提高岩屑携带效率而且可以通过优化钻头水眼的水力参数发挥钻井液的高压射流作用提高岩石破碎效率com 钻井液循环系统压耗的计算循环系统压耗由地表管汇钻具内环空和钻头各部分组成目前考虑到实际钻探以及钻探工艺的结合大多数石油水文水井和岩心钻探采用了正循环工艺而且大量地应用了牙轮钻头45 钻头和金刚石钻头在这样的情况下水力参数设计要充分考虑钻头水功率和钻头射流冲击力的影响5种流变模式循环压降计算公式见表2根据水力学原理由能量方程可推出钻头喷嘴压力降的表达式p 4 628 10 4 rQ 2 211bit 2 2C Abit式 Pbit为钻头喷嘴压力降为钻井液密度Q为泵排量C为喷嘴流量系数无因次Abit为钻头水口总面积eckel和bielstein 已通过实验确定了钻头喷嘴流量系数c他们指出流量系数最高可达098 石油大学的夏月泉通过实验验证钻头喷嘴流第 2 章钻井工程设计理论基础第 9 页量com间对于工程应用取流量系数c值为095是可行的为了最大程度地模拟井下情况这里计算井身结构与钻具组合的真实数据并利用计算机分析将井段拆分为连续的部分依次计算由于考虑到有些井段长度过大为防止某些变径井段变化突兀对于长井段判其长度并且将其划分为更小的单位并依次计算出各井段的压降各段压力降P 212p i L iL通过计算得出各段的压力降就可以推算出各个部分的压力并得出井下的压力情况表22 不同流变模式参数计算表流变流变方程层流压降模型紊流压降模型模式牛顿钻杆内钻杆内P 3 2 10 5 m VP P 2 04103 fpV 2 p2t mg L D LD环空环空P 4 8 10 5 m V3 2a p 2 0410 fpV aL D 2 D 1 2 L DD2 1宾钻杆内钻杆内汉 t t 1 5 2 04103 fpV 20 p 3210 m 160t P pP 0塑 10 3 m p g L D2 3D LD性环空环空4P 4810 m V 60t 3 2p a 0 P 2 0410 fpV aL D D 2 3 D D L DD2 1 2 1 2 1幂律钻杆内 3 2 钻杆内P 3910 fpVp 3 2p 3 9 10 fpV pL DL Dt K g n 环空环空P 3 9 10 3 fpV a 2 p 3 9 10 3 fpV a2L D 2 D 1 L D 2 D 1第 2 章钻井工程设计理论基础第 10 页流变流变方程层流压降模型紊流压降模型模式卡森钻杆内钻杆内t 1 2 t 1 2 P 4 10 4 [[ 8 m Vp p 2 10 4fpV p2c L D D L D1 103 m 12 4t c 2 1 2 8t c 2] ]1 2 147 7g环空环空P 4 104 12 m VP 4 2[[ p 210 fpV aL D 2 D 1 D 2 D 13t 2 1 2 6t C 2 L D 2D 1] ]50 5谢尔钻杆内钻杆内巴尓P 6n 2 V4 n p4 2克莱 L 4 10 k [ n ] D p 210 fpV p赫 4 3n 2 4t HB L Dn 10t t K g 2n 1 DHB环空环空P n4 8 4L 410K[ n ] p 210 4 fpV a2n t L D 2 D 1V a 4 8n4 4 HB10 [ ]D D n1 n 1 D D2 1 2 1com优排量和最优压耗的最佳水力路线a 水力功率由于能量是做功的大小泵能W乘以质量流量即可将泵能转化为水力能量即水功率1213N H 8 33 10 pQ式 NH为水功率或水马力△P为压降Q为流量b ．水力冲击力第 2 章钻井工程设计理论基础第 11 页应用物理和力学的动量原理水力射流动量在任一段时间内的变化等于在同一时间内射流作用力Fbit 的冲量通常写作MV bit M pQ V bitF bit [ ]V bit [ ]t t 60 32 17 214又根据喷嘴处速度公式PV C bit 215bit 48047 10 p联立方程并转化为公制可得到水力冲击力公式c 最小排量的确定确定最小环空返速的方法有多种一种方法是根据现场工作经验来确定另一种方法是用经验公式计算通常使用的经验公式为v p v r 0 5 216式中Vp为岩屑的净上升速度msVf为钻井液的上升速度ms研究表明携带比通常应大于05才能有效地携带岩屑净化井眼如果携带比小于05则需要适当调整钻井液性能或适当调整最低环空返速的值以确保携带比VpVf≥com械钻速的影响V a 2 V s V d 217为临界输送速度ms 为岩屑的沉降速度ms 为机械钻速ms最低返速确定以后即可确定携岩所需的最小排量218p 2 2Q a D 2 D 1 v a4000式 Qa为最小排量LSD1为环空外径mmD2为环空内径mm如果是反循环则最小排量为219p 2Q a D v a4000式 D为钻杆内径mm第 2 章钻井工程设计理论基础第 12 页23 下部防斜钻具设计com 井斜的原因分析a地质因素最本质的导致井斜的原因是地层可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素这种地层可钻性的不均匀性表现在许多方面再与地层倾斜相结合导致井眼倾斜1地层可钻性的各向异性即地层可钻性在不同方向上的不均匀性2地层可钻性的纵向变化地层在沉积过程中由于沉积环境的不同和变化形成了沿垂直于地层层面方向可钻性的变化俗称软硬交错3地层可钻性的横向变化地层可钻性不紧沿垂直于地层层面上有变化而且在平行于地层层面方向也有变化从以上分析可知地层可钻性的各种不均匀性和地层倾斜引起井斜的机理最终体现在钻头对井底的不对称切削使钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜从而使新钻的井眼偏离原井眼b钻具原因钻具导致井斜的主要因素是钻具的倾斜和弯曲影响最大的是靠经钻头的那部分钻具称作底部钻具组合bottom hole assembly简称BHA 钻具的倾斜和弯曲将产生两个后果一个是引起钻头倾斜在井底形成不对称切削新钻的井眼将不的偏离井眼方向二是使钻头受到侧向力的作用迫使钻头进行侧向切削这样也会使新的井眼不的偏离原井眼方向而导致钻具的倾斜和弯曲的原因是第一由于钻具直径小于井眼直径钻具和井眼之间有一定的间隙所以钻具在井眼内的活动余地很大这给钻具的倾斜和弯曲创造了空间条件其次由于钻压的作用下部钻具受压后必将靠向井壁而倾斜当压力超过一定数值后钻柱将发生弯曲弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具倾斜更大还有当安装设备时天车游车转盘三点不在一条铅垂线上钻盘安装不平从而引起钻具一开始就倾斜第 2 章钻井工程设计理论基础第 13 页com 满眼钻具控制井斜满眼钻具的结构是在靠近钻头大约20M长的钻铤上适当的安置扶正器以此来达到放斜的目的所谓适当包括扶正器的数量位置和直径这里介绍我国著名石油专家杨勋尧提出的满眼钻具组合简称YXY组合图21 杨勋尧满眼组合力学模型A yxy组合yxy组合一般包括四个扶正器自下而上分别为1 近头扶正器紧装在钻头之上简称近扶近扶直径较大与钻头直径仅差1-2mm 在易斜的地区近扶的长度可加长在特易斜的地区可将两个扶正器串联起来作为近扶近扶的主要作用是依靠其支撑在尚未扩大的井壁上抵抗钻头所受的侧向力有效地防止钻头侧向切削2 扶正器简称扶或二扶扶的位置需要经过严格计算扶的直径与近扶相同扶的作用是保证扶与钻头之间的钻柱不会发生弯曲使这段钻柱不发生倾斜从而防止钻头对井底的不对称切削3 上扶正器简称上扶或三扶安置在扶之上一个钻铤单根处上扶的直径一般与扶相同但要求可以稍松4 第四扶正器简称四扶一般可不安装仅在特别易斜的地区才装安置位置在上扶之上的一个钻铤单根处直径要求与上扶相同上第 2 章钻井工程设计理论基础第 14 页扶与四扶作用在于增加下部钻柱的刚度协助扶防止下部钻柱轴线发生倾斜B YXY组合中扶位置的计算扶位置的计算式满眼钻具设计的核心扶距钻头最优先长度以Lp表示图22是杨勋尧建立的下部钻具受力的力学模型图先不考虑扶正器的在由图知钻头相对于井眼心线的偏移角θθcθq扶距钻头的距离增大则θc减小但θq增大扶距钻头的距离减少则θc增大但θq减小所以在一个最优距离可以使θ最小根据力学模型建立数学模型然后求解即可得到Lp计算公式最后对公式化简得到如下计算式L 025 220LP [ 16C E J qm sin a ]式中 Lp- 扶距钻头的最优长度mC-扶正器与井眼的半间隙C dh-ds 2mDh - 井眼直径mds - 扶正器外径mE - 钻铤钢材的杨氏模量knm2J –钻铤截面的轴惯性钜m4qm-钻铤在钻井液中的线重knma-允许的最大井斜角com 钟摆钻具组合控制井斜a 钟摆钻具组合的原理钟摆钻具原理如图3当钟摆摆过一定角度时在钟摆上会产生一个向回摆的力Gc称作钟摆力Gc Gsina 显然钟摆摆过得角度越大钟摆力就越大如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器该扶正器支撑在井壁上使下部钻柱悬空则该扶正器以下的钻柱好像一个钟摆第 2 章钻井工程设计理论基础第 15 页。
小修作业顶驱技术的探究与实践
小修作业顶驱技术的探究与实践顶驱技术是石油钻井中一项非常重要的技术。
它通过顶驱系统将承受井下压力的机械装置置于钻铤上方，以减轻钻铤对井眼的责任，提高钻井效率和钻井质量。
在这篇文章中，我们将探究顶驱技术的原理和应用，并介绍一些实际案例。
让我们了解顶驱技术的原理。
顶驱系统由电机、动力单元、传动装置、控制系统和测量设备组成。
电机提供动力，传动装置将电机的动力传输到钻铤上，控制系统控制顶驱的运作，测量设备监测井下的压力和温度。
顶驱技术的应用非常广泛。
顶驱技术可以减轻钻铤对井眼的责任，降低事故风险，提高钻井安全性。
顶驱技术可以提高钻井效率。
由于顶驱系统可以提供稳定的动力和控制钻铤的旋转速度，钻井师可以更好地控制钻进速度，并且避免钻头卡住或过快地旋转。
顶驱技术还可以提高钻井质量。
传统的钻井方法中，井眼常常会因钻铤对井眼的刮擦而产生削蚀，进而导致井眼不圆、不平整，从而影响钻井质量。
而顶驱技术可以减轻钻铤对井眼的责任，降低井眼的削蚀，使井眼更加平整、光滑，提高钻井质量。
在实践方面，顶驱技术的应用已经取得了很大的成功。
以中国海上钻井为例，顶驱技术已经成为了常用的钻井技术。
在中国海上钻井中，顶驱技术被应用于从浅层到深层的各种井深。
在顶驱技术的帮助下，井口刮削漏区的成功率大大提高，钻铤传动系统的不必要故障率大大降低。
顶驱技术还在一些特殊地质条件下发挥着重要作用。
在砂岩地层中，钻铤容易因削蚀而受损，从而影响钻井质量。
而通过顶驱技术，可以减轻钻铤对井眼的责任，降低井眼的削蚀，提高钻井质量。
顶驱技术也存在一些挑战和问题。
顶驱系统的维护和管理需要专业的技术和设备，这增加了运营成本和人力投入。
顶驱技术的应用需要钻井师具备专业知识和技能，否则可能会带来一些安全隐患和事故风险。
顶驱技术的应用还面临一些技术难题，例如顶驱系统的动力和传输效率，以及对井下环境的监测等。
钻井平台设计方案及流程
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毕业设计姓名：杨青课题：顶驱钻机的构设计指导教师：饶美丽专业：机电一体化日期：2010年11月19日顶驱钻井的结构设计摘要20多年来世界上蓬勃发展的顶部驱动钻井装置，实现了钻机现代化的历史跨越。
介绍了顶部驱动钻机的中提技术，描述了顶部驱动的结构和功能。
对其主要的技术参数，结构和工作性能等做出了详细的介绍。
致命了它在钻井，修井方面的广阔应用前景。
关键词：钻井，钻机，顶部驱动，原理，结构TOP DRIVE RIG STRUCTUREDESIGINGABSTRACRFor more than 20 years of world booming top drive drilling rig device, have realized modernization a historical leap. Introduces top drive rig advice, describes the top drive technology of structure and function. Its main technical parameters, structure and working performance and so make were introduced in detail. Deadly it up on the drilling and workover aspects, broad application prospect.KEY WORDS:Drilling, the drill, top drive, principle, structure前言近20年来，世界上发展起来的顶部驱动钻井转转显著提高了组阿宁作业能力和效率，并已经成为石油钻井行业的标准产品。
目前在世界上不少国家的上千台大，中型钻机上，将它用于钻中深井（2000-4500M）,深井（4500-6000M），超深井（6000-9000M）的日益增多。
该产品自80年代初开始研制，值到现在已发展到最先进的整体顶部驱动钻井装置，英文简写为IDS(INTRGRATED TOP DRIVE DRILLING SYSTEM)，显示出它强大的生命力。
从世界钻井机械的发展趋势来看，为适应钻井自动化的进一步需求，顶驱钻井装置和井下钻头加压装置，将成为21世界世界钻井机械发展的主要方向。
据悉，目前我国赴国外工作的钻井队，如果钻机未安装顶驱装置，工程投标将不予中标。
可见顶驱装置已到了非用不可的地步。
自1981年12月美国研制的顶部驱动系统投入使用以来，顶驱逐渐被世界各国石油钻井所采用。
目前，浅海上的钻井船或平台，几乎全部装备了顶驱，陆地石油钻机也越开越多地使用了顶驱。
1 顶驱装置的发展历程1.1 什么事顶驱钻井装置顶驱钻井装置是美国，法国，挪威近20多年来相继研制成功，正在推广应用的一种顶部驱动钻井系统。
它可以从井架空间上不直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，弯沉钻柱旋转钻进，循环钻井液，接力跟，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。
如图1所示。
该装置主要由3部分组成，导向滑车总成，水龙头，井钻马达总成和钻杆上卸扣装置总成。
该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。
实践表明，该系统可节省钻井时间20%-25%，并可预防卡钻事故的发生，用于钻斜井，高难度定向井时经济效果尤其显著。
图11.2历史性的跨越20世纪初 .美国人发明了旋转钻井法.常规钻机由转盘带动方钻杆进行钻进 较顿钻是历史的飞跃。
据统计!美国63%的石油井用旋转钻井法钻成！转盘钻井方式下立下功劳，但在转盘钻井历史上，它有2个突出的矛盾未能得到解决。
其一，由于起下钻中不能及时循环旋转，遇上复杂地层，或是岩屑沉积，往往造成卡钻。
卡钻成了长期困扰钻井工人的问题。
我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失难以数计。
其二，由于常规钻井在钻进中依靠转盘推动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，每次只能接单根，所以费工效率低，劳动强度大 。
而顶部驱动则是把钻机动力部分由下边的转盘移到上部水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进。
由于取消了方钻杆，无论在钻进中，还是起下钻时，旋转钻具的动力以及循环井眼的泥浆始终可与钻具联接在一起。
因而，由各种原因引起的遇卡，遇阻事故均可以得到及时有效的处理。
同时，可以进行立根钻进,大大提高了钻速，平均提高钻井时效25%左右。
国外自1982年首台顶驱成功地钻了1口井斜32°，井深2198m的定向井之后!迅速发展。
不仅在海洋及深井，定向井中采用。
而且在2000m 钻机上也开始大批使用.生产顶驱的厂商也由当初的美国,挪威扩展到法国,加拿大等 4国 7家公司.之后,中国,英国也加入到该装置的生产行列 .实现了钻机自动化进程的阶段性跨越.1.3 钻井装置的的研制过程1．31钻井自动化推动了顶驱钻井法德诞生上个世纪，旋转钻机得到了普遍使用，但是繁重艰苦的钻井劳动，笨重的钻机，钻具操作以及安全等问题，使得实现钻机自动化，成了几代钻井和矿机行业众多人士的长期愿望。
石油钻井多年来一直采用标准的转盘和方钻杆钻法，利用转盘，方钻杆，钻杆大钳，卡瓦卡瓦座和方补芯接单根。
把钻柱联接在一起&除了如方钻杆旋扣器这样小的改进外，几十年来这种接单根的方法实际上并没有重大变化。
20世纪年代，现了动力水龙头。
于改革了驱动方式，用水龙头直接驱动钻具。
在相当程度上改善了工人的操作条件，加快了钻进速度。
但是，早期的动力水龙头只是水龙头与钻井马达的结合，没有解决高效上卸钻杆螺纹的问题，未从根本上摆脱转盘，不具备起钻后就能迅速旋转钻具，循环钻井液的能力，因此缺乏竞争力。
同期先后出现的铁钻工装置，液压大钳等，只是局部解决了钻杆移位，联接等问题，但都没有达到石油人理想的程度。
随着科技进步的发展。
现代化的顶驱装置和早期的动力水龙头完全不同，它除具有常规水龙头和钻井马达之外，更为重要的是，发展了钻柱上卸扣技术。
配备了特殊的钻杆上卸扣装置，传统的方钻杆大钩，转盘已经淘汰。
1.3．2顶驱钻井装置研制过程a) 美国Varco公司的研制历程 Varco BJ公司大致经历了两个阶段。
第一阶段，20世纪80年代。
1981年开始研制TDS-1型装置的系列马达圆形，并设计了TDS-2型递过去钻井装置。
1983年生产了单速TDS-3型顶驱装置，并由此形成了工业标准。
在这个阶段上历时5年时间，至1988年研制开发了具有新标准的2速TDS-4型情趣装置，同年还生产了临时性的单速TDS-5型顶驱装置。
至80年代末，出现了新式高扭矩马达，TDS-3H型及TDS-4型2中顶驱应用了新式马达，并在钻机上得以应用。
第二阶段，20世纪90年代。
这一阶段的可证是应用整体式水龙头，游车等。
在1990年首先生产出了整体式水龙头，装配在TDS-3S（图2），TDS-4S两种型号的顶驱装置上，得到广泛应用。
随着钻井深度的增加，要求驱动更大质量的钻柱，于是设计了双马达的顶驱装置，它具有单速传动(速比5.33：1)，命名为TDS-6S 型，用于深井钻机。
1991-1992年间，应用了整体式水龙头和游车，于是陆续又研制出TDS-3SB，TDS-4SB,TDS-6SB等型号的顶驱装置。
1993之后，研制的IDS型整体式顶驱钻井装置，是一种具有单速比6.00:1，紧凑的行星齿轮驱动的先进装置，它是真正意义上的整体式顶驱钻井装置。
由TDS 型发展到IDS型，既由顶驱发展到整体顶驱装置，在其研制史上实现了新的飞跃。
目前该公司研制出500t的TDS-11S型，400t的TDS-9S型及轻便的250t的TDS-10S 型顶驱。
其中尤以TDS-11S型引人注目，它具有成本低，轻便，可靠性高及维护费用低等优越性，可用在修井机和轻便钻机上。
1-接线盒;2-水龙头；3-气刹车；4-钻井马达；5-齿轮；6-主轴图2 水龙头-钻井马达总成b) 我国的研制过程我国从上个世纪80年代末开始跟踪这一世界先进技术。
1993年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，由石油勘探开发科学研究院机械所,宝鸡石油机械厂等单位联合承担试制开发任务。
研制中科研人员与国内多家厂商积极合作，克服资料,材料不全等许多困难认真按照计划执行。
打破了国外关于空心电动机的垄断。
解决了一批机,电,液,气一体化技术难题。
于1995年完成样机。
并在台架试验中不断改进完善。
1997-04样机安装在塔里木6501钻井队钻机上进行工业试验。
适应多种复杂钻井要求，当年完成任务，钻抵5590m目的层。
该井在试验期间，起下钻约50次，多次遇阻遇卡，使用情趣装置均能顺利通过。
国产顶驱装置的成就，宣告了我国DK-60D型顶驱钻井装置已研制成功，标志着我国钻机自动化实现了历史性的跨越。
我国已经成为世界上第5个可以制作顶驱装置的国家。
项目因此荣获原总公司科技进步一等奖和国家科技进步三等奖-目前我国顶驱装置已由宝石厂投入生产6如图3图3 DK-60型顶驱结构2顶驱装置的结构顶部驱动钻井装置由以下主要部件和附件组成：水龙头-钻井马达总成；马达支架/导向滑车总成；钻杆上卸扣装置总成; 平衡系统;冷却系统；顶部驱动钻井装置控制系统；可选用的附属设备。
2.1 水龙头钻井马达总成水龙头-钻井马达总成是顶部驱动钻井装置的主体部件。
它由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。
钻井水龙头额定载荷是6500 kN；采用串激（或并激）直流电动机立式传动，驱动主轴。
轴上端装有气动刹车（16VC600气离合器）。
当气压为0.62 MPa时，可产生47.5 kN?m的扭矩，用于马达的快速制动。
这是由于主轴带动质量很大的钻具旋转时，旋转体转动惯量大，惯性则大，因此立即刹止，改变运动方式是不易的，故要有气刹车刹止才能克服惯性，制止钻具的旋转运动。
马达轴下伸轴头装有小齿轮（Z=18），与装在主轴上的大齿轮（Z=96）相啮合，主轴下方接钻杆柱，最大转速为 430 r/min。
钻井时，当马达电枢电流为 1325 A 时，间隙尖峰扭矩51.5 kN/m，而当电流为1050A时，连续运转扭矩为39.1kN/m，主轴转速可达180r/min。
其中水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件：钻井马达和制动器（气刹车）；齿轮箱（变速箱）；整体水龙头；平衡器。
钻井马达：在顶部驱动钻井装置上安装的是 1100/1300hp的并激直流钻井马达。
马达配置双头电枢轴和垂直止推轴承。
气刹车用于承受钻柱扭矩，避免马达停车并有利于定向钻井的定向工作。
气刹车由一个远控电磁阀控制。
如需要输出扭矩和齿轮传动比卡片。
齿轮箱（变速箱）总成：顶部驱动钻井装置的单速变速箱由下述主要部件组成：96齿大齿轮；18齿大齿轮；上、下箱体；主轴/驱动杆；马达支座机罩。
变速箱是一个单速齿轮减速装置，齿轮减速比5.33：1。