石油钻采设备及工艺-李振林 §4-1 转盘
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石油钻采设备及工艺-李振林 第六章 石油矿场用往复泵
第六章
§66-3 §6-4 §6-5 §6-6
往复泵的流量分析
往复泵的压头、功率和效率 往复泵的工作特性曲线 往复泵的结构和特点 往复泵的易损件及配件
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往复泵在石油矿场上应用非常广泛，常用于高压下输送高粘度、大密 度和高含砂量、高腐蚀性的液体，流量相对较小。按用途的不同，石 油矿场用往复泵往往被冠以相应的名称，例如： 在钻进过程中，为了携带井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力， 用于向井底输送和循环钻井液的往复泵，称钻井泵或泥浆泵； 为了固化井壁，向井底注入高压水泥浆的往复泵，称固井泵； 为了造成油层的人工裂缝，提高原油产量和采收率，用于向井内注 入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液体的往复泵，称压裂泵； 向井内油层注入高压水驱油的往复泵，称注水泵； 在采油过程中，用于在井内抽汲原油的往复泵，称抽油泵。
石油钻采机械PPT课件.ppt
旋流器
回收加重剂 短管 涡轮室周 壁孔眼
稀释水 稀浆
漏斗 涡轮室
清砂室 稀浆腔室
上底孔板 短管
• 当涡轮旋转时，大 颗粒的固相携同一 部分液体被甩向涡 轮室的周壁，并穿 过其上的孔眼进入 清砂室，聚积到底 部；
泥浆
旋流器
回收加重剂 短管 涡轮室周 壁孔眼
• 泥浆中的固相颗粒，按其粒度的大小可分为钻屑、 砂、粉砂、粘土和胶土，
• 相应的净化装置只能清除一定尺寸的固相颗粒。
随着钻井深度的不同，对泥浆性能的要求也不同：
• 对于一般深度的井，多使用非加重水基泥浆。 • 处理这类泥浆的固控设备是：振动筛－>除砂器
－>除泥器－>离心机， • 目的是尽可能除去泥浆中的固相颗粒。
• 工作时，由主轴、轴承和偏心块等构成的激振器旋转时产 生周期性的惯性力，迫使筛箱、筛网和弹簧等部件在底座 上作简谐振动；
• 促使由泥浆盒均匀流至筛网表面的泥浆中的液固相分离
• 即液体和较小颗粒通过筛网孔流向除砂器，而较大颗粒顺 筛网表面移向砂槽。
筛网
➢ 泥浆振动筛中最易损坏的零件是筛网。
➢ 一般有钢丝筛网、塑料筛网、带孔筛板等，常用 的是不锈钢丝编织的筛网。
• 它有三根溢流管; • 当泥浆进入时，重而大的固
相颗粒甩向筒壁，并螺旋下 降，经排砂口排出； • 轻质部分则从各溢流管溢出。 • 这种结构消除了空气柱，减 少了内部的水力损失，从而 提高了泥浆处理量及液体的 净化程度。
动画
§4-4 泥浆净化装置
一、概述 二、泥浆振动筛 三、水力旋流器 四、泥浆清洁器 五、离心分离机 六、泥浆除气器
水利旋流器的工作原理：
➢ 水力旋流器与一般分离机械不 同，它没有运动部件，是利用 泥浆中固、液相各颗粒所受的 离心力大小进行分离。
石油的钻采设备及工艺
石油的钻采设备及工艺石油的钻采设备及工艺石油的钻采设备及工艺【1】[摘要]本文回顾了石油钻采设备制造概况，结合文献资料梳理了石油钻采设备发展方向，例举了石油的钻采设备新工艺，对发展石油钻采设备提了两方面的意见。
[关键词]石油;钻采设备;工艺一、石油钻采设备制造概况石油钻采设备系指专用于陆地和海洋石油、天然气开采的装备。
它主要包括陆上石油钻采设备，海洋和沙漠石油钻采专用设备、钻具(井下钻采工室外具)等。
在整个石油钻采装备中，石油钻机占70%，采油设备占20%，其余装备占10%。
当今，全世界有一百多个国家和地区从事石油和天然气的勘探和开采，但只有二十多个国家能够制造石油钻采设备，其中美国实力最强，水平最高。
我国钻机制造水平已经领先于俄罗斯，与欧美先进厂家水平大体相当，但成本低20%-25%。
我国现已基本掌握国际先进的石油钻采设备制造技术，先后开发了适用于陆地、石油钻采设沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机电复合传动并举。
二、石油钻采设备发展目标1、钻井设备及工艺。
开发全电驱动和复合电驱动(SCR滞留电驱动钻机和VFD交流变频电驱动钻机)钻机，提高钻机自动化和智能化水平。
建造钻机机、电、液、气.信息和钻井仪表、自动送钻一体化网络平台。
①为缩短钻机移动过程的拆卸、运输、安装时间，大力发展车装钻机和拖挂钻机，4000m以上钻机采用大拖挂方式，3000以下钻机发展车装交流变频驱动和车装全液压驱动。
②在顶驱钻机制造方面，进一步提高SCR顶驱液压系统、电控系统的可靠性，发展系列变频顶驱。
③提高常规型泥浆泵( 52MPa)的可靠性，开发研制智能化软泵系统、自动检测等单元技术，开发液缸起立环形布置泥浆泵和液压泥浆泵。
2、采油设备及工艺。
机械采油设备研制方面。
机械采油设备的研究和开发，可满足开采难度大的油井和稠油、结蜡、结盐等油井的需要，提高经济效益和节能降耗效果，提高整机效率和可靠性，提高自动化和智能化控制技术水平。
石油钻采设备及工艺-李振林 §4-3 顶驱钻井系统
•发展史
二、顶驱钻井系统的特点
和转盘－方钻杆旋转钻井法相比，顶驱钻井系统旋转钻井法具有下 述主要特点：
1. 系统直接采用立根（28m）钻进，减少了2/3钻柱连接时间；
2. 起下钻时，顶驱钻井系统可在任意高度立即循环钻井液，实行倒划眼起钻和划 眼下钻，大大减少了卡钻事故；
3.系统具有遥控内部防喷器（IBOP），钻进或起钻如有井涌迹象，可即时实施井 控，大大提高了在复杂地层、钻井事故地区钻井的安全性。 4. 顶驱系统以28m立根钻定向井、丛式井、斜井时，不仅减少了钻柱连接时间， 还减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，节省了定向钻井时间，提高 了钻井效率；
1－单导轨总成；2－过渡环总成；3－风冷装置 4－刹车装置；5－直流驱动电机；6－齿轮减速 器；7－动力水龙头体；8－夹紧连接器； 9－回转头总成；10－上IBOP（自动）； 11－下IBOP（手动）；12－环形背钳； 13－鹅颈管；14－水龙头冲管总成； 15－小车滑车；16－倾斜机构； 17－导轨承担梁
滑车框架
支座
钻井马达座架
钻井马达耳轴安装支座
管束支座
导向滚轮
防爆交流马
钻井马达 马达接线盒
钻井马达冷却系统
回照片 图片
水龙头－钻井马达总成 •由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。 •采用串激（或并激）直流马达立式传动， 驱动主轴（水龙头的中心管）；
水 龙 头
•马达轴上装有气动刹车，可产生静制动 力矩，用于马达的快速制动；
复习题
1. 何谓
3. 钻杆上卸扣装置（或称为管柱处理装置） 钻杆上卸扣装置总成，一般由旋转头、吊环连接器、吊 环倾斜机构、保护接头、卸扣背钳（或称扭矩扳手）等 组成，可完成接立根、起下钻时上卸立根丝扣及打开与 扣紧吊卡等操作，实现了钻柱连接、上卸扣操作机械 化， 。
二、顶驱钻井系统的特点
和转盘－方钻杆旋转钻井法相比，顶驱钻井系统旋转钻井法具有下 述主要特点：
1. 系统直接采用立根（28m）钻进，减少了2/3钻柱连接时间；
2. 起下钻时，顶驱钻井系统可在任意高度立即循环钻井液，实行倒划眼起钻和划 眼下钻，大大减少了卡钻事故；
3.系统具有遥控内部防喷器（IBOP），钻进或起钻如有井涌迹象，可即时实施井 控，大大提高了在复杂地层、钻井事故地区钻井的安全性。 4. 顶驱系统以28m立根钻定向井、丛式井、斜井时，不仅减少了钻柱连接时间， 还减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，节省了定向钻井时间，提高 了钻井效率；
1－单导轨总成；2－过渡环总成；3－风冷装置 4－刹车装置；5－直流驱动电机；6－齿轮减速 器；7－动力水龙头体；8－夹紧连接器； 9－回转头总成；10－上IBOP（自动）； 11－下IBOP（手动）；12－环形背钳； 13－鹅颈管；14－水龙头冲管总成； 15－小车滑车；16－倾斜机构； 17－导轨承担梁
滑车框架
支座
钻井马达座架
钻井马达耳轴安装支座
管束支座
导向滚轮
防爆交流马
钻井马达 马达接线盒
钻井马达冷却系统
回照片 图片
水龙头－钻井马达总成 •由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。 •采用串激（或并激）直流马达立式传动， 驱动主轴（水龙头的中心管）；
水 龙 头
•马达轴上装有气动刹车，可产生静制动 力矩，用于马达的快速制动；
复习题
1. 何谓
3. 钻杆上卸扣装置（或称为管柱处理装置） 钻杆上卸扣装置总成，一般由旋转头、吊环连接器、吊 环倾斜机构、保护接头、卸扣背钳（或称扭矩扳手）等 组成，可完成接立根、起下钻时上卸立根丝扣及打开与 扣紧吊卡等操作，实现了钻柱连接、上卸扣操作机械 化， 。
石油钻采设备及工艺李振林 44 泥浆净化装置34页文档
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
石油钻采设备及工艺李振林 44 泥浆净 化装置
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
石油钻采设备及工艺李振林 44 泥浆净 化装置
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣
石油钻采设备及工艺-李振林 §1-4 钻井中的几种事故
1Hale Waihona Puke 沉砂卡钻由于用清水钻进或泥浆粘度低、切力 小，悬浮岩屑能力差，稍一停泵，岩 屑就下沉，造成沉砂卡钻。 接单根时间过长，或泵因突然故障需 停泵检修，也可能造成这种卡钻。
2.落石卡钻
钻遇疏松、胶结性 不好的地层，发生 井塌时造成卡钻。
3.地层膨胀卡钻
钻遇疏松、多孔隙和膨胀性地层时，若泥浆 性能不好，失水大，渗入到地层中并浸泡地 层，导致地层膨胀，井径缩小造成卡钻。
§1-4
钻井中的几种事故
一、井漏、井塌 二、井喷
三、卡钻
附：本节复习题
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一、井漏、井塌
当井眼中泥浆液柱压力大于地层压力时，就会引起泥浆漏失。
造成井漏更具体的原因： •钻遇疏松地层，开泵过猛而蹩漏； •钻遇渗透性地层，如渗透性良好的砂岩，发生渗透性漏失； •钻遇地层断裂带或裂缝，如石灰岩裂缝发育地层，或右灰岩大溶 洞时，发生井漏。
细槽
复习题
1. 简述井漏的原因、表现、及应对措施。 2. 简述井喷的原因及预防措施。 3. 简述卡钻的主要类型及其原因。
•为了处理卡钻事故，钻机应具 备足够的提升能力。近年来， •落石卡钻 国内外新系列钻机都相对地加 大最大钩截Qmax约为最大钻柱 •地层膨胀卡钻 重量Q柱的1.6～2.1倍，增强了 •泥饼卡钻 钻机处理卡钻及下套管遇阻的 能力。 •键槽卡钻 •此外，对机械传动的钻机，绞 车应配备事故档，转盘必须有 •其它尚有泥包卡钻， 落物卡钻等 。 倒档，并希望转盘转速及扭矩 能进行调节。
疏松易塌 低沉 泥浆液面
溶洞裂缝
漏失层
二、井喷
当钻遇到高压油、气、水层时，由于油、
气、水层的压力大于钻井液柱压力，容 易造成井喷。 为防止井喷，除应事前做好地质预告工 作外，尚应在钻井时采取调整钻井液性 能，安装井口设备〈防喷器〉。
石油钻采设备及工艺-李振林 §5-1 概述
1. 机械驱动
机械驱动，依驱动机组驱动特性的不同可进一步分为，柴油机直接 驱动（或简称柴油机驱动）和柴油机－液力驱动机械传动两种。 柴油机驱动机械传动：以柴油机为动力，2～4台柴油机，经齿轮、 胶带、链条、万向轴等机械传动元件的多种形式的组合，实现并车、 减速增矩、换向、倒车，以驱动传动绞车、转盘和钻井泵。 驱动特性就是柴油机本身的特性，工作机只能得到有限档的有级调 速。
四、钻机驱动类型及典型驱动设备的外特性
钻机驱动类型按照采用的动力设备的不同，分为机械驱动与电驱动 两大类： 机械驱动以柴油机为动力机； 电驱动以直流或交流电动机为动力机。 1. 机械驱动 2. 电驱动 3. 几种典型驱动设备的外特性 所谓动力机的外特性，指的是扭矩M随转速n而变化的规律性，即 M=f（n），常用曲线描述，称为外特性曲线。
4. 发动机比质量KG
G KG 发动机比质量即每单位功率（KW）的质量，用KG表示： Ne
式中，G ——发动机（包括必备的附件）的质量，kg；
kg / kw
Ne——额定功率，kw。
3. 分组驱动方案
分组驱动的目的主要是：
兼有统一驱动利用率高和单独驱动传动简单、安装方便的优点；
现代深井、超深井钻井采用7～9m高钻台，分组驱动可实现转盘、辅助绞车 （猫头轴）在高钻台上，而主绞车不上高钻台的方案；
1. 单独驱动方案
转盘、绞车、钻井泵三工作机组，各由不同的 动力机一对一或二对一地进行驱动； 电驱动钻机大都采用如右图所示的单独驱动方 案； 单独驱动，传动系统简单、效率高；工作机间 无机械形式的联系，便于钻机在井场进行平面布 置。 装机功率利用率低，动力机不能互济。
1. 绞车
特点 若大钩提升速度能随载荷的变化按理想功率 曲线 QhV C 相应地改变，即沿右图中曲 线次减少而 相应增加，即沿曲线2工作，则功率利用虽 不是最理想的，也已很充分。但在机械变速 有限档的情况下，这是不可能做到的。
石油钻采设备及工艺李振林自喷井采油及设备PPT课件
段塞流：再往上，井筒内压力更低于饱和压力，气体 进一步膨胀，小气泡合并成大气泡，使井筒内出现一段 原油一段气体的柱塞状，这时的气体象活塞一样，对油 流有很大的举升力。
雾状流 环流
段塞流 泡流
纯油流
第9页/共40页
环流：油流再上升，气体再分离、膨胀，气体柱塞不 断加长，逐渐从油管中心突破，形成中心连续气流，而 管壁附近则是原油流动的液流状态。
第3页/共40页
经过上述方法诱喷，油井达到自喷后，就打开套管闸门，放喷一个短暂时间，然后改为 油管放喷，转入正常采油。
第4页/共40页
2. 自喷的动力
➢井底原油能自喷到地面主要是受多种地层驱动力的作用。 ➢当油藏未开发、地层未打开时，油层中的压力处于平衡状态，原油不流动； ➢一旦地层中钻有油井，并开始生产时，油层内的压力平衡被打破，井底压力低于油层压 力。 ➢在地层驱动力的作用下，先将原油从地层内推向井筒， ➢若还有剩余的能量， 再将井筒内的原油举升到地面。
第21页/共40页
封隔器编号 以下代号按次序从左至右顺序排列，依次为：部定型产品代号－油田代号－封隔器型式代 号－套管或裸眼公称直径代号－设计结构代号－结构设计次数。
封隔器型式代号：1（支撑式）、2（卡瓦式）、3（皮碗式） 4（水力扩张式）、5（水力自封式）、6（水力密封式）、7（水力压缩式）
部定型产品代号 油田代号：大庆
➢油管挂与四通内壁之间的间隙，通过一组密封圈加以密封；密封圈之间有隔环，当介质 通过密封圈渗入隔环的空腔时，可由单向阀压入密封脂；通孔内装有压环，并用六个顶丝 将其顶住，以防井内液体作用在油管上将油管柱顶出固有的位置；
➢油管挂上部的护丝是为了保护油管挂上方的螺纹，当安装采油树时，可将护丝卸去。
油管挂 密封组 压环 密封隔环
雾状流 环流
段塞流 泡流
纯油流
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环流：油流再上升，气体再分离、膨胀，气体柱塞不 断加长，逐渐从油管中心突破，形成中心连续气流，而 管壁附近则是原油流动的液流状态。
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经过上述方法诱喷，油井达到自喷后，就打开套管闸门，放喷一个短暂时间，然后改为 油管放喷，转入正常采油。
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2. 自喷的动力
➢井底原油能自喷到地面主要是受多种地层驱动力的作用。 ➢当油藏未开发、地层未打开时，油层中的压力处于平衡状态，原油不流动； ➢一旦地层中钻有油井，并开始生产时，油层内的压力平衡被打破，井底压力低于油层压 力。 ➢在地层驱动力的作用下，先将原油从地层内推向井筒， ➢若还有剩余的能量， 再将井筒内的原油举升到地面。
第21页/共40页
封隔器编号 以下代号按次序从左至右顺序排列，依次为：部定型产品代号－油田代号－封隔器型式代 号－套管或裸眼公称直径代号－设计结构代号－结构设计次数。
封隔器型式代号：1（支撑式）、2（卡瓦式）、3（皮碗式） 4（水力扩张式）、5（水力自封式）、6（水力密封式）、7（水力压缩式）
部定型产品代号 油田代号：大庆
➢油管挂与四通内壁之间的间隙，通过一组密封圈加以密封；密封圈之间有隔环，当介质 通过密封圈渗入隔环的空腔时，可由单向阀压入密封脂；通孔内装有压环，并用六个顶丝 将其顶住，以防井内液体作用在油管上将油管柱顶出固有的位置；
➢油管挂上部的护丝是为了保护油管挂上方的螺纹，当安装采油树时，可将护丝卸去。
油管挂 密封组 压环 密封隔环
石油钻采设备及工艺-李振林 §4-2 水龙头
四、特性参数
1. 最大静载荷：水龙头的主要受力件，如主轴承、提环等，所能 承受的最大载荷，它应等于或大于钻机的最大钩载。
水龙头常以最大静载荷定型号，如SL-450（tf）等。 2. 中心管通孔直径：国产水龙头中心管、冲管直径均为75mm。 3. 最高转速：水龙头许用最高转速，应与转盘的最高转速相一致；
上扶正轴承 防跳轴承 负荷轴承
下扶正轴承 壳体
保护接头
复习题
1. 何谓
•接单根时，风马达工作，伸缩机构便启 动齿轮下移与中心管上大齿轮啮合，驱动 中心管快速旋转，快速上扣。
2）固定式冲管，V形机封式密封
冲管固定于鹅颈管上，工作时不转动，也不能轴向移动。10个V形 橡胶或橡胶石棉密封圈，借助弹簧力进行密封。利用中心管上部作 为密封盒，密封盒压帽与中心管由丝扣联接。 这种结构型式存在的问题：
钻井实践表明： 功用： 水龙头的寿命和工作质量主要取决于主轴 承的结构类型、轴承布置方案和钻井液密 1）悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分乃至全部钻具重量； 封系统的结构型式。
2）向转动着的钻杆柱内引输高压钻井液；
对水龙头的要求：
1）水龙头的主轴承必须具有足够的强度和寿命（因为水龙头的主轴承几乎是在 全部钻具重量下振动、旋转，工作条件十分恶劣）； 2）高压钻井液密封系统（或称冲管总成）必须工作可靠，寿命长，更换快速、 方便； 3）机油密封良好，能制动补偿工作过程中密封元件的磨损；
上扶正轴承 防跳轴承 负荷轴承
下扶正轴承 壳体
保护接头
承载系统：中心管及其接头、 壳 体 、 耳轴 、 提 环和 主 轴 承 （负荷轴承）等 井中钻具重量通过方钻杆加到 中心管上；中心管通过主轴承 座在壳体上，经耳轴、提环将 载荷传给大钩。
石油钻采设备及工艺-李振林 §1-5 钻井技术
实现平衡压力钻井的关键是选择合理的钻井液比重，使 钻井液静液压力和环空压降之和同地层孔隙压力始终保 持平衡。 平衡压力钻井技术的基础是新近发展起来的地层压力和 地层破裂压力梯度检测技术、井控技术、钻井液固相控 制工艺技术及计算机技术。 因此，实施平衡压力钻井，必须安装可靠的防喷装置， 防止井涌失控导致井喷；必须配置先进的固控设备，以 适时调配和控制钻井液性能。
•我国较多采用最大钻头水功率工作方式：破碎岩石，冲 洗井底需要一定的能量。单位时间内射流所含能量越大， 钻进速度越快。因此主张，在地面泵提供一定的水功率的 条件下，要把其中尽可能多的部分分配在钻头上。 •为保证能采用喷射式钻井，除研制各种水力喷射式钻头 外，必须配备高压大功率的钻井泵及相应的高压闸门、高 压管汇、水龙带、水龙头，配备完善的固控设备。
三、平衡压力钻井
平衡压力钻井是指钻井过程中保持井内钻井液动
压力与地层孔隙压力相等，即: P地＝P液＋P环 式中：P地——地层孔隙压力； P液——钻井液柱静压力； P环——钻井液循环时的环空压降。
钻进时，保持井底压力平衡〈或近平衡〉可降低岩石强 度和岩屑的压持效应，能大幅度提高机械钻速，可有效 地保护油层，稳定井眼，防止井漏。
§1-5
钻井技术
一、钻压、转速、排量和钻井液性能 对机械转速的影响 二、喷射式钻井
三、平衡压力钻井
四、最优化钻井
五、井斜与满眼钻井法
附：本节复习题
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钻井技术是一门正处于蓬勃发展中的科学。 本节主要讨论影响钻井速度和井身质量的有
关问题 。
一、钻压、转速、排量和钻井液性能 对机械钻速的影响
井斜是标志井身质量的一个重要指标，一般用井斜角和井斜方 位角来表示。此外尚有井斜变化率，井底水平位移等。 由于钻头上方的钻柱受压而弯曲，倾斜地层软硬交界处钻头在 圆周各处所遇阻力不一致等因素的影响，要把井打得绝对的直， 显然是不可能的。但井斜若超过规定标准，井底水平位移过大， 就会打乱油层处井眼的合理分布。另外，井斜过大，在工艺上 将引起其它不良后果。因此，我国各油田对井斜都有规定标准， 以确保井身质量。 满眼钻井法，又叫刚性配合法，这是我国在石油矿场广泛采用的 快速钻直井的重要措施。 钻具下部的钻铤，在钻压作用下会产生弯曲，使钻具在井内不居 中，导致产生井斜。通过在钻铤弯曲处加上扶正器〈用硬质合金 块焊成〉增加受压部分刚度，使钻具居于井眼中心，防止井斜， 此即满眼钻井原理 。
石油钻采设备及工艺-李振林 §5-4 电驱动原理与设备
② ③ 2. 硬特性： a＝40～10，即转速n随转矩增加而下 降，但改变程度不很大； 软特性： a<10，即转速n随转矩增加快速下降。 固有特性和人为特性 固有特性是指电动机端电压、频率（指交流电 流）、励磁电流都为额定值，且电极电力回路中 无附加电阻时所具有的特性。 通过改变上述条件进行调节得到的机械特性称为 人为特性或调节特性。
SCR直流电驱动，是直流电动机去驱动工作机； AC变频电驱动，是交流电动机去驱动工作机。 交流变频（AC变频）驱动技术于80年代中期首先被引入顶驱钻井 系统。1997年以来，英国在北海油田钻井平台上已采用交流变频电 驱动钻机代替SCR直流电驱动钻机。 预期，本世纪，交流变频驱动技术在石油装备领域，尤其是在石 油钻机、顶驱钻井系统方面的研究开发与应用，将进入一个蓬勃发 展的时期。
二、直流电动机机械特性与人为特性
1. ① ② 2. ① ② ③ 3. 直流电动机固有机械特性 直流电动机固有机械特性与励磁方式有关： 并励（它励）电动机 串励电动机 直流电动机的人为特性（调速方法） 现代电驱动钻机广泛采用它励直流电动机驱动工作机。通过调 节电动机转速，获得人为特性，以适应绞车、转盘的调速要求 由公式n= f（M）可知，改变Re、U及 中任一个量即可改变 转速n，即它励直流电动机有三种调速方法： 电枢串电阻调速 降低电枢电压调速 减弱磁通调速 直流电动机降压、弱磁综合调速原理 采用直流发电机－电动机组或可控硅整流电源供电的直流电动 机可联合应用降压法与弱磁法，以扩大调速范围。
并励（它励）电动机中，磁通 基本不变，Ce、Cm是与电机结构有关的系 数。因此理想空载转速n0及系数b均为常数。
① 串励电动机：具有软特性， n= f（M）表达式与并励电动机基本相同：
SCR直流电驱动，是直流电动机去驱动工作机； AC变频电驱动，是交流电动机去驱动工作机。 交流变频（AC变频）驱动技术于80年代中期首先被引入顶驱钻井 系统。1997年以来，英国在北海油田钻井平台上已采用交流变频电 驱动钻机代替SCR直流电驱动钻机。 预期，本世纪，交流变频驱动技术在石油装备领域，尤其是在石 油钻机、顶驱钻井系统方面的研究开发与应用，将进入一个蓬勃发 展的时期。
二、直流电动机机械特性与人为特性
1. ① ② 2. ① ② ③ 3. 直流电动机固有机械特性 直流电动机固有机械特性与励磁方式有关： 并励（它励）电动机 串励电动机 直流电动机的人为特性（调速方法） 现代电驱动钻机广泛采用它励直流电动机驱动工作机。通过调 节电动机转速，获得人为特性，以适应绞车、转盘的调速要求 由公式n= f（M）可知，改变Re、U及 中任一个量即可改变 转速n，即它励直流电动机有三种调速方法： 电枢串电阻调速 降低电枢电压调速 减弱磁通调速 直流电动机降压、弱磁综合调速原理 采用直流发电机－电动机组或可控硅整流电源供电的直流电动 机可联合应用降压法与弱磁法，以扩大调速范围。
并励（它励）电动机中，磁通 基本不变，Ce、Cm是与电机结构有关的系 数。因此理想空载转速n0及系数b均为常数。
① 串励电动机：具有软特性， n= f（M）表达式与并励电动机基本相同：
石油钻采设备及工艺李振林 44 泥浆净化装置PPT34页
石油钻采设备及工艺李振林 44 泥浆 净化装置
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之பைடு நூலகம்， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之பைடு நூலகம்， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
石油钻采设备及工艺-李振林 §4-1 转盘
转 台 迷 宫 圈
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力
返回
一、转盘的功用与使用要求
•钻井过程中，转盘要完成如下工作：
1）转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速； 2）下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；
3）完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；
涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。 •为保证转盘能实现上述职能，要求： 1）转盘的主轴承有足够的强度和寿命； 2）转台和锥齿轮能传递足够大的扭矩，能倒转，能可靠地制动； 3）密封性好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿 轮和轴承的磨损。
2）水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
•
转盘制动装置
1）水平轴上装棘轮，采用这种方案时，对锥齿轮有损害；
2）用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力
四、转盘的特性参数
1. 通孔直径 转盘通孔直径是转盘的主要几何参数，比第一次开钻时最大号钻头直径至少大 10mm；
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
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转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
制 制 动 动 块 销
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
结构
复习题
1. 何谓
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
转台总成
如同一根又短又粗的空心立轴，借助主轴承（负荷轴承）坐在壳体上。下部辅助 轴承防止转台倾斜和向上振跳。转台中心通孔都比较大，以便通过钻井中开井所 用的最大号钻头。通孔内装着方补心和跟方钻杆相配合的小方瓦，两者通过锁销 锁在转台体上。转台上部静配合装着一个迷宫盘，构成一整体结构，防止泥浆污 水漏入转盘油池内。
§4-1
转盘
一、转盘的功用与使用要求 二、转盘的结构组成与工作原理 三、转盘的结构特点 四、转盘的特性参数
附：本节复习题
返回
一、转盘的功用与使用要求
•钻井过程中，转盘要完成如下工作：
1）转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速； 2）下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；
3）完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；
2. 最大静载荷
转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配；该载荷经转台作用到主 轴承上，因此决定着主轴承的规格； 3. 最大工作扭矩 转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，决定着转盘的输入功率及传动零 件的尺寸； 4. 最高转速 转盘在轻载荷下允许使用的最高转速； 5. 中心矩 转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。
2）水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
•
转盘制动装置
1）水平轴上装棘轮，采用这种方案时，对锥齿轮有损害；
2）用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力
四、转盘的特性参数
1. 通孔直径 转盘通孔直径是转盘的主要几何参数，比第一次开钻时最大号钻头直径至少大 10mm；
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
主、辅轴承：
•主轴承为向心止推球轴承，起承载和承转作用。静止时，承受最重套管柱重量； 旋转工作时，承受主要由方钻杆下滑造成的轴向载荷及锥齿轮传动所形成的径向 载荷。主轴承、锥齿轮共用一个油池，飞溅润滑。
转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
制 制 动 动 块 销
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴总成：
水平轴（快速轴）头部装有小锥齿轮，尾部装联接法兰（万向轴传动时）或链轮 （链传动时）。轴通过一付双列调心轴承和套筒座在壳体中，套筒的作用是使水 平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪可实现转台的制 动。水平轴下方壳体构成一独立油池，使水平轴轴承得到良好的润滑。
•辅助轴承也是向心止推球轴承，起径向扶正和轴向防跳作用。辅助轴承单独用 黄油润滑，迷宫密封。也有的转盘，主、辅轴承共用一个油池。
转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
制 制 动 动 块 销
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
工作时，动力经水平轴上的法兰或链轮传入，通过锥齿轮传动转台， 借助转台通孔中的方补心和小方瓦带动方钻杆、钻杆柱和钻头转动； 同时，小方瓦允许方钻杆轴向自由滑动，实现钻杆柱的边旋转边送 进；起下钻或下套管时，钻杆柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在转 台上。
转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
制 制 动 动 块 销
涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。 •为保证转盘能实现上述职能，要求： 1）转盘的主轴承有足够的强度和寿命； 2）转台和锥齿轮能传递足够大的扭矩，能倒转，能可靠地制动； 3）密封性好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿 轮和轴承的磨损。
二、转盘的结构组成与工作原理
•结构组成：转盘实质上是一个结构特殊的角传动减速器，主要由 水平轴（快速轴）总成、转台总成、主辅轴承（负荷轴承、防跳轴 承）和壳体等组成。
•工作原理：
三、转盘的结构特点
•
1.
转盘结构特点主要表现在转盘轴承布置方案上。转盘轴承布置 方案可分为两大类：
主、辅轴承同在大齿轮下方
2.
综上所述： 主、辅轴承分置在大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫盘做成两体，污水、泥浆易漏入油池。
现代钻井转盘结构上应选取 主、辅轴承同在大齿轮一侧； • 水平轴总成的结构方案 水平轴两轴承采用不同型式， 可从轴一端装配，及直接制 1）水平轴上用同样一付调心轴承，分别从水平轴两端装配，这种结构不便于更 动转台的方案。 换靠近小齿轮处的轴承油封；
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴上用同样一付调心轴承，分别从水平轴两端装配， 这种结构不便于更换靠近小齿轮处的轴承油封；
主、辅轴承分置在大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上：
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上：
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫盘做成两体，污水、泥浆易漏 入油池。
水平轴上装棘轮，采用这种方案时，对锥齿轮有损害；
转 台 迷 宫 圈
转 台 迷 宫 圈
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力
制 制 动 动 块 销
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
结构
复习题
1. 何谓
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
转台总成
如同一根又短又粗的空心立轴，借助主轴承（负荷轴承）坐在壳体上。下部辅助 轴承防止转台倾斜和向上振跳。转台中心通孔都比较大，以便通过钻井中开井所 用的最大号钻头。通孔内装着方补心和跟方钻杆相配合的小方瓦，两者通过锁销 锁在转台体上。转台上部静配合装着一个迷宫盘，构成一整体结构，防止泥浆污 水漏入转盘油池内。
§4-1
转盘
一、转盘的功用与使用要求 二、转盘的结构组成与工作原理 三、转盘的结构特点 四、转盘的特性参数
附：本节复习题
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一、转盘的功用与使用要求
•钻井过程中，转盘要完成如下工作：
1）转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速； 2）下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；
3）完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；
2. 最大静载荷
转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配；该载荷经转台作用到主 轴承上，因此决定着主轴承的规格； 3. 最大工作扭矩 转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，决定着转盘的输入功率及传动零 件的尺寸； 4. 最高转速 转盘在轻载荷下允许使用的最高转速； 5. 中心矩 转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。
2）水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
•
转盘制动装置
1）水平轴上装棘轮，采用这种方案时，对锥齿轮有损害；
2）用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力
四、转盘的特性参数
1. 通孔直径 转盘通孔直径是转盘的主要几何参数，比第一次开钻时最大号钻头直径至少大 10mm；
方补心
大 方 瓦
负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
制动螺栓 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
主、辅轴承：
•主轴承为向心止推球轴承，起承载和承转作用。静止时，承受最重套管柱重量； 旋转工作时，承受主要由方钻杆下滑造成的轴向载荷及锥齿轮传动所形成的径向 载荷。主轴承、锥齿轮共用一个油池，飞溅润滑。
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下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
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辅助轴承 快速轴
水平轴总成：
水平轴（快速轴）头部装有小锥齿轮，尾部装联接法兰（万向轴传动时）或链轮 （链传动时）。轴通过一付双列调心轴承和套筒座在壳体中，套筒的作用是使水 平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪可实现转台的制 动。水平轴下方壳体构成一独立油池，使水平轴轴承得到良好的润滑。
•辅助轴承也是向心止推球轴承，起径向扶正和轴向防跳作用。辅助轴承单独用 黄油润滑，迷宫密封。也有的转盘，主、辅轴承共用一个油池。
转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
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负 迷 荷 宫 轴 圈 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
下 迷 宫 盘
上 迷 宫 盘
工作时，动力经水平轴上的法兰或链轮传入，通过锥齿轮传动转台， 借助转台通孔中的方补心和小方瓦带动方钻杆、钻杆柱和钻头转动； 同时，小方瓦允许方钻杆轴向自由滑动，实现钻杆柱的边旋转边送 进；起下钻或下套管时，钻杆柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在转 台上。
转 台 迷 宫 圈 大 锥 齿 转 轮 台
制 制 动 动 块 销
涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。 •为保证转盘能实现上述职能，要求： 1）转盘的主轴承有足够的强度和寿命； 2）转台和锥齿轮能传递足够大的扭矩，能倒转，能可靠地制动； 3）密封性好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿 轮和轴承的磨损。
二、转盘的结构组成与工作原理
•结构组成：转盘实质上是一个结构特殊的角传动减速器，主要由 水平轴（快速轴）总成、转台总成、主辅轴承（负荷轴承、防跳轴 承）和壳体等组成。
•工作原理：
三、转盘的结构特点
•
1.
转盘结构特点主要表现在转盘轴承布置方案上。转盘轴承布置 方案可分为两大类：
主、辅轴承同在大齿轮下方
2.
综上所述： 主、辅轴承分置在大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫盘做成两体，污水、泥浆易漏入油池。
现代钻井转盘结构上应选取 主、辅轴承同在大齿轮一侧； • 水平轴总成的结构方案 水平轴两轴承采用不同型式， 可从轴一端装配，及直接制 1）水平轴上用同样一付调心轴承，分别从水平轴两端装配，这种结构不便于更 动转台的方案。 换靠近小齿轮处的轴承油封；
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴上用同样一付调心轴承，分别从水平轴两端装配， 这种结构不便于更换靠近小齿轮处的轴承油封；
主、辅轴承分置在大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上：
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫大齿轮两侧，主轴承在下，辅轴承在上：
这种转盘主轴承易偏磨；转台－迷宫盘做成两体，污水、泥浆易漏 入油池。
水平轴上装棘轮，采用这种方案时，对锥齿轮有损害；
转 台 迷 宫 圈
转 台 迷 宫 圈
大 锥 齿 轮 转 台
制 制 动 动 块 销 方补心
大 方 瓦
迷 宫 圈
负 荷 轴 承
小 锥 齿 轮
制 动 棘 轮
双 列 调 心 轴 承
制动螺栓 下 迷 宫 盘 上 迷 宫 盘 止动盘
调节锁紧螺母
辅助轴承 快速轴
水平轴上两轴承采用不同型式或不同尺寸，且都由轴的一端进行装配。
用销子或棘爪直接去制动转台，制动时齿轮副不参加传力