石油钻井系统是如何工作的

石油钻井系统是如何工作的？

一般情况下，钻井系统被砍成了八大块：提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、辅助系统。

所谓提升系统，主要包括了Drawworks, crown block, travelling block, swivel, hook这几样东西,这几个货长相如下：

所谓旋转系统，以前讲的是水龙头和转盘，但是现在这个玩意儿基本是个摆设了，钻井都用顶驱把从发电机房送过来的600V交流电一部分在SCR柜子里整流(rectify)整成直流电DC，然后直接给钻机上的大型直流电机(DC motor)供电（装在绞车，泥浆泵和钻盘上的几个主电机），另一部分600V交流进变压器，搞成一套480V，一套220V，然后再接到MCC（motor control center)上，给钻机上的各种交流小电机(AC motor)使用（搅拌器，砂泵，油泵etc）但是现在高二娃调到这个队上，不用SCR钻机了，用VFD钻机，所有钻机上的主电机都换成交流电机(AC motor)了。发电机房送过来的600V AC，都是先整流成DC，再送到逆变柜(inverter)里，变成AC，再送到绞车，泥浆泵，钻盘等设备上。小电机这一块，依然是靠MCC 整体提供，主边变压器和副边变压器这套是没变。

另外高二娃还不会PLC，就会简单的操作一下电控房里面的HMI ( Human Machine Interface），让他苟曰的稍微看看PLC program他都不会，还是写了注释的program哦！

针对上图说话

最右侧蓝色的4个房子是柴油机房，一般标配应该还有2个房子：

1. 辅助发电机+辅助配电盘Room

2. 空压机+冷启动Room

红色的是电控房，一般要么是SCR房，要么是VFD房

如果只有一个，一般都是SCR系统。一般里面装的是

Generator cabin + SCR cabin + MCC + PLC racks + Trans Breaker + Main switch board

变压器都挂在屋外（上图可见，最右侧那两坨），因为需要散热，一般要求复合NEMA或IP 要求

VFD系统设备较多，需要配2个40寸集装箱左右大小的电控房

一般的组合应该是这样的:

Gene cabin + Rectify cabin + Inverter Cabin + Trans Breaker + MCC + PLC racks + Main switch board + Cooling Cabin (水冷这套一般都只有高档货才有）

Main switch board 整个东西很重要，如果说电控房是一个大电源，那么主配电盘就是这个大电源上的大插板了，一切用电设备的动力供电线，都是插在这个大插板上的；主配电盘一般都是装在电控房侧面的外墙上，所以一般也叫plug wall

从上图我们可以看见很多红色的线从电控房出来，我们可以把这些红色的线都理解为动力电缆，这些电缆最终都接到了泥浆泵，绞车，司钻房，自动猫道等需要使用电能的设备上。

另外，除了动力系统的设备，电控房里还放有控制系统的设备，具体的讲就是仪表系统（这个我后面再具体描述）

左下角的几个灰色的罐子，就是循环系统的泥浆罐了

泥浆主要是由固相和液相的工业原料调配成的，学名是钻井液

固相：主要是Barite和Bentonite，根据情况还会添加相对少量的其他化学药剂，比如稳絮剂，酸

液相：水，盐水（海水），饱和盐水，油等

把这些玩意用真空泵在漏斗里搅拌了，就可以往井眼里灌了，不过不能想灌多少就灌多少，得量化，胡乱灌，直接导致井漏，井涌或井喷；所以要结合trip tank使用，这个trip tank可以理解为一个带刻度的烧杯，你从烧杯里倒了多少泥浆，看着刻度你自己心里有数。在海上，除了trip tank, 还有一个strip tank, 区别是一个是烧杯，一个是量筒，量筒的量化更细

泥浆灌进去的时候要量化，等它从井里返回来的时候同样得量化，如果灌进去1L泥浆，返上来只有500ml，那么说明你的井可能漏了，500ml都渗到底层里去了。Mud return line上也装有流量计,这个玩意是钻井仪表的一部分……

就泥浆这一部分，针对不同基质泥浆的配置，牵带的地层性质，以及泥浆设备，太多了……先不说了

泥浆泵…… 无需多说，没什么技术含量，就是一个三缸曲轴高压泵，由1~2个AC or DC motor 经皮带or 链条驱动（或则直驱），作用是把泥浆高压注入到地下。

接下来说说司钻房吧

仪表系统，相当于整个钻机/钻井系统的全身神经；

在陆地上，比较简单，仪表系统可以看做是略等于钻井仪表系统

而在海上，真的有点复杂，仪表可以分为钻井数据采集，安全系统数据采集，和marine system 数据的采集（这个marine system我真的不知道中文的专业术语咋说的）

也可以这样理解，就是船上多了一套DCS ( Distribute Control System），而这套系统里面可以包括的东西太多，采集点想做多少做多少，只要舍得花银子……

还是绕回来吧……

数据的采集都是由传感器来完成的，在钻井仪表系统中，主要的传感器包括：

1. 泥浆泵泵冲传感器（采集泥浆泵的泵冲，并通过泵冲来大致了解泥浆泵的排出压力，比如双泵60冲，你的输出压力必然是在1，20个MPa了）

2. 立管压力传感器（采集立管的压力，立管压力实际上就是泥浆被注入井眼时候的压力，熟练的司钻可以把这个数据和上面的泵冲数进行大致的cross-check）

3. 转盘转速、扭矩传感器（装在转盘电缆上的，用钻盘的时候才用，所以基本上就是废的）

4. 绞车编码器（主要是EDMS系统，通过在滚筒上做10点标定，以及滚筒的直径，通过标定，作业时可判断井深，比如你要看你现在钻进了多少米，就得靠它，另外计算大绳的吨公里数也得靠他）

5. 泥浆罐液位传感器（Sounder的一种，不断向泥浆罐页面喷超声波，并通过反射时间来计算泥浆罐内当前的液面高度，包括储备罐，处理罐和计量罐等）

6. 死绳传压器（数字直接显示在指重表上，显示整个钻机的游吊系统的负荷，比如你正吊了200吨的钻杆，这个很重要，标定这个玩意儿也是个技术活，初次标定时传压包的游隙判断和放油量都是有讲究的）

7. 吊钳压力传感器（这个玩意儿基本没啥重要的……）

8. 泥浆回流（这个就是前面说到的那个玩意儿，其实就是个流量计）……………………………… 主要的基本就是这些吧,……

所有的传感器把数据完成采集后，都要送到一个处理中心，姑且就叫DAQ吧（因为MD是这样叫的，而业内马丁是行业老大…………）

DAQ其实就是一个不锈钢箱子，大小就在40英寸左右吧，里面是几块板子，上面有各种模块和端子，相信说出来大家也不感兴趣，就把它看成一个处理器吧

经过DAQ收集的数据，要显示在司钻的面前，就还需要一套面板（interface）

这套面板可以用比较先进触摸屏HMI,也可以使比较老的Drill Watch（就跟一块表一样，上面基本都是液晶显示）