石油钻机 (1)

为了寻找石油和天然气的储藏，除了采用地球物理方法进行勘探外，还必须钻各种探井。通过钻井、测井、取心和试油等，可进一步了解地质剖面，确定地层构造中是否含有石油和天然气，掌握油、气层的位置、厚度、岩层性质以及油、气层的面积和储量。投入开发的油田，必须按照开发方案钻一批生产井、注水井、观察井和加密井。

用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备就是石油钻机，它是一套庞大的联合机组，由若干系统和设备组成。钻机的种类很多，转盘钻机是成套钻井设备中的一种基本形式，也称为常规钻机。此外，为适应各种地理环境和地质条件、加快钻井速度、降低钻井成本、提高钻井综合经济效益，其钻井方法和钻井技术也必须随之不断地发展、变化和改善，近年来世界各国在转盘钻机的基础上研制了各种类型的具有特殊用途的钻机，如沙漠钻机、丛式井钻机、顶驱钻机、小井眼钻机、连续柔管钻机等特种钻机。本章以常规钻机为例，从整体上简要介绍关于钻机的主要概念和基本知识。

2. 1. 1石油钻机的组成

1．石油钻机的组成

目前，世界各国通用的常规钻机是一套大型的综合型机组，整套钻机是由动力系统(为整套钻机提供能量的设备)、传动系统(为工作机组传递、输送、分配能量的设备)、工作系统(按工艺的要求进行工作的设备)、控制系统(控制各系统、设备按工艺要求工作的设备)和辅助系统(协助主系统工作的设备)等若干系统和相应的设备所组成。

根据钻井工艺中钻井、洗井、起下钻具各工序以及处理钻井事故的要求及现代化技术水平的条件，整套石油钻机必须具备下列八大系统设备，如图2—l所示。

(1) 旋转系统设备为了旋转钻具破碎岩石，钻机必须配备钻盘、水龙头等地面旋转设备，以及方钻杆、钻杆、钻铤、钻头等井下旋转设备。

(2) 循环系统设备为了随时清除井底已破碎的岩屑和正常连续钻进，钻机

1―人字架；2―天车；3―井架；4―游车；5―水龙头提环；6―水龙头；7―

保险链；8―鹅颈管；9―立管；10―水龙带；11―井架大腿；12―小鼠洞；13―钻台；14―脚架；15―转盘传动；16―填充钻井液管；17―扶梯；18―坡板；19―底座；20―大鼠洞；21―水刹车；22―缓冲室；23―绞车底座；24―并车箱；25―发动机平台；26―泵传动；27―钻井泵；28―钻井液管线；29―钻井液配置系统；30―供水管；31―吸入管；32―钻井液池；33―固定钻井液枪；34―连接软管；35―空气包；36―沉沙池；37―钻井液枪；38―振动筛；39―动力机组；40―绞车传动装置；41―钻井液槽；42―钻井绞车；43―转盘；44―井架横梁；45―方钻杆；46―斜撑；47―大钩；48―二层平台；49―游绳；50―钻井液喷出口；51―井口装置；52―防喷器；53―换向闸门

必须配备有全套洗井液的循环设备。如钻井泵、地面管汇、钻井液和钻井液槽等，有的钻机还配备有钻井液净化设备、调配钻井液设备。在涡轮钻井中它还担负给涡轮钻具传递动力的任务。

(3) 起升系统设备为了起下钻具、更换钻头、控制钻头送进、下套管等，钻机还必须配备一套起升系统设备，它主要由以下设备组成：主绞车、辅助绞车(或猫头)、辅助刹车、游动系统(包括钢丝绳、天车、游动滑车和大钩)以及悬挂游动系统的井架组成。另外，还有起下钻操

作使用的工具及设备(吊环、吊卡、卡瓦、

大钳、立根移动机构等)。

(4) 动力驱动系统设备为了使工作

机获得足够的动力进行运转，必须配备动力

设备及其辅助设备，如柴油机及其供油设

备，或交流、直流电动机及其供电、保护、

控制设备等。

(5) 传动系统设备传动设备的主

要任务是联接发动机与前三个工作机组，

把发动机的能量传递并分配给各工作机。

为了解决发动机与工作机二者之间存在

的运动特性上的矛盾，要求传动系统应

包括减速、并车、倒车、变速机构等。

根据能量传递形式与传动所用的介质不

同，传动系统又可分为：机械传动、液

力传动(涡轮传动)、液压传动等。

(6) 控制系统设备为了指挥各机组

协调进行工作，在整套钻机中还装备各种

控制设备，如机械控制设备(手柄、踏板、

杠杆等)、气动或液动控制设备(开关、调

压阀、工作缸等)、电控制设备(开关、变

阻器、启动器、继电器等)以及集中控制

台和观察记录仪表等。

(7) 机底座包括钻台底座、机房底

座和钻井泵底座等，车装钻机的底座就是汽车或拖车底盘。为了钻机的安装、运移方便，重型钻机多采用整体安装托运底座，即将动力、传动机构和绞车等设备都安装在一起进行托运。钻台上要装井架和转盘以及绞车的一部分或全部，钻台下要能容纳井口装置，所以底座需要一定的高度和面积。

(8)辅助设备成套钻机还必须具备供气设备、供水设备、钻鼠洞设备、井口防喷设备、辅助发电设备及辅助起重设备，在寒冷地区钻进时还需要配备保温设备。

2．钻机各主要部件的相互关系

整套钻机除了地面设备外，还要有很多井下设备和部件，将这些设备部件按工艺要求安装连接，才成为一套完整的钻机。图2—2所示是一台转盘旋转钻机各主要部件的相互关系图。

以上便是适应钻井工艺的要求而形成的钻机各系统和部件，它们有机地结合成一整套钻机，协调地完成生产任务。

2. 1. 2钻机的类型及特点

世界各国的各大石油公司、各钻机制造厂家按照各自的特点，对石油钻机的分类不尽相同。一般来说，可按以下方法对石油钻机进行分类。

1．按钻井方法分类

(1)冲击钻机如钢绳冲击钻机(也称为顿钻钻机)、地面发动振动钻机、爆

炸钻井钻机、电火花钻井钻机。

(2)地面发动旋转钻机如转盘旋转钻机(也成为常规钻机，是目前世界各国通用的钻机)、顶部驱动水龙头旋转钻机等。

(3)井底发动钻机如井底冲击振动钻具、井底旋转钻具(涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具)。

2．按驱动钻头旋转的动力来源分类

(1)转盘驱动旋转钻机也就是用转盘驱动钻具旋转的常规钻机。

(2)井底驱动旋转钻机即转盘旋转钻机加井底动力钻具所组成的钻机。

(3)顶部驱动旋转钻机即转盘旋转钻机加顶部驱动钻井装置所组成的钻机。

3．按驱动设备类型分类

(1)柴油机驱动钻机以柴油机为动力通过机械传动(柴油机驱动—机械传动)或液力传动(柴油机驱动—液力传动)的钻机。

(2)电驱动钻机电驱动钻机又可分为直流电驱动钻机和交流电驱动钻机。直流电驱动钻机是指工作机用直流电动机驱动。用柴油机或燃汽轮机带动发电机供电，或从电力网供电。这种型式的钻机适用于海上钻井。

交流电驱动钻机包括：交流发电机(或工业电网)—交流电动机驱动钻机和正在发展中的交流变频电驱动钻机，即交流发电机—变频调速器交流电动机驱动钻机o

4．按工作机分组分类

(1)统一驱动钻机绞车、转盘及钻井泵三个工作机由统一动力机组驱动。统驱钻机的功率利用率高，发动机有故障时可以互济，但其传动复杂，安装调整费事，传动效率低。

(2)单独驱动钻机各工作机单独选择大小不同的发电机驱动。单驱钻机多用于电驱动，其传动简单、安装容易，但功率利用率低、设备笨重。

(3)分组驱动钻机动力的组合介于前两者之间，将三个工作机分成两组，绞车、转盘两个工作机由统一动力机驱动，钻井泵由另一动力机组驱动。与单独驱动钻机相比，这种钻机的功率利用率较高，传动较简单，还可将两组工作机安装在不同高度和分散的场地上。