第3章 钻井设备与工具
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4) 辅助机构：气管线，接头等。
3.1
钻机
另外，还有防喷系统，数据采集处理系统等。
万能防喷器
3.2 钻柱
钻柱：方钻杆＋钻杆＋钻铤＝入井管柱。 钻具：方钻杆以下到钻头各部分管柱和工具总称。
功用：传递扭矩、施加钻压、输送洗井液、延伸井眼、起下钻头、特殊作业(
如中途测试)等。 一、方钻杆： 水龙头＋方钻杆＋钻杆 主要功用：传递扭矩。 形状：中空的正方形或六边形(长度：11.4和14.5m，分部尺寸：64～133mm)
1) 滚筒轴、滚筒总成。 2) 制动机构：机械刹车，水刹车。
3) 猫头和猫头轴总成：紧、卸丝扣。
4) 传统轴：分配、传递动力。 5) 控制系统 ：离合器，司钻控制台，控制阀件等
6) 润滑系统及支承系统。
三轴绞车
3.1 钻机
3、绞车的刹车机构 作用：起下钻时控制滚筒速度 和钻进时控制钻压。分为主刹 车和辅助刹车。 主刹车：机械式 辅助刹车：水刹车
吊钳
3.3 井口工具
五、安全卡瓦 在井口用卡瓦悬持钻铤时起安全保证作用 ，卡在卡瓦上部钻铤上，以防因卡瓦牙齿磨 损或其它原因造成卡瓦失灵情况发生。 卡瓦卡住钻铤且安全卡瓦卡住钻铤坐于
转盘接钻铤提升短节提升
总结：大庆Ⅰ-130钻机车平、立面布置
安全卡瓦
3.2
钻柱
方 钻 杆
3.2
钻柱
钻 杆
井架
3.1 钻机
2) 开式塔型井架(Π形)：正视外 型为塔状，侧视外型为直立状，
分段焊接，用于钻浅井。
Π形井架
3.1 钻机
3) A形井架：用于深井、超深井钻机。
4) 桅形井架：车装钻机，修井机等，多 用于钻浅井。
A形井架
3.1 钻机
(四)天车和游动滑车。
作用：减轻绞车在钻井各作作业中的负荷，相应减轻起升应配动力机功率。 结构：与钢丝绳构成复滑轮系统，天平，定滑轮组，游动滑车，动滑轮组。 快绳：绞车滚筒上的钢丝绳端。 死绳：固定在井架府座上的钢丝绳端。 游动系统结构：游车轮数×天车轮数 中深井钻机：4×5 深井钻机：5×6 超深井钻机：可大于10轮 快绳拉力＝起升重量/有效绳数 有效绳数＝游车轮数×2
① 陆地钻机 ② 海洋钻机(钻井平台)
3.1 钻机
(三) 钻机标号
1、国产钻机： 型号一般为：字母-公称起重量或钻深能力。 如 ZJ-130：大钩起重量130吨，ZJ-45：钻深能力4500米 2、罗马钻机： 如：F-200-2DH； F-钻机；200-最大负荷(吨)；2-两台动力机；D-柴油机 驱动
第3章 钻井设备与工具 3.1 钻机
3.2 钻具 3.3 井口工具
3.1 钻机
一、钻机的组成与分类
钻机：油气钻井地面配套设备总称，为一套重型联合工
作机组，其结构和组成是由工艺要求决定的。 功用：① 驱动旋转(钻进)；② 吊升(起下钻)；③ 循环洗 井；④ 动力及传动；⑤ 控制与监测。
3.1 钻机
现场习惯称十大件：井架、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、 泥浆泵、柴油机、传动装置。
3.1 钻机
(二) 分类
1、按钻深分类 (起重能力，所用钻杆直径) 1) 大型钻机 (800kN以上，使用钻杆89-140mm) ① 超重型钻机：Hmax>5000m， ② 重型钻机 ： ③ 中型钻机 ： >2500kN 3000～5000m， 2000～2500kN 1000～2500m， 800～1600kN
3.3
井口工具
吊 卡 与 卡 瓦
3.3 井口工具
二、卡瓦 井口悬挂钻具的专用工具：钻铤和套管 内壁钢牙卡住钻具外部楔形卡在转盘内防 止落入井内。 三、吊钳(大钳) 用于旋紧，卸松钻柱或管柱的连接丝扣，进行 起下钻柱作业，吊钳尾端的拉力由猫头提供。 四、钻铤提升短节 一根短钻杆，提升钻铤用。 钻铤＋提升短节＋吊卡提升钻铤 。
(一) 组成：
① 旋转系统 (转盘，水龙头)； ② 提升系统 (井架、天车、漩车、大钩、绞车等)； ③ 循环系统 (泵、管线)； ④ 动力与传动系统 (动力机、联轴器、离合器、变速器、皮带、链条等)； ⑤ 气控系统 (空压机、控制机构、执行机构)；
⑥ 井控系统 (防喷器组、四通、节流管汇、压井管线等)
3.1
钻机
天车
游动滑车
3.1 钻机
(五) 绞车(核心设备)
1、功用：起重及变速 ① 起下钻柱，下套管。 ② 钻进时控制钻压，送进钻头。 ③ 利用猫头上，卸钻柱丝机。
④ 通过绞车带动转盘(传动及变速)
3.1 钻机
2、结构：
主要有若干根轴，如传动轴(传动及变速)，滚筒
轴(主轴)，猫头轴(装猫头)，及制动机构组成。
泥浆注入：水龙带鹅颈管冲管中心管保护接头
方钻杆
水龙头
3.1
三、吊升系统
钻机
(一)功用：悬吊及起下钻柱、，套管柱及井下 设备进、出井眼。 (二)组成：井架、天平、游车、大钩、绞车。
钻机
3.1 钻机
(三)井架：
作用：支承全部钻柱重量，存放立根。
结构：井架本体；天车台；二层台；钻台； 工作梯；府座。 类型： 1) 塔型井架：四面外型成塔状，单个构件用螺 栓连接而成；用的普遍的一种井架(中深井)。
钻铤
钻铤
返回
3.1 钻机
五、驱动及传动系统
(一)类型：柴油机驱动(最常用)、电驱动 电驱动分为：直流电驱动和交流电驱动 直流电驱动 (直流电机为动力源) 柴-直-直方式
柴-交-直方式
电网-直方式 交流电驱动 (交流电机为动力源) 柴-交-交方式 电网-交方式
3.1 钻机
(二)传动方案
指动力设备及其功率在绞车、转盘、
刹车机构Hale Waihona Puke Baidu
3.1 钻机
四、循环系统 1、功用：在钻进中
从井眼中清除岩屑。
循环系统
3.1 钻机
2、组成及循环流程：泥浆罐泥浆泵地面管线立管水龙
带水笼头方钻杆钻杆钻头(清洗)井底(射流)(携带岩
屑)环空井口振动筛(净化设备)泥浆罐。
3、泥浆泵：活塞泵
双缸泵、三缸泵
单作用泵、双作用泵 常用：三缸单作用卧式治塞泵，如3NB-1300(马力)。
长度：一般为8～12.5m；
外径：105～203mm(国产)3-1/2～8”(API)。
3.3 井口工具
指起下钻过程中井口所用的工具，主要有吊卡、吊
环、卡瓦、吊钳、钻铤提升短节、安全卡瓦等，结构很
简单。
一、吊卡和吊环
吊卡是起下钻和接单根的专用工具： 钻杆直径<吊卡内径<接头直径卡住钻杆坐于转盘 吊环是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具。
(四) 井队号：
四－五位数字，如32620队，32-钻深(3200米)，620-国内编号；目前国内有钻机 1200多台。
3.1 钻机
二、旋转系统 (一) 功用：循环钻钻井液 的同时使钻柱旋转，及活 动钻具。
(二) 组成：转盘和水龙头
两大部件。
旋转系统
3.1 钻机
(三) 转盘：
作用：钻进时，送进钻具同时带动钻柱旋转，传 递扭矩到钻头，
3.1 钻机
分类：机械式、气控式、电控式(电动钻机)。
机械式：主要有杠杆、齿轮、凸轮、手柄、踏板等组成(刹把)。
气控式：应用最广，经济可靠，迅速灵活，柔和准确。有四个部 分组成： 1) 动力机构(空压机、气罐)：机械能压能。 2) 执行机构(气动马达、气缸、气动离合器)：压能机械能。
3) 操纵机构(控制阀、换向阀)。
3.2 钻柱
二、钻杆： 接头＋本体＋接头
国产钻杆长度一般为：6、8、11m，进口钻杆为9.5m左右 ，外径一般为5英寸(外径127mm，内径108mm)。
3.2 钻柱
三、钻铤
功用：给钻头加压及防斜 特点：
通体直径相同；
壁厚：38～53mm，相当于钻杆4－6倍，单位重量比用尺寸钻杆 大4－5倍；
2) 轻便钻机 <300kN，42～89mm(钻杆)，井径<150mm。 几百米～几千米(地质勘探、水井)。
我国常用钻井：ZJ32;ZJ40;ZJ45;ZJ50;ZJ60;ZJ70;ZJ90,还有8000米
钻机，2007年我国研制成功世界上首台12000米特深井钻机(宝石厂)
3.1 钻机
2、按动力设备不同分类。
3.1 钻机
(三) 传动机构：
传递和分配动力，包括变速箱、正车厢、倒车 箱、离合器、链条传动副、皮带传动副等。
图为大庆2－130钻机传动方案。
3.1
钻机
钻 机 传 动 方 案
3.1 钻机
六、控制系统
总功用：指挥各机组协调工作。 ① 动力机启动、停车、并车及调速。 ② 绞车滚筒的启动、停车、换档和刹车。 ③ 转盘、启动、停车、换档、倒车。 ④ 泥浆泵的启动与停车。 ⑤ 传动系统挂档与脱开。 ⑥ 辅助机组的启动与停车(空压机，发电机等)。
下套管或起下钻时：承托井内全部管柱重量。
井下动力钻井时：制动钻杆，承受反扭矩。 结构：两个锥形齿轮：绞车链条转盘轴(水平) 小锥 齿轮/大锥齿轮转台大方瓦和方补心方钻杆。
转盘
3.1 钻机
(四) 水龙头 作用：
1) 悬持旋转的钻柱，承受大部或全部钻柱重量。 2) 通过水龙头向钻柱(转动)内引输高压泥浆。 结构：固定部分(外壳和提环、鹅颈管、冲管)，旋转部分( 中心管、负荷主轴承、防跳轴承、扶正轴承等)，密封盘根(冲 管与中心管之间：冲管盘根，机油盘根(中心管与外壳)。 转动：转盘方钻杆保护接头中心管(轴承)
泥浆泵三工作机上的分配方式。
1、统一驱动： 特点：功率利用率最好，动力机可以替
换，特别适合于柴油机驱动，所以柴油
机驱动是最常用的方法。
柴油机统一驱动
3.1
2、分组驱动：
钻机
转盘和绞车为一组，泵单独
一组，主要用于电驱动。
特点：驱动简单
3、单独驱动： 各工作机单独选用大小不同 的动力机驱动，常用于电驱动。 特点：功率利用率低。 分组驱动
① 柴油机驱动钻机 ② 直流电驱动钻机 (电动钻机) ③ 交流电驱动钻机 (电动钻机)
3.1 钻机
3、按动力驱动方式不同分类
① 单独驱动式钻机：各工作机分别选用大小不同的发动机驱动，多用 于电动钻机 ② 联合驱动式钻机：柴油机驱动 (大多数钻机) ③ 分组驱动式钻机：介于上两者之间
4、按使用地区不同。
3.1
钻机
另外，还有防喷系统，数据采集处理系统等。
万能防喷器
3.2 钻柱
钻柱：方钻杆＋钻杆＋钻铤＝入井管柱。 钻具：方钻杆以下到钻头各部分管柱和工具总称。
功用：传递扭矩、施加钻压、输送洗井液、延伸井眼、起下钻头、特殊作业(
如中途测试)等。 一、方钻杆： 水龙头＋方钻杆＋钻杆 主要功用：传递扭矩。 形状：中空的正方形或六边形(长度：11.4和14.5m，分部尺寸：64～133mm)
1) 滚筒轴、滚筒总成。 2) 制动机构：机械刹车，水刹车。
3) 猫头和猫头轴总成：紧、卸丝扣。
4) 传统轴：分配、传递动力。 5) 控制系统 ：离合器，司钻控制台，控制阀件等
6) 润滑系统及支承系统。
三轴绞车
3.1 钻机
3、绞车的刹车机构 作用：起下钻时控制滚筒速度 和钻进时控制钻压。分为主刹 车和辅助刹车。 主刹车：机械式 辅助刹车：水刹车
吊钳
3.3 井口工具
五、安全卡瓦 在井口用卡瓦悬持钻铤时起安全保证作用 ，卡在卡瓦上部钻铤上，以防因卡瓦牙齿磨 损或其它原因造成卡瓦失灵情况发生。 卡瓦卡住钻铤且安全卡瓦卡住钻铤坐于
转盘接钻铤提升短节提升
总结：大庆Ⅰ-130钻机车平、立面布置
安全卡瓦
3.2
钻柱
方 钻 杆
3.2
钻柱
钻 杆
井架
3.1 钻机
2) 开式塔型井架(Π形)：正视外 型为塔状，侧视外型为直立状，
分段焊接，用于钻浅井。
Π形井架
3.1 钻机
3) A形井架：用于深井、超深井钻机。
4) 桅形井架：车装钻机，修井机等，多 用于钻浅井。
A形井架
3.1 钻机
(四)天车和游动滑车。
作用：减轻绞车在钻井各作作业中的负荷，相应减轻起升应配动力机功率。 结构：与钢丝绳构成复滑轮系统，天平，定滑轮组，游动滑车，动滑轮组。 快绳：绞车滚筒上的钢丝绳端。 死绳：固定在井架府座上的钢丝绳端。 游动系统结构：游车轮数×天车轮数 中深井钻机：4×5 深井钻机：5×6 超深井钻机：可大于10轮 快绳拉力＝起升重量/有效绳数 有效绳数＝游车轮数×2
① 陆地钻机 ② 海洋钻机(钻井平台)
3.1 钻机
(三) 钻机标号
1、国产钻机： 型号一般为：字母-公称起重量或钻深能力。 如 ZJ-130：大钩起重量130吨，ZJ-45：钻深能力4500米 2、罗马钻机： 如：F-200-2DH； F-钻机；200-最大负荷(吨)；2-两台动力机；D-柴油机 驱动
第3章 钻井设备与工具 3.1 钻机
3.2 钻具 3.3 井口工具
3.1 钻机
一、钻机的组成与分类
钻机：油气钻井地面配套设备总称，为一套重型联合工
作机组，其结构和组成是由工艺要求决定的。 功用：① 驱动旋转(钻进)；② 吊升(起下钻)；③ 循环洗 井；④ 动力及传动；⑤ 控制与监测。
3.1 钻机
现场习惯称十大件：井架、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、 泥浆泵、柴油机、传动装置。
3.1 钻机
(二) 分类
1、按钻深分类 (起重能力，所用钻杆直径) 1) 大型钻机 (800kN以上，使用钻杆89-140mm) ① 超重型钻机：Hmax>5000m， ② 重型钻机 ： ③ 中型钻机 ： >2500kN 3000～5000m， 2000～2500kN 1000～2500m， 800～1600kN
3.3
井口工具
吊 卡 与 卡 瓦
3.3 井口工具
二、卡瓦 井口悬挂钻具的专用工具：钻铤和套管 内壁钢牙卡住钻具外部楔形卡在转盘内防 止落入井内。 三、吊钳(大钳) 用于旋紧，卸松钻柱或管柱的连接丝扣，进行 起下钻柱作业，吊钳尾端的拉力由猫头提供。 四、钻铤提升短节 一根短钻杆，提升钻铤用。 钻铤＋提升短节＋吊卡提升钻铤 。
(一) 组成：
① 旋转系统 (转盘，水龙头)； ② 提升系统 (井架、天车、漩车、大钩、绞车等)； ③ 循环系统 (泵、管线)； ④ 动力与传动系统 (动力机、联轴器、离合器、变速器、皮带、链条等)； ⑤ 气控系统 (空压机、控制机构、执行机构)；
⑥ 井控系统 (防喷器组、四通、节流管汇、压井管线等)
3.1
钻机
天车
游动滑车
3.1 钻机
(五) 绞车(核心设备)
1、功用：起重及变速 ① 起下钻柱，下套管。 ② 钻进时控制钻压，送进钻头。 ③ 利用猫头上，卸钻柱丝机。
④ 通过绞车带动转盘(传动及变速)
3.1 钻机
2、结构：
主要有若干根轴，如传动轴(传动及变速)，滚筒
轴(主轴)，猫头轴(装猫头)，及制动机构组成。
泥浆注入：水龙带鹅颈管冲管中心管保护接头
方钻杆
水龙头
3.1
三、吊升系统
钻机
(一)功用：悬吊及起下钻柱、，套管柱及井下 设备进、出井眼。 (二)组成：井架、天平、游车、大钩、绞车。
钻机
3.1 钻机
(三)井架：
作用：支承全部钻柱重量，存放立根。
结构：井架本体；天车台；二层台；钻台； 工作梯；府座。 类型： 1) 塔型井架：四面外型成塔状，单个构件用螺 栓连接而成；用的普遍的一种井架(中深井)。
钻铤
钻铤
返回
3.1 钻机
五、驱动及传动系统
(一)类型：柴油机驱动(最常用)、电驱动 电驱动分为：直流电驱动和交流电驱动 直流电驱动 (直流电机为动力源) 柴-直-直方式
柴-交-直方式
电网-直方式 交流电驱动 (交流电机为动力源) 柴-交-交方式 电网-交方式
3.1 钻机
(二)传动方案
指动力设备及其功率在绞车、转盘、
刹车机构Hale Waihona Puke Baidu
3.1 钻机
四、循环系统 1、功用：在钻进中
从井眼中清除岩屑。
循环系统
3.1 钻机
2、组成及循环流程：泥浆罐泥浆泵地面管线立管水龙
带水笼头方钻杆钻杆钻头(清洗)井底(射流)(携带岩
屑)环空井口振动筛(净化设备)泥浆罐。
3、泥浆泵：活塞泵
双缸泵、三缸泵
单作用泵、双作用泵 常用：三缸单作用卧式治塞泵，如3NB-1300(马力)。
长度：一般为8～12.5m；
外径：105～203mm(国产)3-1/2～8”(API)。
3.3 井口工具
指起下钻过程中井口所用的工具，主要有吊卡、吊
环、卡瓦、吊钳、钻铤提升短节、安全卡瓦等，结构很
简单。
一、吊卡和吊环
吊卡是起下钻和接单根的专用工具： 钻杆直径<吊卡内径<接头直径卡住钻杆坐于转盘 吊环是悬挂在大钩上，用以悬挂吊卡的专用工具。
(四) 井队号：
四－五位数字，如32620队，32-钻深(3200米)，620-国内编号；目前国内有钻机 1200多台。
3.1 钻机
二、旋转系统 (一) 功用：循环钻钻井液 的同时使钻柱旋转，及活 动钻具。
(二) 组成：转盘和水龙头
两大部件。
旋转系统
3.1 钻机
(三) 转盘：
作用：钻进时，送进钻具同时带动钻柱旋转，传 递扭矩到钻头，
3.1 钻机
分类：机械式、气控式、电控式(电动钻机)。
机械式：主要有杠杆、齿轮、凸轮、手柄、踏板等组成(刹把)。
气控式：应用最广，经济可靠，迅速灵活，柔和准确。有四个部 分组成： 1) 动力机构(空压机、气罐)：机械能压能。 2) 执行机构(气动马达、气缸、气动离合器)：压能机械能。
3) 操纵机构(控制阀、换向阀)。
3.2 钻柱
二、钻杆： 接头＋本体＋接头
国产钻杆长度一般为：6、8、11m，进口钻杆为9.5m左右 ，外径一般为5英寸(外径127mm，内径108mm)。
3.2 钻柱
三、钻铤
功用：给钻头加压及防斜 特点：
通体直径相同；
壁厚：38～53mm，相当于钻杆4－6倍，单位重量比用尺寸钻杆 大4－5倍；
2) 轻便钻机 <300kN，42～89mm(钻杆)，井径<150mm。 几百米～几千米(地质勘探、水井)。
我国常用钻井：ZJ32;ZJ40;ZJ45;ZJ50;ZJ60;ZJ70;ZJ90,还有8000米
钻机，2007年我国研制成功世界上首台12000米特深井钻机(宝石厂)
3.1 钻机
2、按动力设备不同分类。
3.1 钻机
(三) 传动机构：
传递和分配动力，包括变速箱、正车厢、倒车 箱、离合器、链条传动副、皮带传动副等。
图为大庆2－130钻机传动方案。
3.1
钻机
钻 机 传 动 方 案
3.1 钻机
六、控制系统
总功用：指挥各机组协调工作。 ① 动力机启动、停车、并车及调速。 ② 绞车滚筒的启动、停车、换档和刹车。 ③ 转盘、启动、停车、换档、倒车。 ④ 泥浆泵的启动与停车。 ⑤ 传动系统挂档与脱开。 ⑥ 辅助机组的启动与停车(空压机，发电机等)。
下套管或起下钻时：承托井内全部管柱重量。
井下动力钻井时：制动钻杆，承受反扭矩。 结构：两个锥形齿轮：绞车链条转盘轴(水平) 小锥 齿轮/大锥齿轮转台大方瓦和方补心方钻杆。
转盘
3.1 钻机
(四) 水龙头 作用：
1) 悬持旋转的钻柱，承受大部或全部钻柱重量。 2) 通过水龙头向钻柱(转动)内引输高压泥浆。 结构：固定部分(外壳和提环、鹅颈管、冲管)，旋转部分( 中心管、负荷主轴承、防跳轴承、扶正轴承等)，密封盘根(冲 管与中心管之间：冲管盘根，机油盘根(中心管与外壳)。 转动：转盘方钻杆保护接头中心管(轴承)
泥浆泵三工作机上的分配方式。
1、统一驱动： 特点：功率利用率最好，动力机可以替
换，特别适合于柴油机驱动，所以柴油
机驱动是最常用的方法。
柴油机统一驱动
3.1
2、分组驱动：
钻机
转盘和绞车为一组，泵单独
一组，主要用于电驱动。
特点：驱动简单
3、单独驱动： 各工作机单独选用大小不同 的动力机驱动，常用于电驱动。 特点：功率利用率低。 分组驱动
① 柴油机驱动钻机 ② 直流电驱动钻机 (电动钻机) ③ 交流电驱动钻机 (电动钻机)
3.1 钻机
3、按动力驱动方式不同分类
① 单独驱动式钻机：各工作机分别选用大小不同的发动机驱动，多用 于电动钻机 ② 联合驱动式钻机：柴油机驱动 (大多数钻机) ③ 分组驱动式钻机：介于上两者之间
4、按使用地区不同。