石油鑽機

石油鑽機

在石油鑽井中,帶動鑽具破碎岩石,向地下鑽進,鑽出規定深度的井眼,供採油機或採氣機獲取石油或天然氣。一部常用石油鑽機主要由動力機、傳動機、工作機及輔助設備等八大部分組成。

系統組成


一般有八大系統(起升系統、旋轉系統、鑽井液循環系統、傳動系統、控制系統和監測顯示儀錶、動力驅動系統、鑽機底座、鑽機輔助設備系統),要具備起下鑽能力、旋轉鑽進能力、循環洗井能力。其主要設備有:井架、天車、絞車、遊動滑車、大鉤、轉盤、水龍頭(動力水龍頭)及鑽井泵(現場習慣上叫鑽機八大件)、動力機(柴油機、電動機、燃氣輪機)、聯動機、固控設備、井控設備等。

主要系統


起升系統
為了起升和下放鑽具、下套管以及控制鑽壓、送進鑽具,鑽具配備有起升系統。
起升系統包括絞車、輔助剎車、天車、游車、大鉤、鋼絲繩以及吊環、吊卡、吊鉗、卡瓦等各種工具。
起升時,絞車滾筒纏繞鋼絲繩,天車和游車構成副滑輪組,大鉤上升通過吊環、吊卡等工具實現鑽具的提升。下放時,鑽具或套管柱靠自重下降,藉助絞車的剎車機構和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鑽進時,通過剎車機構控制鑽具的送進速度,將鑽具重量的一部分作為鑽壓施加到鑽頭上實現破碎岩層。
旋轉系統
旋轉系統是轉盤鑽機的典型系統,其作用是驅動鑽具旋轉以破碎岩層,旋轉系統包括轉盤、水龍頭、鑽具。
根據所鑽井的不同,鑽具的組成也有所差異,一般包括方鑽桿、鑽桿、鑽鋌和鑽頭,此外還有扶正器、減震器以及配合接頭等。
其中鑽頭是直接破碎岩石的工具,有刮刀鑽頭、牙輪鑽頭金剛石鑽頭等類型。鑽鋌的重量和壁厚都很大,用來向鑽頭施加鑽壓,鑽桿將地面設備和井底設備聯繫起來,並傳遞扭矩。方鑽桿的截面一般為正方形,轉盤通過方鑽桿帶動整個鑽柱和鑽頭旋轉,水龍頭是旋轉鑽機的典型部件,它既要承受鑽具的重量,又要實現旋轉運動,同時還提供高壓泥漿的通道。
循環系統
為了將井底鑽頭破碎的岩屑及時攜帶到地面上來以便繼續鑽進,同時為了冷卻鑽頭保護井壁,防止井塌井漏等鑽井事故的發生,旋轉鑽機配備有循環系統。
循環系統包括鑽井泵,地面管匯、泥漿罐、泥漿凈化設備等,其中地面管匯包括高壓管匯、立管、水龍帶,泥漿凈化設備包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。
鑽井泵將泥漿從泥漿罐中吸入,經鑽井泵加壓后的泥漿,經過高壓管匯、立管、水龍帶,進入水龍頭,通過空心的鑽具下到井底,從鑽頭的水眼噴出,經井眼和鑽具之間的環行空間攜帶岩屑返回地面,從井底返回的泥漿經各級泥漿凈化設備,除去固相含量,然後重複使用。
動力設備
起升系統、循環系統和旋轉系統是鑽機的三大工作機組,用來提供動力,它們協調工作即可完成鑽井作業,為了向這些工作機組提供動力,鑽機需要配備動力設備。
鑽機的動力設備有柴油機、交流電機直流電機
柴油機適應於在沒有電網的偏遠地區打井,交流電機依賴於工業電網或者是需要柴油機發出交流電,直流電機需要柴油機帶動直流發電機發出直流電,目前更常用的情況是柴油機帶動交流發電機發出交流電,再經可控硅整流,將交流電變成直流電。
傳動系統
傳動系統將動力設備提供的力和運動進行變換,然後傳遞和分配給各工作機組,以滿足各工作機組對動力的不同需求。
傳動系統一般包括減速機構、變速機構、正倒車機構以及多動力機之間的並車機構等。
由柴油機直接驅動的鑽井多採用統一驅動的形式,傳動系統相對複雜,由交直流電動機驅動的鑽機多採用各機組單獨或分組驅動的形式,傳動系統得到了很大的簡化。
控制系統
為了保證鑽機的三大工作機組協調的工作,以滿足鑽井工藝的要求,鑽機配備有控制系統。
控制方式有機械控制、氣控制、電控制和液控制等。
目前,鑽機上常用的控制方式是集中氣控制。司鑽通過鑽機上司鑽控制台可以完成幾乎所有的鑽機控制:如總離合器的離合;各動力機的並車;絞車、轉盤和鑽井泵的起、停;絞車的高低速控制等。
井架和底座
井架和底座用來支撐和安裝各鑽井設備和工具、提供鑽井操作場所。井架用來安裝天車、懸掛游車、大鉤、水龍頭和鑽具,承受鑽井工作載荷,排放立根;底座用來安裝動力機組、絞車、轉盤、支撐井架,藉助轉盤懸持鑽具,提供轉盤和地面之間的高度空間,以安裝必要的防噴器和便於泥漿循環。
輔助設備
為了保證鑽井的安全和正常進行,鑽機還包括其他的輔助設備,如防止井噴的防噴器組,為鑽井提供照明和輔助用電的發電機組,提供壓縮空氣的空氣壓縮設備以及供水、供油設備等。

工作原理


吊環與吊環座之間用銷軸連接,吊環座與鉤桿焊接成一體,筒體與鉤身用左旋螺紋連接,並用止動塊防止螺紋鬆動。鉤身和筒體可沿鉤桿上、下運動。內、外負荷彈簧的作用是起鑽時能使立根松扣後向上彈起。
通體內裝有機油。止推軸承的座圈將油腔分為兩部分,座圈上開有油孔。由於油流到通過的阻尼作用,吸收了其下鑽作業時鉤身的衝擊震動,可以防止鑽桿街頭螺紋損壞。
通體上端由6個小彈簧和定位盤組成定位裝置,藉助定位與吊環座環形接觸面之間的摩擦力,可以防止提升空吊卡時轉動使調換轉位,方便井架工操作。