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开采石油用什么钻机

发布时间: 2022-05-28 01:30:30

‘壹’ 石油钻井设备及工具有哪些

为了勘探与开采蕴藏在地层深处的石油和天然气,人们必须利用各种钻井设备与工具,钻穿坚硬而复杂的地层,这便是钻井工作的主要任务。为了满足我国石油工业飞速发展的需要,必须多打井、快打井、打好井,实现钻井速度翻番。为此,在充分调动人的积极因素的同时,还必须为钻井工作者提供先进的、性能良好的钻井设备与工具,充分利用现代科学技术为石油钻井工作服务。

钻井设备及工具包括地面钻井设备(石油钻机)以及钻头、钻柱等。

一、石油钻机1.钻机的组成现代石油钻机是一套大型联合机组。图5-2所示为旋转钻井的基本设备。根据钻井工艺中钻进,洗井,起、下钻具等工序的需要,一套钻机必须具备下列系统和设备:

图5-6金刚石钻头

1—钢体;2—胎体;3—金刚石;4—接头接头上部有用于连接钻柱的丝扣。钢体与接头之间也用丝扣连接,然后焊死形成一体。钢体下部与胎体烧结在一起。胎体是固定金刚石的母体,由带粘结剂的碳化钨粉制成,中间有水眼,底面有水槽,侧面开有排屑槽。

聚晶金刚石切削块钻头是20世纪70年代后期美国钻井工业的一项重要成就。这种钻头的切削块是用人造金刚石单晶在高温高压下聚合而成的聚晶体。钻进时,聚晶体不断剥落,新的锋锐小晶体不断出露,因而能使切削块在磨损过程中不断地“自锐”。其切削刃是锋利、高耐磨、能够“自锐”的金刚石切削块,因此能在低钻压下取得高进尺(为牙轮钻头的4~6倍)和高钻速(为牙轮钻头的2倍以上)。聚晶金刚石切削块钻头有聚晶金刚石复合片钻头(简称PDC钻头)、热稳定聚晶金刚石钻头(简称TSP钻头或BDC钻头,也称巴拉斯钻头)、马赛克钻头和大复合片PDC钻头。

PDC钻头切削块上的聚晶金刚石复合片极薄极硬,比碳化钨底层的抗磨性高100倍以上。钻头工作时,由于碳化钨比复合片磨损得快,使复合片随时裸露出保持锐利的刃口。在较低的钻压下即可切入岩石,并在扭矩的作用下切削岩石。由于切削块可以“自锐”,这就使整个钻进过程中钻头以切削方式破碎岩石,从而能实现快速钻进。PDC钻头适用于软至中硬地层。

巴拉斯钻头的切削块是耐温1200℃的热稳定聚晶人造金刚石。热稳定聚晶金刚石切削块可制成三角体形、立方体形、圆柱体形和针状等多种几何形态。巴拉斯钻头以剪切和研磨方式破碎岩石,适合在中硬到硬地层使用,曾经获得过很好的钻井指标。四川川东地区的试验结果表明:用这种钻头在某些地层中钻进,比XHP5型三牙轮钻头平均钻头进尺提高2~4倍、机械钻速提高20%~40%、纯钻井成本下降10%~12%。

马赛克钻头既有热稳定聚晶块的耐高温性质,又兼有复合片的切削能力。

目前,天然金刚石钻头和大复合片PDC钻头在油田使用较多,能获得满意的经济效益。

‘贰’ 石油工人的重型武器——石油钻机

石油钻井的专用机械设备称为石油钻机。当今世界各国广泛采用旋转钻井方法,要求钻机有一套可旋转、提升井下钻具,并维持钻井液循环的设备。现代石油钻机主要包括:提升(绞车)、旋转(转盘)、循环(钻井泵)三个主要系统,此外,还要有动力(大马力柴油机组)、发电(柴油发电机组)、传动(减速箱、变矩器)、控制(空气压缩机、气瓶、气开关等)和油、气、水等辅助设施,以及钻井液循环系统、钻井井控装置和固控装置等。石油钻机大都在平原、山地、沙漠、沼泽、海洋工作,自然环境条件恶劣(风、沙、雨、雪等),又需不断流动搬迁,要有很强的适应能力和高度的运移搬迁性能。

我国自行研制的ZJ-70D钻机

近年来,我国自行研制的ZJ-70D型钻机是以柴油发电机组作为动力机,采用可控硅—直流电动机驱动的石油钻机,钻井深度(使用φ114mm钻杆)为7000米,最大提升重量450吨,绞车额定功率1470千瓦,配备两台总功率为2352千瓦的钻井泵,井架底座高度达到9米,钻机井架为低位(地面)安装,利用绞车自身动力整体起立井架,钻机的设计、制造和性能指标均已达到当今的国际水平。目前,世界上最大的石油钻机为美国制造的超深井电驱动钻机,理论钻井深度可达16000米,最大提升重量为1000吨以上。

‘叁’ 钻井设备是什么

钻井设备主要指的是钻机。现代石油钻机是一套联合的工作机组,由动力机、传动箱、绞车、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵以及钻井液净化设备等组成,还有井架、底座等结构,以及电力、液压和空气动力等辅助设备。当前,我国乃至世界广泛使用的是旋转钻井法,其相应的钻井设备称为转盘旋转钻机,见图4-1。

一、钻机的组成

根据钻井工艺各工序的不同要求,一套钻机必须具备下列系统和设备。

(一)起升系统

起升系统主要包括主绞车、辅助绞车(或猫头)、辅助刹车(水刹车、电磁刹车等)、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等。另外还有起下钻具操作使用的工具及设备(吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移运机构等)。绞车是该系统的核心部件。

图4-1典型旋转钻井设备

①—转盘;②—防喷器组(二)旋转系统

钻机的旋转系统主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头、钻头等组成,转盘驱动方钻杆、钻杆、钻头破碎岩石,钻出井眼,所以转盘是该系统的核心设备。另外,丛式井或定向井还需配备井下动力钻具,这就构成了旋转钻进系统。

(三)循环系统

钻井液循环系统设备主要由钻井泵、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、钻井液罐、钻井液枪、钻井液搅拌器、混合漏斗等组成,钻井泵是该系统的核心设备。

(四)动力系统

动力系统为钻机提供动力。不同的钻机配备的动力设备不一样。机械钻机主要以柴油机为动力设备,电动钻机主要以电动机为动力设备。目前国内外主要以柴油机和柴油发电机作为钻机动力源。

(五)传动系统

传动系统的主要任务是把动力设备的机械能传递和分配给绞车、钻井泵和转盘等工作机。传动系统在传递和分配动力的同时具有减速、并车、倒车等特种功能。石油钻机的传动方式有机械传动(包括万向轴、减速箱、离合器、链传动和三角带传动等)、机械—涡轮传动(液力传动)、电传动、液压传动。

(六)控制系统

为了使钻机各个系统协调工作,钻机上配有气控制、液压控制、机械控制和电控制等各种控制设备,以及集中控制台和显示仪表等。

(七)底座系统

钻机底座是钻机组成重要部分,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拉机的底盘。钻机底座主要用来安装钻井设备,以及方便钻井设备的移运等。

(八)辅助系统

成套钻机除具有上述的主要设备外,还必须配备供气设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备、辅助发电设备及起重设备,在寒冷地区钻井时还应配备保温设备,以保证钻机能安全、可靠运行。

二、钻机类型

(一)按钻井深度划分

(1)浅井钻机:指钻井深度不大于2500m的钻机,主要有用于钻地质调查井的钻机、岩心钻机、水井钻机、地震及炮眼钻机等;

(2)中深井钻机:指钻井深度在2500~4500m之间的钻机;

(3)深井钻机:指钻井深度在4500~6000m之间的钻机;

(4)超深井钻机:指钻井深度超过6000~9000m之间的钻机;

(5)特超深井钻机:指的是钻井深度超过9000m的钻机。

上述的中深井钻机、深井钻机、超深井钻机主要用于钻生产井、注水井及勘探井等深井。

(二)按驱动设备类型划分

(1)机械驱动钻机:包括柴油机直接驱动或柴油机—液力驱动的钻机,以及采用三角胶带、链条、齿轮等主传动副进行统一、分组或单独驱动的钻机。

(2)电驱动钻机:包括交流电驱动钻机、直流电驱动钻机等。目前主要采用AC-AC交流电驱动,AC-SCR-DC可控硅整流直流电驱动及AC-DC-AC交流变频电驱动。

(3)液压钻机:通过液压动力和传动方式驱动的钻机。

三、钻机标准

石油钻机标准主要包括钻机参数标准、钻机最大井深标准、钻机等级标准及钻机型号标准。

(一)钻机参数标准

(1)名义钻深范围:钻机在规定的钻井用绳下,使用规定的钻柱时钻机的经济钻井深度范围。

(2)最大钩载:钻机在规定的最多绳数下进行作业时,大钩上所允许的最大载荷。

(3)钻井绳数:用于正常钻进、起下钻柱时的游动系统(属上述起升系统)有效绳数。

(4)游动系统最多绳数:钻机配备的天车、游车轮系所能提供的最多有效绳数。

(二)钻机等级标准

我国对石油钻机等级规定了九个级别,即ZJ10/585,ZJ15/900,ZJ20/1350,ZJ40/2250,ZJ50/3150,ZJ70/4500,ZJ90/6750,ZJ120/9000。

其中“ZJ”为钻机汉语拼音字头;10、15、20、40、50、70、90、120为最大钻井深度(单位为m)的1/100;585、900、1350、2250、3150、4500、5850、6750、9000为钻机最大钩载(单位为kN)。

(三)石油钻机型号标准

下面举例说明钻机型号标准:

ZJ15/900DBZ-2,表示交流变频自走式车载钻机,最大钻深1500m,最大钩载900kN,第三代产品;

ZJ40/2250L,表示链条为主驱动原型模块式机械钻机,最大钻深4000m,最大钩载2250kN;

ZJ50/3150DB-1,表示模块式交流变频电驱动钻机,最大钻深5000m,最大钩载3150kN,第二代产品;

ZJ70/4500DZ:表示模块式DC-SCR-DC驱动的可控硅整流电驱动钻机,最大钻深7000m,最大钩载4500kN。

四、钻井绞车

钻井绞车不仅是起升系统设备,而且也是整个钻机的核心部件,是钻机三大工作机之一。

(一)钻井绞车应具备的功能

根据钻井工艺的特点,所配备的绞车应具有以下功能:

(1)具有足够大的功率。有提升最重钻柱和解卡能力,在最低转速下钢丝绳能产生足够大的拉力,保证游动系统安全可靠。

(2)各提升部件具有足够的强度和刚度。滚筒、滚筒轴、轴承以及各机构、易损件具有足够长的寿命。

(3)绞车滚筒具有足够的尺寸和容绳量,保证缠绳状态良好以延长钢丝绳寿命。

(4)能适应起重量的变化,具有足够的起升挡数,以提高功率利用率,节约起升时间。

(5)具有灵敏而可靠的刹车机构及强有力的辅助刹车,能准确调节钻压、均匀送进钻具,在下钻过程中能随意控制下放速度以及能在较省力的状态下将最重钻柱载荷刹住。

(6)具有一个或两个猫头——紧扣猫头和卸扣猫头,以满足用大钳紧扣和卸扣及其他辅助起重的需要,有时还应配有死猫头。

(7)具有稳定的支架和底座;整个绞车不应超重、超宽、超长、超高,以免给运输带来困难;传动部分应有严密的保护罩,易损件要拆卸、更换方便。

(8)采用集中控制,使控制手柄、刹把、指重表等集中在司钻控制台上,便于司钻的操作。

(二)绞车的结构类型

绞车种类繁多,有多种分类方法,如按轴数分,有单轴、双轴、三轴及多轴绞车;按滚筒数目分,有单滚筒和双滚筒绞车;按提升速度分,有二速、三速、四速、六速、八速绞车。常用的是三轴绞车。

五、钻井泵

钻井泵是钻井液循环系统中的关键设备,现场习惯称为泥浆泵,一般用于在高压下向井底输送高黏度、高密度和含砂量较高的钻井液(同时也是井底动力钻具的动力液),以便冷却钻头和携带岩屑等。

(一)钻井泵的分类

钻井泵的种类较多,石油矿场上常用的是三缸单作用卧式往复泵,这种泵活塞在液缸中往复一次吸入或排出液体。

我国用于石油和天然气钻井的国产钻井泵已逐步系列标准化,如3NB××1000,3NB××1300,3NB××1600等。其中NB表示“钻井泵”、NB前面的数字表示泵的液缸数,无数字则为双缸泵;NB的下标表示设计序号,后面的数据表示泵的额定输入功率(单位为hp)。

(二)钻井泵的基本参数

钻井泵工作能力的大小可以用其基本参数来表示,分别是流量、压头、功率、效率、冲次和泵压。

1.流量

流量是指在单位时间内泵通过排出管输出的液体量。流量通常以体积单位表示,又称为体积流量,其单位为L/s或m3/s。钻井泵中的流量又分为平均流量和瞬时流量,现场上所说的流量一般是指平均流量。石油矿场上又习惯把流量称作排量。

2.压头

压头指的是单位质量的液体经泵压所增加的能量,也称为扬程。

3.功率和效率

功率是指泵在单位时间内所做的功。一般把在单位时间内发动机传到泵轴上的能量称作输入功率或主轴功率。把在单位时间内液体经过泵后增加的能量称作泵的有效功率。功率的单位为“kW”。泵的效率是指有效功率与输入功率之比。

4.冲次

泵的冲次是指在单位时间内活塞的往复次数,单位为“次/min”。

5.泵压

泵压是指泵排出口处的液体压力,单位为“MPa”。

‘肆’ 石油钻井机的类型有哪些比如螺旋钻井机

1、按钻井方法分:冲击钻机、旋转钻机(目前的绝大多数钻机);
2、按驱动钻头旋转的动力来源分:转盘驱动、井底驱动、顶部驱动;
3、按驱动设备类型分:柴油机驱动、电驱动;
4、按工作机分组分:统一驱动、单独驱动、分组驱动;
5、按主传动副类型分:胶带钻机、链条钻机、齿轮钻机;
6、按钻井深度分:浅井钻机、中深井钻机、深井钻机、超深井钻机;
7、按使用地区和用途分:海洋钻机、浅海钻机、常规钻机、丛式井钻机、沙漠钻机、小井眼钻机等。
请参考:《钻井机械》,孙松尧主编,石油工业出版社,2006。

‘伍’ 石油钻采上的钻机,通常说是三机两泵,哪三机,哪两泵

一般钻机配备三台柴油发电机,两台钻井泵,简称三机两泵

‘陆’ 开采石油的设备叫什么

通过钻井形成从地面到油气层的井眼的是钻机。进行油气开采的叫做抽油机

‘柒’ 石油钻井设备有哪些

石油钻井用的钻机是一套联合机组。
钻机由井架、绞车、游车、大钩、转盘、钻井泵、动力机组、联动机组全套钻井设备及井控、固控设备、发电机组、液压和空气动力等辅助设备等组成

‘捌’ 深部钻探主要设备类型

根据我国地质找矿和科学钻探需要,深部岩心钻探已日趋广泛,由此推动了深部钻探关键设备的更新与发展。自2005年以来,钻探设备能力已从中深孔发展至深孔和超深孔,用于深部钻探的钻机除立轴式钻机外,还研制出系列全液压动力头式、液压顶驱式、电动顶驱式等类型钻机及配套设备。

(一)主要钻机类型

1.立轴式液压钻机

深孔立轴式液压钻机在原XY-4型立轴式钻机的基础上增大了钻机的回转系统扭矩、升降机的提升能力、卡盘的夹持及扭矩传递力。部分钻机采用了立轴和转盘两用式设计,兼顾钻孔上部较大直径扩孔之用。深孔立轴式液压钻机的典型系列如图2-1所示,主要性能参数如表2-1所列。

图2-1 典型深孔立轴式液压钻机类型

(a)XY-5钻机;(b)XY-6B钻机;(c)HXY-8B钻机;(c)HXY-9B钻机

表2-1 典型深孔立轴式液压钻机主要性能参数

2.全液压动力头钻机

所谓全液压动力头钻机是指钻机的回转、给进、升降钻具等机构均用液压驱动,液压马达直接安装在回转器上,回转器可沿桅杆(或导向架)作长行程移动给进。目前,全液压动力头钻机已得到越来越广泛的应用。全液压动力头钻机的主要类型有:桅杆式、车载整装桅杆式、分体塔式等。深孔全液压动力头钻机典型类型如图2-2所示,主要性能参数如表2-2所列。

3.顶驱钻机

顶部驱动钻机(简称顶驱钻机)是动力头钻机的一种。顶驱机构连接在钻杆柱上端,直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、加减立根、拧卸钻杆丝扣等多种操作。顶驱钻机的给进行程可达几米或几十米(视立根长度而定),钻进时无需卡盘夹持主动钻杆传递扭矩,石油钻井中应用较为广泛。近年来,深部岩心钻探也研发了这种形式的动力头钻机。顶驱钻机的主要类型有:液压顶驱和电动顶驱两种,如图2-3所示,主要性能参数如表2-3所列。

图2-2 典型深孔全液压动力头钻机类型

表2-2 典型深孔全液压动力头钻机参数

图2-3 顶驱钻机类型及其配套钻塔

(a)液压顶驱钻机;(b)电动顶驱钻机

表2-3 典型深孔液压、电动顶驱钻机参数表

(二)主要泥浆泵类型

钻探用泥浆泵根据结构及工作原理主要分为:活塞式往复泵、螺杆泵和离心泵三种。深部地质岩心钻探多选用活塞式往复泵(有单缸、双缸、三缸、四缸几种类型)。钻探施工现场常用双缸和三缸活塞式往复泵,它们均可输送高黏度、高密度、强磨蚀性和腐蚀性液体,具有输出特性波动小等特点。目前钻探用典型活塞式往复泥浆泵类型如图2-4所示,主要性能参数如表2-4所列。

图2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵

(a)BW-280/30型;(b)BW-300/16型;(c)BW320/10型;(d)BW350/15型;(e)BWF-400/10型;(f)BW-1000/12型

表2-4 深孔钻探用典型往复活塞式泥浆泵参数

(三)主要钻塔类型

深部地质岩心钻探用钻塔主要型式有四角式、A式、桅杆式三种,典型类型如图2-5所示,主要性能参数如表2-5所列。

图2-5 深部地质岩心钻探用钻塔主要型式

(a)四角塔;(b)四角塔(直斜两用);(c)A型塔;(d)桅杆式钻塔

表2-5 深部地质岩心钻探典型钻塔参数

‘玖’ 采矿和探矿设备有哪些

采矿设备是直接开采有用矿物和开采准备工作所用的机械设备,包括开采金属矿石和非金属矿石的
采掘设备;开采煤炭用的采设备,开采石油用的石油钻采设备。按被采矿物的不同可分为:
①采掘设备。又可分为钻炮孔用的钻孔设备,挖装矿岩用的挖掘设备和装卸设备,钻凿天井、竖井和平巷用的掘进设备。钻孔设备分凿岩机和钻机两类,钻机又有露天钻机和井下钻机之分;挖掘设备和装卸设备包括采矿正铲挖掘机、前端式装载机、抓岩机、装岩机、装运机和双臂式装载机等;掘进设备包括天井钻机、竖井钻机和平巷掘进机等。
②采煤机械。从20世纪40年代后期之后,采煤从单一生产工序的机械化,发展为全部工序的综合机械化,至20世纪80年代,广泛采用综合机械化采煤,主要机械有滚筒采煤机、刨煤机、弯曲刮板运输机、自移式液压支架、桥式转载机和伸缩胶带运输机等。
③石油钻采机械。又叫石油矿场机械,包括陆地石油钻采机械和海洋石油钻采机械。陆地石油钻采机械按开采工序分为钻井机械、采油机械、修井机械和维持油井高产的压裂、酸化机械;海洋石油钻采机械与陆地石油钻采机械相似,分为钻井装置和采油系统。
矿山设备之探矿设备
探矿设备即是指地质探矿设备包括:SZ-130-A型砂矿钻机、SZ-130-B型砂矿钻机、QSZ-130/150轻型砂矿钻机、龙江-I型手扶拖拉机砂钻、TJ-I型淘金机、龙江-I型黄金溜槽、DZM-25型管材摩擦焊机、HSMZ-13型排气阀摩擦焊机、ZQM2-160型双筒球摩机、HLJK-2型痕量金野外快速测试分析箱等设备

‘拾’ 钻井方法及原理是什么

1人工挖井方法

1973年出土于浙江余姚县的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井,经14C测定表明它是5700多年前的产物。

挖掘井阶段大约从远古到西周末年,我们的祖先用原始的工具,诸如石铲等手工挖井,井的深度很浅。在公元前15世纪前后我国的甲骨文中就出现有“井”字。

2冲击钻井方法

冲击钻井方法经过了三个阶段,即顿钻大口井阶段、顿钻小口井(卓筒井)阶段和机械顿钻阶段。

1)顿钻大口井阶段

最初的顿钻设备,主要由“踩架”和井架组成。“踩架”上有碓板,碓板一端悬挂着钻头,它是直接钻凿岩石的工具;碓板另一端供人踩踏,使钻头反复上提、下顿,产生冲击运动。

2)顿钻小口井(卓筒井)阶段

从北宋开始,我国古代钻井技术又有了新的发展。一是顿钻大口井发展为顿钻小口井。当时把口径只有“碗口大小”的小口井称为卓筒井,卓筒井地面设备、井身结构示意图如图6-11所示。

图6-12转盘旋转钻井示意图

1—天车;2—游动滑车;3—大钩;4—动力机;5—钻井泵;6—空气包;7—钻井液池;8—钻井液槽;9—旋流除砂器;10—钻井液振动器;11—表层套管;12—钻杆;13—钻铤;14—钻头;15—井眼;16—防喷器;17—转盘;18—绞车;19—方钻杆;20—水龙头

(1)动力系统。

钻井好像是一座流动性大的独立作业的小型工厂。钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机作发动机,通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备的。动力系统的作用是产生动力,并把动力传递给钻井泵、绞车和转盘。

(2)起升系统。

起升系统主要用来起升、下放或悬吊钻柱、套管柱等,主要完成起下钻、接单根和钻进时的钻压控制任务。这个系统主要由井架、天车、游车、大绳、大钩、吊环及绞车等组成。一般用最小的提升速度和最大的负载来确定提升系统的能力。

(3)旋转系统。

旋转系统主要由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成,主要功能是保证在洗井液高压循环的情况下,给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力,以满足破岩钻进和井下的其他要求。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能。

(4)循环系统。

钻机循环系统最主要的功能是在钻进中通过循环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻头和润滑钻具。钻机循环系统主要包括钻井泵、钻井液净化装置(固相控制设备)和钻井液槽、罐等。整个循环系统的中心设备是钻井泵。

(5)气控系统。

气控系统主要包括控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构(如气动离合器、气缸和气马达等)以及压风机等。气控系统的功能是确保对整个工作机构及其部件的准确、迅速控制,使整机协调一致地工作。

(6)井控系统。

在整个钻井作业过程中,井控系统要对井下可能发生的复杂情况进行控制和处理,以恢复正常作业。井控系统包括四个主要部分:防喷器组、储能器机组和防喷器组遥控面板、节流管汇、压井管汇。