石油钻采机械概论--总结课件

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石油钻采机械概论课程总结

1引言本课程共上十章，分钻井机械和采油机械两大部分。一、油气藏与油气田二、含油气盆地三、油气勘探目前油气勘探的主要方法和技术有四种：即地面地质法、地球物理法、遥感技术和钻探法。各自特点。

2第一章钻井工艺概述1.1钻井方法一、机械钻井法1.顿钻钻井法2． 旋转钻井法二、钻井工艺过程1．钻前准备2．钻进过程：起、下钻；正常钻进。3．固井4．完井5．钻井事故的处理

3三、平衡压力钻井含义；目的；关键；技术保证。1.2钻井技术的新发展一．欠平衡钻井(原理;优点;适用于地层条件;方法;主要设备）。二、深、超深井钻井技术三、水平井技术四、小井眼钻井技术五、连续柔管钻井技术

4第二章石油钻机概论2.1钻机的组成钻机包括：驱动与传动、旋转、起升、循环设备，辅助设备和测量仪表。一、地面旋转设备主要组成：转盘、水龙头、钻具，顶驱钻机配备有顶驱装置。作用：转动钻具，带动钻头破碎岩石。

5二、循环系统设备主要有：钻井泵，钻井液净化、处理调配装置。作用：清洗井底，携带岩屑，保护井壁，冷却钻头。三、起升系统设备主要有：绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。作用：起下钻具、下套管，控制钻压。

6四、动力驱动系统有：柴油机组、发动机组、电动机组。作用：提供动力。五、传动系统设备联动机组—动力并车。作用：传递、分配动力。六、控制系统和监测仪表司钻台、液、气、电控制、仪表各种钻井仪表及随钻测量系统（MWD）。

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92.3钻机基本参数一、基本参数反映钻机工作性能的数量指标称为基本参数。十个：L（名义井深）；Qhmax（最大钩载）；Qstmax（最大钻柱重）；Ndr（绞车功率）；Z(有效绳数)；dw（钢绳直径）；Np（泵功率）；Dr（转盘通径）；Hr（底座高度）；Hd（井架高度）。

10二、主参数与钻机型号1.主参数我国钻机标准规定名义钻井深度L为主参数。2.钻机型号ZJ□□□三、起升系统参数1．输入轴最大功率，也称额定功率，绞车主参数。kW式中：Q1=Qstmax+Gt2．游动系统结构钻井绳数Z：指钻井时采用的有效提升绳数。最大绳数Zmax：指钻机配备的提升轮系所提供的最大有效绳数，用于下套管或解卡作业。

113．钢绳直径dw根据Qmax（最大钩载）的Pfmax（Zmax时快绳拉力）决定。4．快绳最大拉力起升时：5.井架高度：取决于立根高度。6.钻台高度：取决于安装井口装置的高度。

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15二、优点1.传动效率高，较机械传动高16%；2.无级变速（在某机械档下，无级变速）；3.简化传动、控制，易装调整，自动保护。3.3电机驱动特性一、电动机机械性能1.机械特性电机转速n与电磁转矩M之间变化关系，称机械特性。

162.特性硬度转速n不随转矩M变，为特硬特性；n随M增加而下降不大，为硬特性；n随M增加而加速下降，为软特性。3.固有机械特性电机的电压、频率（交流）、励磁（激磁）电流为额定值，其电机回路上无附加电阻时所具有的特性。4.人为特性人为调节电压、频率、电流所得到的特性，称人为特性。

17二、交流电机特性（固有）1.   同步电动机（1）定义转子转速（n）与（定子）旋转磁场转速（n0）相同（通交流电），故称同步电机，特硬特性。（2）工作原理：定子绕组通三相交流电产生旋转磁场，转子励磁绕组通直流电形成直流励磁磁场，两磁场相互作用，使转子被旋转磁场拖（吸）着以同步转速一起旋转，即n=n0。

18同步电机启动性能差，用于不常启动、不变速场合。（3）同步电机采用异步启动法。异步启动：定子通电形成旋转磁场，使转子线圈产生感应电流，使转子转起来，之后转子再通直流电，实现异步启动，同步工作。

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223.直流电机人为特性（用人工调节转速）（1）电枢串阻在电枢中串入可调电阻，保证电源电压U和励磁电流（磁通）不变。相当于加大（电枢电阻）。（2）降低供电电压U（降低电枢电压）使固有特性n—M曲线下移。（3）减弱磁通调速改变Φ（定子励磁磁通），使n0、Δn都变，从而改变特性。

23四、可控硅直流驱动AC—SCR—DC由柴油机驱动AC发电机输出交流电，经可控硅整流驱动DC电机。可控硅驱动特点：直接由SCR调节电压、控制弱磁而调速。

244. 用DC电机（不用AC电机）原因（1）直流电机：调速宽；能频繁启动；载荷变化范围宽；启动制动平稳。（2）交流电机：硬特性，转速几乎不随载荷而变化【只能由调频f改变转速】。5.交流变频技术，用AC—变频器—AC。

25第四章起升系统工作原理与设备4.1起升系统工作原理游动系统运动分析：快绳侧→死绳侧钢绳速度分析；游动系统载荷：当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等：当起升时，各绳拉力：快绳拉力：起升游系效率：

26下放时游系效率：游系效率近似计算式：滚筒缠绳层数确定：任意层直径：半径增量系数0.9缠绳总层数计算式：

274.2钻井绞车绞车的作用；绞车的使用要求；绞车的结构类型；典型绞车结构（JC45绞车）分析。4.3   刹车机构一、刹车功用与使用要求二、带刹车结构与原理三、最大制动力的确定下放时静力矩：最大制动力矩：最大制动力：式中：β－动载系数；ηb-滚筒效率；Db－刹车鼓直径，m。

28四、刹带两端的拉力死端拉力T：制动力：制动力矩：

29五、刹车杠杆工作分析1.单杠杆刹车机构刹把力：增力倍数：2．双杠杆刹车机构两套单杠杆组成。增力倍数：

30六、盘式刹车1.结构组成包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹车杠杆）、刹车块、液控系统等。2.刹车钳类型：①杠杆钳；②固定钳。3.工作方式常开式：液压加压刹车；常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹。4.单钳制动力矩

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33二、电磁涡流刹车新型辅助刹车，利用电磁感应原理实现制动。1.结构主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈。2.原理定子通直流，产生固定磁场。当滚筒带动转子转动时，转子产生涡流。涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力矩。主磁路(右手定则);感应电动势与涡流(右手定则);电磁力(左手定则);电磁转矩M=FR2Z=CnB2

343．特性（M-n曲线）调节线圈的电流可改变M-n曲线。当转速低时，仍有较大制动力矩。滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、高速段力矩几乎不变(硬特性)。

354.5井架一、功用、组成与要求；钻井工艺对井架的基本要求。二、整体结构类型1.塔架2.前开口井架3．A形井架4．桅形井架三、井架基本载荷1．恒载：井架自重、设备、工具重；2．最大静载:即最大钩载；3．工作绳拉力：快绳和死绳合力；4．风载；5．立根载荷：①立根重水平载荷；②立根风载。4.6  游动系统天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统。

36第五章往复泵5.1概述一、结构与工作原理二、往复泵的分类方法三、基本性能参数⑴泵的流量指单位时间内泵所输送的液体量。⑵泵的压力p指泵排出口处单位面积上所受到的液体压强,单位为MPa

37⑶泵的功率和效率输入功率（主轴功率）Na－单位时间内动力机传到往复泵主动轴上的能量，kW；输出功率（有效功率）N－单位时间内液体经泵作用后所增加的能量，kW。泵的总效率η：输出功率与输入功率的比值。⑷泵速n指单位时间内活塞和柱塞的往复次数，简称冲次，单位为min-1。

385.2往复泵的流量分析一、活塞的运动规律活塞位移；活塞速度；活塞加速度。二、流量及流量曲线1．平均流量Qm理论平均流量——指往复泵在单位时间内应输送的液体体积。对于缸数为i的单作用泵:Qm=iFSn(m3/min)对于缸数为i的双作用泵:Qth=i(2F-f)Sn实际平均流量为Q：Q=αQm

392.瞬时流量Qcm多缸情况：往复泵一般都由几个液缸组成，在曲轴转动一周期内，几个液缸按一定规律交替吸入和排出，泵的瞬时流量由同一时刻各缸瞬时流量叠加而成。计算时要根据各曲柄间存在的角位差θ决定公式中的角参数。

403.往复泵的流量曲线以曲柄转角φ为横坐标，流量为纵坐标，可作出泵的瞬时流量和平均流量随曲柄转角变化的曲线。①用途判断流量的均匀程度，考核指标：流量不均度δQ。②确定泵输送的液体体积曲柄转角范围内，流量曲线与横坐标所包围的面积为A，此时泵输送的液体体积为V。③检验曲柄布置是否合理对于多缸往复泵，通过绘制流量曲线，可发现各液缸瞬时流量是否叠加合理，从而检验曲柄布置方案的合理性。

415．3往复泵的压头、功率和效率一、有效压头往复泵的有效压头指泵供给单位重量液体的能量，被用于提高液体的总比能和克服全部管线中的液体流动阻力。二、往复泵的功率N=QρgHⅹ10－3＝pQⅹ10－3泵的总效率η：

42三、往复泵的效率1．机械效率ηm转化功率为：Ni＝HiQiρgⅹ10-3=piQiⅹ10-3泵的输入功率减去机械损失⊿Nm所剩余的功率称为转化功率Ni；单位时间内获得能量的液体为转化流量Qi；单位重量液体所得到的能量为转化压头Hi；2．容积效率ηv容积效率ηv反映因密封不严造成的液体漏失对流量的影响。3．水力效率ηh4.泵的总效率η

435.4往复泵的工作特性曲线一、往复泵的特性曲线往复泵的特性曲线主要反映泵的流量、输入功率及效率等与压力间的关系。二、与管路联合工作特性曲线

44三、钻井泵的临界特性钻井泵的临界特性曲线是根据冲次和压力的限制条件作出的，此条件为：p1F1=p2F2=┄┄=pnFn=常数⑴钻井泵的临界特性曲线⑵钻井泵的临界特性曲线用途①指导换缸套②不论泵速能否调节，任何一级缸套下的流量和压力都限制在一定的范围内。③在泵的最大冲次不变的情况下，泵输出的最大水力功率（有效功率）为N=p1Q1=p2Q2=┄┄常数。④等功率曲线由各级缸套极限工作压力点1，2，┅┅，5的连线是一条等功率曲线，泵工作时所有工况点应控制在等功率曲线下方。

45四、往复泵的性能调节1.流量调节(Qth=i(2F-f)Sn)流量与泵缸数i、活塞面积F、冲次n、冲程s成正比，改变任何一个参数都可以改变流量。常用方法有：⑴换不同直径的缸套，以改变流量；⑵调节冲次，以改变流量；⑶旁路调节。2.往复泵的并联运行：特点。5．5往复泵的结构及特点一、双缸双作用活塞泵二、三缸单作用活塞泵

46第六章采油工艺概论6.1  采油方法一、自喷采油法二、自喷井的设备：井下和地面设备，井口装置6.2机械采油法气举采油和抽油法注热蒸汽采油法6.3   抽油法设备一、有杆抽油装置抽油机—抽油泵装置，包括三部分。1.    地面部分—抽油机（驱动部分）2.    井下部分—抽油泵（悬挂在油管尾部）3.    中间部分—抽油杆

47二、无杆抽油装置1.水力活塞泵用压力液体为动力，使自身活塞往复运动吸排油（地面有动力液泵）。2.  电动潜油离心泵用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。3.  电动潜油单螺杆泵开采高粘度、高含砂、高含气原油。井下电机带动螺杆泵抽油。（容积式泵）三、采油新技术应用

48第七章机械抽油设备7.1游梁式抽油机一、结构组成及分类二、主参数悬点载荷P：挂抽油杆处，反应下泵深度。取决于杆和液柱重量。最大扭矩M：曲柄轴最大扭矩。（用于选择电机功率）冲程长度S：反应采油量。悬点冲程，受机构限制一般3～4m，>6m:长冲程。S正比于曲柄半径。冲次：悬点冲程数（每分钟往复次数），反应采油量。

49三、驴头悬点载荷上下冲程悬点载荷不同。静载(3项：杆自重、柱塞上油柱重、柱塞下端油压），动载（2项：惯性载荷、振动载荷），摩擦力。

507.2链条抽油机结构及工作原理7.3液压抽油机结构及工作原理7.4抽油泵结构组成；工作原理7.5无杆抽油设备--水力活塞泵井下机组结构及工作原理7.6电动潜油离心泵机组结构组成；工作原理7.7抽油杆及辅助抽油装置概况

51第八章常用钻采工具8.1钻具：钻杆，方钻杆、接头、钻头8.2套管井身结构与套管关系；套管在井下的承载情况；套管设计三准则；用等安全系数法设计套管柱；下套管固井方法与设备。8.3井口机械化设备与防喷器一、液气大钳结构及工作原理；二、防喷器防喷器组：包括双闸板防喷器、万能防喷器、旋转防喷器及钻井四通。它们的结构与工作原理。8．4油水井封隔器封隔油、水层的井下封隔器，用于分层开采原油的配产器及注水井所用的配水器结构与工作原理。

52第九章海洋石油钻采工艺及设备9.1海洋钻井平台一、分类1.固定式钻井平台；2.移动式钻井平台二、结构及特点自升式钻井平台；半潜式钻井平台；步行式钻井平台；浮式钻井船9.2海上钻井一、钻井平台的选择原则二、钻井平台的定位目的：将钻井平台限制在一定的位置上，控制钻井平台的纵荡和横荡运动，保证平台上的钻井设备对井口的定位，保证钻井工作顺利进行。方法：锚泊定位和动力定位。

53三、钻井水下装置目的：需要在海底井口与平台之间装置一套隔绝海水、适应平台摇晃、控制井口的装置，以保证正常钻井作业。钻井水下装置包括：钻井导向装置、套管头组、防喷器组、隔水管柱、连接器等。它们的结构及特点。四、升沉补偿装置的结构及工作原理。9.3海上采油一、平台采油的方法与特点；二、水下采油的方法与特点

54第十章石油机械新进展