海上采油平台设备配置概述.docx
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海上采油平台设备配置概述
平台设备配置概述
海洋钻机
一:
钻井平台分类
1.固定式海上钻井平台:
a:
导管架式平台b:
混凝土式重力平台
2.可移动式钻井平台:
a:
沉垫式钻井平台。
b:
自升式钻井平台。
c:
半潜式平台
二:
钻机的组成
1.起升系统
起升系统设备是由绞车,井架,天车,游车大钩,及钢丝绳组成。
游动系统设备是由天车,游车,钢丝绳等组成。
2.旋转系统设备是由顶驱,转盘,井下工具,钻头组成。
3.泥浆循环系统设备是由泥浆泵,高低压管汇,立管,水龙带,泥浆净化系统,泥浆配置设备。
主要功用是利用泥浆和其它流体冷却钻头,冲井底带出岩屑,以利正常打钻。
4.动力驱动系统设备采用柴油机为动力,大部分钻井平台都采用交—直流电驱动。
5.控制系统设备由气控系统、机械控制和电控制系统三大部分组成。
气控系统由司钻控制阀、气动离合器、继气器、刹车气缸及其它阀件组成。
机械控制系统有手柄、踏板、杠杆及各种机械离合器。
电控制系统有变阻器、电阻器、继电器和录井仪等。
6.井架和机座
钻机配有塔形井架,承载能力强,抗风稳定性好。
有高大的双层底座,上层沿下层的导轨横向移动,下层沿平台的导轨纵向移动,便于在一个井位打多口定向井。
底座下面能容纳井口装置、安装防喷器。
7.辅助设备有供气系统、供水系统及防喷设备等。
三:
钻机的主要参数
1.可钻最大井深:
它指的是钻机具有钻井能力和下套管能力。
2.最大起重量:
指钻机起升系统中大钩允许静载荷。
钻井是遇到较大载荷有以下几种情况:
⑴.起下钻具操作时因钻具重量引起的动载荷。
⑵.井下不正常时,如卡钻。
⑶.下套管时,按所下套管的重量来计算。
⑷.处理套管事故时,以上提套管的拉力为计算钻机的最大起重量。
(计算方法:
以套管断裂载荷80%为限)
3.额定钻具重量:
指的是在可钻最大井深时,所用额定尺寸的钻具重量形成的大钩静载荷。
4.绞车功率:
在起升的过程中,绞车用最低速能够起升的额定钻具重量所需要的功率。
5.转盘开口直径。
钻井绞车
一:
钻井绞车的功用
1.下钻具,下套管。
2.钻进时控制钻压,送进钻具。
3.利用猫头上,卸钻具丝扣。
4.吊升重物和进行其它辅助工作。
二:
绞车的组成
1.支撑系统:
钢板焊接的密闭式箱壳座架,两侧壁为主支架用以安装绞车各轴,并构成润滑池,为了便于运输绞车的前后部分可以分开。
前半部分包括:
滚筒轴、司钻台、刹车系统、涡磁刹车。
后半部分包括:
驱动轴、主驱动轴、捞砂滚筒、猫头。
2.传动系统:
由六—七级绞车轴、轴承、链轮、链条组成。
3.控制系统:
由三个齿轮式牙嵌离合器,四个气动离合器和一个应急牙嵌离合器,司钻控制台,手柄,踏板,控制阀件等组成。
4.制动系统:
由刹把、刹带等组成主刹车和涡磁刹车。
5.卷扬系统:
由主滚筒、副滚筒、上扣、卸扣猫头。
6.润滑冷却系统:
所有链轮、链条采用强制式喷淋润滑;滚筒轴承采用锂基润滑剂;两个刹车毂、涡磁刹车为内冷式水冷却。
7.防碰天车装置。
一:
传动机构
驱动轴:
由主驱动轴和驱动轴(中间轴)两部分组成。
驱动轴两端分别装有齿轮联轴器,通过两个联轴器左边与电机相联接,右边与主驱动轴相联接。
电机的轮毂上装有惯性刹车。
传动轴:
传动轴分为短轴部分、长轴部分、两轴中部有齿轮机械离合器,由司钻台手柄控制离合。
二:
滚筒轴
滚筒轴的结构,自左至右有导气龙头(供低速离合器进排气),进水龙头,36-C双盘式气动摩擦离合器总成,应急牙嵌离合器、左支撑轴承、刹车毂、主滚筒、右支撑轴承,DY-A-FLEXΦ40〞×10〞通风型气胎离合器总成,6032涡磁刹车、池水龙头、导气龙头(供高速离合器进排气)。
①36-C双盘气动离合器,用于1320—UE的低速传动,在滚筒最大负荷下工作性能良好。
一个牙嵌离合器安装在摩擦离合器的里端,作为应急之用。
型号中的36代表摩擦盘直径36英寸。
具有耗气量小,传递转矩大的特点。
工作原理:
压缩空气经司钻台低速控制阀、导气龙头进入离合器的气室后,推盘受到气体压力的作用下沿着主体的内齿圈轴向移动,使动力齿盘和摩擦盘之间相互压紧,两个旋转体系统依靠摩擦力结合在一起,滚筒轴随之转动,动力得以传递。
当快速放气阀放气后,动力齿在复位弹簧的作用下复位,使动力齿盘与摩擦盘分开,则动力被切断。
②牙嵌离合器在36-C双盘气动离合器的里面轮毂的内侧端面,有四个凸出的锯齿形齿,也是离合器的固定部分。
离合器的活动齿也有四个锯齿与固定部分相对,它的外缘有外齿轮与主体的内齿轮相啮合,不用时随主体一起空转。
当36-C双盘气动离合器,因故打滑或失去控制后,用脚踏司钻操作部位下面的踏板,离合器即可挂合,切记挂合离合器应在停车的情况下挂合。
③DY-A-FLEX型40〞×10〞气动摩擦离合器。
40〞×10〞表示:
直径×宽,通风型气胎离合器散热性能好、气胎本身在工作时不承受扭矩,而且挂合平稳、摘开迅速,应此它具有很长的使用寿命,能传递很大的扭矩。
工作原理:
挂合离合器时,气胎冲气后不断的沿直径方向膨胀,推动扇形体,板簧在扇形体内进一步压缩,扇形体沿其本身的导向槽相对于固定在挡板的承扭杆向轴中心移动,使摩擦片逐渐抱紧摩擦轮,这是空转的摩擦轮和离合器结为一体,滚筒轴也随之转动。
这样,扭矩直接经过摩擦片、扇形体、承扭杆、挡板、钢圈来传递,而步是经过气胎。
摘开离合器时,随着气胎的放气过程,摩擦片在离心力和板簧的作用下,迅速离开摩擦轮。
三:
猫头轴
猫头轴是1320-DE型钻井绞车的重要组成部分,从左至右在猫头轴上装有“B-1”型自动上扣猫头,左支撑轴承,用键固定在轴上的驱动链轮,捞砂滚筒,DY-A-FLEXΦ28〞×5-1/4〞气动离合器,右支撑轴承,“B-1”型自动卸扣猫头。
1320-DE全部配备的是“B-1”型自动猫头,在轴的两端各安装一个,它有两个死猫头和两个自动猫头,上卸猫头的结构和工作原理上是相同的。
死猫头工作:
死猫头是通过圆锥配合和键紧固在轴上,猫头绳轮是内侧端面内沉头螺钉上有摩擦片,是动力猫头的自动来源。
自动猫头是采用盘式离合器来传递扭矩。
上扣猫头有一个摩擦表面,而卸扣猫头有三个摩擦片。
因此卸扣猫头比上扣猫头有近三倍的扭力。
四:
转盘副轴
转盘副轴是防止转盘电机意外损坏而设计的备用设备。
它装在滚筒高速离合器的前面的护罩内。
五:
绞车的刹车系统
刹车机构是绞车的核心部件,它包括K-54复式平衡滚筒主刹车和6032型涡磁刹车。
①K-54复式平衡滚筒刹车,在双曲轴的复合作用下,操作十分灵活省力,使用寿命长,它的主要功用是:
①下钻、下套管时,刹慢或刹住滚筒,控制下放速度,悬持钻具。
②正常钻进时,控制滚筒转动,以便调节钻压,送进钻具。
③起钻时,悬持钻具,控制游动系统的起升位置。
K-54复式平衡滚筒刹车主要控制部分有刹把、操作曲柄,传动部分有连杆、刹车曲轴,制动部分有刹车毂、刹带,辅助部分有调节螺杆、平衡梁、刹车风缸。
冷却系统上水、泄水龙头等组成。
②涡磁刹车相当于简化的发电机,其作用原理基本上和电机一样。
改变磁场强度,可以通过调节励磁电流的大小来改变电磁刹车的制动力矩的大小。
涡磁刹车在钻井平台上是理想的辅助设备,它有下列特点:
⑴制动力矩不随转速变化或变化很小,在较低的下钻速度也可以发挥出较高的制动力矩,当井下情况复杂时,可随着减慢下钻速度,以减少事故,这对打深井特别有利。
⑵可通过调节励磁电流灵敏的调节力矩和速度,调节过程不到1秒,并可在下放行程接近终点时将下降速度降至0.1米/秒,使钻具平稳地坐在转盘或卡瓦上。
⑶具有强大的制动力矩,当调大励磁电流时只用涡磁刹车即可将30吨重的钻柱刹住或悬持不动。
⑷由于制动性能好,可以增加刹带的使用寿命和减轻司钻的劳动强度。
⑸涡磁刹车本身重量大,并要求有一套励磁供电设备,应用不十分广泛。
六:
绞车的控制系统
1.气控制及特点
特点:
①经济可靠:
空气比液压油便宜,空气来源方便,不受环境变化的影响。
②传递控制信号迅速灵活。
流动性好,摩擦阻力小。
③控制柔和准确。
气体具有一定的压缩性,可使工作柔和无冲击。
④使用安全,不易燃烧。
⑤需要一套专门的供气机构。
在气控系统中大体分为四个部分:
供气机构、执行机构、控制机构和辅助机构。
各种控制零件近20余种,主要零件有:
三通旋塞阀、继动气阀、肘节阀、快速放气阀及司钻控制阀等。
井架的结构及参数
一:
井架的特点
井架主要用于安装和悬挂天车,游车及大钩等起升设备,以起下、悬挂和存放钻具;
具有以下特点:
①承载能力大,足以保证起下4000-6000米长的钻柱。
②有足够的工作高度和空间,钻台面积大,便于安装有关设备、工具、钻具;司钻视野良好,使之能安全迅速的进行起下钻操作。
③抗风能力强,拆装维修工作量大,工作也安全。
二:
井架的结构
目前国内外钻机大体上分为两类:
一类是塔形井架,另一类是A形井架。
海洋石油钻机所装备的全是塔形井架。
三:
井架的基本参数
1.起重量:
是指它在规定条件下的大钩最大起重量来表示。
所谓的规定条件应包括对风载、立根载荷和游绳数及其固定位置的规定,不包括井架本身以及安装在其上的天车、游车和大钩的重量。
2.工作高度(有效高度):
井架的工作高度是指钻台平面到天车梁底面的垂直高度H。
3.上下底面积:
井架上下底面积是指井架上下底大腿轴线间沿天车台平面和钻台平面水平距离的面积。
4.二层台高度:
是指钻台平面到二层台梁的垂直高度。
为使井架工在二层台便于摘挂吊卡,一般应使井架工操作台的底面比立根的长度底1.8—2.0米。
5.前大门高度:
是指钻台平面到第一根桁梁的高度,为用坡道上拉拽单根需要前大门有一定的高度。
游动系统
钻机的天车,游动滑车,大钩用钢丝绳把它们连接起来,叫做钻机的游动系统,又称复滑系统。
天车是固定在井架顶部的滑轮组,游动滑车(游车)是井架内部上下往复运动的动滑轮组。
钻机游动系统的选择原则:
(1)起重能力:
钢丝绳尺寸和强度一定时,Z越多起重能力越大(Z表示游动系统有效绳数)
(2)起下钻速度:
当滚筒转速一定时,Z越少,大沟起升速度越快。
(3)起升效率:
由于钢丝绳和滑轮及滑轮与轴承的摩擦扭力等因素的影响,一般Z越小,则游动系统的效率越高。
(4)重量指标:
Z越少,则游动系统越轻、结构越简单,但快绳的拉力相应增大,整个绞车重量、结构增大。
游车系统结构用数目字表示:
例如钻井绞车游动系统6x7,则表明游车为六个滑轮,天车为七个滑轮,有效绳数Z=12
游动系统所使用的钢丝绳,它起着悬吊游动滑车、大钩以及传动力的作用,由于它运动频繁并受弯曲、扭转、挤压、冲击等复杂应力的作用,而且消耗量大。
钢丝绳的分类:
1.按绳芯分:
油浸石棉芯、油浸麻棉芯、油浸棉纱芯、软钢芯等。
2.按钢丝绳的捻向分:
(1)同向捻(顺捻):
钢丝绳的捻向与股的捻向相同,这种钢丝绳柔软,接触面积
大,耐磨损,容易打扭,起吊重物容易旋转。
(2)交互捻:
即股中各钢丝绳的念向与股的捻向相反,交互捻钢丝绳的优点是各钢丝绳载荷分布均匀,钢丝强度高,不易纠缠打扭。
转盘
转盘是目前旋转钻井法中不可缺少的设备,它隶属于钻机组成中的旋转系统。
实际上,它是一个减速增扭装置能把电动机传来的水平旋转运动变成垂直旋转运动。
一:
转盘的用途:
1.在旋转钻井法中用来传递扭矩,带动钻具旋转加速。
2.起下钻过程中悬挂钻具及辅助上卸钻具丝扣。
3.在涡轮钻井法中用来承受涡轮钻具的反向扭矩(锁死)
4.固井工艺过程中协助下套管。
5.协助处理井下事故。
转盘主要有转盘体转台,大小伞齿轮、负荷轴承、防跳轴承、高速轴、滚柱及双列球面滚子轴承、锁紧装置、补心等组成。
二:
两速变速箱
结构:
变速箱为立式两极变速,动力输入和输出两根轴每根轴上有一个用键固定的齿轮和一个用滚柱轴承支撑在轴上的可以空转齿轮,两齿轮间有可轴向滑动齿式离合器,主动轴上的定轮与被动轴上的空转轮相啮合,主动轴上的空转轮与被动轴上的定轮相啮合,两个轴上的齿式牙嵌离合器不能同时挂合,两根轴上分别有两副单列圆锥滚子轴承,一个闷盖一个透盖,透盖装有弹性橡胶密封。
泥浆泵和泥浆净化设备
泥浆泵和泥浆净化设备是钻机的重要组成部分,使钻井液从地面注入钻柱到达钻具,再由钻头的水眼喷射井底,后经钻井眼或套管与钻具之间的环形空间返回地面。
循环钻井液的目的:
1.清洗井底
2.冷却钻头和润滑钻杆
3.输送钻屑到地面
4.支撑井壁,防坍塌
5.防止地层流体进入井内
循环系统的主要设备有:
泥浆泵、泥浆循环管线、水龙带、水龙头、钻具、泥浆净化设备及泥浆配制设备等。
一:
泥浆泵
泥浆泵是一种往复泵,通常由动力端、液力端、辅助系统等组成。
1.传动原理:
有两台电机带动两条皮带/链条,再带动传动轴,传动轴上有小齿轮,小齿轮与曲拐轴上的大齿轮相啮合,从而带动曲拐轴转动,曲拐轴上连接3根连杆,连杆小端通过销子与十字头连接,十字头另一端连接中心拉杆,中心拉杆通过短拉杆与活塞杆连接,通过曲轴的转动带动活塞在缸套中来回运动。
2.设备使用
起动前准备
1.起动前动力端加足够的齿轮油,长期封存较久后起动时,打开检查盖,注满人字齿轮轴的轴承和十字头滑块油缸。
2.在链传动箱内注满足够的高级无去垢剂的机油,根据工作情况经常换油,保持机油适当的黏度和洁净。
3.检查喷润系统,该系统应使用优质冷却润滑油,习惯上用柴油和3040号的无去垢剂的润滑油50%混合液。
4.液力端检查:
缸套、活塞杆卡箍是否上紧,阀盖是否上好
5.打开吸入和排除管路上的各阀门,并检查灌注泵是否已准备妥当。
泥浆泵未灌注前不能使用,否则会导致空腔作用或泵吸不全等情况。
6.泵起动前的排气过程,在压力下空气是不能排净的。
泵起动的操作
泵速:
泵速要逐渐增大,使吸入泥浆流速适宜泵的要求。
不至发生泵吸空的现象。
自吸操作:
自吸操作时,最大泵速应在吸入冲程时能完全注满泵的能力极限。
操作人员可根据泵的响声测定极限泵速,当达到极限时开始有敲击声,即表示有吸空或没有注满现象,这样应把供给泵引进吸入系统来,直到工作情况改善后再重新使用自吸操作。
二:
振动筛及三除泵
泥浆振动筛是泥浆第一步粗处理设备,将直径在0.1mm以上的颗粒除去。
振动筛的结构:
电机带动偏心轴高速旋转,由于偏心轴旋转是产生强大的离心力作用于弹性振子,使固定在框架上的不锈钢筛网以较高的频率振动,筛出泥浆中较大的颗粒。
除沙器和除泥器的固相净化是以旋流器为主要手段来进行的,它主要有进液管、溢流管、除砂器、壳体等组成。
直径大的为除砂器,直径小的为除泥器。
工作原理:
泥浆中的液固分离主要靠离心沉淀,当具有一定压力的泥浆切向进入旋流器并高速向下螺旋旋转时,即产生巨大的离心力场,泥浆中较大较重的固相颗粒在离心力的作用下,被抛向筒壁,并在泥浆向下旋转的推力和自重的作用下从底流口排出,圆锥筒体中心处由于泥浆的高速旋转而形成低压区,使轻质的泥浆从顶部的溢流口排出,从而达到泥浆净化的目的。
除气器属于真空式除气器,即利用真空泵的抽吸作用,在真空罐内造成负压区,泥浆在大气压的作用下同通过吸入管进入转子的空心轴,再由空心轴四周的窗口,呈喷射状甩向罐壁,由于碰撞作用,浸入泥浆中的气泡破碎,气体逸出,通过真空泵的抽吸被排往安全地带。
泥浆则由于自重进入排空腔,经转子排出罐外。
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