橇装钻机教材.docx
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橇装钻机教材
橇装钻机设计部分
一、实践目的
1、了解车装钻机原理及组成
2、了解车装钻机设计思路
二、实践内容
一、橇装钻机执行标准
APISpecQ1《质量纲要规范》
SY/T5609-1999《石油钻机型式与基本参数》
APISpec4F《钻井和修井井架、底座规范》
APISpec8A8C《钻井和开采提升设备规范》
APISpec7《旋转钻机设备规范》
APISpec7K《钻井设备规范》
APISpecD10《旋转钻井设备选用一般规则》
APISpec7F《石油钻机传动滚子链》
APISpec9A《钢丝绳规范》
APIRP500《石油设施电力装置场所分类推荐作法》
SY/T5466《钻前工程及井场布置技术要求》
SY/T5957《井场电气安装技术要求》
IEC《爆炸性气体、环境用电气设备通用技术条件》
IEEE《电气与电子工程师协会规范》
JB/T7845-1995《陆地钻机用装有电子器件的电控设备》
APISpec9A《钢丝绳规范》
APIspec16C《节流与压井装置规范》
AWSD1.1/D1.1M《钢结构焊接规范》
APIRP53《钻井井控设备用控制系统设计的推荐作法》
APIspec16D《钻井井控设备控制系统规范》
《钢结构手册》美国钢结构学会第八版
GB3797-89《电控设备 第二部分:
装有电子器件的电控设备》
GB4720-84《电控设备 第一部分:
低压电器电控设备》
二、橇装钻机总体设计要求
钻机设计、制造依据“性能先进、工作可靠、运移方便、运行经济、满足HSE要求”的原则。
钻机按SY/T5609-1999标准及相关标准进行设计和制造,主要部件(井架、底座、绞车相关部位、游车、大钩、天车、水龙头、转盘、泥浆泵相关部位等)符合API规范,并打API标记;自动化程度高;满足国际钻井市场要求。
符合HSE规范,在防爆、防渗漏、防腐、防潮、耐高温、耐寒、防沙方面具有很高的适应性。
钻机布局合理,总体布局充分考虑防爆、消防、井控、材料供给、安装、使用、拆卸、维修方便等要求。
外观质量精美,实用性强,总体配置消灭薄弱环节,最大限度地满足高难度井、疑难井钻井工艺要求。
模块化设计,方便整体吊装运输及近距离调整,单件尺寸满足铁路和汽车运输的要求。
钻机配套的所有仪表为公英制(如MPa、Psi);设备及配套件的铭牌为中英文对照;产品有吊装标识和安全标识。
井场电气系统符合相关国际标准;
三橇装钻机的分类
按驱动型式分为:
柴油机驱动、电驱动、液压驱动,其中电驱动又分为交流电驱动、直流电驱动、交流变频电驱动。
按传动型式分为:
链条传动、V带传动、齿轮传动
四橇装钻机配套范围
一套完整的橇装钻机主要包括主机、机泵组、井控系统、固控系统、高压管汇、钻井仪表、井口工具、井电系统、油水供应系统、钢木基础及野营房等等。
1、主机
主机中主要包括天车、井架、钻台、绞车、转盘、游车、大钩、水龙头、液控系统、气控系统等等。
天车
天车是安装在井架顶部的定滑轮组,与游车用钢丝绳联系组成一套滑轮系统,用以和游车、绞车、大钩等一起完成起下钻和下套管作业。
它承受最大钩载和快绳、死绳的拉力,并把这些载荷传递到井架和底座上。
在最大钩载一定的情况下游动系统绳数越多,快绳的拉力越小,从而可减轻钻机绞车在钻井各种作业(起下钻、下套管、钻进、悬挂钻具)中的负荷并减少发动机组的配备功率。
井架
井架是橇装钻机的重要组成部分,主要用于安放天车、游车、大钩等起升设备,安放和悬挂立管、水龙头、水龙带等泥浆循环设备及工具,承受起下钻、下套管、打捞及其它作业所产生的载荷,提供起下钻及存放管柱操作的高度与空间,处理井下事故等钻井作业。
因此在满足钻井过程中各种工况组合所需负荷能力的同时,还必须有足够的刚性和稳定性,并有利于拆装、移运、维修及钻井作业等。
井架级别符合SY/T5609-1999《石油钻机型式与基本参数》之规定,一般按最大钩载及井架高度进行分类,其设计及制造符合APISpec4E.4F《钻井和修井井架、底座规范》和SY/T5025-1999《钻井和修井井架、底座规范》。
当前国内外在用的橇装钻机井架主要有如下几种:
塔形井架、前开口井架、A形井架及近年来发展起来的K形井架。
K形井架充分运用了结构的组合与变异理论,种类很多,变化灵活。
钻台底座是橇装钻机的重要组成部分。
用来安装井架、动力机组、传动系统、绞车、转盘、摆放钻杆及井口工具等,并提供井口装置的安装空间和钻井作业的操作平台。
它承受钻井工作载荷及自重载荷,并把这些载荷传递分配给基础和地基。
为了适应各种钻井工况条件,其结构型式多种多样。
随着钻井工艺和钻机结构的不断发展,出现了多种不同结构类型的底座,但归结起来,大致可分为两大类型。
a、箱块式结构
箱块式底座的主要特征是:
根据底座各部分的不同功用,分别设计成不同的箱形框架、组合梁及板块,用销轴连接组装成整体。
立根盒梁与绞车支架之间通过转盘梁用销轴连接起来,组成钻台。
井架支撑于两个侧箱之上,以适应井架低位整体起升要求。
箱块式钻台底座由于整体分块,所以拆迁、安装和运输都方便。
b、自升式钻台底座
自升式钻台底座是近年来发展起来的一类钻机底座,其主要特征是:
底座在地面组装,组装时的钻台面高度一般为卡车车身高度(约1.5m),同时将绞车、转盘、井架等在底座上安装固定,然后通过底座自身配备的动力传动系统或钻井绞车的动力,将底座整体起升到钻台工作高度。
自升式钻台底座的结构类型很多,目前常用的起升方式可分为两种主要类型:
伸缩式和旋升式(利用平行四边形机构使底座上升)。
绞车
绞车是钻机的重要配套部件。
绞车不仅担负钻机起下钻具和下套管,钻头在钻进过程中控制钻压、处理事故,以及提取岩芯筒,试油等作业,同时还担负着井架、底座的起升和下放等。
绞车按结构分有单轴绞车与多轴绞车;绞车刹车系统有液压盘式刹车与带式刹车;按驱动形式分有机械驱动与电驱动;绞车辅助刹车有电磁涡流刹车或能耗制动;有的绞车配有自动送钻装置,有的绞车配有应急电机装置。
绞车设计符合SY/T5532-2002《石油钻机用绞车》标准及有关的API规范。
转盘
转盘是石油修井机和重要配套设备之一,在作业中用来承托管柱重量,提供扭矩和转速。
转盘的驱动形式分机械驱动与电驱动。
游车
游动滑车是钻机提升系统的重要组成部分。
它与天车、大钩、水龙头、吊环等配套使用。
在钻井过程中,主要用于悬吊和起下钻柱杆、更换钻头、下套管等作业。
大钩
大钩是石油钻机提升设备系统的重要组成部分,它和游车一起构成钻机提升系统的可动部分,与天车、水龙头、吊环等配套使用。
在钻井作业中,主要用于悬吊钻柱、更换钻头、下套管等作业。
水龙头
水龙头是石油钻机的提升设备之一,在钻井作业中,主要用于悬吊钻杆柱,为旋转的钻杆提供支撑并起到提升部件(不旋转)与旋转钻具之间的过渡连接功能。
同时,还作为高压泥浆输入钻具的通道。
所以,具有较高的承载能力和良好的密封性能以及有足够的旋转扭矩是水龙头的重要特性。
液控系统
对钻机来说,液压传动的应用主要有:
液压盘刹、液压小绞车、液压崩扣器、井架起升缓冲、液压大钳等
a.动力装置——是把机械能转换为油液液压能的装置,主要为液压泵。
b.控制调节装置——对系统中油液的压力、流量、流动方向进行控制或调节,主要有溢流阀、截止阀、换向阀、单向阀等阀件。
c.执行装置——是把油液的液压能转化为机械能的装置,主要有液压缸、液压马达、钻杆动力钳等。
d.辅助装置——主要有油箱、滤油器、管道接头等。
气控系统
气动技术是利用压缩空气传递动力和控制信号,通过各种气动元件,与机械、液压、电气等综合构成控制回路,从而实现各种生产控制自动化。
它的优点是价廉,无污染,安全。
石油钻机是多工作机的联动机组,钻井时,必须严格地按钻井工艺过程对钻机各个部分进行灵活的、可靠的控制,以便实现钻机各个机组协调连续地工作,准确完成钻井工艺过程。
因而钻机的控制系统是整套钻机必不可省的组成部分。
气控制系统的主要功用包括:
a动力机的启动、停车、调速、及并车;
b绞车滚筒的挂合、脱开、换档、刹车及紧急制动;
c转盘的挂合、脱开、换档及反扭矩释放;
d钻井泵的启动、停车、挂合及脱开;
e气动绞车、气动卡瓦、气动旋扣器等井口工具的操作控制。
机泵组
机泵组是石油钻机的重要工作机组之一,是钻井液循环系统的心脏,它的作用是为钻井液提供必要的能量,即以一定的压力和流量,将具有一定重度、粘度的钻井液输进钻具、钻头及环形空间,完成整个循环过程。
泥浆泵的作用原理与一般往复泵完全相同。
单作用往复泵工作时,动力机通过皮带、传动轴、齿轮等传动部件带动主轴及固定其上的曲柄旋转。
当曲柄从水平位置自左向右逆时针旋转时,活塞向动力端移动,液缸内形成真空,吸入池中的液体在液面压力的作用下,顶开吸入阀,进入液缸,直到活塞移动到上止点。
这个工作过程称为泵的吸入过程。
曲柄继续旋转,活塞开始向液力端运动,液缸内液体受挤压,压力升高吸入阀关闭,排出阀被顶开,液体进入排出管,直到活塞移动到左止点。
这个工作过程被称为泵的排出过程,随着动力机的不断旋转,泥浆泵不断重复吸入和排出过程,将吸入池中的液体源源不断的经排出管送向井底。
泵组的驱动有柴油机驱动也可以用交流变频电机驱动。
井控系统
在平衡压力钻井过程中,为了防止地层流体侵入井内,总是使井筒内的钻井液静液柱压力略大于地层压力。
但在实际作业中,常因为各种因素的变化,使油气井的压力控制遭到破坏而导致溢流甚至井喷,这时就需要依靠井控装备实施关井压井作业,恢复对油气井的压力控制。
井控设备系统的主要用途是:
(1)保持井筒内泥浆静液柱压力等于或略大于地层压力,防止井喷条件形成;
(2)对油气井进行监测,及时发现溢流,以便尽早采取措施;
(3)在溢流、井涌、井喷发生后,迅速关井,实施压井作业,对油气井重新建立压力控制。
井控系统系统一般由以下几部分组成:
(1)防喷器组包括:
环形防喷器、单闸板防喷器、双闸板防喷器、钻井四通;
(2)地面防喷器控制装置包括:
远程控制台、司钻控制台空气管缆、GNG高压耐火软管、万向式自封管接头;
(3)节流压井管汇包括:
节流管汇、液动控制箱、压井管汇、手动平板阀、液动平板阀、连接管线。
固控系统
随着钻井技术的发展,钻井液的各项性能指标已成为科学钻井的重要标志。
钻井液是钻井过程的血液,它的作用是:
清除并悬浮井底岩屑,携带至地面使其进行沉降;冷却钻头及钻具;形成低渗透泥饼并覆盖井壁;控制地层压力;承受部分套管和钻具的重量;保护井眼并提供井下资料;减少油层损耗;将水功率传递给钻头;防止钻具腐蚀等。
固相控制系统通过物理方法清除钻井液中有害固相,调整钻井液的各项性能,储备钻井液,它的合理配备与使用对提高钻井速度、保护油气层、调整钻井液性能和降低钻井成本起着重要的作用。
固相控制系统(简称固控系统)是橇装钻机钻井时用来贮存、配置、循环和净化钻井液的重要装备。
一般由泥浆罐和振动筛、除气器、除砂清洁器、除泥清洁器、离心机等必要的五级净化设备以及高架管路(从井口至振动筛)、钻井泵吸入管路、混合泵抽吸及排出管路、清水管路、中压钻井液枪管路、剪切泵抽吸及排出管路、罐底连通管路、补给管路等8种管路组成。
系统还配有钻井液补给装置、加重漏斗、加重泵、除砂泵、除泥泵、剪切泵、补给泵、搅拌器等辅助设备。
另外,还配有走道、梯子、栏杆等安全防护装置。
它可以有效地除去钻井液中大于5-15m的有害固相,保留有用固相,为钻井作业提供优质的钻井液。
常用钻机配套泥浆罐容积
1000米钻机泥浆罐容积不小于80m3
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- 钻机 教材