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1、石油大学 石油钻采机械复习题1.钻机组成：旋转、循环、起升、动力、传动系统、控制系统、钻机底座、辅助设备。 2. 三大工作机组：(1)旋转系统-旋转钻具不断破碎岩石。组成：转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头等。 (2)循环系统-清除、携带井底已碎岩屑，润滑井壁，冷却转头。组成：钻井泵、地面管汇、钻井液池、钻井液槽 、钻井液净化设备，调配钻井液设备 。 (3)起升系统-起下钻具、更换钻头、控制钻头送进、完井时下套管等. 组成：主绞车、辅助绞车、辅助刹车、游动系统、井架、吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根. 3.钻机八大件：绞车、转盘、水龙头、天车、游车、大钩、井架、底座. 4.钻机驱动方式 (1)
2、单独驱动：传动简单、安装容易，但功率利用率低、设备总重量大。 N总=N发起+N发泵+N发转+ N发辅 (2)统一驱动：统一驱动的钻机功率高，发动机有故障时可相互调剂，但它的传动复杂,安装调整费事，传动效率低。N总=maxN发起,N发泵+N发转+ N发辅 分组驱动：效率利用率比单独驱动者高，传动比统一驱动简单，还可以将两组工作机安装在不同高度和分散场地上。a.转盘与绞车一组，钻井泵单独: N总= N发泵+ max N发起，N发转+ N发辅 b.转盘单独，泥浆泵与绞车一组: N总= maxN发起，N发泵+N发转+ N发辅 5.钻机的主参数(1)名义钻井深度Lmax：指钻机在规定钻井绳数下用114m
3、m钻杆所能钻达的最大井深。名义钻深范围是指该级钻机能够经济利用的最小井深至最大井深。 (2)最大钩载Qmax ：指钻机在规定的最大绳数下，在解卡和下套管等非常规作业时不允许超过的载荷极限值，包括动载荷在内。 (3)钻机总功率N总 ：为三大工作机组、辅助设备总共配备的功率。 7.转盘的开口直径D盘:指转盘取出大方补心后转台内的通孔直径 。D盘=D钻max+10mm。 消耗功率：带动钻头破岩及克服钻头与井底摩擦所消耗的功率 ;旋转钻杆柱所消耗的功率；旋转地面设备所消耗的功率. 8.泵压：循环管路压力降和钻头喷嘴压力降。即 P泵=P管+P头 ；P管=P杆+P铤+P环+P汇 。 式中：P泵泵压;P管循
4、环管路压降；P杆钻杆(包括接头)内的压力降；P铤钻铤内的压力降;P环环形空间的压力降；P汇地面管汇压力降； P头钻头水眼的压力降；单位MPa。 最大泵压出现在钻井达最大井深时，此时泵使用的是最小直径缸套，为满足喷射钻井的需要必须保证：P头=(1/2 2/3)Pmax 和P管=(1/3 1/2) Pmax ， 即 Pmax =(2 3)P管。前者适用于超深井，后者适用于中深井。 1 9.钻机型号 10现代钻机表征：交流变频驱动、液压盘式刹车、顶部驱动装置、自动送钻系统 1.井架的类型(1)塔形井架 ，深井钻机。特点：横截面为正方形或矩形的四棱截锥体的空间结构。有闭式和开式两种。闭式：井架前扇有大
5、门 ，整个井架主体是一个封闭的整体结构 。总体稳定性好，承载能力大。单件拆卸和运移，内部空间大，起下钻方便安全。开式：前扇有开口，整个井架本体由数段(一般为三段)构架组成，各段均为焊接结构，段与段之间采用螺栓联结。特点：水平分段拆装，整体起放和分段运输 ，拆装方便、迅速、安全。 (2)A形井架 :两个大腿通过天车台 、二层台及附加杆件 连成“A”字形，大腿的前面或后面接有一对撑杆。特点：工作载荷分布均匀，材料利用合理 ，承载能力和稳定性都较好，但其总体稳定性尚不够理想。水平分段拆装、整体起放和分段运输的方法，拆装方便，迅速、安全。钻台宽敞，视野良好。(3)桅形井架 ( 车装钻机、修井机、作业机
6、):横截面为矩形或三角形的空间杆件结构。整个井架是个整体的焊接结构，或是由二三段焊接结构所组成的半可拆结构。 井架向井口方向前倾，绷绳为基本支撑。结构形式分为单柱式和双柱式 ，有的井架还可做成伸缩式或折叠式。 特点：承载能力小；固定在汽车、拖车上，整体运输；安装运输方便。2.井架高度 :指井架的有效高度(从钻台大梁顶面到天车梁底面的垂直高度),由安装设备和立根决定。 3.井架承受垂直载荷:(1)固定载荷：它是不随时间而变动的载荷。包括有：天车重量及井架的自重；绷绳拉力在垂直方向的分力。 (2)变动载荷：随游动系统的有效绳数、死绳的固定位置、屈绳与死绳和井架中心垂直线所成的夹角以及钻井的工作条件
7、各种影响因素而变的载荷。包括：大钩上静载荷、大钩上附加动载荷，快绳与死绳的垂直分力。 水平载荷：风作用在井架上的载荷、靠在指梁上的立根自重的水平分力、风作用在立根排面上的压力、井架绷绳的水平分力 。 4.起升功率影响因素=/K：驱动设备软特性高。传动系统的繁简。单独驱动直接传动的高。起升速度设计合理、挡数较多者高。司钻在起钻操作时及时换挡可提高 。起升离合器储备能力较强，柴油机调速操作配合得好，启动加速快，则值低、高。 6.液压盘式刹车4种功能：工作制动-用开式工作钳在下钻过程中控制速度,转化能量。 驻车制动-用闭式安全钳短时悬停管柱的载荷。 紧急制动-开式钳和闭式钳联合工作,在紧急情况下刹停
8、绞车及管柱。 防碰制动-根据绞车与游车位置给出的信号,游车运行到上、下限位前闭式钳刹车,以保证游车不上碰下砸。 7.液压盘式刹车优点：(1)制动效能稳定，热稳定性和水稳定性均好。(2)刹车灵敏度高，操作轻便，调整、维修方便。(3)散热性能好，受力状态尤佳，比压均匀。(4)结构紧凑，刹车力矩容量大，安全性和可靠性大大提高。 1.水龙头的功用：(1)钻进时悬挂并承受井内 钻柱的全部重量。(2)改变运动方式。(3)作为循环钻井液的通道。 2.顶驱功能：旋转钻进、循环钻井液、起吊钻具、上卸钻柱。 结构：水龙头电机总成、滑动架和导轨、管子处理器、液压和气压控制系统、动力系统和控制系统. 3.顶驱优点 ：
9、节省接单根时间 倒划眼防止卡钻 下钻划眼 人员安全 井下安全设备安全 便于维修 节约泥浆 内部防喷器功能. 2 5.绞车传动原理图 4.钻头类型：刮刀钻头 牙轮钻头 磨铣型钻头 特种钻头。 1.吊卡与卡瓦的区别？吊卡是扣在钻杆接头或套管接箍下面，用来悬持、提升和下入钻杆或套管的工具；卡瓦是放入转盘方瓦中，用来卡住和悬持井中钻柱的工具。 2.井口操作机械化设备： (1)用于卡住管体的动力卡瓦、自动吊卡。(2)用于拧管扣的动力大钳。 (3)用于移运立根的立根排放机构。 3.动力卡瓦设计应考虑：(1)在提升管柱时卡瓦松开并升到一定高度。(2)能平稳地下放卡瓦并卡紧管柱。(3)卡瓦能离开井口而不妨碍钻
10、进。(4)易损件卡瓦牙应便于拆换。 5.防喷器：普通、万能防喷器和旋转防喷器。 1.固控系统组成：密闭罐、净化设备、辅助设备、各种功能型管线等。通过各部的联合使用, 使从井口返出的带有钻屑的泥浆经过逐级净化、配药、加重等程序, 使达到重复利用的性能。 2.主要固控设备工作原理：从井口返出的带有大量钻屑的泥浆经过井口返流管线依次经过振动筛、除气器、除砂器、除泥器、中速离心机、高速离心机的处理, 对泥浆进行逐级净化, 可以较好的去除其中的有害固相, 达到泥浆再循环利用的程度。此时泥浆泵可以直接吸入泥浆, 打入高压管汇, 进入井口, 为钻机进行正常的钻井施工提供保证。 3.双驴头游梁式抽油机在结构、
11、功能上的特点：在游梁后端又装了一个驴头，驴头弧面圆心与游梁摆动中心重合，采用了“变参数四杆机构”的主传动结构。功能：解决了常规机因平衡不佳而能耗大的问题，也解决了固定四杆有“死角”问题，有利于游梁摆角的加大，实现抽油机小结构、大冲程，从而提高整机的综合效率，延长各部件使用寿命。 2.非常规型游梁式抽油机 前置型游梁式异相曲柄旋转驴头游梁式倍增程游梁式双驴头游梁式弯游梁式两级平衡游梁下偏杠铃型游梁复合平衡斜直井抽油机气平衡游梁式双井游梁 3 1.抽油机的基本参数 驴头悬点的最大允许载荷Pmax 悬点最大冲程长度 Smax 悬点最大冲程次数nmax 减速箱曲柄轴最大允许扭矩Mmax 7.游梁式抽油
12、机的平衡 原因：在抽油机未平衡时，上下冲程中发动机和减速器的载荷也是极其不均匀的，严重影响抽油机的四杆机构、减速器和发动机的效率和寿命，恶化抽油杆工作条件，增加了抽油杆断裂次数。 方式：按照平衡重安装的位置分为游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡。 准则：抽油机电动机上下冲程做功相等 悬点上下冲程中减速箱曲柄轴峰值扭矩相等、做功相等 整个冲程中减速箱曲柄轴扭矩均方根值最小 8.扭矩因数：单位悬点载荷在曲柄轴上所产生的扭矩。 TF=AsinaTFV CRsinb=cw1.无杆抽油设备种类：潜油电泵、螺杆泵、水力活塞泵、射流泵、气举泵。 2.潜油电泵组成：潜油电机、保护器、分离器、多级离心泵。 特点：扬程
13、高；可变频调速；地面设备占用面积和空间小；排量范围大；使用寿命长；便于管理。 3.保护器作用：(1)密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机(2)在电泵机组启、停过程中，为电机油的热胀冷缩提供一个补偿油的储藏空间。(3) 通过连接电机驱动轴与泵轴,起传递扭矩的作用(4)保护器内的止推轴承可承受泵的轴向力。 ： 4.水力活塞泵工作原理 下冲程：主控滑阀位于下死点。高压动力液从中心油管经通道a进入液动机下缸，作用在活塞的环形端面上；同时，高压动力液经过通道b进入腔室c，再由通道d进入液动机上缸，作用在活塞上端面上。由于活塞上、下两端作用面积不同而产生压差，使液动机带动泵柱塞向下运动。活塞杆实际上是
14、一个辅助控制滑阀，在杆身的上、下部开有控制槽e和f。当活塞杆接近下死点时，上部控制槽e沟通了主控滑阀上、下端的腔室c和g，使高压动力液由控制槽e进入主控滑阀的下端腔室g。因主控滑阀下端面的面积大于上端面的面积，在高压动力液作用下便产生压差，使主控滑阀推向上死点，从而完成下冲程。(2) 上冲程：主控滑阀位于上死点。过通道a进入液动机下缸。由于主控滑阀堵塞了通道b，使高压动力液不能进入液动机的上缸。液动机上缸通过通道d、主控滑阀中部的环形空间h与抽取的原油相沟通。在液动机上、下缸的压差作用下，液动机活塞带动泵的柱塞向上运动。上缸中工作过的乏动力液和抽取的原油混合后举升到地面。当活塞杆接近上死点时，下部控制槽f使主控滑阀的下腔室和抽取的原油相沟通，主控滑阀便被推向下死点，液动机重新开始转入下冲程，上冲程便结束。 5.螺杆泵优点：尺寸小，质量轻，制造容易，维修方便，运动部件少，排量均匀。 4
