石油鉆井主要設備技術要求的綜合分析

石油鉆井用的鉆機是一套聯合機組。鉆機由井架、絞車、游車、大鉤、轉盤、鉆井泵、動力機組、聯動機組全套鉆井設備及井控、固控設備、發電機組、液壓和空氣動力等輔助設備等組成。

鉆機的最大井深、最大起重量、額定鉆柱重量、游動系統結構、快繩最大拉力及鋼絲繩的直徑、起升速度及擋數、絞車功率、轉盤開口直徑、轉盤轉速及擋數、轉盤扭矩及功率、泵壓、泵組功率和鉆機總功率等鉆機的基本參數，反映了全套鉆機工作性能的主要數量指標，是設計和選擇鉆機類型的基本依據。

鉆機的提升系統

鉆機的提升系統由絞車、井架、天車、游車、大鉤及鋼絲繩等組成。

井架：

井架由井架的主體、人字架、天車臺、二層臺、工作梯、立管平臺、鉆臺和井架底座等幾個部分組成，主要用于安放和懸掛天車、游車、大鉤、吊環、液氣大鉗、液壓繃扣器、吊鉗、吊卡等提升設備與工具。目前，在國內外石油礦場上使用的井架種類繁多，但就結構型式來講，一般可分為塔型井架和A型井架兩種。

天車和游車：

天車和游車組成提升系統的滑輪系。作為定滑輪的天車改變力的方向，作為動滑輪的游車起省力作用，減輕絞車的負荷，從而使提升系統獲得很大的機械效能。

天車。天車一般是多個滑輪裝在同一根芯軸或兩根軸心線一致的芯軸上。現在的天車大都是滑輪通過滾柱軸承裝在一根芯軸上。芯軸一般是雙支承的，軸的直徑較大，芯軸的一端或兩端有黃油嘴，芯軸里有潤滑油道。潤滑脂從黃油嘴注入，以潤滑軸承。常用的天車有TC—135、TC—130、TC—350、GF—400、TC—450、TC4—315等。

游車。游車的形狀為流線型，以防起下時掛碰二層臺上的外伸物。同時，游車要保證一定的重量，以便它在空載運行時平穩而垂直地下落?，F在，鉆機各型游車都是一根芯軸，滑輪在軸上排成一列，其結構與天車相似。常用的游車有TC—135、YC—130、YC—350、MC—400、YC—450、YC—315等。

大鉤：

大鉤是提升系統的重要設備，它的功用是在正常鉆進時懸掛水龍頭和鉆具，在起下鉆時懸掛吊環起下鉆具，完成起吊重物、安放設備及起放井架等輔助工作。目前使用的大鉤有兩大類。一類是單獨的大鉤，其提環掛在游車的吊環上，可與游車分開拆裝；另一類是將游車和大鉤做成一個整體結構的游車大鉤。為防止水龍頭提環從大鉤中脫出，在鉤口處裝有安全鎖體、滑塊、拔塊、彈簧座及彈簧等構成的安全鎖緊裝置。為懸掛吊環和提放鉆具，鉤身壓裝軸及掛吊環軸用耳環閉鎖，用止動板防止兩支撐軸移動。鉤身與鉤桿用軸銷連接，鉤身可繞軸銷轉一定角度。

絞車：

絞車是構成提升系統的主要設備，是組成一部鉆機的核心部件，是鉆機的主要工作機械之一。其功用是：提供幾種不同的起升速度和起重量，滿足起下鉆具和下套管的需要；懸掛鉆具，在鉆進過程中送鉆和控制鉆壓；利用絞車的貓頭機構上、卸鉆具螺紋；作為轉盤的變速機構和中間傳動機構；當采用整體起升式井架時用來起放井架；當絞車帶撈砂滾筒時，還擔負著提取巖心筒、試油等項工作；幫助安裝鉆臺設備，完成其他輔助工作。常用的JC—50D型絞車為內變速、墻板式、全密閉四軸絞車，JC—45型絞車是五軸絞車，JC—14.5型絞車是三軸絞車。絞車一般由絞車傳動部分、提升部分、轉盤驅動箱部分、控制部分、潤滑部分和剎車機構等組成。

鉆井用鋼絲繩：

鉆機游動系統所用的鋼絲繩稱為大繩。它起著懸吊游車、大鉤及傳遞絞車動力的作用。由于鋼絲繩運動頻繁、速度高、負荷大，并承受彎曲、扭轉、擠壓、沖擊、振動等復雜應力的作用。

鋼絲繩按繩中鋼絲捻成股和股捻成繩的方向來分，通常分為右旋和左旋兩種。按絲捻成股和股捻成繩的方法來分，通常分為順捻（股中鋼絲的捻向與股的捻向相同，一般只作拖拉或牽引繩）、逆捻（股中鋼絲的捻向與股的捻向相反，適用于提升設備）和混捻（鋼絲繩的各股中既有順捻，也有逆捻）三種。

鉆機的旋轉系統

旋轉系統包括轉盤和水龍頭兩大部分，其主要作用是在通過鉆具不斷向井底傳送鉆井液的同時，保證鉆具的旋轉。

轉盤：

轉盤主要由水平軸、轉臺、主軸承、殼體、方瓦及方補心等組成，其主要作用是帶動鉆具旋轉鉆進和在起下鉆過程中懸持鉆具、卸開鉆具螺紋以及在井下動力鉆井時承受螺桿鉆具的反向扭矩。轉盤的動力經水平軸上法蘭或鏈輪輸入，通過錐齒輪轉動轉臺，借助轉臺通孔中的方瓦和方補心帶動方鉆桿、鉆柱和鉆頭轉動；同時，方補心允許方鉆桿軸向自由滑動，實現邊旋轉邊送進。常用轉盤的主要有ZP—520、ZP—271/2、MRL—271/2、ZP—445、ZP—371/2等型號。

水龍頭：

在一部鉆機中，水龍頭既是旋轉系統的設備，又是循環系統的一個部件。它懸掛于大鉤之下，上接有水龍帶，下接方鉆桿。在鉆進時，懸掛并承受井內鉆柱的全部重量，并將鉆柱與水龍帶連接起來，構成鉆井液循環通道。

水龍頭主要由固定、旋轉和密封部分組成。常用的水龍頭有CH—400、SL—450、SL—130、SL—135等型號?，F場使用的兩用水龍頭，是在一般水龍頭的基礎上，增加了旋扣裝置。旋扣裝置由氣馬達、伸縮機構及氣路系統組成，接單根時，由氣馬達通過齒輪帶動中心管旋轉。

鉆機的循環系統

鉆機的循環系統主要包括鉆井泵、地面管匯、鉆井液凈化設備等。在井下動力鉆井中，循環系統還擔負著傳遞動力的任務。

鉆井泵：

鉆井泵常用的安全閥有銷釘式、杠桿銷釘式和彈簧式安全閥三種。銷釘式安全閥是利用不同直徑的銷釘來限制過高泵壓的裝置，當泵壓達到銷釘所限制的壓力時，銷釘被剪斷，鉆井液從閥的泄壓口排出，泵壓回零，從而起到安全保護作用。杠桿銷釘式安全閥使用的銷釘是同一直徑，靠移動銷釘在不同銷孔中的位置來改變力臂距離，從而調節安全閥的壓力，達到限制泵壓的目的。彈簧式安全閥是利用彈簧的作用設計的一種安全閥。

鉆井液凈化設備：

鉆井液凈化設備的主要作用是使從井內返出的鉆井液能得到充分的凈化。鉆井液凈化設備主要包括振動篩、旋流除砂器、離心分離機、除氣器、循環罐和攪拌器等。

鉆機的動力與傳動系統

動力設備和傳動系統是鉆機的兩大組成部分。動力設備提供各工作機需要的動力，而傳動系統則將動力機和各工作機聯系起來，將動力傳遞并分配給各工作機。

動力設備：

目前，鉆機的驅動類型主要有柴油機直接驅動、柴油機—液力驅動、柴油機—（交）直流電驅動和工業電網電驅動四類。我國石油礦場多采用柴油機作動力，即使是電驅動鉆機，它的發電機仍是由柴油機驅動。一些最大的陸地和海洋用深井鉆機一般還是由柴油機來直接的或間接的驅動發電機，然后由電動機帶動鉆機的各個設備或部件。

傳動系統：

由動力機到工作機的傳動系統，有的很簡單，如單獨驅動；有的則比較復雜，有各種并車、變速、倒車機構。不可調速的動力機不能滿足絞車或轉盤的要求，傳動系統就是要解決變速變矩的問題。

鉆機傳動系統的基本功用是將動力機發出的動力分別傳送給各工作機，即絞車、轉盤、鉆井泵等，主要解決增矩減速、變矩變速、并車、正倒車以及傳動脫離或掛合問題。鉆機傳動系統的總體布置有統一驅動（如大慶130型、ZJ45型鉆機）、分組驅動（如車裝鉆機）和單獨驅動（電驅動鉆機）三種形式。傳動系統各傳動部分護罩必須完好，固定牢靠。機房四周欄桿要安裝齊全，固定牢靠，梯子穩固且有光滑的扶手。

電傳動系統（以ZJ50D鉆機電傳動系統為例）：

石油鉆機電傳動系統由多臺柴油發電機組并網發出50Hz、600V的交流電，經SCR傳動柜整流為0V～750V直流電去驅動絞車、轉盤和鉆井泵；經MCC控制柜變交流600V為380V/220V去驅動鉆井輔機及提供井場照明。

鉆機的氣控系統

鉆機的控制系統按控制方式分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電控制及綜合控制等幾種（目前最常用的是氣動控制），氣控系統主要由供氣機構、發令機構、傳令機構、執行機構四個部分組成。主要功能是控制柴油機的啟動、停車、調速和聯動機并車與停車；控制絞車換檔及絞車、轉盤、鉆井泵的啟動與停止；控制絞車、轉盤的轉速和轉動方向；控制滾筒剎車、貓頭的運轉與停止；控制氣動卡瓦、液氣大鉗、氣動旋扣器、頂部驅動裝置等起下鉆操作機械；控制氣動絞車、防碰天車裝置、自動送鉆裝置及井口防噴器裝置；控制空氣壓縮機、發電機、除砂泵、離心泵、攪拌機等裝置；控制井架底座的升降、井架的起、放、緩沖作用。

（作者單位：盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司）