西门子控制系统在石油钻井设备上的应用[精选5篇]

第一篇：西门子控制系统在石油钻井设备上的应用

西门子控制系统在石油钻井设备上的应用

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摘要(Abstract)：本文结合石油钻井设备控制系统的具体实例，概括了利用西门子SIMATIC 300进行系统集成的设计方法。该系统使用STEP 7软件进行编程和调试，通过PROTOOL软件来实现现场的可视化，通过WINCC软件实现数据采集、历史归档和报表打印，实现了冗余备份和远程维护功能。

关键词(Keywords)：数据采集 历史归档 冗余备份 远程监控 引言

该项目使用SIMATIC控制系统应用在ZJ30DB、ZJ50DB变频电动钻机上。我公司为由四家企业组成的中外合资企业。公司以科技为先导，主要生产石油钻井设备及其配套设备、电气控制系统、工程环保项目等。

选用西门子SIMATIC 300系列CPU作为变频电动钻机的控制核心，PLC与变频器的通讯采用Profibus总线。由于高可靠性及野外操作对维修带来的复杂性要求，系统具有冗余备份和远程监控功能。系统介绍

该钻井设备布置分为五个区域:钻台区、泵房区、动力及电传动区、固控区、油罐区。钻台区布置有绞车、转盘、顶驱、司钻室、司钻偏房等，为危险作业区，整个区域的电气均要求防爆。泵房区布置有泥浆泵组、电动灌注系统及钻井液管汇;动力及电传动区布置有柴油发电机房、气源净化装置房、辅助发电机房和电控房;固控区布置有泥浆循环罐、泥浆净化设备及套装水罐;油罐区包括油罐、泵、管线。由于钻台区为危险防爆区域，按照国际及国家有关标准，其他区域距离井眼的长度至少在50米以上。整套PLC控制系统分别布置在电控房和司钻室，其中电控房内包括两台相互冗余的CPU和一套ET200M，司钻室包含一套ET200M。电控房内布置有:PLC控制柜、发电机柜、整流柜、VFD柜及MCC柜。司钻室集钻机机电、气、液控制于一体，除了包含一套ET200M的电控柜外还包括主控制台和辅助控制台，具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、声光报警、故障指示等。控制系统可以完成对5台600kW以上电机(其中包括3台泥浆泵电机、1台绞车机和1台转盘电机)的控制和相互之间的联锁控制;还包括对发电机柜、整流柜及钻台传感器的数据采集、控制和报警、故障显示。在钻井过程中，对绞车和转盘的可靠性要求较高，如果绞车或转盘发生故障，在短时间内不能修复，则有可能造成井壁坍塌的大事故，因而系统具有冗余备份的功能。控制系统构成

控制站具有冗余备份功能，由两个SIMATIC CPU 315-2DP模块构成;采用ET200M将现场输入输出点通过Profibus总线连接到控制站，并通过Profibus总线与5台ABB变频器通讯;经理室采用SIMATIC WINCC 软件通过S7协议与控制站通讯;并在控制站通过MPI口外接SIMATIC TC35T以实现远程维护。系统功能

整套钻机的钻井工艺概况如下:

绞车装置主要用于起升、下放井架、底座、大钩及钻杆;转盘装置用于钻杆的上扣、下扣以及旋转钻杆带动钻头切削岩石;泥浆泵装置将高压泥浆通过管汇注入钻头，不仅起润滑、冷却钻头的作用，还将夹杂着岩石碎屑的泥浆带回泥浆净化系统以便重新使用。

整个钻机系统的功能主要包括:

(1)通过Profibus总线，实现S7-300 CPU与ABB变频器之间的通讯，以完成对相应电机的控制。根据传递参数数量确定PPO类型, 编写相应的通讯程序。对关键钻井工艺过程实现安全联锁，若发生故障，在操作台面板上给出声光报警, 并在MP370显示面板上给出报警或故障提示。

(2)泥浆泵控制:操作员操作司钻室的面板通过ET200M的Profibus-DP将信号传递到控制站S7-300 CPU模块，控制三台泥浆泵的风机、喷淋泵、泥浆泵主电机的启动、停止、速度给定以及相关的联锁保护。由于电机功率较大，要求强制风冷。泥浆泵风机启动后，当其风压开关闭合即建立风压时，方可启动泥浆泵主电机。

(3)绞车控制:使用脉冲编码器通过FM350模块计算大钩高度，对最高位、最低位进行限位，防止“上碰下砸”;具有“自动控制”功能，可根据速度给定手柄的位置确定是否处于自动区域(手柄全行程的0～20%，80%～100%)，处于自动区域可自动控制大钩的运行速度以及停止位置;可选择高速、低速、超低速三种速度选择范围以适应不同工况;在起升、下放井架、底座时由于负载重量比较大，使用“超低速”速度选择方式(0～60rpm)，而且在起升、下放时，系统具有能耗制动功能，使得操作平稳、可靠。

(4)转盘控制:采用Profibus-DP协议通讯，可控制转盘变频器的速度给定值、扭矩限定值，并给出变频器过流、过压报警。

(5)软件冗余:当由于供电单元、背板总线、主站、硬件或软件引起的CPU发生故障、冗余备份总线电缆、冗余从站接口通讯中断或冗余从站接口发生故障时，通过SIMATIC Software Redundancy软件-简单的软件机制就可使一个发生故障的主CPU由冗余CPU接管过来，这对主备系统切换时间要求不高、而采用冗余备份系统或其他特殊高可靠性系统不是绝对必要(从性价比方面考虑)的系统是比较适合的。采用这种软件冗余备份方法，可有效地提高系统的可靠性;

(6)远程监控:通过GSM无线通讯网络可实现远程监控。由于石油钻井设备应用现场的特殊性(可靠性要求高，生产现场比较偏僻、环境恶劣)，现场服务不可能迅速快捷，维修成本相应较大。在远程终端通过SIMATIC TELESERVICE 软件，可在线实时分析故障原因并实现远程软件升级。这样可更有效地使用资源、提供快捷服务、大大较少维修费用和维护时间、增强了设备的经济性;

(7)人机界面:两个人机界面显示面板分别设置在电控房和司钻室。通过PROTOOL软件组态, 显示设备运行状态以及各个电机的运行逻辑状态，监控现场设备的运行，设有故障页显示, 便于故障定位和维护。

(8)历史归档及报表打印:由设置在经理室的PC机完成。采用SIMATIC WINCC软件编制，使用Microsoft公司的SQL SERVER作为数据库管理的工具，VISUAL C实现对历史归档数据的查询、动态画面的组态，可实现报表、趋势、报警打印功能，为管理人员分析数据提供帮助。结束语

整套系统实现了钻井设备的分布式集中控制。设置在电控房内的S7-300 CPU，通过现场的分布式I/O模块采集设备状态、控制现场设备的运行，具有复杂程序控制和常规联锁保护功能，并通过两台显示面板实现现场设备的运行状况的可视化，系统还具有历史归档和报表打印功能，使整个系统具有较强的技术优势和竞争力。

由于方案是初次使用西门子公司的PLC控制系统，整个系统的通讯采用Profibus电气网络，系统中的司钻室距离电控房较远(60m)，系统初始设置通讯速率为1.5Mbps，但在现场调试过程中发现设置在司钻室的分布式I/O从站时常有通讯中断现象，而按照设计要求位于总线终端的中继器和总线连接器的终端电阻都置于“ON”位置。这让现场调试、故障查找及排除花费了较长时间。但按照手册查找，通讯速率应可达12Mbps，系统中设置通讯速率为1.5Mbps通讯应该可靠，但将波特率降低至500kbps，系统长时间运行安全可靠，再无通讯故障现象发生。这说明系统的通讯质量存在问题。经分析，从电控房到司钻室的通讯线受到动力线的干扰较大。

如何根据网络的拓补结构、总线的硬件连接情况确定系统可靠安全运行的通讯速率以及如何优化，这些困扰摆在我们面前。目前，西门子公司已推出用于检测Profibus 系统通讯质量的专用仪器，根据监测结果来改善拓补结构和硬件接线，便于设备安装、调试、故障定位与维护;另外，从性价比方面考虑，采用光纤通讯也是一种可行方案。从现场设备的调试和运行情况来看，SIMATIC PLC控制系统的可靠性和灵活性有目共睹，相信我们会有更多的设备来使用SIMATIC控制系统。(

第二篇：石油钻井主要设备（xiexiebang推荐）

石油钻井主要设备、设施及其使用安全技术要求

发布时间：2010-02-07 05:35:36 查看：5次 字体：【大 中 小】

石油钻井用的钻机是一套联合机组。钻机由井架、绞车、游车、大钩、转盘、钻井泵、动力机组、联动机组全套钻井设备及井控、固控设备、发电机组、液压和空气动力等辅助设备等组成。

钻机的最大井深、最大起重量、额定钻柱重量、游动系统结构、快绳最大拉力及钢丝绳的直径、起升速度及挡数、绞车功率、转盘开口直径、转盘转速及挡数、转盘扭矩及功率、泵压、泵组功率和钻机总功率等钻机的基本参数，反映了全套钻机工作性能的主要数量指标，是设计和选择钻机类型的基本依据。因为钻机从动力机到各个工作机或井底钻具之间有着不同的能量转换方式和传递路线，它的传动与控制系统比较复杂，因此，如何提高钻机操作的机械化和自动化水平一直是人们研究的一个重要课题。在生产过程中，钻机一般是在旷野、山地、沙漠、沼泽及水上、海上进行流动作业，其工作场所多变，要求钻机要具有高度的运移性，即拆装容易、部件的尺寸、重量都要在通用的汽车和吊车的工作范围之内，并适应在野外检修和更换易损件的要求。

一、钻机的提升系统

钻机的提升系统由绞车、井架、天车、游车、大钩及钢丝绳等组成。

(一)井架

井架由井架的主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井架底座等几个部分组成，主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。目前，在国内外石油矿场上使用的井架种类繁多，但就结构型式来讲，一般可分为塔型井架和A型井架两种。

塔型井架是从井架底座往上分层一次性组装完成的，依其前扇结构是否封闭，又可分为闭式和开式两类。闭式塔型井架的主要特征是：井架的横截面为正方形，立面是梯形。为了工作方便，在井架的前扇下部装有大门，因而前扇下部不能封闭，但是整个井架主体仍是一个封闭的整体结构，所以它的总体稳定性好，承载能力大。其缺点是拆装井架必须高空作业，安全系数小，拆装时间长。此类井架多用于深井钻机和海洋钻机。开式塔型井架的主要特征是：主体是由3—5段构架组成，各段均为焊接结构，段与段之间采用螺栓、销子或公母锥座螺栓等连成一体。这种井架采用分段地面拆装、整体起放和分段运输的方法，拆装方便、迅速、安全。一般多用于中深井钻机。

A型井架是从地面分段，在地面组装完成后，再用绞车、动力液压缓冲等辅助设施一次性起升完成。A型井架的主要特征是：从总体结构形式看，整个井架是由两个构架式或管柱式的大腿靠天车台和井架上部的附加杆件与二层台连接成“A”字形的空间结构，大腿前面和后面装有撑杆，以便起升和支撑井架用。A形井架的两个大腿可分为3～5段，并用螺栓连接成一个整体，因而整个井架可在地面分段拆装、分段运输和整体起放，方便而安全。由于这种井架主要靠两条大腿承载，承受载荷时能均匀分布，而每条大腿又是封闭的整体结构，所以承载能力和稳定性都较好，但其总体稳定性较差。

除了对井架要定期检测以外，井架的使用安全技术要求主要有：

(1)要经常教育职工爱惜井架，合理使用井架，做好对井架的保养维护，时刻保持井架完好。井架在起升之后和下放以前，要进行彻底的检查，以证实没有部件发生变形和所有的螺栓齐全紧固并配备合适的锁定垫圈。没有办理安装质量验收和交接手续的井架不能使用。

(2)上下绞车时，必须由井队干部负责指挥，力求达到平稳施工。(3)钻井队要定期、定人、定部位对井架进行检查和维护。定期检查要求每个白班和下套管前各进行一次。定人检查要求每个班的井架工负责检查。定部位检查要求每个井架工各承包一部分井架结构进行检查。在风、雨多发季节，钻井队要班班对井架绷绳及绷绳坑进行检查。对天车、猴台、指梁，死绳固定器、转盘、钻机、钻杆盒大梁、立管台、二层台的固定情况，由井队安全员每周检查一次。对查出的问题，要立即组织整改。

(4)不准随便割、拆、换井架的横梁、拉筋、螺丝、卡子、零件、附件。(5)下套管之前对井架进行全面检查、整改，钻具要分立两边矗立，尽可能使井架受力平衡。要封闭好指梁，防止大绳进入。下完套管时，若发现井架无安全保障，应立即将套管坐在转盘上，停止活动套管。注：1500米以上钻具必须分靠井架两边，以防一边立钻具造成井架扭曲，没有猴台的立即整改安装。

(二)天车和游车

天车和游车组成提升系统的滑轮系。作为定滑轮的天车改变力的方向，作为动滑轮的游车起省力作用，减轻绞车的负荷，从而使提升系统获得很大的机械效能。

1．天车

天车一般是多个滑轮装在同一根芯轴或两根轴心线一致的芯轴上。现在的天车大都是滑轮通过滚柱轴承装在一根芯轴上。芯轴一般是双支承的，轴的直径较大，芯轴的一端或两端有黄油嘴，芯轴里有润滑油道。润滑脂从黄油嘴注入，以润滑轴承。常用的天车有TC—135、TC—130、TC—350、GF—400、TC—450、TC4—315等。

在天车工作前，必须有专人检查天车轮的灵活性。各滑轮的转动应灵活，无阻滞现象。当转动一个滑轮时，其相邻滑轮不应随着转动。所有连接必须固定牢靠，不得有松动现象。各滑轮轴承应定期逐个注满润滑脂。天车轴及天车层底座应固定牢靠；护罩和防条绳应齐全完好，固定牢靠。当出现顿钻或提断钻具等事故时，应仔细检查钢丝绳是否跳槽。滑轮槽严重磨损或偏磨时，应视情况换位使用或更换滑轮。轴承温度过高、发出噪声或滑轮不稳和抖动时，应及时采取降温措施和更换润滑脂或更换磨损的轴承。滑轮有裂痕或轮缘缺损时，严禁继续使用，应及时更换。

2．游车

游车的形状为流线型，以防起下时挂碰二层台上的外伸物。同时，游车要保证一定的重量，以便它在空载运行时平稳而垂直地下落。现在，钻机各型游车都是一根芯轴，滑轮在轴上排成一列，其结构与天车相似。常用的游车有TC—135、YC—130、YC—350、MC—400、YC—450、YC—315等。

在游车工作前，应检查各滑轮是否旋转灵活及各连接部件是否紧固。在工作时，因为每个滑轮转动圈数不一，滑轮应定期“掉头”使用，以使滑轮的磨损情况趋于平衡。每周应将游车直放到钻台上仔细保养一次。保养时应检查下列内容：各条油路是否通畅；钢丝绳是否碰磨护罩；各固定螺栓有无松动；焊接钢板的焊缝有无裂纹等。各轴承应每周注润滑油一次，注油时注至少量油脂挤出轴承外面为止。冬季，在寒冷地区，应使用防冻润滑脂。搬运游车时，应用起重机吊挂上横梁顶部的游车鼻子，不允许放在地面上拖运。

(三)大钩

大钩是提升系统的重要设备，它的功用是在正常钻进时悬挂水龙头和钻具，在起下钻时悬挂吊环起下钻具，完成起吊重物、安放设备及起放井架等辅助工作。目前使用的大钩有两大类。一类是单独的大钩，其提环挂在游车的吊环上，可与游车分开拆装，如DG—130型大钩；另一类是将游车和大钩做成一个整体结构的游车大钩，如MC—400型游车大钩。为防止水龙头提环从大钩中脱出，在钩口处装有安全锁体、滑块、拔块、弹簧座及弹簧等构成的安全锁紧装置。为悬挂吊环和提放钻具，钩身压装轴及挂吊环轴用耳环闭锁，用止动板防止两支撑轴移动。钩身与钩杆用轴销连接，钩身可绕轴销转一定角度。常用的大钩有DC—130、DG—350、MC—400、MC—200等。

(四)绞车

绞车是构成提升系统的主要设备，是组成一部钻机的核心部件，是钻机的主要工作机械之一。其功用是：提供几种不同的起升速度和起重量，满足起下钻具和下套管的需要；悬挂钻具，在钻进过程中送钻和控制钻压；利用绞车的猫头机构上、卸钻具螺纹；作为转盘的变速机构和中间传动机构；当采用整体起升式井架时用来起放井架；当绞车带捞砂滚筒时，还担负着提取岩心筒、试油等项工作；帮助安装钻台设备，完成其他辅助工作。常用的JC—50D型绞车为内变速、墙板式、全密闭四轴绞车，JC—45型绞车是五轴绞车，JC—14．5型绞车是三轴绞车。绞车一般由绞车传动部分、提升部分、转盘驱动箱部分、控制部分、润滑部分和刹车机构等组成。

绞车的刹车机构由控制部分(刹把)、传动部分(刹车曲轴)、制动部分(刹带、刹车鼓)、辅助部分(平衡梁)和刹车气缸等组成，它的任务是控制下放速度或停止被下放载荷所带动的滚筒的旋转速度，以达到调节钻压、送进钻具、悬挂钻具的目的。为此，要求刹车装置能平稳送钻、灵活省力和安全可靠。

绞车的辅助刹车机构有水刹车和电磁刹车两种。电磁刹车又可分为感应式电磁刹车和磁粉式电磁刹车。影响水刹车制动力矩的主要因素有：水刹车尺寸愈大，则制动力矩愈大；叶片越多，则制动力矩越大；水刹车转子转速越高，则水的流量越大；水刹车内液面越高，则制动力矩越大。所以，现场一般采用分级调水位的办法，来改变制动力矩的大小。使用水刹车时的安全技术要求主要有： 电磁刹车的尺寸和外型跟水刹车类似，它跟滚筒轴的连接方法也相同。当交流电通过整流器(变成直流电)和变阻器(改变和控制电流)通至电磁刹车线圈时，线圈变成电磁铁而产生磁场，旋转的转子通过磁场，在转子里面产生涡流电，从而在线圈和转子之间产生阻力(制动力)刹车。阻力的大小直接随电流的大小而变化。司钻通过调节变阻器来控制电流的大小，改变电磁刹车的制动力矩。防碰天车装置是控制顶天车的一套应急刹车系统。常用的防碰天车装置有两种形式：一种为重锤式；另一种为过卷阀式。重锤式防碰天车工作原理：在天车以下的适当位置通过井架安装一根直径6．4mm钢丝绳作为限位绳，其下端用一只三通气开关与重锤相连，重锤与提环相连，提环与2．5～3mm开口相连，开口销与限位绳相连。当游车上行碰到限位绳时，重锤与提环上的开口销脱落使气开关工作，常开继气器切断高、低速离合器气源，同时高压气直接进入刹车汽缸紧急刹车，使游车不能继续上行。过卷阀式防碰天车工作原理：过卷阀固定在绞车前部滚筒上部的绞车横梁上，横梁上有滑动槽，过卷阀可在滑动槽内左、右移动。当滚筒在缠绳过程中缠至游车相应升高到某一限定的高度时，缠在滚筒上的钢丝绳就会碰上过卷阀的套筒，套筒带动球杆偏摆，使过卷阀的气路接通。一路气进入司钻控制台内的常开两用继气器，使常开两用继气器关闭，这样就切断了滚筒高、低速离合器的气源，离合器通过快速放气阀放气，使滚筒停止工作。另一路气经换向阀和快速放气阀，进入刹车汽缸，带动刹把下落，刹住滚筒，使游车停止上升，避免碰撞天车。

绞车的使用安全技术要求主要有：

(1)下钻时，为节约时间，合理地利用绞车功率，应根据大钩负荷，按规定选择合理的起升速度和挡位。

(2)链条是绞车的主要传动件，更换链条时应整盘更换。(3)挂合换档离合器时，动作要平稳，严禁猛烈撞击。(4)绞车传动轴未停止转动前不得改变传动方向。(5)挂合气胎离合器时动作要平稳。

(6)在上提钻具的过程中需要刹车时，必须先摘开低速或高速气胎离合器。(7)下钻过程中严禁用水或油浇刹车鼓，以免造成刹车鼓龟裂或刹车失灵。(8)起下钻前应先检查防碰天车。

(9)绞车运转过程中护罩必须整齐、装牢，严禁在运转过程中从事加注润滑脂或润滑油等进入绞车内部或靠近运转部位的作业。

(10)刹把在40～50°应能刹住。在负载条件下不得调节刹带。

(11)遇到游车下放速度过慢、刹带离不开刹车毂的情况时，应设法调节，但不允许用撬杠撬刹带。

(12)每班应检查一次活绳端固定情况。

(五)钻井用钢丝绳

钻机游动系统所用的钢丝绳称为大绳。它起着悬吊游车、大钩及传递绞车动力的作用。由于钢丝绳运动频繁、速度高、负荷大，并承受弯曲、扭转、挤压、冲击、振动等复杂应力的作用。

钢丝绳按绳中钢丝捻成股和股捻成绳的方向来分，通常分为右旋和左旋两种。按丝捻成股和股捻成绳的方法来分，通常分为顺捻(股中钢丝的捻向与股的捻向相同，一般只作拖拉或牵引绳)、逆捻(股中钢丝的捻向与股的捻向相反，适用于提升设备)和混捻(钢丝绳的各股中既有顺捻，也有逆捻)三种。

钢丝绳由于承受复杂应力的作用，而且这些应力与滑轮和滚筒直径、钢丝绳结构、钢丝绳润滑和操作条件密切相关。因此，使用时要满足其破断拉力和安全系数的要求(表2—1，表2—2)。

表2—1 钻井用钢丝绳安全系数表

表2—2 常用钢丝绳破断拉力表

钢丝绳有一整股断裂或在一节距上断丝数量达到报废标准时，应予以更换，见表2—3。

表2—3钢丝绳报废标准表

钢丝绳的使用安全技术要求主要有：

(1)待用的钢丝绳必须缠绕在滚筒上。倒出时必须绷紧，避免打结。弯曲的钢丝绳应用人力拉直，禁止用锤子或其他工具敲击。

(2)使用时勿使钢丝绳与井架任何部位相摩擦。

(3)切割钢丝绳时，应先用软铁丝绑好两端，再用气割或剁绳器切断。(4)卡绳卡时，两绳卡之间的距离应不小于绳径的6倍。特殊绳头卡固，可根据情况调整距离。

(5)绞车大绳每周应检查一次润滑状态，如浸油麻芯被挤出时，应立即换用新的钢丝绳。

(6)大绳在绞车滚筒上必须始终排列整齐(最好使用钢丝绳排绳器)。(7)大绳加载操作要平稳柔和，以减少钢丝绳所受的冲击载荷。(8)倒大绳时，应使新绳从滚筒上旋转下放，不允许钢丝绳扭劲。(9)井深超过2000m以后，每次下钻前，要检查大绳的断丝和磨损情况。

二、钻机的旋转系统

旋转系统包括转盘和水龙头两大部分，其主要作用是在通过钻具不断向井底传送钻井液的同时，保证钻具的旋转。

(一)转盘

转盘主要由水平轴、转台、主轴承、壳体、方瓦及方补心等组成，其主要作用是带动钻具旋转钻进和在起下钻过程中悬持钻具、卸开钻具螺纹以及在井下动力钻井时承受螺杆钻具的反向扭矩。转盘的动力经水平轴上法兰或链轮输入，通过锥齿轮转动转台，借助转台通孔中的方瓦和方补心带动方钻杆、钻柱和钻头转动；同时，方补心允许方钻杆轴向自由滑动，实现边旋转边送进。常用转盘的主要有ZP—520、ZP—271／

2、MRL—271／

2、ZP—445、ZP—371／2等型号。使用转盘前，应按规定检查机油的油质、油量，并使其符合要求。转盘启动前，其锁紧装置上的操纵杆或手柄应不在锁紧位置。启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠。启动转盘要平稳操作，启动后要检查转台是否跳动，声音是否正常。每班应至少检查一次转盘的固定情况。在钻进和起下钻过程中，应避免猛蹩、猛顿，严禁使用转盘崩扣。新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一次。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂。

(二)水龙头

在一部钻机中，水龙头既是旋转系统的设备，又是循环系统的一个部件。它悬挂于大钩之下，上接有水龙带，下接方钻杆。在钻进时，悬挂并承受井内钻柱的全部重量，并将钻柱与水龙带连接起来，构成钻井液循环通道。

水龙头主要由固定、旋转和密封部分组成。常用的水龙头有CH—400、SL—450、SL—130、SL—135等型号。现场使用的两用水龙头，是在一般水龙头的基础上，增加了旋扣装置。旋扣装置由气马达、伸缩机构及气路系统组成，接单根时，由气马达通过齿轮带动中心管旋转。

新水龙头使用前必须按高于钻进中最大工作压力1～2MPa的泵压试压15min，以不滋、不漏为合格。水龙头在搬运过程中，中心管必须带护丝。使用前，应按油池的油尺标记加足机油，并对冲管盘根盒和上、下机油盘根盒、提环销加注润滑脂，并检查上、下盘根盒压盖、冲管盘根盒是否上紧，用链钳转动中心管，确认无阻卡后方可使用。使用新水龙头或长期停用的水龙头时，必须先慢后快，用Ⅰ档启动转盘，待转动灵活后再提高转速。对新的水龙头或修理后第一次使用的水龙头，在使用满200h后应更换润滑油。工作中，每班应检查一次油位，并使之不得低于油标尺的最低刻度线。每两个月应更换一次润滑油。工作中，应在没有泵压的情况下，每班加注一次黄油。在水龙头运转过程中，要随时检查冲管密封盘根盒处是否刺漏钻井液、机油盘根处是否溢漏机油、水龙头壳体是否温度过高(油温不得超过70℃)、冲管螺纹压帽是否上紧、鹅颈管与水龙带连接油壬是否刺漏。接单根或起钻前，应检查冲管盘根磨损情况及盘根压帽的松紧程度。快速钻进或严重跳钻时，应检查鹅颈管法兰连接螺栓的固定情况。现在，石油钻井已部分使用顶部驱动钻井系统。顶部驱动钻井系统是集转盘、水龙头为一体，用电动钻机作旋转钻井动力，并能随提升系统而升降的钻井旋转系统，是对转盘钻井的一次重大改进。具有转盘钻无可比拟的优点，如可接立柱钻进、减少2／3的接单根时间、能倒划眼和下钻划眼、起钻时可旋转钻杆和继续循环钻井液、钻柱可顺利取出缩径井段、可以不接方钻杆即可钻过桥塞点和缩径点、上、卸扣扭矩得到控制、采用钻井电机接卸钻杆和钻进、操作人员只需打背钳、钻台上只有平稳旋转的钻杆、起下钻时在井架内任何高度的位置随时都可以将主驱动轴同钻柱上扣和关井等。

三、钻机的循环系统

钻机的循环系统主要包括钻井泵、地面管汇、钻井液净化设备等。在井下动力钻井中，循环系统还担负着传递动力的任务。

(一)钻井泵

钻井泵的作用是为钻井液的循环提供必要的能量，以一定的压力和流量，将钻井液输进钻具，完成整个循环过程。常用的钻井泵有NB—600、2PN—1258、3NB—900、3NB—1000、SJ3NB—1300、3NB—1300、3NB—1600型等，前两个是双缸双作用泵，后三个是三缸单作用泵。

目前使用最广泛的钻井泵的空气包是球形隔膜式预压空气包。空气包的作用是减小因钻井泵瞬时排量变化而产生的压力波动，使泵压平稳，保护设备不致因剧烈震动而造成损坏。空气包胶囊内要求充氮气或惰性气体，在没有氮气或惰性气体的情况下可用空气代替，严禁充入氧气或可燃气体。充气压力为最高工作压力的20％～30％。

钻井泵常用的安全阀有销钉式、杠杆销钉式和弹簧式安全阀三种。销钉式安全阀是利用不同直径的销钉来限制过高泵压的装置，当泵压达到销钉所限制的压力时，销钉被剪断，钻井液从阀的泄压口排出，泵压回零，从而起到安全保护作用。杠杆销钉式安全阀使用的销钉是同一直径，靠移动销钉在不同销孔中的位置来改变力臂距离，从而调节安全阀的压力，达到限制泵压的目的。弹簧式安全阀是利用弹簧的作用设计的一种安全阀。当泵压超过弹簧的压力时，弹簧被压缩，泄压口被打开，钻井液从泄压口排出，泵压下降。当泵压降至低于弹簧压力时，阀门在弹簧力的作用下自动关闭。调节弹簧压力的大小，就可达到限制不同泵压的目的。安全阀在安装时，所有螺丝必须安装齐全，紧固牢靠。泄水管应固定牢，并使用管径不小于60mm的无缝钢管，出口弯度应大于150°，严禁指向工人经常工作和走动的地方。安全阀销钉规格必须符合标准，不得以其他材料代替。弹簧式安全阀应按照限压标准调试合格。安全阀及泄水管不得堵塞。严禁以任何借口不装安全阀。开泵前应检查安全阀是否符合使用要求。开泵时，泵房人员必须远离安全阀及泄水管。冬季开泵前应对安全阀及泄水管进行预热。每口井开钻前，必须将安全阀拆下保养，以防锈死。对安全阀应定期校验。

开泵前，除了要检查安全阀和压力表以外，应检查各连接螺丝是否上紧，润滑油是否加够；高低压管汇各种闸门是否开关正确；皮带轮(链轮、万向轴)护罩的固定是否齐全、牢靠；冷却水(油)道是否畅通；空气包所充气体及压力是否符合要求。开泵时，必须与有关操作人员联系，确认无误操作人员要密切注意泵压表的压力变化，循环未正常前不许离开气开关。非工作人员应离开泵房。工作人员应离开危险区域。在运转过程中，要经常检查泵压表的变化，检查泵各部位有无响声，经常检查十字头滑板油孔及拉杆盘根冷却润滑流道是否畅通，观察拉杆盘根有无刺漏现象，并检查活塞和进、排水阀有无刺、漏现象。开泵后因出现故障若要修泵时，须摘开带泵离合器，挂标示牌或有专人监护气开关，以免误操作。在运转中，各轴承部位温度最高不得超过80℃。修泵时，应关闭高压闸门，防止钻井液倒流堵塞钻头水眼。

(二)钻井液净化设备

钻井液净化设备的主要作用是使从井内返出的钻井液能得到充分的净化。钻井液净化设备主要包括振动筛、旋流除砂器、离心分离机、除气器、循环罐和搅拌器等。

四、钻机的动力与传动系统

动力设备和传动系统是钻机的两大组成部分。动力设备提供各工作机需要的动力，而传动系统则将动力机和各工作机联系起来，将动力传递并分配给各工作机。

(一)动力设备

目前，钻机的驱动类型主要有柴油机直接驱动、柴油机—液力驱动、柴油机—(交)直流电驱动和工业电网电驱动四类。我国石油矿场多采用柴油机作动力，即使是电驱动钻机，它的发电机仍是由柴油机驱动。一些最大的陆地和海洋用深井钻机一般还是由柴油机来直接的或间接的驱动发电机，然后由电动机带动钻机的各个设备或部件。

柴油机的启动、运转和停车安全要求主要有：

(1)柴油机的启动：打开气源阀门，将油门手柄大约调到怠速范围内；按下自动停车扳杆手柄，使自动停车装置拨叉与齿条上的档块脱开，使油泵齿条处于供油位置；按下启动按钮，预供油泵开始泵油，当油压达到规定的压力时使气马达运转，驱动柴油机启动。每次启动时间不得超过15s。如三次不能启动，则应查明原因；启动后，应立即松开启动按钮，并用停车手柄控制齿条，以免转速瞬时上升；待柴油机转速调到怠速正常后，松开自动停车手柄，关闭气源阀门，并观察仪表所指示的参数；用电马达启动时，首先用手动预供油泵泵油，按下启动按钮，使马达带动柴油机点火启动(每次启动时间不得超过5s，如三次不能启动，应查明原因)。

(2)柴油机的运转：柴油机启动后应先空载运行，并检查机油压力及水泵供水是否正常；柴油机外观状况不得有漏油、漏水、漏气现象，所有零件固定牢固；排气管及呼吸器排烟正常，无异常声响；柴油机带上负荷后，即投入了正常运转。这时应注意仪表板上各仪表的数值；柴油机连续长时间使用时，负载不得超出规定的持续功率；当连续运行不超过12h时，负载不得超过规定的标准功率；新机初期运行50h后，应更换全部机油并清洗油底壳和机油滤清器。

(3)柴油机的停车：停车的具体步骤是卸去负荷，逐渐降低转速，怠速运转约5min，使各部分慢慢冷却到40℃以下，再将停车手柄扳到停车位置。正常情况下严禁带负荷停车。冬季停车后，若长时间不用，应适时放掉冷却水；若环境温度低于机油凝固点时，也应放出机油。在特殊情况下紧急停车后，应立即打开气缸盖放气螺塞，用人力盘车2～3圈。

(二)传动系统

由动力机到工作机的传动系统，有的很简单，如单独驱动；有的则比较复杂，有各种并车、变速、倒车机构。不可调速的动力机不能满足绞车或转盘的要求，传动系统就是要解决变速变矩的问题。

钻机传动系统的基本功用是将动力机发出的动力分别传送给各工作机，即绞车、转盘、钻井泵等，主要解决增矩减速、变矩变速、并车、正倒车以及传动脱离或挂合问题。

钻机传动系统的总体布置有统一驱动(如大庆130型、ZJ45型钻机)、分组驱动(如车装钻机)和单独驱动(电驱动钻机)三种形式。

传动系统各传动部分护罩必须完好，固定牢靠。机房四周栏杆要安装齐全，固定牢靠，梯子稳固且有光滑的扶手。

(四)电传动系统(以ZJ50D钻机电传动系统为例)

石油钻机电传动系统由多台柴油发电机组并网发出50Hz、600V的交流电，经SCR传动柜整流为0V～750V直流电去驱动绞车、转盘和钻井泵；经MCC控制柜变交流600V为380V／220V去驱动钻井辅机及提供井场照明。

电传动系统的使用安全技术要求主要有：(1)应随时检查SCR房、MCC房内的制冷设备运转情况，确保房内温度不高于27℃，以免各电器元件因温度升高而失灵或损坏，环境温度+20℃时，相对湿度不大于90％。

(2)周围环境中不应有过量的酸、碱、盐、腐蚀性气体和爆炸性气体；(3)SCR房重22T，MCC房重18T，吊装时必须用两台吊车从房子两端抬着吊装，以免房子变形使房内电器件受损。

(4)3台发电机组及SCR房就位后，各房之间要连接好活动翻版以防雨雪，每个房内必须配备灭火器和应急灯，安装符合防爆要求的电气线路和照明灯。(5)管线槽要铺设整齐，电缆线、气管线、水管线要平整，对应连接，不得接错。

(6)经常检查螺钉紧固部位是否正常。

(7)定期清理母线与支撑件(地线)间、插头座的插针间和SCR的散热器上的灰尘。

(8)平时要注意检查保护电路是否正常。(9)定期检查和清理电动机的空气过滤器和碳刷。

(10)每班必须检查开关、指示灯是否正常；熔断器是否正常；风机和空调是否工作正常；发电机负荷分配是否均衡。

(11)每月应检查所有接线端子的螺钉是否松动；导线有无磨破；保护电路是否正常；

电接点处有无异常现象；继电器工作是否正常；清除柜内的灰尘情况。(12)每年应停电进行一次全面检查

(13)当发电机组不运行时，务必将发电柜上的“运行”开关旋至“停机”位置，以保证蓄电池不致放电。特别是钻机搬运过程中，必须保证“运行”开关处在“停机”位置。

司钻电控台的使用安全要求主要有：

(1)一般情况下不要打开箱门。遇到阴雨潮湿的天气时，可打开加热器，使司钻电控台内保持干燥。每隔一段时间检查司钻电控台的密封情况、元器件的锈蚀情况、仪表板上指示灯的好坏，发现问题及时排除。

(2)绞车、钻井泵一般采用双电机方式工作，仅在某电机或相应的传动箱有故障时才可单电机工作。(3)转盘不能双电机工作。根据需要，司钻可以随时改变转盘最大扭矩限制值。将“转盘扭矩限制”旋钮转到不同位置，使转矩限制值在额定转矩值范围内调节，“转盘转矩表”指示出相应的工作转矩电流值。

(4)若要改变绞车／转盘的运行方向，首先应把给定手轮转到“零”位，然后把“工作选择”开关转到“停”位，再转到相反的位置。系统自检后，再转动给定手轮，使绞车／转盘反向运行。

(5)不管司钻操作钻井泵、绞车还是转盘，一定要监视功率百分表指针所在的区域。若指针指在绿区，表示发电机组工作在最佳工况区；若长期指在黄区，则表示发电机组的负荷太轻，如果此时至少有两台发电机并网运行，可通知电工停掉一台机组；若指针指在红区，表示发电机组负荷太重，司钻应减负荷并通知电工再并一台机组，否则，可能会造成“高负荷”故障。

(6)绞车、转盘、钻井泵，如果长时间不用，可通知岗位人员断开相应的传动箱主断路器。

五、钻机的气控系统

钻机的控制系统按控制方式分为机械控制、气动控制、液压控制、电控制及综合控制等几种(目前最常用的是气动控制)，气控系统主要由供气机构、发令机构、传令机构、执行机构四个部分组成。主要功能是控制柴油机的启动、停车、调速和联动机并车与停车；控制绞车换档及绞车、转盘、钻井泵的启动与停止；控制绞车、转盘的转速和转动方向；控制滚筒刹车、猫头的运转与停止；控制气动卡瓦、液气大钳、气动旋扣器、顶部驱动装置等起下钻操作机械；控制气动绞车、防碰天车装置、自动送钻装置及井口防喷器装置；控制空气压缩机、发电机、除砂泵、离心泵、搅拌机等装置；控制井架底座的升降、井架的起、放、缓冲作用。

钻机的气源设备由空气压缩机、压缩空气处理装置(冷却器、油水分离器、干燥器、除尘器)和贮气罐三部分组成。控制阀有压力控制阀、方向控制阀和流量控制阀三大类。

钻机气控系统的使用安全技术要求主要有：(1)气控系统的工作压力应保持在规定的范围内。

(2)要防止压缩空气的漏失。在工作时，应密切注意各气控元件以及管线接头等密封情况。在动力机停止运转时，不允许有空气漏失声，气路系统的压力降应限制在允许的范围内。

六、钻机的辅助设备及设施

钻井施工现场的辅助设备和设施有辅助其中设备、电气设备、消防设备、供水设备、防冻保温设备和焊割设备等。

(一)辅助作业设备和设施

1．气动绞车

气动绞车是一种用活塞式气马达为动力的单卷筒绞车。其使用安全技术要求主要有：

(1)使用前，应检查固定是否牢靠；钢丝绳排列是否整齐；制动装置是否可靠；牙嵌离合器是否灵活。

(2)操作前，先将配气手柄置于“升”、“降”位置，通过控制进气量检查运转是否正常。

(3)分水滤气器要经常放水。

(4)油雾器要经常加注6号或8号汽油机用机油，油面不得超过加油塞。(5)动力箱内夏天加入20号柴油机用机油，冬天加入10号汽油机用机油，一周检查一次。油面高度为机油壳总高度的2／5为宜。轴承处每周注两次黄油。

2．猫头

两个猫头轴上的死猫头，刚性地安装在绞车猫头轴的两端，并与绞车猫头轴一起旋转，用于起下钻的上卸扣和起吊重物。内、外摩擦猫头的滚筒用滚子轴承支承在猫头轴上，通过安装在滚筒一端法兰内的摩擦离合器控制滚筒的动作，它能独立地转动。外摩擦猫头通常在起下钻时用来拧紧要下人井内的钻具接头丝扣；内摩擦猫头通常用在起钻时卸松钻具接头丝扣。

猫头操作是一项十分危险的作业，稍有不慎就会造成人员伤亡或重大经济损失。随着钻井科学技术的进步，顶部驱动装置、液气大钳、自动上扣器、气(电)动小绞车等设备和设施已投入使用，猫头终将被逐步淘汰。

猫头的使用安全技术要求主要有：(1)猫头表面应平整、光滑，不能有沟槽，在旋转的猫头上不能有任何突出的物体，以免操作者被挂而受伤。在猫头前面必须装有挡绳器。

(2)操作者拉紧猫头绳上卸扣之前，井口人员都要离开钳柄的转动范围，严防钳尾绳断裂或绳卡滑脱而伤人。

(3)操作人员必须戴分指手套，衣服袖口、衣扣要系紧，颈部不许系围巾。(4)操作者应站在猫头前0．6m处，斜对猫头呈45°角，左脚在前，右脚在后，呈“T”字型步，身体站直，脚下无绳索和杂物。

(5)操作完毕应立即退绳，不得留有猫头绳在旋转的猫头轴上。

(6)任何情况下都不要在猫头上用钢丝绳。因为钢丝绳缠绕到猫头上时，可能会堆积或切入另一绳圈而被卡住，因而危及猫头操作者或其他人员的生命安全。

(7)严禁用三挡车速度拉猫头。

(8)严禁用直径小于25．4mm的棕绳拉猫头。

(9)严禁打结、有毛刺、绳股散乱和长度不符合要求的棕绳上猫头。(10)严禁用猫头吊人进行高空作业。(11)钻机必须装设乱猫头紧急停车开关。3．自动送钻装置

自动送钻装置具有适应性广，钻压波动可控制在10kN以内，送钻均匀，无冲击，工作安全可靠等优点。在钻遇地层溶洞时可避免钻具快速下放，气路系统出现故障时能自动刹车；全气动控制，体积小、重量轻、移运性好；钻进时也可安装，维修时不影响正常钻进，操作简单等优点。

自动送钻装置的使用安全技术要求主要有：

(1)死绳拉力传感器应“绷”在死绳端距死绳固定器600～800mm处。(2)有通过调节螺母松紧程度，使控制相上的双针压力表黑针读数与指重表读数一致。

(3)绳座上的排气孔必须向下，防止污水及污物进入。

(4)执行机构、控制箱应固定安装在刹把附近的司钻操作台侧面或井架大腿上的适当位置，做到既便于在调节过程中观察指重表，又能保证执行机构的钢丝绳不与外界任何物体磨擦。(5)反馈装置的安装应应平放安装，放气孔朝下，避免水和脏物进入，保证启动机构起动时不受任何阻挡。

(6)摩擦轮与滚筒轮缘不工作状态时，间距应保持在12-13mm。工作时能紧密接触。

(7)刹把弹簧与刹把链卡的安装，应保证刹把弹簧轴线在与刹把转动平面平行的平面内，同时与执行机构钢丝绳平行，均应尽量与刹把成垂直状态，且刹把弹簧和执行机构钢丝绳挂上刹把链卡后，必须牢固而不致于滑脱。

(8)缩短反馈管线的长度，架空的气路管线应捆扎固定，防止摩擦割断。(9)刹把间隙尽量要小，避免出现空行程和刹带单边等现象。起下钻后，应及时调整刹把，滚筒和刹车系统应经常保养。工作时，气源压力应始终调节保持在0．5MPa。

(10)无论任何时候，在拉出“开关”阀手柄之前，必须使“信号输出压力表”显示为“0”，以防止发生溜钻事故。

(11)起下钻或其他非钻进时间切忌将“开关”阀拉出，以免反馈装置摩擦轮与变速转动滚筒相摩擦而大量磨损。

(12)调节钻压时，应注意观察制重表。“钻压调节阀”的调节应缓慢，切忌过猛，避免红针压力陡然降低，信号输出压力过大而发生溜钻。

(13)正常钻进时，若发现钻压波动过大，可适当关小“钻速调节”阀，钻压跟不上时，可适当打开此阀，一般情况下保持打开约1／5圈的状态。(14)刹把弹簧在自动送钻工作状态时，应保持适当的拉力，信号输出压力在0．1MPa左右工作，即是处于较理想的工作状态；若低于0~05MPa或高于0．15MPa时，则应调节刹把弹簧，使其拉力相应增加或减小。

(15)连接反馈装置和控制箱的软管长度小于6m时，应将控制箱内的“反馈效果控制阀”打开适当开度。软管长度超过m时，则不必打开此阀。

(16)停止送钻时，应先将“开关”阀手柄推进，再调节“钻压调节阀”使红针压力升高大约0．05MPa，然后将执行机构钢丝绳、刹把弹簧依次从刹把链卡上取下，使装置停止工作。

4．气动卡瓦

气动卡瓦是代替手动卡瓦、用于起下钻时夹持井内钻具的机械装置，具有使钻具在任一位置时夹持牢靠，自动定心，操作简便、安全等特点。起下钻时，司钻在提升钻具的同时，应踩下脚踏控制阀，压缩空气与气缸气管路连通，气缸便推动钳体上升，卡瓦钳口即与钻具脱开。松开脚踏控制阀复位时，压缩空气与气缸回气管路连通，钳体靠自重和气压下落，与此同时将吊起的钻具缓慢放下，夹紧钻具。在钻具上提、下放过程中，不得松开脚踏控制阀，钻具座在卡瓦上的操作应平稳、缓慢，不得过猛以免造成冲击，甚至卡瓦碎裂而落井。

5．手拉葫芦

手拉葫芦是一种使用简易、携带方便的手动起重机械，具有使用安全，维护简便，机械效率高，手链拉力小，自重较轻，尺寸小，经久耐用

第三篇：水力加压技术在石油钻井中的应用

水力加压技术在石油钻井中的应用

山东伟创石油技术有限公司

概 述

水力加压技术是一项广泛应用于工业生产及其产品中的实用技术。根据其液压能转化为机械能的原理研制的水力加压装置，应用于石油天然气钻井作业中，可以在不消耗额外能量、不需要其它特殊设备的情况下，利用循环钻井液产生的液压力给钻头加压，从而为钻头提供一个稳定的钻压，有效地改变下部钻具的受力状态，改善钻头和钻具的工作条件，达到加 快钻井速度、延长钻头、钻具的使用寿命、减少井下事故、保证井身质量、减轻司钻劳动强度的目的。常规钻井是靠钻头上部的钻铤重量给钻头加压，为了获得稳定的钻压，需要司钻小心翼翼地精心操作，均匀送钻。采用液力加压技术给钻头加压，不但可使钻头获得稳定的钻压，而且还能起到吸震防跳、保护钻头钻具、实现自动送钻、保证井身质量等作用。是石油钻井中一项投入小、效果明显、容易操作的实用技术，值得推广应用。在20 世纪90 年代国外首先将液力加压技术应用于石油钻井中。国内应用此项技术是在1996 年塔里木油田所钻的和4井，在深部φ104.65mm小井眼中使用了美国贝克—休斯公司生产的85.73mm水力推进器。随后国内西南石油学院、山东伟创石油技术有限公司等也开始研制相应工具，现场试验均取得了一定的效果。但是由于多数现场技术人员对此项技术了解较少，对其工作原理及井下钻具受力情况仍有不同认识，现场试验应用的范围有限等，因而使得该项优越的技术不能广泛推广。下面结合试验水力加压装置的现场实践，论述液力加压装置的工作原理，分析其使用前后钻具在井下的受力状态，总结其所起的作用，回答使用该装置时人们可能存在的一些疑问，提出现场应用的几种钻具组合。旨在为推广应用此项技术提供理论依据和技术支持。

一、结构与工作原理

1、基本结构

如图1-1所示：根据水力加压原理研制的水力加压装置（单级）由上接头、缸体（外筒）、活塞、心轴（花键轴）、花键体、下接头等组成。其基本结构简单，加工制造容易。

2、工作原理

水力加压器在使用时连接在靠近钻头的下部钻具中（上接钻铤，下接钻头）。钻进（工作）时，开泵循环钻井液，钻具内高压流体直接作用于活塞端面上，产生推力推动活塞下行，下接头 花键轴 传动轴 低压腔 活塞 缸套 高压腔 上接头

通过与活塞相连的心轴（花键轴）传递推力给钻头，此推力即为钻进时所需钻压。

3、液压力计算

钻井液从钻井泵→地面管汇→高压立管→水龙带→水龙头→钻具内→钻头（喷嘴）→环 1 空→地面钻井液罐→钻井泵，形成一个循环系统，从而泵压为：泵压＝所有地面管汇压耗＋钻具内压耗＋钻头喷嘴压降＋环空压耗当井身结构、钻具组合、钻头喷嘴、钻井液密度、排量等一定时，钻具内某一点处的液体压力是可以计算出来的。那么，在水力加压装置活塞上面（高压腔内）的液体压力也是可以求出的。即：液体压力P＝钻头喷嘴压降Pb＋加压装置以下钻具内压耗PL又当液力加压装置加工成后，其基本尺寸一定，通过计算即可求出当量面积S（或厂家给出计算面积）。

4、钻压计算

由上述分析可知：施加在钻头上的钻压的大小，与作用于活塞上的液体压力、活塞有效面积以及液力加压装置以下钻具、钻头的重量成正比。即

W=F+G1+G2+G3 式中：W——施加在钻头上的钻压，kN

G1——传压杆及接头重量，kN

G2——液力加压装置以下钻具重量，kN

G3——钻头重量，kN 如果水力加压器直接接在钻头上，在钻井实践中可以忽略其他重量及装置压耗，那么液体压力可近似等于钻头压降，即：

P≈Pb

W≈0.1PbS

二、水力加压器井下工作状态分析

现场使用水力加压器，应懂得其工作原理，了解其结构，会计算推力的大小，而明白其在井下工作状态、受力情况更是使用好工具的关键。

1、工作行程

水力加压器的工作行程即为活塞在缸体内移动的距离。此行程由研制者设计，加工成后，该行程也就固定了。此节主要说明在使用中如何观察判断。

使用液力加压装置钻进前，钻头提离井底先开泵，此时活塞在下止点，行程全部打开，指重表显示钻压为“0”。下放钻具钻头接触井底后，钻压很快升到计算值，在下放钻具一个行程的距离，钻压保持不变，活塞到达上止点，此时停止送钻，工具会保持一定钻压钻进。当钻压显示值减小时，活塞到达下止点，即完成一个工作行程。再次下放钻具送钻，开始下一

个行程的钻进。此即为自动（在有效行程范围内）送钻功能。

2、受力分析

水力加压器在井下怎样工作，受力状态如何，怎样传递压力，如何判断压力大小，常规使用钻铤加压所称“中和点”的概念还有没有等，都是需要解决的问题，也有部分技术人员对此怀有疑问。笔者试图通过液力加压装置在井下工作时受力情况的分析解决这些问题。（1）钻压显示的分析

如图2-1所示，液力加压装置可以看作是一个倒置的注射器。

图中G为钻具重量、G′为大钩的承载力、F为高压液体作用于活塞处的推力（向下）、F′为向上的液压力、W′及W为地层岩石对钻头的反作用力。水力加压器在井下有四种工况：

图a为不工作（未钻进）或液压力大于实际钻压时，活塞位于工具的下止点（行程全打开）； 图b为钻头接触井底，液体推力F等于钻压W时，活塞在缸筒内处于浮动状态（正常工作状态）； 图c所示为钻头接触井底、液体推力F小于钻压W时，活塞位于上止点（行程关闭）时的情况。

中和点

图 2-1 图 2-2 图 2-3 无论哪种情况，整个系统的受力可以简化为: 大钩的承载力G′、钻具的重量G、向下的液压力F、向上的液压力F′、地层岩石向上的反作用力W。其关系式为： G′+F′+W = G+F 而 F = F′

则 W = G-G′

我们知道，“G-G′”

即为钻压，所以使用水力加压器可像常规钻井一样，直接通过指重表观察钻压的大小。（2）下部钻具受力情况分析 就一般情况讲，使用液力加压装置仍需要加入钻铤。但此时钻铤的作用不是直接给钻头加压，而是平衡液压推力的反作用力，以及为保证井身质量而使下部钻具具有一定的刚性。

图2-2为常规钻铤加压的情况。为了保证一定的钻压，必须加够一定长度的钻铤，使下部钻 铤的重量大于可能要施加的最大钻压。而靠近钻头L长度的钻铤的

重量正好等于钻压时，L长度处的点（截面）称为“中和点”。中和点以下钻铤受压力，（钻具自身重量导致），以上钻具受拉力。但是由于加压不稳，井下跳钻等影响，中和点是上下移动的，中和点处的钻具所受拉、压交变应力变化频繁，因而此处的钻具极易疲劳破坏。图2-3为使用液力加压装置的情况。

当液推力等于钻压时，活塞处于浮动状态。因为装置缸筒内径（活塞直径D）大于上部钻铤内径（d），则在内径变化处产生液体上顶力（F′），钻铤的主要作用之一是平衡此上顶力。显然，F′小于钻压W，因而需要平衡, F′的钻铤的重量或长度也小于常规钻铤加压所需要的重量或长度。

又因常规钻铤（加压部分钻铤）的长度（中和点的位置）取决于加压的大小，而使用液力加压装置所需钻铤的长度由液力加压装置的结构及上部所接钻铤的内径决定（当然也和钻压有关），而且使用水力加压器中和点的位置是固定的，且已不是原来中和点的意义了。

三、水力加压器主要功能

在石油钻井作业中应用水力加压技术，其优越性是在不需增加额外设备、不消耗额外能量的情况下，只接入一个液力加压装置即可改变常规钻井靠钻铤加压的模式，使钻头与钻铤由刚性联结变为柔性联结，由给予钻头的硬性、变化的钻压变为稳定、柔性的加压，大大改善了钻头和钻铤的工作条件。理论分析和现场实践均表明，使用液力加压装置可以起到以下几 个主要作用。

1、平稳、恒定的加压功能，有利于加快钻井速度

众所周知，钻井作业中加压钻进，最忌忽高忽低，加压不稳。而常规钻井靠司钻操作，下放钻具加压，不但钻压传递滞后，也不可能保持恒定的钻压。加之钻头跳钻、井斜钻具托压 3 等原因，更会使实际钻压不稳。而采用水力加压器会得到均衡、稳定的钻压，因而有利于提高钻井速度。

2、有效的吸震、防跳作用，能够保护钻头和钻具

常规钻井中为了防止跳钻，要使用减震器。减震器一般有机械式（弹簧减震）和液压式（液压有吸震）两种。机械式易损坏，液压式由于工具空间的限制，所加液压油有限。而液力加压装置活塞上部是敞开的，整个钻具内的上千米液体（钻井液）均为吸震液体，从而能够有效地吸震防跳，延长钻头和钻具的使用寿命。

3、用于定向井、小井眼中，可提供稳定、真实的钻压

在定向井中，由于钻具摩阻力的影响，使钻压的传递滞后且极不稳定，忽大忽小，容易出现“假钻压”现象。而且为了防止钻具粘卡，一般要求司钻“点送”钻，这更加剧了钻压的不稳定性。使用液力加压装置，在有效行程内，司钻可以点送且送钻下放的幅度大，不但能有效地克服摩阻力，还可保证钻压真实稳定。小井眼使用小钻具，由于柔性大、钻具弯曲贴靠 井壁，同样使加压不稳，出现假象。使用液力加压装置可在一定程度上克服此种现象的发生。

4、在行程范围内实现自动连续送钻，减轻司钻的劳动强度

常规钻进时要求司钻精力集中，连续送钻，此时司钻就要不停地抬、压刹把，稍有不慎，就会出现溜钻现象，司钻的劳动强度较大。而使用液力加压装置司钻可以“点送”，即间歇送钻就可保持一定钻压钻进。如装置设计行程为0.3米，天车、游车为5×6绳系，则绞车滚筒外缘转动3米相当于钻具下放0.3米。那么司钻一次下放0.3米即可煞住刹把，让工具自动送钻。这样，不但便于司钻观察情况，也大大缓解了其精神紧张的压力，降低了劳动强度。

5、增强了下部钻具的刚性，有利于防斜打直，保证井身质量

下部钻具的弯曲是导致井斜的一个重要原因。为了保证下部钻具的“直”，技术人员采取加大钻具直径、设计不弯钻铤等办法。而采用液力加压装置即可增加下部“直”钻具段的长度，相当于增强了下部钻具的刚性。在常规钻井中，下部钻具由于自重而引起弯曲，其产生弯曲（一次弯曲）的长度（重量）与施加的钻压密切相关。为了不使钻具弯曲就要控制钻压。而使用液力加压装置后使钻具弯曲的长度（重量）只与该装置与上部所连接钻具的台阶处产生的上顶力有关，显然，该上顶力小于钻压，因而增加下部“直”钻具段的长度。如在φ215.9mm井眼中使用φ158.75mm、内径为φ71.44mm的钻铤，钻井液密度为1.2g/cm3，经过计算可知，钻铤长度达到38.9 m时就发生弯曲（一次弯曲）。为保证井身质量，可施加的钻压不能超过40.14kN。若使用φ165mm液力加压装置，钻压可控制在55.483 kN，提高了 38.22%。这样，在可比常规钻具组合加压大的情况下，还能保持钻具不发生弯曲，相当于增强了钻柱的刚度。

6、配以适当的钻具组合，可以起到良好的降斜作用

前已述及，平稳加压、保证钻具的刚性，是防止井斜、保证井身质量的重要因素。而在需要降斜时，采用液力加压装置配以适当的钻具组合，可以提高钻具稳定器的位置，增大钟摆降斜力，从而起到较好的降斜作用。

四、注意问题

现场使用水力加压器，有几个问题需要注意。

1、钻压的调节

在钻进中，由于情况的变化需要调节钻压。在设计水力加压器时，均考虑了现场实际情况，根据不同钻具组合及钻头尺寸设计了不同尺寸、不同级别（单级、双级、多级）的工具。同时还可设计截流塞用于调节钻压的大小。现场可根据需要选择不同规格、不同级别的液力加压装置。并根据实际组配钻头喷嘴，以使其产生所需要的压降。另外，由于目前钻井所用钻 4 井泵，其功率、排量都较大，有调节的余地，可在钻进时适当调节满足钻压需要。在上述都调节不成时，水力加压器允许在关闭或打开状态下钻进，即超过或小于液推力的情况下钻进，只是减震等效果稍差。

2、如何防止钻铤弯曲

通过前面分析，为了平衡液压推力的反作用力，需要加入一定数量的钻铤。而在一定情况下，即反推力达到一定值后，钻铤也会弯曲。如在3.5所举实例中，要施加70—80 kN的钻压，那么喷嘴压降要达到70 MPa，此时产生的上顶力为50.057kN，超过了使钻铤产生弯曲最低压力40.14 kN，钻铤自然会弯曲。解决的办法：一是根据实际优选、设计好水力参数，调节好钻压值，尽量不使上部钻具弯曲；二是可在水力加压器下面接少量钻铤调节钻压;三是在液力加压装置上面使用大水眼钻铤，通过减少大、小水眼过度台阶处的环形面积来减小反推力，以保证整个钻具的不弯曲。

3、水力加压器安放位置

从工具本身讲，水力加压器可以安放在钻柱组合中的任何位置。但要使其有效发挥作用，原则是越靠近钻头效果越好。一般距离钻头不要超过3根钻铤的长度。

4、水力加压器的使用技术

现场使用技术，是一项新工艺、新技术成功并取得较好效果的关键，特别是对于还未推广开的技术，更要讲究使用操作。液力加压技术的推广，不但要靠设计人员研制可靠、实用的工具，更要依赖于现场推广技术人员的辛勤工作。在此不再赘述。

五、推荐钻具组合

根据笔者参与水力加压器现场应用的体会，结合理论分析，推荐现场使用水力加压器的几种钻具组合如下。

1、钻头+水力加压器+钻铤

此种组合是常用组合。可以有效的防止跳钻，施加稳定的钻压。下部钻具的刚性较强，有利于保证井身质量。若使用PDC钻头，因其所用钻压较小，因而更容易操作，使用效果更明显。

2、钻头+水力加压器+钻铤18—23m+稳定器+钻铤

此种组合为钟摆钻具组合，有利于防斜打直。特别适合于纠斜、降斜时使用。因稳定器以下钻具均处于不弯状态，且比常规组合长（重），降斜力增大，可适当增大钻压，在达到降斜效果的情况下，加快钻井速度。

3、钻头+钻铤2根+水力加压器+钻铤

这种组合一方面可调节由于现场条件的限制（如压降有限），液压推力不够的情况，另一方面更增加了下部钻具的刚性（钻铤少不易弯曲），能起到一定的稳斜效果。

4、钻头+稳定器+水力加压器+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤

在这种满眼钻具组合中，水力加压器相当于短钻铤的位置，可以在稳斜钻进中使用。但近钻头稳定器最好加两个，以保证稳斜效果。上述是推荐使用的液力加压装置的几种常用钻具 组合。现场使用液力加压装置时，不只限于这几种组合。应根据钻井实际，结合工具的结构尺寸合理搭配钻具，以使其发挥更好的作用。

六、水力加压器应用实例

由山东伟创石油技术有限公司研制的不同规格的水力加压装置，已在胜利、西部钻探、川东北、长庆、吉林、华北、塔里木等油田的数百口井使用，技术经济效果明显，典型实例如下:

1、华北油田S50井 该井是一口重点探井，∅ 311mm钻头钻至馆陶底地层时跳钻严重，为防止跳钻使用水力加压装置（H437钻头），从井深2069.76米钻至2307.70米，进尺237.94米，纯钻时间78.16小时，平均机械钻速3.14米/小时。钻进中钻头工作平稳，综合录井仪显示大钩负荷、钻压、扭矩曲线平滑，明显优于上、下未使用水力加压装置时钻头工作曲线。且起出钻头新度较高（综合评定75%），无一断掉齿现象。与未使用水力加压装置的邻井同井段相比，平均机械钻速提 高28%，起到了很好的防跳、延长钻头寿命、提高机械钻速的效果。其钻具组合为： 1/2 ″HA517+6 1/2 ″水力加压装置+6 1/4 ″NDC×1根+6 1/4 ″DC×1根+Φ214扶正器+6 1/4 ″DC×19根+5″DP

2、塔里木油田TZ1井

该井吉迪克组上部地层的兰灰色泥岩，岩性致密坚硬，可钻性差。用∅ 444.5mm大钻头钻进时，跳钻极为严重，加之该地区地层倾角大，易井斜，无奈采用轻压（80-100kN）、低转（45rpm）的措施勉强钻进。此种情况下使用了水力加压装置，采用150-180 kN钻压、95rpm的转速钻进，不但有效地避免了跳钻现象，加快了钻井速度，而且还保证了井身质量，起到了较好的防跳、防斜、加快钻速的作用。平均机械钻速比同井上部井段未使用水力加压装置时提高了25%;单只钻头进尺明显高于相邻两口井同井段、同型号钻头，平均机械钻速分别提高75.4%和132%;使用液力加压装置前的最大井斜为3.7°/358米，使用后最大井斜2°/844米。

3、华北油田WG2井

WG2井是一口重点预探井，设计井深5400 m。二开∅ 311.1mm钻头钻到2500 m时井斜已达7.5°，只好采用小钻压吊打纠斜，待井斜降下来以后，加大钻压钻进又斜了出去，这样反复多次，不但降斜效果不明显，而且严重影响了钻井速度，不得已又采用螺杆钻具＋弯接头反抠降斜，到3100 m时井斜降至2.5°。为保证井身质量，又加快钻速，下入SJ229B水力加压装置。该装置入井后采用正常参数钻进，钻压180-240 kN，钻到井深3224 m时，井斜降为 0.5°。以后又连续两次入井，最后钻到3453 m中完井深后起出。该装置累计入井3次共450.5 h，纯钻226.5 h，进尺353 m，平均机速1.56 m/h（最快时4-5 m/h，录井人员怕漏捞砂样不允许钻速太快），比上部600 m机械钻速提高二、三倍（钻上部600 m用了两个月时间，平均每天10 m左右），同比WG1井机械钻速提高51%。钻头寿命也有明显提高，无崩断齿现象。其钻具组合为：

φ 311 钻头＋水力加压装置＋φ203NDC ＋φ203短DC＋φ308F＋φ203DC＋φ178DC＋ φ127DP

4、塔里木油田KL204井

该井位于山前构造带，地层倾角大（45°〜55°），极易井斜，为防井身质量超标，通常采用钟摆钻具结构，小钻压吊打的方式钻进，以牺牲机械钻速来保井身质量。KL204井以防斜、加快钻速为目的，在二开第二只钻头下入SJ203B水力加压装置，使用井段为592〜818 m，钻压为120-200 kN，既解放了钻压，又控制了井斜，在保证井身质量的前提下机械钻速比 上下两只钻头分别提高70.3%和145.74%，比邻井KL201井提高77.25%，起出钻头新度为60%。

结 论

水力加压技术是一项投入小、见效快、操作简便、经济有效的实用技术。理论分析和现场实践都表明，使用液力加压装置能够有效地起到平稳、恒定加压、吸震、防跳、保护钻头、钻具，延长其使用寿命、加快钻井速度、保证井身质量、减轻司钻劳动强度等作用，值得大力推广应用。由于液力加压技术还是一项没有被现场人员普遍认识、接受的新技术，因此推广应用此项技术，还需要科技人员大力宣传其优越性，需要研制人员和现场技术人员紧密结合，6 共同制定符合现场实际的使用措施，用实际使用的对比效果来表明其有效作用。科研人员要不断完善液力加压技术，研制使用范围更广、更加适合于现场调节的工具，以不断拓展其 功能，使其发挥更大的作用。

第四篇：优化石油钻井工程技术应用的措施探讨（范文模版）

优化石油钻井工程技术应用的措施探讨

[摘 要]随着科学技术的发展，我国石油钻井工程技术水平也不断提高。由于石油钻井工程是一项复杂的系统性工程，如何选取合适的钻井工艺和钻井技术非常重要。本文主要从我国石油钻井工程的发展历程出发，分析我国石油钻井工程技术的发展现状，结合国际石油钻井工程技术的特点，展望我国石油钻井工程技术的未来发展情况。

[关键词]石油开采；钻井技术

中图分类号：R284 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0072-01

一、石油钻井技术发展现状

（一）机械装备

伴随着我国科技技术的不断发展，我国石油行业的勘探技术也呈现了不断增长的趋势，当前石油钻井装备在不断更新换代，并且我国科研能力的提升也让石油钻井装备逐渐国产化，这些年来，我国石油钻井设备也开始向国外学习，或是引用先进的钻井设备如电动钻机或电动钻井泵等。我国现在在石油开采中已经熟练掌握了钻井设备的运用，随着自主研发力度的不断增强，我国在大型钻井和相应配套设备上也开始走上了世界先进水平，并且，一些气体钻井设备以及井下操作设备都已经逐渐用上了国产设备，实现了国产化。

（二）井下自动化技术

伴随着科学技术的不断发展，我国当前已经掌握了很多井下自动化技术，比如深度测量、能源信息传输以及安全控制等技术，随着我国石油钻井工程技术的不断提升，以及我国石油工程行业对技术提升需求的不断增长，我国油气勘探开采行业中使用井下测量和传输的地位越来越凸显，井下自动化开采技术将成为未来我国石油钻井技术的核心。我国已经随着辛苦的自主研发攻破了许多技术难题，并且现在已经成功拥有了有线和无线两种钻井测量仪，以及电磁波勘探技术，在不断克服技术难题的同时，我国拥有了自动化钻井技术的知识产权，也是现在世界上第三个运用CGDS―1近钻头的先进石油勘测开采国家。

（三）小井眼钻井技术

对于小井眼钻井技术来说，我国现在大部分石油公司都已经掌握了此项技术，并且也研制出了更小和质量更高的钻头，如金刚石类钻头，和TSD以及PDC?@头，而钻井液的研发，能起到充分保护钻头的作用，并根据井下的实际构造选择合适的钻头，并起到保护油气层的作用。此外，我国现在已经有很多学者对钻井技术上有学术研究，比如小井眼喷涌监测技术，水利学技术，以及早期预警技术等，并且在逐渐将这些研究付诸到实践中去，我国大庆油田和胜利油田这两个油田在技术上的应用就是很好的例子，并且取得了十分显著的成果。

二、石油钻井工程技术的发展方向

（一）随钻测量与风险控制

在当前石油钻井工程技术的发展过程中，随钻测量和风险控制对于钻井技术的发展是非常重要的，随钻测量技术作为钻井技术的基础，能够充分收集井下信息，对于地质情况作出分析，并将信息从后期研究转成实时研究，然后从中提取出压力数据来。在经历技术的不断发展后，钻井工程对于套管下井深度已经可以准确测量，并能让钻井液保持最合理的密度，大大提升了钻井平台以及各个设备之间的运作效率，有效控制了石油钻井工程过程中的各种风险，降低了钻井工程的成本。除此之外，我们要充分认识到钻井工程开展过程中可能会存在的各种风险，主要有以下几个方面：第一，井下情况，比如可能遇到的崩塌、倾斜、跑漏等情况，第二，井下可以能遇到的各种事故，比如卡、断裂，以及喷涌的情况，不论哪种井下风险出现，都会造成经济损失和平台安全性没有保障，因此控制井下风险，对于减少钻井费用、缩短钻井周期有十分积极的作用。

（二）油气层保护钻井液技术

在石油钻井工程技术中，将超低渗透钻井液技术和广谱型屏蔽暂堵保护油气层技术相互融合，从而形成了环境友好油层保护钻井液技术。该技术在性能上与普通钻井技术相比有一定的优越性，它能够依据石油储层孔喉分布的特点，筛选出合

适粒径的油气层保护添加剂，并且不断调整钻井液固定相粒度的分布，使得钻井液能够与油气孔喉直径分布相匹配，从而实现有效的暂堵功能。此外，为了提高油层孔喉的封堵效果，需要利用成膜剂膜的结构调整，使其参与油孔封堵，扩大安全密度窗口，保护油气层。在深水钻井中，需要的科技含量更加高，由于深水钻井项目是一项高投入且高风险的工作，在钻井技术上不易掌握，需要喷射下导管技术、动态压井钻井技术以及随钻环空压力监测等技术的支持。

（三）石油钻井技术的智能化

石油钻井技术的智能化，即工作人员能够通过操作设备完成钻井工作，在设备操作室根据设备的相关操作流程完成钻井操作，不用通过自身大量的体力劳动进行资源开采，能够大大降低工人的劳动强度，降低工作的危险程度，逐步达到智能化。

通过不断的实践与探索研究，当前我国在石油钻井方面已推出了具有世界先进水平的钻机，今年7月，我国自主研发的管柱处理系统。其自动化、智能化程度在国内领先，有创新、有特色，是我国钻井作业能力提高的一个标志性成果。有着我国自身知识产权，并以此不断加强研究，力图将石油钻井技术的每个工作流程均转变为智能化，使我国石油钻井的整体水平得到较大的提高。

（四）自动化发展趋势

由于传统的石油开采主要是依靠工作人员进行，工作效率较低，为了提高石油的开采效率，进一步拓宽石油的开采范围，提高采油数量，我国加强对石油开采相关的技术进行研究，集合多种的新技术致力于研发一项新型高、高校的技术，推动石油钻井技术向自动化的方向发展。对于石油钻井技术的研究，能够实现多学科的有机结合，既有利于提高石油开发效率，也推动着特殊油气开采的突破。在各种新型钻井技术不断涌现，并逐渐普及应用的背景下，相关的自动化设备也得到了不断改进与完善，为深海地区、地层深部的石油开发奠定了坚实的基础。就现阶段的情况来看，我国石油钻井技术、石油钻井设备正在逐渐朝着大型化、自动化的方向发展，以便于在未来更好地适应高难度的石油开发作业。

（五）加强与海外石油公司的合作

为了促进石油钻井技术更好地发展，我国石油企业应该响应“走出去”号召，通过与发达国家的海外石油公司互相合作的方式，提升石油钻井技术水平，进而提高我国在世界石油市场的竞争力。同时我国的石油企业还需要与发展中国家的石油企业进行合作，例如沙特阿拉伯，其石油产量丰富，有自身的优势，对作业环境比较熟悉，信息渠道畅通，但是技术和经验不足。我国通过与这些国家的合作，能够借鉴其优势，提升我国石油开采市场竞争中的地位，同时能更好的了解这些国家的政策、法律以及商业惯例等，为以后石油市场的拓展奠定基础。此外，也使我国的钻井工程技术通过不断的试验，得到更好的发展。

我国石油钻井工程经历了漫长的发展时期，石油作为重要的能源资源，在经济建设中有重要作用。当前，国际竞争日益激烈，如何提高石油开采的效率，加强石油钻井工程技术的创新，为我国经济建设提供充足的能源，是我国经济建设中应重视的问题。我国石油钻井工程技术发展较早，虽然经历了漫长的停滞时期，但在社会主义建设中取得了长足发展。自改革开放以来，我国石油钻井技术进入高速发展时期，智能化自动化的石油钻井工程技术成为当前石油开采的重要发展方向。我国石油钻井工程技术的发展，应立足自身优势，结合我国石油资源的现状，注重自主知识产权的保护，实现我国石油钻井工程技术的可持续发展。

参考文献

[1]沈江，邵爽.我国石油钻井工程技术未来发展趋势的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（27）.[2]盖国忠.长裸眼定向井钻井技术研究――以胜利油田某区块为例[J].科技传播，2011，（15）.[3]陆其军，李艳丽.欠平衡钻井技术在阿曼北部油田的成功应用[J].国外油田工程，2009，（2）.

第五篇：石油钻井设备与工具-王镇全 《石油钻井设备与工具》说明

《石油钻井设备与工具》

(Oil drilling equipment and tool）

课程编码：

课内学时：32学分：2

课程性质：选修

内容简介

本课程内容主要包括石油钻井设备的基本构成，设备与工具的功能、种类、工作原理和性能参数，石油钻井设备与工具的优选方法，石油钻井设备与工具的现状和发展趋势；涉及的钻井设备与工具主要包括：钻机、钻头、井下动力钻具、井眼轨迹测量与控制仪器等。这些教学内容将为学生今后从事油气井工程相关工作时正确地选择、操作、维护及设计改进钻井设备与工具奠定基础。

修课对象

石油工程专业。

先修课程

机械原理，电工学，工程力学。

教材及主要参考书

推荐教材：《石油钻井设备与工具》多媒体课件，中国石油大学（北京）油气井工程系王镇全自编。

主要参考书：

1、钻井工程理论与技术。陈庭根管志川主编。石油大学出版社，2000年8月。

2、钻井工程设计。周开吉 郝俊芳编。石油工业出版社，1996年2月。

开课单位

石油天然气工程学院。