钻井设备操作规程

钻井设备操作规程目 录第一章 钻井设备及使用操作要求第一节 起升系统一、 井架二、 天车和游动滑车三、 大钩四、 绞车五、 液压盘刹六、 钻井用钢丝绳第二节 旋转系统一、 转盘二、 水龙头第三节 循环系统一、 钻井泵二、 钻井液净化设备第四节 动力与传动系统一、 柴油机二、 传动系统三、 柴油发电机组第五节 气控系统一、 控制系统的功能二、 钻机气控系统的组成三、 气源设备第六节 辅助设备第二章 设备安全操作规程第一节 设备安装安全操作规程一、 井架底座二、 转盘三、 绞车四、 井架五、 吊装绞车上钻台六、 游车大钩七、 水龙头八、 液、气动绞车九、 B型大钳十、 液压大钳十一、 液压猫头十二、 机房设备（施）十三、 泵房及高压管汇十四、 钻机气路十五、 起井架十六、 起放底座十七、 井架绷绳第五节 车载钻机一、 ZJ30/1700CZ车载钻机（一） 基本参数（二） 搬迁（三） 安装（四） 操作（五） 检查与维护（六） 安全注意事项二、 ZJ20CZ、ZJ30CZ车载钻机（一） 主要技术参数（二） 试运转规定（三） 操作规程（四） 启动发动机（五） 整机移迁与井场就位（六） 井架起升操作（七） 放井架（八） 施工操作（九） 检查维护第三节 设备检修规程及安全技术规定一、 保养绞车二、 检修钻井泵三、 换刹带四、 更换水龙头冲管总成五、 更换大绳第一章 钻井设备及使用操作要求一部石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成，一般称为八大系统，具备起下钻、旋转钻进、循环洗井。主要包括绞车、井架、天车、游车、大钩、水龙头（动力水龙头）、转盘、钻井泵、动力机、联动机组、固相控制设备、井控设备等。第一节 起升系统提升系统由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩及钢丝绳等组成，其中天车、游动滑车、钢丝绳组成的系统通称为游动系统。主要作用是起下钻具、控制钻压、下套管以及处理井下复杂情况和辅助起升重物。一、 井架井架的用途主要是悬吊和起下钻具，安装天车、游动滑车、大钩、吊环、吊钳、吊卡等起升设备与工具，存放钻具。井架主要由以下几部分组成：主体、人字架、天车台、二层台、立管台、钻台、井架底座和工作梯。1. 主体。包括井架大腿、横拉筋、斜拉筋等。多为型材组成的空间桁架结构。若主体失去几何形状或桁架结构被破坏，则整个井架就失去了整体稳定性和承载能力。2. 人字架。位于井架的最顶部，可悬挂滑轮，用于吊装、吊卸天车。3. 天车台。在井架顶部，用来安放天车。天车台上有检修天车的过道，周围设有栏杆。每次在天车台上工作之前，应首先检查天车台周围栏杆是否完好。4. 二层台。位于井架中间，塔型井架二层台在井架内部，其余井架二层台在井架外部前侧，它包括井架工的操作台和靠放立柱的指梁。5. 工作梯。有盘旋式和直立式两种，是井架工上下井架的通道。6. 立管平台。钻工装拆水龙带的操作台。另外还有钻台的底座等。目前，在国内外石油矿场上使用的井架种类繁多，但大多数结构型式为塔型、A型、K型井架三种。1. 塔型井架塔型井架是一种截面为正方形或长方形的四棱锥体空间结构，主体是由四扇平面桁架组成，每扇平面桁架又分成若干个桁格，同一高度的四面桁格在空间构成井架的一层，因而整个井架也可以看作是由许多层空间桁架组成。我公司使用的大庆型钻机JJ41型井架就属于这类井架。其主要特征是井架的横截面为正方形，立面为梯形。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。2. “A”型井架。目前公司使用的“A”型井架有：MA32型、JJ300/43型等。这类井架的主要特征是：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35段，并用螺栓连接成一个整体，因而整个井架可在地面水平分段拆装、整体起放和分段运输，拆装方便而安全。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较好，但其总体稳定性较差。3. “K”型井架 目前公司使用的“K”型井架有：JJ225/43-K型、JJ315/45-K4型、JJ450/45-K6型、JJ225/43-K型等。它的主要特征是：主体是由35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接在一体。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。（一）井架的技术规范表2-1 各类井架主要技术规范井架型号配用钻机游动系统最大钩载（kN）井架高度(m)二层台容量(m)二层台高度（m）备注TJ-41大庆1306X7200041.5400022.5、24.5塔型闭式JJ160/35ZJ20Q4X5120035230016.5K型JJ180/38ZJ30CZ5X61800383000桅杆式JJ225/43ZJ40J/ZJ40LDZJ40DZ5X622504324.5/25.526.5K型JJ315/43ZJ45J6X731504325.5/26.5A型JJ315/45ZJ50D/ZJ50J6X7315045500024.5/25.526.5KMA-320ZJ70L/ZJ60L6X7480043.5621025.67/26.67AJJ450/45ZJ70D/ZJ70LD6X7450045728022.5/26.5K（二）井架的使用要求井架在使用过程中发生倾倒主要是由于个别构件的损坏或超载而破坏了井架的整体稳定性所造成的。井架在使用过程中应注意以下几点：1. 处理井下事故时，必须仔细检查死绳固定器的固定情况，上提拉力不要超过井架的安全负荷。2. 严格执行操作规程，避免因操作不当，造成井架及其附件的损坏。3. 定期检查井架绷绳，以防腐蚀或绷绳固定不牢，尤其是风雨多发季节，对井架绷绳及绷绳坑及时进行检查，防止井架被风刮倒。4. 井架各部件连接螺丝，一般在钻井过程中应每个白班由井架工全部检查上紧一次。处理卡钻，倒扣前后及下套管前均应全面检查一次。5. 下套管之前，钻具要分两边矗立，尽可能使井架平衡。要封闭好支梁，防止大绳进支梁。6. 对于整体拖移的井架，拖移前后应各进行一次全面检查。7. 不准随便割、拆、换井架的横梁、拉筋、螺丝、卡子、零件、附件。8. 严格执行操作规程，避免因操作不当，造成井架及其附件的损坏。9. 在风力超过8级时，不要把钻具全部起出，已起出的也要下入部分钻具，把井架垂直拉紧，以保持井架的稳定性。10. 采取防止基础下沉、倾斜的维护措施。11. 必须将立管硬挂在井架拉筋上，立管必须上吊下垫，用立管固定胶块卡牢、卡紧。二、 天车和游动滑车天车和游动滑车组成提升系统的滑轮系。作为定滑轮的天车改变了力的方向；作为动滑轮的游车起到了省力作用，减轻了绞车的负荷，从而使提升系统获得很大的机械效率。（一）天车1. 天车的结构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，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，芯轴里有润滑道。润滑脂从黄油嘴注入，以润滑轴承。其主要功用是与游动滑车组成游动系统。常用的天车有TC130、TC-135、TC-350、TC-450、GF-400等。2. 天车的技术规范表2-2 天车的技术规范配用钻机ZJ-20ZJ-30大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130天车型号TC-135TC-180TC-130TC-225TC-350TC-315TC-450GF-400TC-450TC-200起重量(KN)1350180015702250294031503920313845002500滑轮数56666（7）6+17667钢丝绳直径（mm)2929323232353538质量(Kg)24004500 1b22404790595062847500538210800长(mm)25002320271727452924293525153467宽（mm)20501290263419002160132017003065高（mm)192016703204239023792300207529653. 天车的使用要求1） 天车工作前必须有专人检查天车轮的灵活性。2） 各滑轮轴承应定期逐个注满黄油，无阻滞现象。3） 天车轴及天车层底座固定牢靠；护罩应齐全完好，固定牢靠。4） 当出现顿钻或提断钻具等重大事故时，应仔细检查钢丝绳是否跳槽。5） 滑轮槽严重磨损或偏磨时，应视情况换位使用或更换滑轮。6） 轴承温度超过70时，应及时采取降温措施和更换黄油或更换磨损的轴承。（二）游动滑车1. 游动滑车的结构游动滑车的形状为流线型，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衡而垂直地下落。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。常用的天车有：YC-130、YC-200、YC-350、YC-400、YC-450等。如YC130型游动滑车，它主要有横梁、左右侧板、滑轮、滑轮轴、销座、下提环、护罩等部件组成。为防止轴转动，用键将轴固定在侧板上。轴两端用螺母固紧以防止轴左右移动。为防止钢丝绳脱出，应加强侧板，并在滑轮上部用活动护罩罩住，滑轮下部有护板罩住。悬挂大钩的吊环是两个销子穿挂在四块钢板上面的。横梁为框形焊接结构，中间的通孔称为鼻子，供吊装时穿钢丝绳用，焊接在两侧板中部的护环有保护游车轴的螺纹和黄油嘴的作用。其主要功用是与天车组成游动系统。2. 游动滑车技术规范表2-3 油田常用大、中型钻机的游动滑车技术规范配用钻机ZJ-20ZJ-30大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130游车型号YC-135YG180YC-130YC-225YC-350YC-315YC-450MC-400YC-450YC-200起重量(KN)1350403200 1bf15702250350031503920313845002000滑轮数44或5556666567钢丝绳直径（mm)293235353535质量(Kg)176110272 1b209038056842684281401024581353. 游动滑车使用要求1） 游车在工作时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。2） 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。3） 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。4） 各轴承应每周注润滑油一次，注油时以少量油脂挤出轴承外面为止。5） 搬运游车时，应用起重机吊挂上横梁顶部的游车鼻子，不允许直接在地面上拖运。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。 （一）大钩的结构目前常用的大钩有两大类。一类是单独的大钩，其提环挂在游动滑车的吊环上，可与游动滑车分开拆装，如DG130型大钩；另一类是将游动滑车和大钩做成一个整体结构的游车大钩，如MC400型游车大钩。主要型号有：DG-130、DG-350、DG-450等。（二）大钩的技术规范表2-4 常用大钩及游车大钩的技术规范配用钻机大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130大钩型号DG-130DG-250DG-350DG-315DG-450MC-400DG-450DG-200最大钩载（KN)15702250294031504500313845002000大钩开口宽(mm）180190180220220230220190弹簧工作行程(mm)145180200200200200200180弹簧行程开始时负荷（KN)23.527153030.630.63030.62715弹簧行程终了时负荷（KN)5053565556.556.58556.55356外形长度（mm)47025458302953295379029532545外形宽度（mm)8407808908908801450880780外形高度（mm)243075029538308804640880750质量（Kg)170521803410341034961024534962180（三）大钩使用要求1. 大钩使用前应检查钩身制动装置，钩口安全锁紧装置，侧钩闭锁装置的灵活可靠性。2. 设有液力减震装置的游车大钩工作前应加足减震油。3. 使用前应检查钩身来回摆动及大钩提环摆动的灵活性。4. 大钩在承受较大冲击载荷（如碰撞、顿钻等）后，应及时检查主要受力部位（吊环、钩身、钩口、侧钩）受损情况，无异常损坏方可使用。5. 定期检查主要受力部位的磨损情况。6. 大钩的主要受力部位不得在现场进行气割或焊接。7. 开始提升时要平稳操作，以免大钩弹簧受力过猛而折断。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设备，是钻机的主要工作机械之一。其功用是：1. 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。2. 悬挂钻具，在钻进过程中送钻和控制钻压。3. 作为转盘的变速机构和中间传动机构。4. 当采用整体起升式井架时用来起放井架。5. 当绞车带捞砂滚筒时，还担负提取岩心筒、试油等项工作。6 . 安装钻台设备，完成其他辅助工作。（一）绞车的基本结构下面主要介绍我国石油钻井现场大量使用的JC45型和JC14.5型绞车。 JC45型绞车的基本结构JC45 型绞车称五轴绞车，它有足够的功率、足够的强度和刚度。JC45型绞车被分为前后两部分，采用销子、螺栓联接。绞车在前部有转盘中间轴和水刹车的水位控制装置，都装在一个过桥底座上。绞车的后部是绞车架，其上装有输入轴、中间轴、滚筒轴、猫头轴、带刹车、辅助刹车和司钻操作台。在绞车架的左右前罩上，各装有一个限制快绳移动、便于快绳顺利反转的快绳挡棍。在绞车架上的左、右侧各装有一个限制和支撑上、卸猫头绳移动的左、右挡棍。绞车后部的变速是通过输入轴和中间轴之间的三副链条和一对齿轮分别由齿式离合器离合，而使中间轴获得三个正速和一个倒速，再通过中间轴与滚筒轴之间的高、低速两副链条，分别由LT1070/200T和LT1170/250T通风型气胎离合器挂合，使滚筒获得六个正速和两个倒速。装在绞车前部的转盘中间轴是由滚筒轴高速链轮上的50.8mm双排链轮驱动，可使转盘获得三个正速和一个倒速。为了满足钻井工艺要求，可用更换转盘中间轴端链轮的方法获得更多的转盘速度。猫头轴的驱动是由滚筒轴低速链轮上的50.8mm单排链轮驱动，它可以有三种转速。在猫头轴的两端各装有一个动磨擦猫头和一个死猫头，用以上、卸扣和提升重物。在绞车架前下部装有刹把轴、主动拐、连杆、被动拐、刹带轴、刹带拐、平衡梁与刹车气缸，这些构件与绕在滚筒刹车鼓上的刹带组成了绞车的制动系统。绞车架采用密封式结构，使链条和齿式离合器实现强制润滑。绞车外部有护罩，以保证操作安全，并防止转动构件受外界沾污和碰损。在司钻台右前方有防护栅固定在左挡棍和过桥底座上，以保护司钻不会因猫头绳的突然断裂而发生意外。（二） 绞车的技术规范表2-5 常用绞车的技术规范配用钻机大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130绞车型号JC-14.5JC-40JC-45JC-50TF-38TF-38JC-70大庆-130输入功率(KW)47873511031100KW1470147014701000hp滚筒直径长度(mm)65084064011396851245685113878014407801440770143925.5933.07刹车毂直径宽度(mm)1180270150040127026716007614002691400169刹车毂冷却-水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷配用钻机大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130刹带包角（）330278325330水刹车型式单列1000电磁SS1200-FH-60电磁水冷绞车质量（kg）18900262003010034930Kg550003500040892外形长度(mm)5215660070007500767065906880外形宽度(mm)2874290036002980433231503185外形高度(mm)2911257027252555308230502821辅助刹车机构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。 感应式电磁刹车又名强流刹车，它相当于一种简化了的发电机，其作用原理基本上与发电机一样，其结构组成主要由左、右定子和转子组成。定子中嵌有励磁线圈和冷却水出入口，转子与滚筒连接在一起旋转，转子在定子磁场上旋转受到制动，在转子体有效层中产生强流，通过冷却水将热量带走。它可通过调节励磁电流来改变电磁刹车的制动力矩。（三）绞车的润滑要求1. 各滚动轴承、滑动轴承必须按规定时间加注钙基润滑脂，轴承温度不能高于60。2. 水刹车滚动轴承在每次下钻前加注钙钠基润滑脂。3. 各传动链条可用任何牌号的机油润滑。（四）绞车使用要求1. 起下钻时，为节约时间，合理利用绞车功率，应根据大钩负荷，按规定选择起升速度和挡位。2. 链条是绞车的主要传动件，更换链条时应整盘更换。3. 挂合换挡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，严禁在运转过程中加注润滑脂或润滑油，以免发生人身事故。10. 刹车把在4050应能刹住。在载荷条件下不得调节刹带。11. 遇到游车下放速度过慢、刹带离不开刹车鼓时，应设法调整，但不允许用撬杠垫在刹带下。12. 每班检查一次活绳头。五、 液压盘刹HXPS系列盘式刹车有HXPS70、HXPS50、HXPS40、HXPS30、HXPS20等五种型号，分别适应于7000米、5000米、4000米、3000米、2000米系列石油钻机配套。1. HXPS系列盘式刹车结构及性能特点盘式刹车系统主要由液压源、控制系统、刹车机构等部分组成。具有制动能力强，用户选择空间大，可靠性高，使用寿命长，维护保养方便等特点。2. HXPS系列盘式刹车功能1） 正常作业功能：司钻操纵伺服刹车阀操作机构控制该阀出口压力大小，该油压通过钳缸和刹车机构可控制绞车制动力矩，从而实现起下钻具、送钻等功能。2） 紧急刹车：紧急情况时，按下紧急刹车阀按钮，可实现刹车。3） 防碰天车保护：当滚筒缠绳过卷和（或）大钩上升到防碰危险高度时，防碰过卷阀和防碰天车高度限位阀（此两阀由钻机气路配）会起作用，给紧急刹车阀供气而实现紧急制动。4） 断电保护：对电动钻机，突然断电时钻机会自动刹车，保护钻井设备/钻具和井筒，以免发生事故。5） 停车制动：需要时按下紧急刹车按钮。6） 双保险和双倍制动功能：对于4000米、5000米、7000米重型钻机，控制系统设有换向阀，该阀在某一状态时，常开钳和常闭钳的控制分别为两个独立的制动回路。当换向后，按下紧急刹车按钮时，常开和常闭钳全部制动，具有双倍制动能力。图2-2 刹车机构示意图3. 刹车机构 即刹车执行机构，如图2-2所示，主要由刹车盘、刹车块、制动蹄、销轴、肘子、钳缸、钳架等组成。当给钳缸充油（常开钳）或排油（常闭钳）时，钳缸的推力通过肘子、制动蹄、刹车块 抱合刹车盘实现制动。当常开钳缸排油时，其回位弹簧使刹车块离开刹车盘，解除制动。当常闭钳缸充油时，油压将钳缸制动弹簧压缩，解除制动。4. 刹车盘的配置对于7000米，5000米钻机，刹车盘厚度为76mm。从布置型式分，有单刹车盘和双刹车盘之分，以适应不同型式的绞车需要，从结构型式分，有风冷和水冷两种，风冷刹车盘铸有冷却风道，水冷刹车盘设有冷却水室，推荐用户采用风冷刹车盘。对于4000米及以下各级别钻机，刹车盘厚度为40mm。推荐用自然散热刹车盘。5. 常开钳间隙调整用专用工具或直径约10mm的圆钢插入制动器缸体上的锁紧螺母使其松开，然后再插入调整螺母调整孔中，先旋转调整螺母使摩块与刹车盘间隙为零（搬不动为止），然后反向松开缸体2个调整孔，缸体上每旋转调整孔一个孔距，则双边摩块与刹车盘总间隙增大0.35mm，2个调整孔可使单边间隙为0.35mm。调好后锁紧锁母。6. 常闭钳间隙调整开启液压站，操作紧急刹车阀使常闭钳解除制动。如上所述用调整常开钳间隙的办法调整常闭钳间隙。7. 初始磨合当摩块与刹车盘间隙调整完毕后，在摩块与刹车盘间隙有稍许不均匀的情况下，允许在很小的制动力（由司钻据现场情况掌握）下，对常开、常闭钳分别进行短时间磨合，磨合时间应现场掌握，磨合期间应随时观察磨合发热状况，不允许过度磨合或出现烧磨块现象。磨合时的刹车油压应在22.5MPa。刹车块必经与刹车盘贴合面积在75%以上才能使用。8. 调试完成后，正常作业前，必须开动液压源运行2030min，并反复操作伺服阀手柄，一边变动手柄位置，一边观察刹车压力表的变化，压力变化均匀，随动性好，响应迅速，说明正常。再次检查油位、油温、各处密封、异响等情况，确保系统正常、可靠后，才能进入工作状态。9. 注意事项1） 安装前应清理干净阀件、接头、管线油道内污物。2） 安装完毕后应转动灵活，无卡阻或相互干涉等现象。3） 工作时应能与刹车盘面全接触。刹车机构在工作过程中不得有干涉现象。4） 无论在进行何种作业前，都必须经事先确认，正常作业制动回路、紧急刹车回路、防碰天车刹车回路和各控制阀、压力表等，都处于正常工作状态时才能作业。5） 正常伺服刹车阀手柄在制动位置被可靠定位。6） 紧急刹车阀手柄应扳动到刹车位置。7） 使用和维修液压系统时，在系统有压力时不得松开管线接头、螺纹连接或元件，一定要先停泵卸载，并打开截止阀，使蓄能器的压力油回油箱，然后再拆卸。停机程序：（1）去掉大钩负载，放下悬挂的大钩；（2）停机，释放系统压力；（3）释放蓄能器的压力油；（4）切断电源及气源。重新启动程序：（5）排除失效根源；（6）如果元件失效或更换期间污染杂物进入系统，则需要清理或冲洗系统；（7）确认元件正确无误、液路正确无误、电、气路正确无误；（8）根据需要给系统加油；（9）通知所有在场人员将重新启动系统；（10）启动系统。六、 钻井用钢丝绳钻井起升系统的钢丝绳是钻井现场使用最多、消耗最大的钢丝绳，钻井现场通称为大绳。其直径一般为2835m，规格为6股19丝（即619）。通常钻深3200m以下的钻机配备直径28.6mm；4500m钻机配备直径31.8 mm或34.9mm的大绳；6000m以上钻机配备34.9mm39.8mm的大绳。大绳起着悬吊游动滑车、大钩及传递绞车动力的作用。由于它运动频繁、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，损耗量较大，因此，了解它的结构特性，对于正确选择和使用钢丝绳都具有重大意义。钻井常用钢丝绳除游动系统大绳外，整体起升的井架还配备有起井架大绳，钻台上有悬吊各种辅助设备的钢丝绳和安全绳。钻井常用钢丝绳的规范见下表：表2-6 常用钢丝绳的规范名 称直径，mm长度，m游动系统大绳25.434.9400600起架大绳28.650.8防碰天车挡绳25.428.610防碰天车吊绳9.548外钳尾绳22.28内钳尾绳22.27外钳吊绳9.56472内钳吊绳9.53564气动绞车用绳15.9120150（一）钢丝绳的结构图2-3 典型钢丝绳的结构图2-4 钢丝绳的捻向游动系统所用的钢丝绳和一般起重机械所用的钢丝绳结构相同，它是用相同丝径或不同丝径的几根或几十根细钢丝围绕一根中心钢丝捻搓成股，再由几根绳股围绕一根麻芯捻搓成钢丝绳。钢丝绳的钢丝采用优质碳素钢制成，通过冷拉热处理等专门工艺过程使其强度极限达到140220kg/mm2。绳芯有浸油麻芯、浸油石棉芯、浸油棉纱芯、软钢芯等几种。麻芯的作用是浸油润滑钢丝，减轻钢丝绳工作时钢丝之间的磨擦、磨损，并防止钢丝生锈，使钢丝绳具有抗挤压、抗冲击、增加柔性和载荷均匀的特点，以满足钻井工艺对钢丝绳传递载荷的要求。钢丝绳的结构和捻向见图2-3、2-4所示。图2-6 钢丝绳的标记方法（三）钢丝绳的强度钢丝绳的强度指钢丝绳承载时破断拉力的大小。钢丝绳由于承受复杂应力作用，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，精确计算十分困难，只能根据钢丝绳承受的静载近似地标核其静强度，使其满足安全系数的要求。国产钻机规定的钻井钢丝绳（大绳）安全系数： 表2-7 钻井钢丝绳安全系数钻机型号ZJ-20大庆-130ZJ-45JZJ-70ZJ-90钢丝绳直径(mm)2628323542钢丝绳结构6x25Fi+NF钢丝绳破断拉力（kN）324407500691952钻井时最大钩载（kN）6901180157021602750绳系810101012钢丝绳安全系数2.132.903.143.152.89最大钩载时最大钩载（kN）11802160294039205880最大绳系810121214钢丝绳安全系数3.645.35.885.676.18表2-8 常用钢丝绳破断拉力钢丝绳直径（mm）9.513161922破断拉力（kN）45.483.2129184249（七）钢丝绳的使用寿命钢丝绳的使用期限受很多因素影响，其中包括：钢丝绳的制造质量、钢丝绳的结构和尺寸是否适合于工作条件、滑轮或滚筒直径与钢丝绳直径的比例、缠绳层数、经过滑轮后弯曲方向的变化，以及安装与使用情况等。许多因素在选择钢丝绳时即已决定，而安装与使用情况是钻井施工必须十分注意的，其中最主要的就是不得在承受负荷时把绳缠乱。因为在这种情况下，钢丝绳很容易被挤变形、断丝。安装钢丝绳时，在滚筒上缠绕好第一层绳至关重要。因此，重型钻机宜采用有绳槽的滚筒和排绳装置。钢丝绳缠绕在滑轮及滚筒上，在高变载荷作用下损坏得很快。当一节距断丝占10%时，即认为不宜用于提升系统。钢丝绳在提升系统中，各部分工作状况不太一样，快绳速度高，在滚筒上缠绕的次数多；滚筒上的钢丝绳上下层交接点处受到的磨损和挤压较严重；起升钻具时，由于动载的影响，绕在天车轮和游动滑车轮上的钢丝绳部分受到较大的磨损。由于以上种种原因，钢丝绳在使用一段时间后，就应将其相对位置倒换一下，截去一段原缠在滚筒上的钢丝绳，使受挤压及磨损严重的部分改变位置。 （八）钢丝绳报废标准表2-9 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断丝数在某一节距内的断丝数 型号安全系数6x196x376x6118x195以下1222363667142638388以上16304040（九）钢丝绳的使用要求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磨擦。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。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，应使新大绳从滚筒上旋转下放，不允许大绳打扭。第二节 旋转系统旋转系统是由转盘和水龙头（旋转水龙头）、井内钻具（井内动力钻具）等组成。其主要作用是带动井内钻具、钻头等旋转，连接起升系统和钻井液循环系统。一、 转盘转盘有钻机驱动和马达驱动两种。它的主要作用是带动钻具旋转钻进和在起下钻过程中悬挂钻具、卸开钻具螺纹，以至在井下动力钻井时承受螺杆钻具的反向扭矩。（一） 转盘的结构原理转盘主要有水平轴、转台、主轴承、壳体、方瓦及方补心等组成。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。（二）转盘的类型及技术参数表2-10 我国常用转盘的主要类型与主要技术规范型号MRL-271/2ZP-445ZP-37 1/2ZP-275ZP-275ZP-275ZP-375 配用钻机 技术参数 F320-3DHZJ-20 ZJ-15DZJ-60ZJ-30ZJ-40ZJ-50ZJ-70最大静载荷(KN)49001500-2250450044105850最高转速（r/min)300300290300300250300最大转动功率（Kw)441-515440441转盘通孔直径（mm)698.5445952.5698.5698.5952齿轮传动比1：3.681：3.58-3.673.673.673.56传动方式万向轴-万向轴链条链条万向轴万向轴质量（Kg)52533230-613661638026外形长度(mm)24462000-239223922468外形宽度（mm)17451250-167016701810外形高度（mm)680570-685685718（三）转盘的使用要求1. 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。2. 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。3. 启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠。4. 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。5. 启动转盘前，应检查转盘链条护罩和万向轴护罩是否齐全，牢靠。6. 每班应至少检查一次转盘的固定情况。7. 在起钻过程中，严禁使用转盘崩扣。8. 在钻进和起下钻过程中，应避免猛蹩，猛顿。9. 转盘应保持清洁。10. 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。11. 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、 水龙头水龙头是钻机旋转系统的主要设备，是旋转系统与循环系统连接的纽带。它悬挂于大钩之下，上接水龙带，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。（一）水龙头的结构水龙头主要由固定、旋转和密封部分组成。固定部分基本组成有外壳、上盖、下盖、鹅颈管、提环和提环销组成。中心管承受钻柱的重量和钻井液的压力。主轴承在承受全部钻柱重量的同时承受震动冲击载荷，工作条件十分恶劣，它的寿命往往决定着水龙头的大修周期。盘根装置上、下分别与鹅颈管和中心管连接，行程钻井液通道。现场使用的两用水龙头，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，由气马达带动中心管旋转。表2-11 水龙头的类型及技术参数见表配用钻机大庆-130ZJ-40ZJ-45JZJ50ZJ-60F320-3DHZJ-70大庆-130水龙头型号SL-130SL-250SL-450SL-450SL-450CH-400SL-450SL-225额定起重量(KN)12752250441044104410392045002250最高转速r/min300300250300300300300300冲管内径外径(mm)75957595759575957595769275957595中心管内径（mm)75757575751007575中心管接头扣型631631双反631631双反631631双反631631双反631631双反631631双反631631双反631631双反最大工作压力(Mpa)19.63534.334.33529.43535质量（Kg)2040224627002700270025003060外形长度(mm)1030288010963015301513343015外形宽度(mm)690102610291896109611201096外形高度(mm)298382030151065102928971065（三）水龙头的使用要求1. 在搬运过程中必须带护丝。2. 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。3. 检查上、下盘根盒压盖、冲管盘根盒是否上紧，并用链钳转动中心管，确认无阻卡后方可使用。4. 新水龙头使用前必须试压，以按高于钻进中最大工作压力12MPa的泵压试压15min，不刺、不漏为合格。5. 使用新水龙头或长期停用的水龙头时，必须先慢后快，用I挡启动转盘，待转动灵活后再提高转速。6. 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。7. 对新的水龙头或修理后第一次用的水龙头，在使用满200h后应更换润滑油。8. 工作中，每班加注一次黄油。加注时，应在没有泵压的情况下进行。9. 应随时检查冲管上、下密封盘根盒处是否刺漏钻井液，上、下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。10. 随时检查冲管上、下螺纹压帽是否上紧，鹅颈管与水龙带连接油壬是否刺漏。11. 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。12. 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。第三节 循环系统钻井液循环系统是由钻井泵、地面管汇、立管、水龙带、钻井液净化设备、井下钻具及钻头喷嘴等组成。其主要作用是冲洗净化井底、携带岩屑、传递动力。一、 钻井泵钻井泵是循环系统的心脏。主要有单缸单作用立式柱塞泵，双缸双作用卧式活塞泵，三缸单作用卧式活塞泵。它的作用是为钻井液循环提供能量，以一定的压力和流量，将具有一定密度和粘度的钻井液输进钻具和完成整个循环过程。（一）钻井泵的结构和工作原理图2-10 钻井泵的工作原理钻井泵主要由液力端和动力端两大部分组成。液力端包括缸体、缸套、活塞、吸入阀、排出阀等部件；动力端主要包括传动轴、齿轮、曲柄连杆等部件。动力机通过皮带（或链条、万向轴）带动泵的主轴旋转，再通过曲柄连杆机构使活塞移动，缸内形成负压，上水池的液体在大气压力作用下，顶开吸入阀进入缸内，直到完成吸入过程。活塞开始向反方向移动，缸内液体受到活塞的挤压而压力升高，吸入阀被关闭，排出阀被顶开，液体被活塞推出排出阀，经排出管进入高压管汇，完成排出过程。（二）钻井泵的类型与技术规范目前，石油钻井常用的钻井泵有三缸单作用钻井泵和双缸双作用钻井泵两大类，其技术规范见下表。表2-12 石油钻井常用的钻井泵技术参数三缸单作用泵3NB-9003NB-1000SJ3NB-13003NB-13003NB-1600输入功率(kw)6607359569561176冲次（次/min)155150120140120冲程(mm)220235305254305最高排出压力Mpa31.533.134.334.334.3最大排量(L/S)34.24046.544151.9吸入管直径（mm)257257305257305排出管直径（mm)100100123100100最大缸径（mm)160170180170190长宽高4.452.341.664.52.251.74.32.052.5254.92.691.85.042.852.1质量Kg1600018000182001990024900（三）钻井泵的使用要求1. 开泵前应检查安全阀、泵压表是否符合使用要求；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。2. 开泵时必须与有关操作人员联系，确认无误时才能开泵。3. 开泵时，操作人员必须注意泵压表的压力变化，循环未正常前不许离开开关。4. 在运转过程中，要经常检查泵压表的变化，检查泵各部位有无异常响声5. 运转中，要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穿现象。6. 开泵后若要修泵时，须摘开带泵离合器，挂标示牌或有专人监护气开头以免误操作导致事故。7. 修泵时，应关闭高压闸门，防止钻井液倒流堵塞钻头水眼。8. 泵在运转中，各轴承部位温度最高不得超过80。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得到充分的净化。钻井液净化设备主要包括振动筛、旋流除沙器、离心分离机、除气器、循环罐和搅拌器等。（一）振动筛振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备，又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。因此，它是固控的关键设备，担负着清除大量钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件。如果振动筛发生故障，其下一级设备就超载，甚至无法工作。所以，要根据钻井条件，选好、用好振动筛。1. 振动筛的结构原理振动筛主要有筛架、筛网、激振器、减震元件等组成。振动筛是一种筛分离设备，它通过机械震动把大于网孔的固体和通过吸附作用将部分小于网孔的固体筛离出来。从井口返出的钻井液由进液管流向震动着的筛网表面，固相从筛网尾部排出，小于网孔的固相和液相通过筛网流入下一级净化设备，从而完成分离工作。2. 振动筛的类型根据结构不同，振动筛可分为单层筛和多层筛。目前广泛使用的是双层振动筛。双层筛网的孔径上大下小，其优点是：分级分离不同粒度的岩屑和固相颗粒，避免单层筛网负担过重，提高净化效果。（二）旋流除沙器旋流除沙器主要用来清除振动筛清除不掉的较细固相颗粒。按被清除的固体颗粒的大小，旋流除沙器可分为除沙器和除泥器。除沙器主要用来分离0.061.1mm的粗泥和砂粒；除泥器分离0.010.03mm的粘土微粒和细泥粉沙。（三）除砂器的使用要求1. 使用前，应检查除砂器的固定是否牢固，管线连接与密封是否良好，水眼是否通畅，压力表与传动带护罩是否完好。2. 要经常检查砂泵的固定，油量，密封盘根和传动部分是否达到使用要求。3. 使用时应两次挂合气开关，使砂泵运转，砂泵电机接地良好。4. 冬季使用后应放净钻井液。5. 使用时应根据钻井液的含砂量来调节出砂口的大小。第四节 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、 柴油机为了使钻机获得足够的动力，必须配备动力设备及其辅助设备。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、柴油机直流电驱动和工业电网电驱动四类。我国石油钻井多采用柴油机作动力。（一） 柴油机的结构柴油机主要由两个机构、五大系统组成，即曲柄连杆机构和配气机构，进排气系统、润滑系统、冷却系统、燃料系统和启动系统。（二） 柴油机的工作原理柴油机是将柴油燃烧产生的热能转化为机械能的动力设备。它必须按照一定的规律不断地将燃料和空气送入气缸点火燃烧，形成高温、高压的气体，推动活塞作用。目前我国石油现场大量使用的是四冲程柴油机，其工作原理如下：1. 第一冲程进气冲程：进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内缸外要形成压差。活塞下移，而使气缸内形成真空，空气通过进气阀被吸入气缸。这个过程称为进气过程，习惯上也称进气冲程。2. 第二冲程压缩冲程：压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力、温度，为燃料燃烧创造有利条件。活塞自下而上移动时，因进气阀已被关闭，气缸里的空气被压缩，空气的温度与压力亦随之升高。其升高程度，取决于被压缩的程度。3. 第三冲程膨胀冲程：当活塞上行即将终了时，喷油器即开始将燃油喷入气缸。此时，由于缸内的空气温度已经很高，点燃喷入的燃油，使缸内的温度和压力急速上升。气缸里高温、高压气体的膨胀，推动活塞下行。其压力随着气体膨胀而逐渐降低，这一过程称为燃烧膨胀过程。这一冲程中，高压的气体直接作用在活塞上推动活塞向下运动，并通过连杆和曲轴向外界输出有用功，因此，也称为有用冲程。4. 第四冲程排气冲程：排气冲程的目的是清除缸内的废气。活塞向上移动，排气阀被打开，这时，因气缸里的压力大于外界压力，已经作功的废气便开始排出，气缸内的气体压力迅速下降。（三）柴油机的启动，运转和停车操作要求1. 柴油机的启动1） 打开气源阀门，将油门手柄大约调到怠速范围内。2） 按下自动停车扳杆手柄，使自动停车装置拨叉与齿条上的挡块脱开，使油泵齿条处于供油位置。3） 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，驱动柴油机着火启动。每次启动时间不得超过15s。如三次不能启动，则应查明原因。4） 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。5） 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。6） 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。注意：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1） 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，所有的零件固定牢固；排气管及呼吸器排烟正常，无异常响声。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。2） 柴油机