问道赞吧盒子《石油钻机型式与基本参数标准》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油钻机型式与基本参数标准（13页珍藏版）》请在人人文库网上搜索。

　　1、石油钻机型式与基本参数修订标准技术分析 1标准制修订回顾70年代我国石油工业蓬勃发展，但装备落后。在这种形势下，1975年原石油工业部与机械工业部联合组织成立了“钻机系列化及链条钻机调查小组”，1978年又成立了“三化小组”，在分析各国钻机标准及美国钻机和API规范的基础上，起草了我国石油钻机型式与基本参数标准。1979报国家标准总局，经批准定为中华人民共和国国家标准，标准号为GB180679，于1981-01实施。此标准在技术上的显著特点是，在最大钩载参数上突破了以往沿袭原苏联、罗马尼亚标准的作法，这两国标准基本上是根据综合井身结构下套管负荷需要来确定最大钩载； 我国这次标准是在有关规范和设

　　2、计准则要求下，最大限度地发挥钻机绞车本身能力可提供的负荷来确定最大钩载。因此，该标准制订的这一参数比苏、罗标准均要大(见表1)，它较大地提高了钻机对地层和钻井工艺的适应能力。表1GB180679与苏76*和罗75*标准的最大钩载对比井深Hm00010000最大钩载W/tfGB400600苏76*标准320400罗75*标准500注：*指1976年或1975年标准。 首次标准发布以来，至今已进行了2次修订，它们在规范和

　　6、订3，44，55，6，7.57.5，9，10.5，12钻井泵单台功率不小于Pd/hpGB180679350，500800，10001000，13001300，16001600GB180686350，800800，1000，13001 300，1 修订美国石油钻机技术基本作法 美国在世界石油钻机技术和销售量上均属首位，与国际技术接轨实质上是与以美国为代表的技术作法及采用API规范接轨。我国石油钻机标准采纳了这一趋向。就普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在60年代已达成熟阶段，从那时至70年代其石油机械制造业得到迅速发展。钻机

　　8、关规范和推荐作法，它们均采用。根据钻井公司的要求，将这些主机配套成钻机，很机动灵活。当确定钻机钻深能力时，下列因素都是重要的：井架承载能力;提升系统承载能力；动力机组功率；绞车功率及负荷能力；钻井泵功率；钻台高度及承载能力；转盘开口及承载能力等。上述诸多因素中绞车性能是最基础的因素，它是将动力转换成提供起升负荷能力的源泉，无怪乎美国人把绞车视为钻机。由于钻柱质量是决定井深很重要的出发点，他们的设备标准中唯独绞车标有井深参数。最初是以412英寸钻杆为计算井深基础，虽然后来出现5英寸无细螺纹钻杆，其水力和承载性能比412英寸钻杆为好，但绞车产品已经形成，所以仍沿用原来的412英寸钻杆所标定的井深。

　　9、用5英寸钻杆钻井时，额定井深的钻杆质量要增大一些，标定井深要打点折扣。由于绞车使用说明书中均有游动系统绳数与各档载荷能力表和提升曲线，实际钻井作业可根据需要按这些表或曲线年代后期，美国很多公司的样本在绞车参数中“412”字样已不再注明。几十年来美国钻机的主机在总体上基本没有变化，对比了National公司1976-1977年绞车参数与1998-1999年National-Oilwell两公司合并后公布的绞车参数与性能数据完全一样；Emsco公司也基本如此，两公司绞车载荷参数见表312。它们摘至1998-1999年National-Oilwell样本和1986-1987年E

　　16、档MEMMEMEMME悬吊绳数下提升载荷能力W/tf271*258*118*表示额定井深钻柱质量载荷(下同) 我国于1978年曾分别与美国Ideco、 National两公司进行过技术座谈，分析这些资料和美国其他公司的绞车和钻机情况后，可以得出他们一般的几点技术作法。a)井深范围下限是额定井深的55%70%。b)额定井深钻柱质量取412英寸钻杆中间壁厚带接头质量27

　　18、井钻机这一钩速还要高些。d)功率为735 kW(1 000 hp)及其以上的绞车，钻井绳数一般采用8或10绳；功率为550 kW(750 hp)以下采用6绳。e)通常最大绳数比钻井绳数多4或6绳，以得到较大的载荷增益。f)钻井时钢丝绳安全系数不小于3，下套管不小于2。g)功率为735 kW(1 000 hp)及以上绞车的滚筒尺寸其直径与绳径比，一般为20倍或大一些，钻井时起一28 m(93 ft)立根在滚筒上缠绕不超过3层；下套管用最大绳数起1立根则到第4层，但未有到5层上去的。层数太多对钢丝绳寿命不利。h)游动系统效率计算公式1 Tk(1kn）n（1k）式中，k为1根绳和滑轮效率；n为悬吊绳

　　19、数。k值有取0.98，0.97，0.96等。API取0.96，National公司取0.972，Emsco公司按API取0.96。对这2种k值各绳系数效率见表13。i)功率为550 kW(750 hp)及以上的绞车总体结构一般采用3轴结构(输入、变速、滚筒)，从输入轴至滚筒轴的绞车机械效率取0.904。j)为考虑钻井安全，在钻井绳数下绞车最低档(档)速度的配置要满足当柴油机可能出现故障时，用输入功率的12或1台柴油机功率能以一定的钩速提起额定井深钻柱质量(National这一钩速为0.150.2 m/s，3040 ft/min)。31999年修订标准技术分析3.1额定井深与井深范围修订标准将钻

　　20、机划分为9级。其中部分钻机额定井深对应原标准井深有所调整，如ZJ32型调整为ZJ40型，ZJ45型调整为ZJ50型，ZJ60型调整为ZJ70型，ZJ80型调整为ZJ90型等(见表2)。这与美国多数公司将1 000 hp绞车定为3 6604 420 m，1 500 hp 定为4 900 m，2 000 hp 定为 6 100 6700 m，3 000 hp定为9 144 m等是一致的。如此处理对我国钻机出口和对外承包钻井工程有利。修订标准井深范围其下限是额定井深的50%70%，也与美国多数公司一致。这是一种通常作法，并非经济性论证的结果。3.2绞车功率与钩速修订标准确定每级钻机的绞车额定输入功率

　　21、均不低于美国，提升额定井深钻柱质量(以下简称钻柱载荷)的钩速也不低于美国，达到0.500.63 m/s(98124 ft/min)。钩速按下式计算。vH75PRDWTFH75PHFH，式中，vH为大钩提升钩速，ms；PR为绞车额定输入功率，hp；PH为大钩钩功率，hp；DW为绞车机械效率，取0.904；T为钻井绳数时的游动系统效率(按表13，National公司值)；FH为额定井深钻柱载荷kg,对412英寸钻杆，FH=30 kg/m该额定井深；对5英寸钻杆FH=36 kg/m该额定井深。计算结果与美国对比见表14。ZJ10型ZJ120型钻机的钩速分别达到107，118，108，98，98，11

　　25、速度、离合器扭矩等。这些因素如何比较优化地匹配，是具体设计时要确定的问题，但其中绳系是首要因素，它是决定其他因素的基础。由于钩速与钩载除与绞车输入功率成正比外，还与提升系统绳数有关，也就是说，要满足提升钻柱载荷达到要求的100120 ft/min的钩速标定在什么绳数下的问题，这就是钻井绳数的概念。它影响着钻机的性能，标准中需要确定这一参数。钻井绳数在美国没有统一规定， National公司设计准则是， 对1 000 hp及以上的绞车钻井绳数定为8绳， 用此绳数提升钻柱载荷设在第档上， Emsco公司也基本相近；在这样前提下，设计派生出各档、各绳数的钩载能力(见表312)。钻井时是否一定要用钻井

　　26、绳数?如果井身结构出现的载荷小于、等于或略大于钻柱载荷，为减少起下钻时间，提高钻井时效，一直使用钻井绳数是合算的；若出现的载荷很大或下很重的套管，是先用钻井绳数然后倒绳，还是一次穿到最大绳数，就要权衡地层复杂情况与时间得失由钻井工程来考虑。最大绳数是为取得更大载荷增益能力而设计的，确定多少根为宜?它除考虑钢丝绳安全系数及其他承载件允许条件外，还应考虑在滚筒上缠绳层数不要太多。因为当下技术套管(一般最重)倒到最大绳数时还要继续钻井，仍要进行起下钻作业，由于用最大绳数起28 m立根的缠绳量比钻井绳数多，导致在滚筒上缠绳层数多。按API RP 9B推荐作法要求，在滚筒上缠绕的钢丝绳最好不要超过3层。

　　27、所以确定最大绳数时要顾及层数原则(API RP 9B推荐：如果用一个合适的卡子，将活绳头卡紧在滚筒上，固定圈数有9圈就足够了，如果滚筒直径为660 mm或更大些，则5圈就够了。即在计算缠绳量时可不计绳长)。修订标准确定的钻井和最大绳数基本与美国主要公司一致，对比数据见表15。表15修订标准钻井和最大绳数与美国公司对比绞车功率P/hp01 0001 5002 0003 000 4 000中国NationalEmsco绳数n，分析了National各级绞车的绳径、滚筒尺寸与缠绳层数(第1层开始7圈不计绳长)，钻井绳数起28 m立根均在3层上，最大绳数起28 m立根不超过4层。

　　32、0，基本缠完3层；最大绳数12，缠在4层上。c)ZJ90型钻井绳数10，缠在3层上；最大绳数14，缠在4层上。钻井绳数12，基本缠完3层，最大绳数16，缠在4层上。d)ZJ120型钻井绳数12，缠在3层上，最大绳数16，缠在4层上。修订标准在处理ZJ70型钻机绳径问题上， 选取了 38 mm(11/2英寸)， 比National和Oime公司的2 000 hp绞车35 mm(138英寸)绳径要大(见表16)，从而将额定井深提高到7 000 m；对ZJ90型钻机的绳径采用了42 mm(158英寸)，比National1625M型3 000 hp绞车38 mm(11/2英寸)绳径要大，同时将最大绳

　　33、数增到16、最大钩载增到680 t，从而把原标准8 000 m钻机提到9 000 m。这些举措是恰当和必要的，满足了钻机提级的需要。3.4最大钩载与绳安全系数最大钩载是因设置了最大绳系而带来的承载增益。美国绞车提供的最大钩载是基于钻井绳数下，利用最低档(档)大于提升钻柱载荷档的载荷升值，再进一步通过最大绳数而得到的。计算公式为： Fmax=FDnmaxmax(nDD），式中，Fmax为最大绳数时绞车档钩载；FD为钻井绳数下绞车档钩载；nmax为最大绳数；nD为钻井绳数；max为最大绳数时游动系统效率；D为钻井绳数时游动系统效率。公式表明，在钻柱载荷及钩速档定位(定在几档、钻井绳数多少?)的基础

　　34、上，合理拉大最大绳数与钻井绳数间隔、档与提升钻柱载荷档的载荷比，能得到较多的载荷增益。National和Emsco公司的绞车档与提升钻柱载荷档的载荷比为1.62.2(见表312)。要说明的是，美国绞车提供的最大钩载，表示的是绞车本身可承受的钩载能力，不代表整个钻机的载荷能力，它将受到所配提升系统设备的载荷能力限制。National公司各级绞车最大钩载与该公司相应的游车载荷和绳数比较接近(见表17)，而Emsco公司绞车最大钩载要选大一级的游车才能与之最大绳数配套(见表18)。两公司提升设备均符合API Spec 8C载荷系列等级。表17National绞车与游车匹配游车型号A350B500B6

　　36、908绳径d英寸绞车型号D-3-C-1-C-2-C-3-C-3-绳径dt/英寸最大钩载Wmax/tf276418 543835835最大绳数nmax1214 141616对应轮数n67788我国钻机最大钩载是直接按照API Spec 8C相应的载荷等级圆整成尾数为0和5的值确定的。 就National所配提升设备载荷能力而言， 我国2 000 hp以上钻机的最大钩载不比该公司小。钢丝绳安全系数应遵循了API RP 9B推荐值要求，钻井时不小于3、下套管不小于2。通过计算，列出了我国各级钻机钻柱载荷和最大钩载的绳安全系数与美国的对比(见表19)。表中的绳公称拉力引至我国19

　　41、，2 6003 600 m钻机配0.287 hp/m、大于3 600 m钻机配0.328 hp/m，70年代末期提高到0.4 hp/m。90年代以来，配泵功率又有增加。1998年美国Nabors钻井公司来华谈到国外在使用1 300，1 600 hp(960，1 180 kW)泵时，由于泵压提高，泵的机壳刚性已明显不足；我国南海南方钻井公司也有使用泵压达40 MPa的纪录。他们提出1 470 kW级的额定泵压要由35 MPa提高到52.5 MPa。1998年修订标准改变了以往配单泵功率可以从小到大的范围中任选的作法，而是规定了所配单泵功率的最小值，且此值是以往标准中单泵的上限功率值(见表2)。其

　　42、好处有：a)提高钻机适应钻井工艺的能力。b)可能在全井段(除表层)实现单泵钻井，轮休保养泵，减少辅助时间。c)软特性传动钻机， 可不换或少换缸套， 泵不会超载， 压力提高后使用低冲次还能延长易损件寿命。3.6井架高度1998年修订标准对ZJ120型钻机的井架，明确可采用37 m立根，对ZJ90型钻机未作明确。这是因为3 000 hp绞车的通行滚筒尺寸和绳径，如果采用37 m立根在滚筒上的缠绳，无论钻井绳数为10或12都要超过3层，最大绳数14或16也要超过4层到第5层上去。否则滚筒尺寸要设计得比国外大，对绞车结构性能不利。 4结论修订标准制定的钻机井深级别覆盖范围宽、扩展了万米级钻机、井深标定与国外接轨、性能参数不低于美国先进水平并与API规范一致，驱动型式多样化等等这些特点，必将进一步推动我国石油钻机的发展，提高我国钻机在国际上的地位，促进我国钻井事业走向世界

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