钻井设备是什么？
勘探钻井是所有勘探过程中投资最高的阶段，其费用是地质和地球物理勘探的数倍之多。钻井的结果将直接反映地球科学家们的研究工作是否“命中”靶区。勘探钻井费用的变化幅度很大，它取决于地理条件（陆地或海洋，接近的难易程度或极端环境的地域等），同时也取决于钻井的深度。一些裸眼钻井仅仅向地下钻进几百米，几天就可完成，其费用不足100万美元。然而，一些井则需要向下钻进5000米到6000米甚至7000米，整个钻进过程需要1年左右才能完成，所需费用就会约达1亿美元。下图为钻井设备示意图。
钻井设备示意图
旋转钻井原理钻头的动力来自钻塔顶部的钻井泵或钻机上的旋转台，也可能来自钻具的底部。
旋转钻井是石油钻井所使用的技术。钻头被固定在一根钻杆的终端。裸眼钻井常使用带三个牙轮的钻头。需要钻穿的岩层越硬，钻头牙轮的齿就越短，也更加坚硬。对于一些超硬的岩层或用于取心的井，人们就会使用镶有金刚石的钻头。钻头所需的动力一般由地面设备提供，一部分来自安装在钻塔顶部的动力钻具，另一部分来自安置在钻具底部的转盘。在少数情况下，钻头也可以由安置在钻头上方一个孔内的涡轮直接旋转带动钻进，这项技术叫做涡轮钻井。为了减少钻杆的摩擦及给钻头润滑并冷却，人们采用高压泵将钻井液从钻杆内输往钻头。这种钻井液也起到平衡钻头穿过的地层内所含液体产生的压力的作用，这样就可以避免钻井中失控发生井喷的危险性。钻井液携带着岩屑（被钻头破碎的岩石碎屑）从钻杆外部与井壁之间的空间返到地面。
一支钻井队需要几十位不同领域的专家组成。钻井工程师操作或掌管钻井进程的专家。负责设计钻井工程并对钻井工程实施连续检测和评估。他们确定套管（这是一种支撑钻井井壁的钢管）的直径、使用的工具和钻井液的类型等。司钻要保证钻井尽可能平稳地进行，他们肩负着许多责任，比如决定施加在钻井工具上的压力，以及钻井液返回地面的效率，找到最佳钻井速度，当发生磨损时更换钻头等。
钻井队还有司钻、钻井液工、钻井技术员和其他工程师如专门负责为钻杆增加或减少设备，负责钻进方向、接口作业、应对钻孔事故和处理地下岩层断裂等故障。他们一起工作，尽可能安全、高效，以较低成本完成钻进任务。
“油气目的层——勘探钻井的目标深埋于地下，预计这些油气藏的埋藏深度为2000米到4000米，有时可达6000米（相当于25个埃菲尔铁塔的高度）。”
一旦选定了勘探区域，就必须踏勘，以确定它的边界，还应进行环境保护方面的研究。租借合同，包括合同的标题和关于土地的可通行进入权等必须得到法律授权与合理的评估。对海域来讲，必须得到法律的授权，表明管辖范围。一旦法律条款得以落实，钻井队就可以开始土地的准备工作：（1）清理、平整土地，可能还会铺设进入工地所需的铁路；（2）由于钻井时需要水，所以必须找到就近的水源（如果没有水源，可以钻一口水井）；（3）工程人员要挖一个储存大坑，用于存放钻井过程中产生的钻井液和岩屑，用塑料绳等明显标识拦起来，以免造成环境污染（如果钻井的区域属于生态敏感区，则所产生的岩屑和钻井液就必须运走——用卡车运输取代那种储存大坑）。
土地准备好以后，就须挖几个孔以备安装钻机和定位主井眼。在真正实施钻井的位置四周需要挖一个长方形的孔，我们称它为“井口圆井（或方井）”。方井可以在钻孔四周为工人们和钻井所需配件的存储提供一个工作区。接下来，钻井工人就开始钻一个主井眼，常常先用一个较小的钻井车而不用主钻井设备。首先钻的钻孔要比钻孔的主要井段直径大些，也浅一些，并用一个直径较大的导管实施固定。随后，还会挖一些坑以便暂时存放设备，完成这些工作之后，就可以将钻井设备运至工地着手安装。根据钻井地点和附近的道路情况，可以采用卡车、直升机或驳船将钻具运至目的地。在内陆水域，由于没有支撑钻机的基础（如在沼泽或湖泊中钻井作业），可以将钻井设备安装在驳船或轮船上。在船底开一个孔用于钻井施工。井架（或桅杆式井架）是钻井系统的支撑。那是一种高达30米甚至更高的金属塔，它可以把钻井设备垂直立起来。在第一根钻杆的末端处，安装的就是钻井工具，一般是上面镶有坚硬钢粒或齿状三牙轮（大直径钻头）的钻头。
这种大直径钻头“啃食”岩石，它只能提供较小的压力，但它的旋转速度很快，可以将岩石破碎成小碎屑。随着钻头深入地层，就再接上一根9米左右长的钻杆。它以螺纹的方式与前一根相连接，如此以往，一根接一根地向地下钻进。带有大直径钻头的钻杆装置称为钻具。对付那些极为坚硬的岩石，大直径钻头上的齿就显得力不从心。对此，就要换上镶有金刚石颗粒的单块式钻头；用这种钻头就会所向披靡，攻无不克。为了避免井壁坍塌，需沿井壁插入一套空心的钢制圆形筒，而且会从地表直插井底（与钻杆一样，它们也像无线电收音机的拉杆天线那样节节相套，以螺纹相互连接），这就是套管作业。一旦完成了下套管作业，钻进就可重新开始，但套管之下的孔径会略小一些：套管会占据一些先前钻好的钻孔空间，使原来的孔径缩小。因此，开始钻进时的一个50厘米直径的孔径在几次下套管之后孔径就会减少至20厘米左右。钻井设备的形状和大小多种多样，它们将根据所钻井的深度和安装地点而定。所钻的井越深，钻井设备的功率就应越大，当然，费用也就越高。在海上钻井，钻机可以固定的方式站立在海底（自升式钻井平台），也可以漂浮方式（半潜式钻井平台）进行固定，钻井设备的选择取决于作业水域的深度、大气环流和海洋的地理条件，比如风速、海浪和潮汐等。在过去的20年中，钻井技术有了长足的进步。现在，人们已经能在水深3000米以上的海域进行钻探作业，水平钻井和定向钻井技术等都代表着主要技术潮流。
钻井设备原理示意图
什么是钻机？
钻机由钻孔的钻头和地面设备组成。钻机可以是能用于钻水井、油井和天然气井的大型机械设备，也可以是由一个人就可移动的小型设备。它们可以采集地下矿物样品，检测岩石、土壤和地下水的物理性质，还可以安装一些地下装置，如地下水设备、仪器、管子或井等。
（1）陆地过渡带（坐底式钻井装置）、浅水区（自升式钻井平台）。钻井装置包括了钻井所需的所有设备。钻井过程中，有一些辅助设备（如钻头、套管）和产物（如钻井液），这些都是在钻进过程中所使用的。在钻进过程中，还需要大量的服务工作，比如与储层相关的知识以及完井的工艺与技术。
（2）钻井的形式多样化，它们不再仅仅是垂直状的。人们用水平井和定向钻井来提高油气藏的开发速度及多套含油气层的开采。高水平的钻井是复杂而智慧的技术。在这类钻井的完井作业中，将一些仪器安置在井孔的不同深度处，可以测量那里的液体和气体含量，并且可以遥控终止井孔内某一特定井段的生产（当某一井段的产水量过多时采用此方法处理）。
钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等八大系统组成。钻井设备按功用分旋转、提升、循环、动力与传动、控制等系统：
1、旋转系统主要设备是装在钻台井口上的转盘，转动时，通过方钻杆带动钻柱和钻头旋转钻进。当采用井下动力钻具带动钻头旋转时，转盘用来承受反扭矩。
2、提升系统由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳等组成的一套起重设备。绞车主要用于起下钻具、下套管和钻进时控制钻压。井架用于安放天车和悬挂游动滑车、大钩等提升设备与工具，以及起下、存放管柱。天车与游动滑车是一套复滑轮装置，用以减少绞车钢丝绳上的张力,大、中型钻机复滑轮的钢丝绳数一般为8～12股。
3、泥浆循环系统由泥浆泵、高压泥浆管线、水龙带、水龙头、钻柱以及泥浆固控设备等组成。
4、固控设备用以清除井中返出的泥浆中的无用固相颗粒。常用的设备有振动筛、除砂器、除泥器、除气器和离心分离机等。70年代末期，开始使用自动配制泥浆系统,与井控装置联用，可对井筒随时进行可靠控制,自动保持泥浆比重恒定。在出现井喷预兆时，能自动调节泥浆比重及其他性能。
5、动力与传动系统 包括动力机及传动机组。动力机主要用柴油机、电动机或燃气轮机。传动机组有链条、皮带、齿轮等机械传动、液压传动和电传动几种，把动力传递给绞车、转盘、泥浆泵等工作机。
6、控制系统 使各机组按照钻井工艺需要，协调地进行工作。包括对动力机、绞车、转盘、泥浆泵等的启动、停车、调速、并车、换向等进行控制，方式有机械、气压、液压、电控制等，并向电子计算机控制方向发展。
7、井控设备是用于油气钻井中保证安全钻进的重要设备,包括防喷器、阻流管汇、压井管汇、泥浆-气体分离器等。防喷器用以防止井内泥浆和油、气、水的喷出，防喷器有闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器等类型，安装在钻台下的井口处，分别用于封闭钻柱与套管之间的环隙或全部井口。此外，还有钻柱内防喷器，用于封闭钻柱内部空间。近代钻井设备都配备数套不同类型的防喷器，组成井口防喷器组，用以控制不同的钻井情况。
钻井设备主要指的是钻机。现代石油钻机是一套联合的工作机组，由动力机、传动箱、绞车、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵以及钻井液净化设备等组成，还有井架、底座等结构，以及电力、液压和空气动力等辅助设备。当前，我国乃至世界广泛使用的是旋转钻井法，其相应的钻井设备称为转盘旋转钻机，见图4-1。
一、钻机的组成
根据钻井工艺各工序的不同要求，一套钻机必须具备下列系统和设备。
（一）起升系统
起升系统主要包括主绞车、辅助绞车（或猫头）、辅助刹车（水刹车、电磁刹车等）、游动系统（包括钢丝绳、天车、游动滑车和大钩）以及悬挂游动系统的井架等。另外还有起下钻具操作使用的工具及设备（吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移运机构等）。绞车是该系统的核心部件。
图4-1 典型旋转钻井设备
①—转盘；②—防喷器组（二）旋转系统
钻机的旋转系统主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、配合接头、钻头等组成，转盘驱动方钻杆、钻杆、钻头破碎岩石，钻出井眼，所以转盘是该系统的核心设备。另外，丛式井或定向井还需配备井下动力钻具，这就构成了旋转钻进系统。
（三）循环系统
钻井液循环系统设备主要由钻井泵、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、钻井液罐、钻井液枪、钻井液搅拌器、混合漏斗等组成，钻井泵是该系统的核心设备。
（四）动力系统
动力系统为钻机提供动力。不同的钻机配备的动力设备不一样。机械钻机主要以柴油机为动力设备，电动钻机主要以电动机为动力设备。目前国内外主要以柴油机和柴油发电机作为钻机动力源。
（五）传动系统
传动系统的主要任务是把动力设备的机械能传递和分配给绞车、钻井泵和转盘等工作机。传动系统在传递和分配动力的同时具有减速、并车、倒车等特种功能。石油钻机的传动方式有机械传动（包括万向轴、减速箱、离合器、链传动和三角带传动等）、机械—涡轮传动（液力传动）、电传动、液压传动。
（六）控制系统
为了使钻机各个系统协调工作，钻机上配有气控制、液压控制、机械控制和电控制等各种控制设备，以及集中控制台和显示仪表等。
（七）底座系统
钻机底座是钻机组成重要部分，包括钻台底座、机房底座和钻井泵底座等。车装钻机的底座就是汽车或拖拉机的底盘。钻机底座主要用来安装钻井设备，以及方便钻井设备的移运等。
（八）辅助系统
成套钻机除具有上述的主要设备外，还必须配备供气设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备、辅助发电设备及起重设备，在寒冷地区钻井时还应配备保温设备，以保证钻机能安全、可靠运行。
二、钻机类型
（一）按钻井深度划分
（1）浅井钻机：指钻井深度不大于2500m的钻机，主要有用于钻地质调查井的钻机、岩心钻机、水井钻机、地震及炮眼钻机等；
（2）中深井钻机：指钻井深度在2500～4500m之间的钻机；
（3）深井钻机：指钻井深度在4500～6000m之间的钻机；
（4）超深井钻机：指钻井深度超过6000～9000m之间的钻机；
（5）特超深井钻机：指的是钻井深度超过9000m的钻机。
上述的中深井钻机、深井钻机、超深井钻机主要用于钻生产井、注水井及勘探井等深井。
（二）按驱动设备类型划分
（1）机械驱动钻机：包括柴油机直接驱动或柴油机—液力驱动的钻机，以及采用三角胶带、链条、齿轮等主传动副进行统一、分组或单独驱动的钻机。
（2）电驱动钻机：包括交流电驱动钻机、直流电驱动钻机等。目前主要采用AC-AC交流电驱动，AC-SCR-DC可控硅整流直流电驱动及AC-DC-AC交流变频电驱动。
（3）液压钻机：通过液压动力和传动方式驱动的钻机。
三、钻机标准
石油钻机标准主要包括钻机参数标准、钻机最大井深标准、钻机等级标准及钻机型号标准。
（一）钻机参数标准
（1）名义钻深范围：钻机在规定的钻井用绳下，使用规定的钻柱时钻机的经济钻井深度范围。
（2）最大钩载：钻机在规定的最多绳数下进行作业时，大钩上所允许的最大载荷。
（3）钻井绳数：用于正常钻进、起下钻柱时的游动系统（属上述起升系统）有效绳数。
（4）游动系统最多绳数：钻机配备的天车、游车轮系所能提供的最多有效绳数。
（二）钻机等级标准
我国对石油钻机等级规定了九个级别，即ZJ10/585，ZJ15/900，ZJ20/1350，ZJ40/2250，ZJ50/3150，ZJ70/4500，ZJ90/6750，ZJ120/9000。
其中“ZJ”为钻机汉语拼音字头；10、15、20、40、50、70、90、120为最大钻井深度（单位为m）的1/100；585、900、1350、2250、3150、4500、5850、6750、9000为钻机最大钩载（单位为kN）。
（三）石油钻机型号标准
下面举例说明钻机型号标准：
ZJ15/900DBZ-2，表示交流变频自走式车载钻机，最大钻深1500m，最大钩载900kN，第三代产品；
ZJ40/2250L，表示链条为主驱动原型模块式机械钻机，最大钻深4000m，最大钩载2250kN；
ZJ50/3150DB-1，表示模块式交流变频电驱动钻机，最大钻深5000m，最大钩载3150kN，第二代产品；
ZJ70/4500DZ：表示模块式DC-SCR-DC驱动的可控硅整流电驱动钻机，最大钻深7000m，最大钩载4500kN。
四、钻井绞车
钻井绞车不仅是起升系统设备，而且也是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机之一。
（一）钻井绞车应具备的功能
根据钻井工艺的特点，所配备的绞车应具有以下功能：
（1）具有足够大的功率。有提升最重钻柱和解卡能力，在最低转速下钢丝绳能产生足够大的拉力，保证游动系统安全可靠。
（2）各提升部件具有足够的强度和刚度。滚筒、滚筒轴、轴承以及各机构、易损件具有足够长的寿命。
（3）绞车滚筒具有足够的尺寸和容绳量，保证缠绳状态良好以延长钢丝绳寿命。
（4）能适应起重量的变化，具有足够的起升挡数，以提高功率利用率，节约起升时间。
（5）具有灵敏而可靠的刹车机构及强有力的辅助刹车，能准确调节钻压、均匀送进钻具，在下钻过程中能随意控制下放速度以及能在较省力的状态下将最重钻柱载荷刹住。
（6）具有一个或两个猫头——紧扣猫头和卸扣猫头，以满足用大钳紧扣和卸扣及其他辅助起重的需要，有时还应配有死猫头。
（7）具有稳定的支架和底座；整个绞车不应超重、超宽、超长、超高，以免给运输带来困难；传动部分应有严密的保护罩，易损件要拆卸、更换方便。
（8）采用集中控制，使控制手柄、刹把、指重表等集中在司钻控制台上，便于司钻的操作。
（二）绞车的结构类型
绞车种类繁多，有多种分类方法，如按轴数分，有单轴、双轴、三轴及多轴绞车；按滚筒数目分，有单滚筒和双滚筒绞车；按提升速度分，有二速、三速、四速、六速、八速绞车。常用的是三轴绞车。
五、钻井泵
钻井泵是钻井液循环系统中的关键设备，现场习惯称为泥浆泵，一般用于在高压下向井底输送高黏度、高密度和含砂量较高的钻井液（同时也是井底动力钻具的动力液），以便冷却钻头和携带岩屑等。
（一）钻井泵的分类
钻井泵的种类较多，石油矿场上常用的是三缸单作用卧式往复泵，这种泵活塞在液缸中往复一次吸入或排出液体。
我国用于石油和天然气钻井的国产钻井泵已逐步系列标准化，如3NB××1000，3NB××1300，3NB××1600等。其中NB表示“钻井泵”、NB前面的数字表示泵的液缸数，无数字则为双缸泵；NB的下标表示设计序号，后面的数据表示泵的额定输入功率（单位为hp）。
（二）钻井泵的基本参数
钻井泵工作能力的大小可以用其基本参数来表示，分别是流量、压头、功率、效率、冲次和泵压。
1．流量
流量是指在单位时间内泵通过排出管输出的液体量。流量通常以体积单位表示，又称为体积流量，其单位为L/s或m3/s。钻井泵中的流量又分为平均流量和瞬时流量，现场上所说的流量一般是指平均流量。石油矿场上又习惯把流量称作排量。
2．压头
压头指的是单位质量的液体经泵压所增加的能量，也称为扬程。
3．功率和效率
功率是指泵在单位时间内所做的功。一般把在单位时间内发动机传到泵轴上的能量称作输入功率或主轴功率。把在单位时间内液体经过泵后增加的能量称作泵的有效功率。功率的单位为“kW”。泵的效率是指有效功率与输入功率之比。
4．冲次
泵的冲次是指在单位时间内活塞的往复次数，单位为“次/min”。
5．泵压
泵压是指泵排出口处的液体压力，单位为“MPa”。
钻井设备是什么?
答：钻井设备主要指的是钻机。现代石油钻机是一套联合的工作机组,由动力机、传动箱、绞车、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵以及钻井液净化设备等组成,还有井架、底座等结构,以及电力、液压和空气动力等辅助设备。当前,我国乃至世界广泛使用的是旋转钻井法,其相应的钻井设备称为转盘旋转钻机,见图4-1。 一、...
什么是钻井设备及工具?
答：钻井设备及工具包括地面钻井设备(石油钻机)以及钻头、钻柱等。 一、石油钻机1.钻机的组成现代石油钻机是一套大型联合机组。图5-2所示为旋转钻井的基本设备。根据钻井工艺中钻进,洗井,起、下钻具等工序的需要,一套钻机必须具备下列系统和设备: 图5-2 钻井设备 (1)起升系统。用于起、下钻具,更换钻头,下套管等作业。
钻井费用与钻井设备是什么?
答：钻机由钻孔的钻头和地面设备组成。钻机可以是能用于钻水井、油井和天然气井的大型机械设备，也可以是由一个人就可移动的小型设备。它们可以采集地下矿物样品，检测岩石、土壤和地下水的物理性质，还可以安装一些地下装置，如地下水设备、仪器、管子或井等。（1）陆地过渡带（坐底式钻井装置）、浅水区（自...
钻井主要工具是什么?
答：钻杆是钻柱的主要组成部分，主要作用是传递扭矩、输送钻井液、钻进。其公称尺寸通常以其本体的外径来表示。4 方钻杆 方钻杆位于钻柱的最上端，其上部和水龙头相连，下部和钻杆相连接。长度一般比钻杆单根长2～3m，根据其截面形状可分为正方形截面和六角形截面两种。其主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重量。
钻进工具是什么?
答：牙轮钻头在石油钻井中使用最多、适应性最广。它主要用于钻中硬至硬度较大的塑脆性及脆性地层。牙轮钻头是在钻头体上安装几个能随钻头公转又能绕着牙轮轴自转的牙轮。有两牙轮钻头、三牙轮钻头及四牙轮钻头,用得最多的是三牙轮钻头。根据岩石破碎规律,牙轮钻头结构设计应满足在旋转动力及钻压作用下,牙轮在公转和自...
...减速涡轮的作用是什么?定向井队用的有哪些设备?
答：钻井工具zuanjing gongju钻井工具drilling tools主要有井口工具和井下钻具。井口工具 为起下和上卸钻具的工具，如吊钳、吊卡、卡瓦等。吊钳用于上、卸各类下井钻具丝扣。吊卡用以悬挂、提升和下放钻柱。卡瓦用于卡住钻柱并悬挂在转盘上。井下钻具 包括钻头、钻柱、井下动力钻具以及稳定器、减震器、震击...
什么是井下动力钻具?动力钻具钻井的特点是什么
答：井下动力钻具是一种以钻井液为动力源，把钻井液的压力能转换为机械能的井下工具。其特点是使钻头在转盘或顶驱转速不变的情况下获得更高的转速，从而提高了机械钻速，同时也减少了钻柱与套管及井口之间的磨损。
什么是钻井?
答：钻井船：钻井船是一种具有钻井设备的船舶，可以在海洋上自由移动，适用于不同海域的钻井作业。钻井船的灵活性较高，但钻井能力相对较弱。不同类型的钻井平台适用于不同的环境和作业需求，选择合适的钻井平台对于海洋石油和天然气的勘探和开采非常重要。这些平台的设计和技术不断发展，以提高钻井效率、安全...
什么叫钻井油台?
答：动力驱动转盘时带动钻柱和 钻头一起旋转 ，破 碎岩石。井下动力钻是利用井下动力钻具带动钻头破碎岩石，钻进时钻柱不转动，磨损小、使用寿命长，特别适于打定向井。井下动力钻有涡轮钻、螺杆钻和电动钻等。钻井设备按功能分为旋转系统、提升系统、泥浆循环系统。动力与传动系统和控制系统等。
石油钻井固控设备都有什么?能否实现智能化?
答：石油钻井固控设备包括：泥浆振动筛，泥浆清洁器，真空除气器，除砂器，除泥器，中速离心机，高速离心机，泥浆搅拌器，泥浆搅拌罐，射流混浆器，砂泵及其他泵类等。固控设备集成的固控系统 石油钻井固控设备 石油钻井固控设备的智能化需要借助PLC 智能控制系统，或者MCC房加装智能设备，就可以实现固控设备...
