交流變頻電驅動石油鉆機

交流變頻電驅動石油鉆機交流變頻調速電驅動石油鉆機（AC—GTO—AC石油鉆機）是國外新發(fā)展起來的一種先進的電動石油鉆機。這種鉆機在滿足石油鉆井工藝要求方面具有現(xiàn)用機械驅動鉆機和直流電驅動鉆機無可比擬的優(yōu)越性能。這種鉆機的核心技術就是采用了交流變頻調速技術。交流變頻調速技術是一種涉及電動機理論、自動控制理論、電路拓樸理論、電力電子技術、微電子及計算機技術的綜合性交叉技術。專家認為交流變頻電驅動鉆機是現(xiàn)代高新技術與石油鉆井機械的有機結合，具有強大的生命力，是當代石油鉆機的發(fā)展趨勢。近年來，由于上述技術和可自關斷全控技術、脈寬調制技術（PWM）、電機控制技術、矢量控制技術及直接力矩控制技術的飛速發(fā)展和應用，促進了交流變頻調速技術的迅猛發(fā)展，交流變頻調遣陛能，已完全達到石油鉆井工藝對鉆機驅動傳動系統(tǒng)調速性能的要求。為了使油田電網(wǎng)供電的固定工頻（50I--IZ）輸出后成為可變頻率，通常采用整流技術，把工頻經(jīng)過整流變?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^逆變技術，把直流變成可調的交流。原來采用不可自關斷的半控器件，需要強迫換流來實現(xiàn)逆變，而強迫換流則需要輔助直流電源。用于換流的電源器件、電感及電容，造成逆變電路體積龐大、投資增大、換流損耗大、逆變效率低、可靠性差和由于半控器件開關頻率低很難采用脈寬調制技術等問題。應用可關斷全控技術以后，由于可關斷器件不需要輔助換流電路、全控器件開關頻率高、可靠性高、電壓控制、驅動功率小、驅動電路容易實現(xiàn)等優(yōu)越性能，克服了采用不可白關斷半控器件造成逆變電路的一系列問題。PWM技術的應用，使電機力矩脈動減小，諧波分量減小，滿足了交流電機的供電要求。另外，PWM技術在調節(jié)頻率的同時，通過控制輸出電壓脈沖的寬度，調節(jié)輸出交流電壓的幅值，實現(xiàn)在逆變橋同時調節(jié)輸出頻率及電壓。矢量控制技術通過對三相電機的3／2變換把三相的量，解耦成類似直流電機的勵磁分量及轉矩分量，并對其量獨立控制，再經(jīng)過2／3變換成交流供電的三相量來控制電機，保證了力矩控制的線性關系，從而達到了直流電機的控制特性。隨著微電子技術及計算機技術的發(fā)展，法國AL—STON等公司已推出成熟的矢量控制型交流變頻器，并成功地應用于石油鉆機系統(tǒng)。ALSTON公司生產(chǎn)的交流變頻石油鉆機代表了當今世界交流變頻鉆機的一流水平。該鉆機控制系統(tǒng)為分布式，其主控系統(tǒng)可以實時處理各種操作指令，監(jiān)控各子系統(tǒng)的運行，及時處理故障，通過網(wǎng)絡同各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通過互聯(lián)網(wǎng)完成同外界的信息交換。該鉆機有以下各子系統(tǒng)：扭矩控制系統(tǒng)（頂驅或轉盤控制系統(tǒng)）、剎車控制系統(tǒng)、平衡控制系統(tǒng)、游車控制系統(tǒng)、灌注控制系統(tǒng)、鉆井泵及能量回饋控制系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)同主控系統(tǒng)共同實現(xiàn)高級控制策略。各子系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)控制，每個子系統(tǒng)具有智能化和自適應功能。各子系統(tǒng)通過各算法程序保證鉆機在各種復雜工況下實現(xiàn)最佳工作，如扭矩控制系統(tǒng)的結構是：交流電機、交流變頻器、可編程控制器（ALSPAI800k光電編碼器。當系統(tǒng)閉環(huán)后，該控制能保證鉆具平穩(wěn)，減少鉆具振動（軟扭矩控制），并能保證鉆具在零轉速下實現(xiàn)滿轉矩輸出，同時實時與主控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)／指令／狀態(tài)的傳輸，實現(xiàn)現(xiàn)場控制。該鉆機的分布式控制系統(tǒng)具有易操作。高精度、高可靠性、人工智能化、自動化和可控制等性能。當鉆機的控制系統(tǒng)運行時，司鉆能通過TV顯示器（視頻，圖形化界面）了解各種參數(shù)的變化，．并實時自檢各系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當發(fā)生故障時，能及時報警，在報警的同時，能檢測出發(fā)生故障的子系統(tǒng)及模塊代碼，并對故障同時進行智能分級處理。出現(xiàn)嚴重故障時，能自動啟動輔助系統(tǒng)，保證鉆機工作正常運行，同時，根據(jù)故障代碼使系統(tǒng)快速恢復。由于AC—GTO—AC石油鉆機的優(yōu)越性能，國外鉆井承包商紛紛發(fā)展AC—GTO—AC石油鉆機，僅1997年下半年至1998年9月，英國北海油田的很多海上平臺選用了交流變頻石油鉆機，而且把許多平臺的直流驅動裝置改造為交流驅動。僅1998年上半年，ALSTON在英國的CEGELECBAUTAILDIVISION子公司就承接了斯倫倍爾石油公司5套AC—GTO—AC石油鉆機，同時還負責對北海平臺AC-SCR-De鉆機進行改造。采用交流變頻調速技術的AG—GTO—AC石油鉆機與機械驅動石油鉆機和AC—SCR—DC石油鉆機相比，具有以下突出的特點：鉆機的絞車、轉盤可實現(xiàn)無級變速，調速范圍寬；能以極低的速度恒扭矩輸出，對井下鉆具的事故處理、側鉆、修井、小鉆井液排量作業(yè)、優(yōu)選參數(shù)鉆井作業(yè)十分有利。可使電動機的短時增矩倍數(shù)達1．15~2以上，大大提高了鉆機的提升能力和處理事故的能力。由于具有恒功率寬調速特性，故可大大簡化鉆機的機械結構。具有轉盤扭矩限制功能，可防止鉆具或機件扭斷。交流變頻技術對電機具有安全保護功能。負載功率因素高，接近于1，具有軟起動性能，可降低供電電源的容量。在帶載情況下，可平穩(wěn)啟動、制動和調速；在下鉆時，可實現(xiàn)對電網(wǎng)能量反饋，減少制動裝置損耗，節(jié)約能源。交流電機體積小，單機容量大，價格便宜，沒有碳刷換向器，不需制成防爆型，維護費用低，使用安全可靠，易于操作管理。容易實現(xiàn)鉆機的自動化、智能化和對外界變化的自適應控制。安裝、拆卸、搬遷方便靈活。激光石油鉆機據(jù)資料介紹，美國計劃在21世紀使用激光鉆井。美國芝加哥天然氣研究所(GRI)與美科羅拉多礦業(yè)學院、麻省理工學院、雷克伍德公司、菲利普斯及美國空軍和陸軍合作，聯(lián)合開展一項激光鉆機的研究計劃，該計劃約于.2000年完成。GRI的主要技術負責人理查德克說：激光鉆井將使21世紀的石油天然氣鉆井發(fā)生革命性變化。激光鉆井將像本世紀初的旋轉鉆井替代頓鉆一樣帶來徹底的技術突破。激光鉆井技術的優(yōu)點是：可降低鉆井成本，提高機械鉆速，改善井控，減少鉆機平均工作天數(shù)、鉆頭磨損和起下鉆時間，激光鉆井可精確地控制井眼，并能在井眼周圍形成一層堅硬的玻璃化外皮，可最大限度地減少或取消同心套管。該項計劃的實驗室研究工作將在美國陸軍的高能激光系統(tǒng)試驗室和美國空軍的定向能量實驗室完成。試驗中將使用美國國防部星球大戰(zhàn)計劃開發(fā)的2臺強大、有效的高能激光器。一臺是中紅外高級化學(MIRACL)兆瓦級激光器。該激光器發(fā)出的能量，能洞穿數(shù)英里外的戰(zhàn)術和戰(zhàn)略目標，并能燒穿軟巖石礦物質固體材料。菲利普斯公司用MIRACL激光器進行鉆孔試驗，激光束在1s鐘內可穿透60mm厚的砂巖一頁巖一砂巖夾層，其穿透速度至少是目前常規(guī)鉆井的100倍。另一臺是化學氧化碘激光器(COIL)，該激光器是用于空對空防御并能跟蹤摧毀導彈的高能激光器。將該激光器用于深度超過4500m的鉆井和完井，可以解決井控、側鉆和定向鉆井等問題。由于COIL精度高，范圍大，具有很高的輸出功率，并能在光纖中耦合，故適用于鉆很深的油氣井，且成本較低。GRI稱，還有兩種激光器：一種是高能放電同軸碘激光器，該激光器是用于研究各種環(huán)境下激光束對多種材料的影響；另一種是LDD激光器，該激光器是用于研究強激光與不同軟巖石礦物之間的相互關系。LDD已進行了4.5x104s以上的激光一材料試驗，且LDD的運作費用相當?shù)?。GRI專家認為，對激光鉆井的研究，將促進井下激光鉆井機械、鉆常規(guī)井和小井眼井(連續(xù)油管)的激光鉆頭、激光射孔工具、側鉆及定向激光鉆具的發(fā)展。新型液壓石油鉆機20世紀90年代初期，挪威MariTime液壓裝置公司與英國石油公司聯(lián)合研制成功一種新型液壓石油鉆機。該鉆機采用液缸作為提升機構，取消了傳統(tǒng)的絞車、井架和游車等常規(guī)設備。整臺鉆機由雙液缸、游動軛、提升鋼絲繩、平衡器總成、液缸導向架、頂部驅動裝置和液壓系統(tǒng)等部件組成。雙作用的液缸由鉆臺上可分開的凸緣支承著，凸緣移走后，臺上的孔洞可讓液缸下降通過或進行檢修?；钊麠U涂有防腐抗磨、經(jīng)久耐用的陶瓷層。游動軛是由軛主體、4個直徑為2.8m的滑輪和2個導向座組成。導向滾筒在液缸導架的導軌上移動，活塞桿固定在導向座最頂部。游動軛主體裝有滑輪，用銷子釘在導向座高處，滑輪上的軸則定位在軛主體底處，以保證整個總成平衡，即使在加速或減速時，甚至沖程速度不均時，也能保證活塞桿引導穩(wěn)定，這就允許液缸力在不均勻的情況下仍能使軛主體在新位置上保持平衡。4個大直徑滑輪在軸的雙滾柱軸承上滑動，滑輪槽可裝2根鋼繩，還有一個槽可裝供頂驅裝置用的軟管或電纜。這不僅解決了軟管懸掛在井架上的問題，而且在立管和鵝頸管取消后仍可改善鉆井液的水力條件。8根提升鋼絲繩，長度固定，平行排列，一端接頂驅裝置(為取消游車)，另一端接鉆臺上的平衡器總成。該總成用以補償液缸動作的不平衡。吸收各繩不均勻的彈性，保證各載荷均勻。鋼繩的破斷安全系數(shù)為4.0~4.5。液缸導向器取代了塔式(或輕便)井架。此架只起導向作用，不供提升，外形為正方中空截面，用搭接焊焊成，導軌也在導向架上，故不需留安全空隙，也不存在過去游車游動到天車或鉆臺上的問題。頂部驅動裝置與常規(guī)的一樣，只有兩個例外，一是提環(huán)用鏈連接，一是進鉆井液的鵝管，其面向上，以便軟管從上面滑輪進入。液壓系統(tǒng)有4臺泵，可通過電動機或柴油機驅動提供提升能力，但僅為恒定速度的1／4，節(jié)省動力。剎車由液缸底部的節(jié)流閥控制。蓄能器是主循環(huán)系統(tǒng)的重要組成，它有足夠能力處理容積變化，并具有充分的升壓力和立根提升時的最大速度。該鉆機的優(yōu)點是：重量大大減輕(可減重200--4000t以上)。允許鉆臺臺面升高，但并不影響總重量和重心，還可將鉆桿立根盒移到鉆臺下面。立根盒位置降低以后可取消鉆桿排放設備，鉆桿排放從水平到豎直只用簡單設備即可。如采用機械化鉆桿排放設備只需一人操作，不用井架工。鉆臺載荷能力大，能支承兩個長液缸和轉盤。鉆桿提升和排放都在鉆臺上的槽里，此槽還具有鼠洞功能。敞開取放鉆桿，并可將立根盒安排在鉆臺兩邊。軟管石油鉆機早在20世紀50~70年代國外已開始研制軟管鉆機和應用軟管鉆井技術鉆井，但真正進行工業(yè)應用還是在90年代初期。1991年，美國Oryx能源公司應用2in連續(xù)軟管和井下馬達在美國得克薩斯鉆了一口1062m的水平井；1992年,美國道威爾公司用13/4in連續(xù)軟管和31/16in泥漿馬達在法國巴黎盆地鉆了一口總長1274.7m的井。由于軟管鉆井技術表現(xiàn)出的優(yōu)越性和相關配套技術裝備的發(fā)展與進步，90年代以來一直保持著強勁的迅速發(fā)展的勢頭。據(jù)美國CTES(美國連續(xù)軟管工程公司)統(tǒng)計，1991年用連續(xù)軟管鉆井技術鉆了4口井，1992年鉆了14口井，1993年鉆了30口井，1994年鉆了150口井，1995年鉆了356口井，1996年鉆了410口井，1997年鉆了600口井，而且1997年殼牌英國勘探與生產(chǎn)公司在北海應用軟管鉆井技術在垂深3860m處成功地進行了側鉆，創(chuàng)造了利用軟管鉆井技術側鉆垂深最大的紀錄?，F(xiàn)在全世界應用軟管鉆井技術鉆井的國家有美國、加拿大、法國、英國、荷蘭等國家，其中，美國、加拿大是應用軟管鉆井技術鉆井最多、最活躍的國家。之所以軟管鉆井技術發(fā)展得如此迅速，主要是因為這項技術具有較突出的優(yōu)越性和90年代以來軟管鉆井設備與工具的技術進步。連續(xù)軟管鉆井技術的優(yōu)越性連續(xù)軟管鉆井技術與常規(guī)鉆機鉆井相比可節(jié)約費用25％--40％。在正常鉆進中不用停泵接鉆桿，在起下鉆過程中可連續(xù)循環(huán)鉆井液，故大大節(jié)省了鉆井時間，加快了鉆井速度，縮短了鉆井周期，避免了因接鉆桿可能引起的卡鉆、井噴等事故，提高了鉆井作業(yè)的安全性。連續(xù)軟管內可內置電纜，改善信號的隨鉆傳輸，可以實現(xiàn)隨鉆測量和閉環(huán)鉆井。對老井重鉆、加深鉆或側鉆作業(yè)中，因軟管直徑小可在不取出油管等設備的情況下邊采邊鉆，節(jié)約作業(yè)費用。在欠平衡鉆井作業(yè)中，可確保井下始終處于欠平衡狀態(tài)，保證作業(yè)安全，減少鉆井液漏失，防止地層傷害。井場占地面積小，特別適合于海洋平臺、地面條件受限制的邊遠地區(qū)勘探和邊際油田開發(fā)。由于軟管尺寸小，特別適合鉆小井眼井。井場地面設備占地少，鉆井廢棄物少，噪音小，有利于環(huán)境保護。鉆井設備安裝、拆卸、搬運相對簡便快速。近年來連續(xù)軟管鉆井設備的新發(fā)展美國XL、TSL等公司近年來開發(fā)了一種電動連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)——電動井下鉆具組合。這種鉆具組合用電潛泵馬達取代了常規(guī)的螺桿鉆具，為了降低輸出軸的轉速和更好地適應鉆井環(huán)境，電潛泵馬達與行星齒輪傳動箱相連。該馬達由地面上一臺與變速驅動裝置相連的計算機控制。開發(fā)出的控制軟件可以采集、記錄來自馬達的實時鉆井數(shù)據(jù)，并為司鉆等技術人員提供實用的鉆井信息，提高對鉆井過程的反饋和控制能力。該鉆具組合由連續(xù)軟管連接器、潤滑油補償系統(tǒng)、電動馬達、傳動箱、旋轉密封裝置和驅動軸下端的軸承組組成。鉆具組合的動力是由計算機控制的地面變速驅動裝置提供的。司鉆通過計算機顯示屏監(jiān)測鉆頭轉速和根據(jù)馬達電流與鉆頭轉速計算扭矩，各種參數(shù)可根據(jù)鉆井環(huán)境的要求迅速轉化和改變。這種電動連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)已順利通過試驗并顯示出以下特點：延長了平均故障時間，可靠性得到了進一步提高。能在高溫條件下鉆井。能滿足欠平衡鉆井和硬地層等鉆井工藝要求。由于用電潛泵馬達取代了螺桿泵，無需較高的水能驅動馬達，故避免了失速和延長了軟管壽命。在保持鉆壓的情況下可以提高鉆具組合的可控性和柔和性?？刹杉姐@頭扭矩、鉆頭轉動狀況等多種鉆井數(shù)據(jù)。高性能的遙測工具可以快速反饋數(shù)據(jù)，從而更好地進行地質導向等作業(yè)。該電動連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)的最終目標是研制成功一種集井下測量和地質導向的全自動鉆井系統(tǒng)。套管石油鉆機套管鉆井是一種全新的鉆井工藝技術，被譽為是21世紀的前沿鉆井技術之一。與套管鉆井工藝相配套的套管鉆機取消了常規(guī)的鉆桿，用套管代替鉆桿進行鉆井。1995年以來Tesco公司研制了一種用于套管鉆井的新型鉆井裝備——套管鉆機。鉆機安裝在拖車上，采用電一液驅動的頂驅裝置，通過套管傳遞扭矩，并帶動安裝在套管底部鉆具組上的鉆頭旋轉鉆進。鉆頭固定在一個專用鉆具組的前部，鉆具組鎖定在套管的底部，并用鋼絲繩與鉆臺上起下鉆頭的專用絞車相連，當需要換鉆頭時，將鎖定裝置打開，利用絞車將鉆具起出，更換新鉆頭后再用絞車將鉆具送入井底，鎖定在套管底部，操作非常方便迅速。套管鉆井中的鉆頭直徑小于套管內徑，若需鉆出大于套管外徑的井眼，則需在鉆頭上部的鉆具上裝一可以收縮的擴孔鉆頭，鉆進時，擴孔鉆頭張開，這樣就可以鉆出大于套管外徑的井眼。鉆機的鉆進過程也就是下套管的過程，套管下到井里不再提起，完鉆后即可進行固井。1998年6月Tesco公司用新型的套管鉆機成功地進行了鉆井試驗，并獲得了兩項美國專利。套管鉆機鉆井具有以下優(yōu)點：簡化了鉆機結構，減小了鉆機尺寸，降低了鉆機成本，鉆機更輕便，且容易操作和搬遷。套管鉆井節(jié)省了大量的鉆井管材，節(jié)約了大量與鉆桿、鉆鋌有關的采購、運輸、檢驗、維護和更換的費用。采用鋼絲繩起鉆比傳統(tǒng)的鉆桿起鉆快5?10倍，減少了起下鉆時間。由于套管自始至終留在井內，大大減少了地層膨脹、井壁坍塌、鍵槽、臺階和意外事故的發(fā)生，而且不再有抽吸作用和壓力波動，從而使井控狀況得到大大改善。套管鉆機在起下鉆更換鉆頭或側井時，可繼續(xù)循環(huán)鉆井液，防止鉆屑沉積，減少卡鉆和井涌發(fā)生。套管鉆機鉆井，可以使鉆井液水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和清洗井筒的狀況得到大大改善。鉆機鉆井可大大降低鉆井成本，據(jù)估計，一口井深3000m的井，與常規(guī)鉆機鉆井相比;，所需費用可節(jié)省30％以上，其經(jīng)濟效益十分明顯。套管鉆井技術是一項正在迅速發(fā)展的技術，有著廣闊的應用前景。套管鉆機是一種新型的鉆井設備，隨著套管鉆井工藝技術的完善和推廣，套管鉆機也必將會得到進一步的發(fā)展。小井眼石油鉆機國外研究小井眼石油鉆井技術的歷史比較早，但這一鉆井技術真正引起世界石油界的普遍關注和對小井眼鉆機的技術開發(fā)還是近十來年的事。20世紀80年代以來，由于國際油氣價格持續(xù)低迷，整個世界石油工業(yè)很不景氣，加上世界各國環(huán)境保護意識的增強，各國對環(huán)境保護的呼聲和要求越來越高，許多國家制定了保護環(huán)境的法律法規(guī)，嚴格限制包括石油工業(yè)在內的污染、排放和噪音，從而大大增加了對石油鉆井工程中的環(huán)保壓力和環(huán)保費用。各大石油公司和鉆井公司為了生存，為了獲取更大的經(jīng)濟效益，千方百計尋找降低勘探開發(fā)成本、提高經(jīng)濟效益與自身競爭力的方法和途徑。進入90年代以后許多石油公司投入很大的力量開展小井眼鉆井技術的研究和實際應用，進而促進了小井眼石油鉆機在世界上的迅速發(fā)展。小井眼鉆井技術與常規(guī)鉆井技術相比具有以下顯著特點：關于小井眼的定義，目前各國尚無統(tǒng)一定論，美國小井眼的定義是：對直井來講，全井90％以上井眼的直徑小于7in或70%的井眼直徑小于5in的井稱為小井眼井。對于水平井來說，水平段井眼直徑小于6in的井稱為小井眼井。采用小井眼鉆機鉆井，由于井眼小，可減少鉆井液、鉆頭、鉆桿、套管、水泥、水、柴油等材料的消耗和鉆井作業(yè)人員的經(jīng)費支出，可減少鉆屑和場地，可提高鉆井和起下鉆速度。例如，在邊遠地區(qū)鉆勘探井，如果井眼尺寸減少50%,則鉆井液、鉆屑和井場面積將減少75%，總費用可降低40%?60%；鉆開發(fā)井則可降低25%?40%的成本。采用小井眼鉆機鉆井，可大大減少常規(guī)鉆機的體積和重量，可大大節(jié)約鋼材，減少拆裝、修路、運輸?shù)荣M用。井場占地面積比普通鉆機小75%，比常規(guī)鉆井節(jié)省30%的費用和大量的時間。利用小井眼鉆機在條件十分惡劣的邊遠地區(qū)進行勘探，可大大減少在高風險、高成本作業(yè)情況下的資金投入，在老油氣田利用常規(guī)鉆機只能開采出大約40%的原始地質儲量，而用小井眼鉆機打加密井可采儲量將提高50%，在舊開發(fā)井內用小井眼鉆機繼續(xù)向深部鉆探，可發(fā)現(xiàn)老油層下面的新油藏，用小井眼鉆機進行老井再鉆比用常規(guī)鉆機可大大降低投資成本。小井眼鉆機的裝機功率和鉆井泵功率比常規(guī)鉆機的小，所以燃油消耗和排放的廢氣少，對空氣的污染和噪聲級別小。由于井眼尺寸小，所用的鉆井液、產(chǎn)生的鉆屑和廢物少(比常規(guī)井減少約70%)。由于小井眼鉆井技術在降低油氣勘探和開發(fā)成本、提高經(jīng)濟效益、減輕環(huán)境污染等方面比常規(guī)鉆井具

有十分突出的優(yōu)越性，另外，原來一直困撓小井眼鉆井技術發(fā)展的錄井、鉆速、采油、鉆壓等技術障礙已被解決，故瑞典勘探石油集團、比利時、澳大利亞、英國的BP公司、法國的TEP公司、加拿大CS資源公司、美國AMOCO公司等許多國家的石油公司積極研制小井眼石油鉆機。1．Foraslim小井眼鉆機該鉆機1994年4月開始在法國巴黎盆地和威沙里城堡的阿伯拉特姆鉆了兩批井，井眼直徑為85.73mm(33/8in),鉆速與常規(guī)鉆機鉆速一樣，這種鉆機由于井場面積小、井眼小、鉆屑少不需廢泥漿池，不僅可大幅度降低鉆井費用，而且完全能滿足環(huán)保要求。整臺鉆機造價500萬美元。該鉆機主要性能指標3500m853500m85.73(33/8)mm(in)4x330(4)x450kW(hp)4x410k-VA100t4x200hp441kW5.5(18)m(ft)158.2kW850m2最小井徑裝機功率發(fā)電機井架額定載荷鉆井泵功率電絞車額定功率鉆臺高度取心絞車額定功率井場面積該鉆機的主要特點：(1)鉆機的動力系統(tǒng)由4臺330kW柴油機驅動4臺410kV?A發(fā)電機。直流電動機采取PLC控制,靈敏度高，準確可靠，適用于環(huán)境惡劣的山區(qū)。(2)鉆機的頂驅裝置為電動式，具有兩個機械擋，轉速可在0?270r/min和270?600r/min范圍內調節(jié)，以保證新型小井眼鉆頭能夠有效鉆進。小井眼鉆機最重要的操作是如何準確控制鉆壓，而該鉆機可采用以下幾種方式來準確控制鉆壓：用液壓絞車的泵系統(tǒng)和節(jié)流閥控制；頂驅裝置與一臺液缸相連，通過維持缸內恒壓來控制；用直流電機驅動絞車處理應變儀傳來的載荷信號，再通過控制盤調節(jié)鉆壓。該鉆機正常鉆進和連續(xù)取心時，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的額定壓力為35.15MPa,泵排量為50--2000L/min。4臺鉆井泵，2臺用于鉆井，2臺用于固井。鉆井液電磁流量計能測出IOL/min的流量。鉆井液缸液面指示器最小分辨率是5mm，鉆小井眼井時可精確測出缸內液面高度。該鉆機的固控系統(tǒng)裝有一臺平動振動篩和2臺離心機，從而保證了正常取心、鉆井液壓力和環(huán)境不被污染。鉆井時鉆井泵的排量、鉆柱和電動機的轉速均采用PLC(可編程控制器)控制。PLC系統(tǒng)能將各種參數(shù)控制在極限值以內，當停止操作時PLC能將參數(shù)恢復到原有狀態(tài)。該鉆機的機械化程度較高，配有工作可靠、效率很高的排管器和機械大鉗，可以方便地將鉆桿送到鉆臺或頂驅裝置上。正常鉆進時鉆臺上只需1人操作。該鉆機裝有常開式渦流剎車，帶剎車在緊急情況下使用，司鉆對絞車可遙控操縱。該鉆機安裝時，鉆臺與卡車底盤齊平，整個安裝過程都在底盤高度進行。井架安裝不像常規(guī)鉆機水平安裝，而是用一液壓升降機整體起升。操作十分方便安全。該鉆機搬家時，只需把設備分成約2.5t的模塊，便可用直升飛機運往山區(qū)打井；也可把鉆機分成不到10t，外形不到6m的模塊用10t卡車運輸，且對路面寬度和承載能力要求不高。該鉆機僅有一個40m3的泥漿罐和兩臺污水處理離心機，專門收集鉆機周圍的污水和對鉆井液處理后的清水回收再用。鉆機發(fā)動機裝有音罩，剎車時100m以外的噪音小于54dB，故完全滿足環(huán)保要求。2.全液壓小井眼鉆機該鉆機由意大利Soilmec公司生產(chǎn)，已形成系列，共有9個品種，見表1—1。適于在已開發(fā)地區(qū)打井。下面主要介紹G一100型和G一125型兩種鉆機的情況。1)G一100型全液壓小井眼鉆機該鉆機1995年7月在意大利米蘭、威尼斯、熱那亞三角地帶鉆了3口試驗井,井深為1740m、1650m和1108m，井眼為才156mm，使用的是PDC鉆頭。3口試驗井沒用井下馬達。據(jù)分析，G一100型小井眼鉆機還可鉆到2000m井深。該鉆機價格為195萬美元?，F(xiàn)場試驗后對G一100型液壓小井眼鉆機提出了以下改進意見：為了適應三類鉆桿和提高起下鉆速度，應增加主液缸的高度。為適應鉆臺工具和BOP(防噴器組合裝置)的裝卸，應加大鉆臺與底座的尺寸。為了用液壓千斤使鉆機底座自身定位，應改進拖車起升系統(tǒng)。為了提高鉆機移運速度，應把泥漿罐系統(tǒng)改為模塊化，其連接管線應快速簡便。應把一臺液力泵配一臺柴油機改裝成柴油機—發(fā)電機系統(tǒng)。為防止意外事故，鉆機的傳感器和儀表應進一步改進。900m2的井場面積還可迸一步縮小。根據(jù)3口井的試驗結果，對鉆機的主液缸、鉆臺、傳感器、儀表、管子連接、拖車起升、鉆井液缸、

柴油機發(fā)電機系統(tǒng)等進行了改進。2)G-125型金液壓小井眼鉆機該鉆機的主要性能指標：鉆井深度該鉆機的主要性能指標：鉆井深度(88.9ram鉆桿)最大鉤載裝機功率發(fā)電機組井架高度鉆臺底座高度鉆井泵最大排量鉆井泵最大泵壓動力水龍頭速度范圍井場面積作業(yè)時高度3000 m112 t1470 kW4x400 kW18 rn6.1 m1900 L／min35 MPa0~200 r／min900 m228 m該鉆機的主要特點：鉆機的動力系統(tǒng)由4臺400kW柴油發(fā)電機組成并給液壓系統(tǒng)提供能源。鉆機的頂驅裝置是液壓式，由4個液壓馬達驅動，轉速60r/rain時最大扭矩為3.610aN?m。無游車和天車，液壓式提升系統(tǒng)的最高起下鉆速度為Im/s。鉆臺底座為自升式；井架為單桅桿伸縮式，井架上有一4t起重吊車。早期井涌檢測系統(tǒng)為智能井控并可發(fā)出警報。3臺鉆井泵，2臺用于鉆井液循環(huán)，1臺用于固井。鉆臺上裝有液力卡瓦、動力大鉗；鉆臺下裝有防噴器。12個管子容器圍繞鉆臺排放，每個管子容器可裝18根x^88.9mm三類鉆桿。司鉆在控制臺上通過鉆機的液力裝置選擇固定鉆壓自動鉆進。鉆機搬家時，可把設備分成20個模塊，最大重量42t，可用三軸拖車或直升飛機移運。該鉆機每天只需4人操作。3.Kenting小井眼鉆機美國20世紀90年代初研制了一種低成本Kenting小井眼鉆機，該鉆機的初期投資僅相當于常規(guī)鉆機的20％，包括鉆井泵和取心裝置在內的成本僅為280萬美元。該鉆機的設計思想是采用已被油田實踐

證明的技術和符合API和ISO標準的部件。鉆機承載能力100t,鉆深3500m，能鉆直井、斜井和直徑171/2in的常規(guī)井，并可用大型裝置連續(xù)取心。1994年6月投入使用以來已順利地鉆了兩口井深達1000m的斜井。該鉆機的主要性能指標：鉆井深度3500 m液壓動力機組發(fā)動機功率備用裝置發(fā)動機功率鋼絲繩直徑單臺鉆井泵功率280(385)井架承載大鉤載荷液壓絞車擋數(shù)游動系統(tǒng)鉆井繩數(shù)210(286)25.4121100 t100 t6 鉆井深度3500 m液壓動力機組發(fā)動機功率備用裝置發(fā)動機功率鋼絲繩直徑單臺鉆井泵功率280(385)井架承載大鉤載荷液壓絞車擋數(shù)游動系統(tǒng)鉆井繩數(shù)210(286)25.4121100 t100 t6 擋kW(hp)kW(hp)mmkW游車承載底座承載底座高度立管壓力100 t110 t4 m作業(yè)時高度井場面積3526800mMPamm2該鉆機的主要特點：該鉆機只需3人操作；鉆斜井時4人操作。鉆機儀表是一不需人工操作的計算機式儀表系統(tǒng)，計算機式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由司鉆操縱，該系統(tǒng)集中了鉆機儀表的主要功能，全部信息顯示在司鉆控制臺上系統(tǒng)終端的彩色監(jiān)示器上，鉆井人員可以準確監(jiān)控和隨時存取鉆井全過程各方面的信息，并在井場或遠程位置打印。鉆井人員通過計算機式儀表系統(tǒng)可以改進作業(yè)管理、優(yōu)化鉆井性能、縮短鉆井時間、節(jié)省鉆井費用。該鉆機采用液壓式頂驅裝置，頂驅裝置的轉速為400r/min,扭矩為22500N?m。頂驅裝置的浮動心軸、液壓動力卡盤與動力卡瓦及一個可以升降、伸縮、傾斜的v型截面的天車臺組合一起，可以靈活，、準確、方便地提升、排放、連接、安裝鉆桿、鉆鋌、套管，并保證螺紋不受損壞。在定向鉆井頂驅裝置能遠程鎖定和定向。底座內的新型液壓防噴器操作裝置可使環(huán)形分流器或整個防噴器組托起并準確定位在井口，操作人員在遠離危險區(qū)遙控操作。液壓絞車既具有較快的起下鉆速度，又能在鉆井時用液壓控制精確控制起下鉆速度，使井筒內抽吸和波動減至最小。通過絞車液力平衡制動時無噪音。絞車的帶剎車用于停車和緊急情況。自動送鉆在鉆井對能利用旋轉鉆井鉆壓或組合鉆壓和立管壓力來優(yōu)化鉆速。具有鉆井全過程控制功能并按其重要程度排列的儀表，司鉆控制臺置于一標準集裝箱內，其視野開闊，易于觀察鉆臺、鉆桿提升器和井架上部的頂驅裝置及天車。鉆井液系統(tǒng)有50.88m3。(320bbl)的兩個泥漿罐、一個單層振動篩和一臺小型真空除氣器的離心機。發(fā)動機、頂驅裝置、固控設備等均裝有隔聲護罩或經(jīng)過隔音處理，故該鉆機的噪音極低，1m處的噪音為：80DdB,100m以外小于54dB，大大改善了施工條件和環(huán)境保護。鉆機的井架等設備均按模塊化設計，并可裝在標準的3m或6m集裝箱內，用10t卡車或直升飛機移運，故拆卸、安裝、搬家十分經(jīng)濟、安全、方便。使用小井眼石油鉆機后出現(xiàn)的鉆桿、工具接頭的機械性能問題，牙輪鉆頭的鉆速和壽命問題，與小井眼鉆井相關的工具、測試儀器、修井、固井等問題隨著小井眼鉆井工藝技術的發(fā)展尚需要進一步地研究和解決。重型石油鉆機1997年8月，德國石油化工公司研制成功一種T160型重型石油鉆機。該鉆機的主要性能指標：鉆井深度5800m裝機功率4780kW發(fā)動機功率4x1195kW最大鉆柱重量375t最大鉤載580t頂驅裝置功率735.5kW絞車功率1838.7kW鉆井泵功率2x1618kW轉盤開口直徑950mm井架高度61m鉆臺高度11m該鉆機的主要性能特點：(1)整個鉆機是由現(xiàn)代化的操作臺控制；司鉆可以坐著操作；各重要鉆井設備的參數(shù)由操作臺上的鉆壓表、鉆速表、壓力表的數(shù)字顯示系統(tǒng)顯示。鉆機的動力由4臺CAT3512型B系列12缸渦輪增壓柴油機提供，每臺發(fā)動機驅動一臺不萊梅ZeppelAch'tm公司提供的Leroy—Somer交流發(fā)電機。電動直接噴油較常規(guī)預燃室的燃料消耗減少約12%；發(fā)動機放在一個3mx3mx12m，重28t的箱體內，最大限度地減少了噪音。通過SCR電橋將電流分配給鉆井泵、絞車和頂驅裝置的直流電動機并驅動各鉆井設備。(3)鉆機的絞車型號為GH一2500EG，由兩臺GE一752高扭矩電動機驅動。該絞車取消了帶式剎車，另裝有電磁渦流剎車和緊急剎車及停機時用的制動盤。渦流剎車的型號為Wlmagco—7838。絞車上還裝有自動送鉆裝置，當大鉤載荷為250t，機械鉆速不超過60m/h時可以自動調節(jié)，當主驅動裝置失靈時還可起下全部鉆井設備。絞車結構緊湊，全部置于3mx3mx12m，重63t的隔音箱體內。為了增加鉆臺的工作面積與視野，為了作業(yè)時的安全性和減少噪音，絞車放在鉆臺后邊冷卻罐的上邊。鉆井泵為兩臺National14一P一220三缸單作用泵，每臺泵由兩臺GE一752高扭矩電動機驅動，每臺泵重55t。由于泵的功率大，可滿足鉆井新技術提高機械鉆速的要求。由于泵有足夠的功率儲備，故可以大大減少泵的磨損。深井清水高壓循環(huán)泵壓可達51.7MPa(75001bf/in2),立管、水龍帶、頂部驅動等高壓系統(tǒng)的工作壓力為50MPa(72521bf/in2)。鉆機的頂驅裝置為電動式，型號為DDM650LV，挪威生產(chǎn)。由一臺GE一752電動機驅動。該鉆機配有一臺型號為1898型的液壓遙控的鐵鉆工，可以上卸3.5?9.5in鉆桿和加重鉆桿，從而保證了起下鉆作業(yè)的安全。該鐵鉆工上扣扭矩十分精確，對鉆柱有良好的保護作用。井架各節(jié)連接為插接組合式，不是螺紋連接，故井架的安裝拆卸十分方便省時。llmxllm的鉆臺周圍有一15cm厚的隔墻。井架與底座總重420t。除井架與底座外，其他設備沒有超過3mx3mx14m的大件，故運輸十分方便?？蒲杏檬豌@機據(jù)資料介紹，美阿莫科公司新設計了一種用于鉆井技術和巖石物理技術試驗的第11號科研鉆機。該鉆機已在美國俄克拉何馬州阿莫科公司試驗基地投人使用，并取代了原來的“藍色鉆機”。新設計的第11號科研鉆機和試驗基地具有以下特點：該鉆機在設計上有帶樞軸的導軌系統(tǒng)，鉆機可沿一半圓軌道滑動搬遷，搬遷時間由原來的2?3d縮短到2?3h。該鉆機的起下鉆速度比''藍色鉆機〃提高了75%，利用一個輔助小鼠洞能用18m立根鉆進。該鉆機配有小井眼的41/2in鋁質鉆桿和27/8m鋼質鉆桿。該鉆機的井架高32.6m,液壓動力水龍頭在250r/min時的額定扭矩約為5kN?m。該鉆機有兩個轉盤，其卡瓦座