志高鑽井機動力頭軸承如何拆換

⑴ 頂部驅動裝置原理

什麼是頂部驅動鑽井系統？編輯

所謂的頂驅，就是可以直接從井架空間上部直接旋轉鑽柱，並沿井架內專用導軌向下送進，完成鑽柱旋轉鑽進，循環鑽井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鑽井操作的鑽井機械設備。
見圖：它主要有三個部分組成：導向滑車總成、水龍頭-鑽井馬達總成和鑽桿上卸扣裝置總成。
該系統是當前鑽井設備自動化發展更新的突出階段成果之一。經實踐證明：這種系統可節省鑽井時間20%到30%，並可預防卡鑽事故，用於鑽高難度的定向井時經濟效果尤為顯著。

3頂部驅動系統的研製過程：編輯
1、鑽井自動化進程推動了頂部驅動鑽井法的誕生。
二十世紀初期，美國首先使用旋轉鑽井法獲得成功，此種方法較頓鑽方法是一種歷史性的飛躍，據統計，美國有63%的石油井是用旋轉法鑽井打成的。
但在延續百多年的轉盤鑽井方式中，有兩個突出的矛盾未能得到有效的解決：其一、起下鑽時不能及時實現循環旋轉的功能，遇上復雜地層或是岩屑沉澱，往往造成卡鑽。其二、方鑽桿的長度限制了鑽進的深度（每次只能接單根），降低了效率，增加了勞動的強度，降低了安全系數。
二十世紀七十年代，出現了動力水龍頭，改革了驅動的方式，在相當的程度上改善了工人的操作條件，加快了鑽井的速度以及同期出現的「鐵鑽工」裝置、液氣大鉗等等，局部解決了鑽桿位移、連接等問題，但遠沒有達到石油工人盼望的理想程度。

TDS-3SB
二十世紀八十年代，美國首先研製了頂部驅動鑽井系統TDS-3S投入石油鑽井的生產。80年代末期新式高扭矩馬達的出現為頂驅注入了新的血液和活力。TDS—3H、TDS—4應運而生，直至後來的TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB。
二十世紀九十年代研製的IDS型整體式頂部驅動鑽井裝置，用緊湊的行星齒輪驅動，才形成了真正意義上的頂驅，既有TDS到IDS，由頂部驅動鑽井裝置到整體式頂部驅動鑽井裝置，實現了歷史性的飛躍。
2、挪威DDM-HY-650型頂部驅動鑽井裝置：
最大載荷6500kN，液壓驅動，工作扭矩為55kN.m，工作時最大扭矩為63.5kN.m，工作轉速為130—230r/min，液壓動力壓力為33MPa，排量1600L/min，水龍頭吊環到吊卡上平面的距離為6.79米，質量17噸。
3、加拿大8035E頂部驅動鑽井裝置：
額定鑽井深度5000米，額定載荷3500kN，輸出功率670kW，最大連續扭矩33.10kN.m，最高轉速200r/min，質量為8.6噸。最低井架高度要求39米。
4、美國ES-7型頂部驅動鑽井系統：
採用25kW直流電機驅動鑽柱，連續旋轉扭矩34.5kN.m，間歇運轉扭矩41.5kN.m，額定載荷5000kN，最高轉速300r/min，鑽井液壓力35.1MPa，系統總高7.01米，質量8.1噸。
5、國產DQ-60D型頂部驅動鑽井裝置。
額定鑽井深度6000m，最大鉤載4500kN，動力水龍頭最大扭矩40kN.m，轉速范圍0—183r/min，無級調速；直流電機最大輸出功率940kw；傾斜臂最大傾斜角，前傾30°，後傾15°；回轉半徑1350mm；最大卸扣扭矩80kN.m；上卸扣裝置夾持鑽桿的范圍Ø89—Ø216mm（3½—8½ in）。

4頂部驅動鑽井裝置的結構：編輯
（一）、 頂部驅動鑽井裝置主要有以下部件和附件組成:
1、水龍頭－－鑽井馬達總成（關鍵部件）；
2、馬達支架/導向滑車總成（關鍵部件）；
3、鑽桿上卸扣總成（體現最大優點的部件）；
4、平衡系統；
5、冷卻系統；
6、頂部驅動鑽井裝置控制系統；
7、可選用的附屬設備。
頂部驅動鑽井裝置的主體部件，主要包括：
1、鑽井馬達；
2、齒輪箱；
3、整體水龍頭；
4、平衡器。
鑽井馬達的冷卻系統：
馬達的冷卻為風冷。
1、近距離安裝鼓風機
2、加高進氣口的近距離安裝鼓風機
3、遠距離安裝鼓風機近距離就是近距離向馬達提供冷卻風，取風高度在馬達行程最低點距離鑽台6米以上。
遠距離安裝鼓風機：
在不能保證提供安全冷卻空氣的情況下，例如：井架為密閉式的即可採用直徑8in軟管冷卻系統，且鼓風機馬達為40hp（比近距離安裝提高了一倍），馬達安在二層平台，從井架外吸進空氣，增加的馬力用於驅使空氣流過較長的進氣軟管。
（二）、導向滑車總成
整個導向滑車總成沿著導軌與游車導向滑車一起運動。當鑽井馬達處於排放立根的位置上時，導向滑車則可作為馬達的支撐梁。導軌有單軌和雙軌兩種。
（三）、鑽桿上卸扣裝置
主要組成部件：
1、扭矩扳手
2、內防噴器和啟動器
3、吊環連接器和限扭器
4、吊環傾斜裝置
5、旋轉頭
扭矩扳手總成提供鑽桿的上卸扣的手段。他位於內防噴器下部的保護接頭一側，他有兩個液缸在扭矩管和下鉗頭之間。
鉗頭有一直徑為10in的夾緊活塞，用以夾持與保護接頭相連接的鑽桿母扣。范圍：3½in--7⅜in。
鑽桿上卸扣裝置另有兩個緩沖液缸，類似大鉤彈簧，可提供絲扣補償行程125mm。
內防噴器是全尺寸、內開口、球型安全閥式的。帶花鍵的遠控上部內防噴器和手動的下部內防噴器形成井控防噴系統，內防噴器採用6⅝in正規扣，工作壓力為105MPa。
吊環傾斜裝置：
有兩種功用：
1、吊鼠洞中的單根。
2、接立柱時，不用井架工在二層台上將大鉤拉靠到二層台上。若行程1.3米的傾斜裝置不能滿足要求則可選擇2.9米的長行程吊環傾斜裝置。
平衡系統的主要作用是防止上卸接頭扣時螺紋的損壞，其次在卸扣時可幫助公扣接頭從母扣接頭中彈出，這依賴於它為頂部驅動鑽井裝置提供了一個類似於大鉤的152 毫米的減震沖程。是因為使用頂部驅動鑽井裝置後沒有再安裝大鉤了；退一步說，即使裝有大鉤，它的彈簧也將由於頂部驅動鑽井裝置的重量而吊長，起不了緩沖作用。

5頂部驅動裝置操作過程編輯
接立根鑽進
接立根鑽進是頂部驅動鑽井裝置普遍採用的方式。採用立根鑽進方法很多。對鑽從式井的軌道鑽機和可帶立根運移的鑽機，鑽桿立根可立在井架上不動，留待下一口井接立根鑽進使用。若沒有立根，推薦兩種接立根方法：一是下鑽時留下一些立根豎在井架上不動，接單根下鑽到底，用留下的立根鑽完鑽頭進尺；二是在鑽進期間或休閑時，在小鼠洞內接立根。為安全起見，小鼠洞最好垂直，以保證在垂直平面內對扣，簡化接扣程序。還應當注意接頭只要旋進鑽柱母扣即可，因為頂部驅動鑽井鑽井馬達還要施加緊扣扭矩上接頭。
接單根鑽進
通常在兩種情況需要接單根鑽進。一種是新開鑽井，井架中沒有接好的立根；另一種是利用井下馬達造斜時每9．4 m必須測一次斜。吊環傾斜裝置將吊卡推向小鼠洞提起單根，從而保證了接單根的安全，提高了接單根鑽進的效率。接單根鑽進程序如下：
1 鑽完單根坐放卡瓦於鑽柱上，停止泥漿循環(圖a)；
2 用鑽桿上卸扣裝置上的扭矩扳手卸開保護接頭與鑽桿的連接扣；
3 用鑽井馬達旋扣；
4 提升頂部驅動鑽井裝置。提升前打開鑽桿吊卡，以便讓吊卡通過卡瓦中的母接箍(圖b)；
5 起動吊環傾斜裝置，使吊卡擺至鼠洞單根上，扣好吊卡；
6 提單根出鼠洞。當單根公扣露出鼠洞後，關閉起動器使單根擺至井眼中心(圖c)；
7 對好鑽檯面的接扣，下放頂部驅動鑽井裝置，使單根底部進入插入引鞋(圖d)；
8 用鑽井馬達旋扣和緊扣，打背鉗承受反扭矩；
起下鑽操作
起下鑽仍採用常規方法。為提高井架工扣吊卡的能力和減少起下鑽時間，可以使用吊環傾斜裝置使吊卡靠近井架工。吊環傾斜裝置有一個中停機構，通過它可調節吊卡距二層台的距離，便於井架工操作。
打開旋轉鎖定機構和旋轉鑽桿上卸扣裝置可使吊卡開口定在任一方向。如鑽柱旋轉，吊卡將回到原定位置。起鑽中遇到縮徑或鍵槽卡鑽，鑽井馬達可在井架任一高度同立根相接，立即建立循環和旋轉活動鑽具，使鑽具通過卡點。
倒劃眼操作
1、使用頂部驅動鑽井裝置倒劃眼
可以利用頂部驅動鑽井裝置倒劃眼，從而防止鑽桿粘卡和破壞井下鍵槽。倒劃眼並不影響正常起鑽排放立根，即不必卸單根。
2、倒劃眼起升程序
倒劃眼起升步驟如下(參見下圖)：
1) 在循環和旋轉時提升游車，直至提出的鑽柱第三個接頭時停止泥漿循環和旋轉(圖a)，即已起升提出一個立根；
2) 鑽工坐放卡瓦於鑽柱上，把鑽柱卡在簡易轉盤中；
3) 從鑽檯面上卸開立根，用鑽井馬達旋扣(倒車扣)；
4) 用扭矩扳手卸開立根上部與馬達的連接扣，這時只有頂部驅動鑽井裝置吊卡卡住立根。在鑽台上打好背鉗，用鑽井馬達旋扣（圖b）；
5) 用鑽桿吊卡提起自由立根(圖c)；
6) 將立根排放在鑽桿盒中(圖d)；
7) 放下游車和頂部驅動鑽井裝置到鑽台(圖e)；
8) 將鑽井馬達下部的公接頭插入鑽柱母扣，用鑽井馬達旋扣和緊扣。稍微施加一點卡瓦力，則鑽桿上卸扣裝置的扭矩扳手就可用於緊扣；
9) 恢復循環，提卡瓦，起升和旋轉轉柱，繼續倒劃眼起升。
一、下管套
頂部驅動鑽井裝置配用500～750 t吊環和足夠額定提升能力的游動滑車，就能進行額定重量500～650 t的下套管作業。為留有足夠的空間裝水龍頭，必須使用4．6 m的長吊環。
將一段泥漿軟管線同鑽桿上卸扣裝置保護接頭相連，下套管過程中可控制遠控內防噴器的開啟與關閉，實現套管的灌漿。
如果需要，也可使用懸掛在頂部驅動鑽井裝置外側的游動滑車和大鉤，配用Varco BJ規定吊卡和適當的游動設備，按常規方法下套管。頂部驅動鑽井裝置起下套管裝置如圖3—5所示。

6頂部驅動鑽井裝置的優越性編輯
1、節省接單根時間。頂部驅動鑽井裝置不使用方鑽桿，不受方鑽桿長度的限制也就避免了鑽進9米左右接一個單根的麻煩。取而帶之的是利用立根鑽進，這樣就大大減少了接單的時間。按常規鑽井接一個單根用3—4min計算，鑽進1000米就可以節省4-5h。
2、倒劃眼防止卡鑽。由於不用接方鑽桿就可以循環和旋轉，所以在不增加起下 鑽時間的前提下，頂部驅動鑽井裝置就能夠非常順利的將鑽具起出井眼，在定向鑽井中，這種功能可以節約大量的時間和降低事故發生的機率。
3、下鑽劃眼。頂部驅動鑽井裝置具有不接方鑽桿鑽過砂橋和縮徑點的能力。
4、節省定向鑽進時間。該裝置可以通過28米立根鑽進、循環，這樣就相應的減少了井下馬達定向的時間。
5、人員安全。頂部驅動鑽井裝置，是鑽井機械操作自動化的標志性產品，終於將鑽井工人從繁重的體力勞動中解救出來。接單根的次數減少了2/3，並且由於其自動化的程度高，從而大大減少了作業者工作的危險程度，進而大大降低了事故的發生率。
6、井下安全。在起下鑽遇阻、遇卡時，管子處理裝置可以在任何位置相連，開泵循環，進行立根劃眼作業。
7、設備安全。頂部驅動鑽井裝置採用馬達旋轉上扣，操作動作平穩、可以從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣過贏或不足。最大扭矩的設定，使鑽井中出現憋鑽扭矩超過設定范圍時馬達就會自動停止旋轉，待調整鑽井參數後再進行鑽進。這樣就避免了設備長時間超負荷運轉，增加了使用壽命。
8、井控安全。該裝置可以在井架的任何位置鑽具的對接，數秒鍾內恢復循環，雙內防噴器可安全控制鑽柱內壓力。
9、便於維修。鑽井馬達清晰可見。熟練的現場人員約12小時就能將其組裝和拆卸。
10、使用常規的水龍頭部件。頂部驅動裝置可使用650噸常規水龍頭的一些部件，特殊設計後維修難度沒有增加。
11、下套管。頂部驅動鑽井裝置的提升能力很大（650噸），在套管和主軸之間加一個轉換頭（大小頭）就可以在套管中進行壓力循環。套管可以旋轉和循環入井，從而減少縮徑井段的摩阻力。
12、取心。能夠連續鑽進28米，取心中間不需接單根。這樣可以提高取心收獲率，減少起鑽的次數與傳統的取心作業相比它的優點明顯。污染小、質量高。
13、使用靈活。可以下入各種井下作業工具、完井工具和其他設備，即可以正轉又可以反轉。
14、節約泥漿。在上部內防噴器內接有泥漿截流閥，在接單根時保證泥漿不會外溢。
15、拆卸方便。工作需要時不必將它從導軌上移下就可以拆下其他設備。
16、內防噴器功能。起鑽時如果有井噴的跡象即可由司鑽遙控鑽桿上卸扣裝置，迅速實現水龍頭與鑽桿的連接，循環鑽井液，避免事故的發生。
17、其他優點：採用交流電機驅動，減低維修保養費用；特別適用於定向井和水平井，因為立根鑽進能使鑽桿盡快的通過水平井段的一些橫向截面。

7頂驅鑽井裝置與常規鑽井設備的比較編輯
鑽井效率明顯提高。
A、從鑽井到起下鑽或從起下鑽恢復鑽進狀態，該裝置不存在常規鑽機的上、卸水龍頭和方鑽桿所造成的時間損失。
B、不存在常規鑽機轉盤方補心蹦出所造成的停工。
C、不用鑽鼠洞。
D、立根鑽進，從而減少了常規鑽井接單根上提鑽柱需從新定工具面角的時間。
E、在井下純作業時間增多，上扣、起下鑽、測量和其他非純鑽進時間減少。
立柱鑽進節省了大量的時間
A、減少了坍塌頁岩層擴眼或清洗井底的時間。
B、在井徑不足需擴眼或首次下入足尺寸穩定器進行擴眼時減少了鑽進時間。
C、在同一平台鑽叢式井，不用甩鑽具或卸立柱。
D、不需要接單根就能夠回收最大長度的岩心。
E、定向鑽井時，減少了定向時間。
連續旋轉和循環降低了風險。
A、連續的旋轉和循環是頂部驅動鑽井裝置的重要特徵。
B、頂部驅動鑽井裝置允許使用少量的、比較便宜的潤滑劑、鑽井液或添加劑。
c、減少了鑽柱或昂貴的井下工具卡鑽的幾率。
有利於井控。
A、任何時間和位置的於鑽柱對接。
B、隨時可以進行的循環和旋轉。
C、減少鑽柱被卡後，上卸方鑽桿的危險作業程序。
安全性提高。
A、減少了使用大鉗和貓頭等，降低了鑽井工人作業危險。
B、減少許多笨重的工作，提高了起升重鑽具的安全性。
C、自動吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隱患。
D、井控安全性得到大大提高。
E、遙控防噴盒，防止泥漿濺落到鑽台上，增加了工作的安全性。
作業時間的比較
起下鑽

非生產

純鑽進

典型鑽井的作業時間分配

30%

40%

30%

頂部驅動鑽井裝置鑽井時間分配

25%

35%

40%

水平井費用比較
項 目

轉盤/方鑽桿

頂驅裝置

日成本，美元

40800

43000

測深，M

2000

2000

機械鑽速， m/h

30

30

日進尺

240

288

鑽2000m所需天數

8.3

6.9

單井成本，美圓

338640

296700

單井用頂驅節約，美圓

41940

8口井用頂驅節約，美圓

335120

8維護保養以及操作注意事項編輯
強電系統
1)、防塵、防潮是最主要的兩條。SCR主控櫃、綜合櫃在尚未置放在空調房前必須注意防潮、防塵，並且
不能在溫度過高(45°C以上)、過低(一10℃以下)的環境中工作。放置一段時間重新啟用前，須用吸塵器將元件積存的塵埃除去，然後用電吹風將元件烘乾，最後須測絕緣電阻值，至少在1MΩ以上，一般應在5MΩ以上。只有在進行了以上步驟以後，方可啟動SCR。
2)、一定要先啟動鼓風電機，然後選擇主電機的轉向。再給定額定電流值(即額定鑽井扭矩值)，最後開動主電機，即給出一個電壓值(轉速值)。
3)、一般說來應先啟動冷卻風機及合上勵磁開關後再合主開關。如先合主開關，那就該盡快合上勵磁關。
4)、運行中要隨時注意觀察電流大小(PLC操作櫃上的扭矩表反映出主電機工作電流的大小)。
5)、各部分電纜應連接牢靠，焊接部位不應有虛焊現象。
6)、由於光線照射及空氣的氧化作用，電纜會發生老化現象，使用二年以後應注意觀察有無裂開、剝落老化現象，一般說，使用四年後應更換電纜。
弱電控制系統
1)、PLC櫃、操作櫃均為正壓防爆系統，要配備動三大件，保證空氣的乾燥、清潔，不含易燃、易爆危險氣體。
2)、使用操作櫃時應先合上電源開關，再打開操作櫃開關，最後打開PLC開關，停止操作時先關PLC，再關操作櫃，最後關電源櫃。
3)、PLC櫃操作櫃也應注意防潮防塵，但因其具有防爆結構，相應地防潮防塵能力也較強。
主電機
1)、吸風口應朝下，防止雨水進入。
2)、主電機外殼不應承受本身重量以外的負荷。
3)、由於主電機停止轉動，加熱器即自動加熱，當長期不用時應關掉加熱電路。
4)、電樞及勵磁部分的絕緣電阻應大於1MΩ，當小於0．8MΩ時必須先烘乾再工作。
5)、主電機軸伸錐度、粗糙度、接觸斑點均應符合要求。
6)、由於泥漿管路從電機中心穿過，故在密封要求上必須嚴格。
7)、正常鑽井時，每天應在主軸承部位加潤滑脂。
液壓系統
1)、油箱的液位不低於250mm，油溫不高於80℃。
2)、過濾器應定期更換濾芯(3月至6月)，具有發訊裝置 的過濾器更應勤清洗和制訂相應的更換措施。
3)、液壓油必須干凈，在使用三個月以後應更換。
4)、開泵前，吸油口閘閥一定要打開，出口管應與系統連起來。
5)、管路連接一定要可靠，注意各部位組合墊。o形圈不要遺忘，在不經常拆卸的螺紋處可以使用密封膠。
6)、濾芯應經常清洗，半年應重新更換濾芯，二年至三年應更換高壓膠管。
7)、要防止在拆裝、搬運、加油、修理過程中外界 污染物進入系統。
8)、液壓源的溢流閥應調整至略高於泵的壓力限定值，一般地不要在無油流輸出情況下啟動泵。
本體部分：
減速箱是一個傳遞動力和運動的重要部件，潤滑油應經常更換(三個月至半年)，油麵應保持一定高度，初次裝配需經充分空運轉跑合，出廠前應更換為干凈的潤滑油。減速箱內裝有鉑電阻溫度感測器，箱體外裝有溫度變送器，用來監視潤滑油的溫度，現已調整為75℃，超過此溫度，PLC操作櫃相應的紅燈將顯示，並有聲報警。
兩個防噴器（手動、液動各一個）均應密封可靠，試壓在50Mpa以上。正常情況下當主軸轉動時，不得操作內防噴器，只有發生井噴井涌時才操作，使之關閉。起下鑽時為節省鑽井液的消耗，應將內防噴器關閉，開鑽前一定要先打開內防噴器，再開鑽井泵。
上卸扣機構應根據鑽桿的尺寸選擇相應牙板，各油缸之間的協調動作藉助於減壓閥、順序閥來調整。
上卸扣機構與回轉頭相連的鏈條長度應調整合適，略微鬆弛一些，可起到安全的作用。

⑵ 鑽井隊八大件六塊鐵指的是什麼

鑽井八大件與鑽井八大系統

鑽井的八大件:天車，大鉤、游車、井架、泥漿泵、水龍頭、絞車、轉盤

1井架

井架由井架的主體、人字架、天車台、二層台、工作梯、立管平台、鑽台和井架底座等幾個部分組成，主要用於安放和懸掛天車、游車、大鉤、吊環、液氣大鉗、液壓綳扣器、吊鉗、吊卡等提升設備與工具。

2天車

天車一般是多個滑輪裝在同一根芯軸或兩根軸心線一致的芯軸上。現在的天車大都是滑輪通過滾柱軸承裝在一根芯軸上。芯軸一般是雙支承的，軸的直徑較大，芯軸的一端或兩端有黃油嘴，芯軸里有潤滑油道。潤滑脂從黃油嘴注入，以潤滑軸承。

3游車

游車的形狀為流線型，以防起下時掛碰二層台上的外伸物。同時，游車要保證一定的重量，以便它在空載運行時平穩而垂直地下落。現在，鑽機各型游車都是一根芯軸，滑輪在軸上排成一列，其結構與天車相似。

4大鉤

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大鉤是提升系統的重要設備，它的功用是在正常鑽進時懸掛水龍頭和鑽具，在起下鑽時懸掛吊環起下鑽具，完成起吊重物、安放設備及起放井架等輔助工作。目前使用的大鉤有兩大類。一類是單獨的大鉤，其提環掛在游車的吊環上，可與游車分開拆裝，如DG—130型大鉤;另一類是將游車和大鉤做成一個整體結構的游車大鉤，如MC—400型游車大鉤。為防止水龍頭提環從大鉤中脫出，在鉤口處裝有安全鎖體、滑塊、拔塊、彈簧座及彈簧等構成的安全鎖緊裝置。為懸掛吊環和提放鑽具，鉤身壓裝軸及掛吊環軸用耳環閉鎖，用止動板防止兩支撐軸移動。鉤身與鉤桿用軸銷連接，鉤身可繞軸銷轉一定角度。

5絞車

絞車是構成提升系統的主要設備，是組成一部鑽機的核心部件，是鑽機的主要工作機械之一。其功用是:提供幾種不同的起升速度和起重量，滿足起下鑽具和下套管的需要;懸掛鑽具，在鑽進過程中送鑽和控制鑽壓;利用絞車的貓頭機構上、卸鑽具螺紋;作為轉盤的變速機構和中間傳動機構;當採用整體起升式井架時用來起放井架;當絞車帶撈砂滾筒時，還擔負著提取岩心筒、試油等項工作;幫助安裝鑽台設備，完成其他輔助工作。 6水龍頭

在一部鑽機中，水龍頭既是旋轉系統的設備，又是循環系統的一個部件。它懸掛於大鉤之下，上接有水龍帶，下接方鑽桿。在鑽進時，懸掛並承受井內鑽柱的全部重量，並將鑽柱與水龍帶連接起來，構成鑽井液循環通道。

7轉盤

轉盤主要由水平軸、轉台、主軸承、殼體、方瓦及方補心等組成，其主要作用是帶動鑽具旋轉鑽進和在起下鑽過程中懸持鑽具、卸開鑽具螺紋以及在井下動力鑽井時承受螺桿鑽具的反向扭矩。轉盤的動力經水平軸上法蘭或鏈輪輸入，通過錐齒輪轉動轉台，藉助轉台通孔中的方瓦和方補心帶動方鑽桿、鑽柱和鑽頭轉動;同時，方補心允許方鑽桿軸向自由滑動，實現邊旋轉邊送進。

8泥漿泵

泥漿泵，是指在鑽探過程中向鑽孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵是鑽探設備的重要組成部分。在常用的正循環鑽探中,它是將地表沖洗介質??清水)泥漿或聚合物沖洗液在一定的壓力下，經過高壓軟管)水龍頭及鑽桿柱中心孔直送鑽頭的底端，以達到冷卻鑽頭、將切削下來的岩屑清除並輸送到地表的目的。

常用的泥漿泵是活塞式或柱塞式的，由動力機帶動泵的曲軸回轉，曲軸通過十字頭再帶動活塞或柱塞在泵缸中做往復運動。在吸入和排出閥的交替作用下，實現壓送與循環沖洗液

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的目的。

鑽井作業的八大系統:起升系統、旋轉系統、鑽井液循環系統、傳動系統、控制系統、動力驅動系統、鑽機底座、鑽機輔助設備系統

1、起升系統

起升系統是必不可少的，一般由井架、絞車、天車、游車、大鉤、滾筒和鋼絲繩組成。起升系統一般具有以下功能:

1)下放、懸吊或起升鑽柱、套管柱和其他井下設備進、出井眼;

2)起下鑽、接單根和鑽進時的鑽壓控制。

2、旋轉系統

旋轉系統由轉盤、水龍頭、鑽頭、鑽柱組成。其主要功能是保證在鑽井液高壓循環的情況下，給井下鑽具提供足夠的旋轉扭矩和動力，以滿足破岩鑽進和井下其它要求。 3、循環系統

循環系統由泥漿泵、泥漿池(鑽機的「心臟」)、立管、水龍帶、分離裝置組成。其主要功能有以下幾點:

1)從井底清楚岩屑;

2)冷卻鑽頭和潤滑鑽具。

泥漿的功能有以下幾點:

1)懸浮和攜帶鑽屑;

2)潤滑和冷卻鑽具;

3)穩定井壁;

4)平衡地層壓力;

5)傳遞水平功率

6)泥漿錄井。

泥漿的循環流程:

泥漿泵—地面高壓匯管—立管—水龍帶—水龍頭—鑽柱—(方鑽桿、鑽桿、鑽鋌)—鑽頭—環形空間—地面排出管線—固控設備—泥漿池—泥漿泵。

4、驅動與傳動系統

驅動與傳動系統由動力機、與傳動部分組成。動力機一般為柴油機或電動機，傳動部分由聯軸器、離合器、變速箱、皮帶傳動及鏈條傳動等裝置組成。

驅動與傳動系統主要功能是產生動力，並把動力傳遞給泥漿泵、絞車和轉盤。

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5、氣控系統

氣控系統由控制機構、傳輸管線、閥門、執行機構(氣動離合器等)以及氣壓及等組成。其主要功能是確保對整個鑽機各個工作機構及其部件的准確、迅速控制，使整機協調一致的工作。

驅動與傳動系統、氣控系統組成了鑽井的動力系統。

6、井控系統

井控系統由防噴器組、節流管匯、壓井管線以及液、氣控制機構組成。其主要功能是控制井內的壓力，防止底層流體無控制地流入井中。

防噴器的功能:

1)密封鑽具;

2)強行起下鑽;

3)懸掛鑽具;

4)手動、液動鎖緊閘板;

5)用作分液系統;

6)可以剪斷鑽具。

節流管匯:由一系列特殊的、可遠程式控制制的管線組成，用井口防噴器組關井後，司鑽可以通過它釋放井底壓力，不至於造成井下失控。

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⑶ 鑽井設備是什麼

鑽井設備主要指的是鑽機。現代石油鑽機是一套聯合的工作機組，由動力機、傳動箱、絞車、天車、游動滑車、大鉤、水龍頭、轉盤、鑽井泵以及鑽井液凈化設備等組成，還有井架、底座等結構，以及電力、液壓和空氣動力等輔助設備。當前，我國乃至世界廣泛使用的是旋轉鑽井法，其相應的鑽井設備稱為轉盤旋轉鑽機，見圖4-1。

一、鑽機的組成

根據鑽井工藝各工序的不同要求，一套鑽機必須具備下列系統和設備。

（一）起升系統

起升系統主要包括主絞車、輔助絞車（或貓頭）、輔助剎車（水剎車、電磁剎車等）、游動系統（包括鋼絲繩、天車、游動滑車和大鉤）以及懸掛游動系統的井架等。另外還有起下鑽具操作使用的工具及設備（吊環、吊卡、卡瓦、大鉗、立根移運機構等）。絞車是該系統的核心部件。

圖4-1典型旋轉鑽井設備

①—轉盤；②—防噴器組（二）旋轉系統

鑽機的旋轉系統主要由轉盤、水龍頭、方鑽桿、鑽桿、鑽鋌、配合接頭、鑽頭等組成，轉盤驅動方鑽桿、鑽桿、鑽頭破碎岩石，鑽出井眼，所以轉盤是該系統的核心設備。另外，叢式井或定向井還需配備井下動力鑽具，這就構成了旋轉鑽進系統。

（三）循環系統

鑽井液循環系統設備主要由鑽井泵、振動篩、除砂器、除泥器、離心機、鑽井液罐、鑽井液槍、鑽井液攪拌器、混合漏斗等組成，鑽井泵是該系統的核心設備。

（四）動力系統

動力系統為鑽機提供動力。不同的鑽機配備的動力設備不一樣。機械鑽機主要以柴油機為動力設備，電動鑽機主要以電動機為動力設備。目前國內外主要以柴油機和柴油發電機作為鑽機動力源。

（五）傳動系統

傳動系統的主要任務是把動力設備的機械能傳遞和分配給絞車、鑽井泵和轉盤等工作機。傳動系統在傳遞和分配動力的同時具有減速、並車、倒車等特種功能。石油鑽機的傳動方式有機械傳動（包括萬向軸、減速箱、離合器、鏈傳動和三角帶傳動等）、機械—渦輪傳動（液力傳動）、電傳動、液壓傳動。

（六）控制系統

為了使鑽機各個系統協調工作，鑽機上配有氣控制、液壓控制、機械控制和電控制等各種控制設備，以及集中控制台和顯示儀表等。

（七）底座系統

鑽機底座是鑽機組成重要部分，包括鑽台底座、機房底座和鑽井泵底座等。車裝鑽機的底座就是汽車或拖拉機的底盤。鑽機底座主要用來安裝鑽井設備，以及方便鑽井設備的移運等。

（八）輔助系統

成套鑽機除具有上述的主要設備外，還必須配備供氣設備、井口防噴設備、鑽鼠洞設備、輔助發電設備及起重設備，在寒冷地區鑽井時還應配備保溫設備，以保證鑽機能安全、可靠運行。

二、鑽機類型

（一）按鑽井深度劃分

（1）淺井鑽機：指鑽井深度不大於2500m的鑽機，主要有用於鑽地質調查井的鑽機、岩心鑽機、水井鑽機、地震及炮眼鑽機等；

（2）中深井鑽機：指鑽井深度在2500～4500m之間的鑽機；

（3）深井鑽機：指鑽井深度在4500～6000m之間的鑽機；

（4）超深井鑽機：指鑽井深度超過6000～9000m之間的鑽機；

（5）特超深井鑽機：指的是鑽井深度超過9000m的鑽機。

上述的中深井鑽機、深井鑽機、超深井鑽機主要用於鑽生產井、注水井及勘探井等深井。

（二）按驅動設備類型劃分

（1）機械驅動鑽機：包括柴油機直接驅動或柴油機—液力驅動的鑽機，以及採用三角膠帶、鏈條、齒輪等主傳動副進行統一、分組或單獨驅動的鑽機。

（2）電驅動鑽機：包括交流電驅動鑽機、直流電驅動鑽機等。目前主要採用AC-AC交流電驅動，AC-SCR-DC可控硅整流直流電驅動及AC-DC-AC交流變頻電驅動。

（3）液壓鑽機：通過液壓動力和傳動方式驅動的鑽機。

三、鑽機標准

石油鑽機標准主要包括鑽機參數標准、鑽機最大井深標准、鑽機等級標准及鑽機型號標准。

（一）鑽機參數標准

（1）名義鑽深范圍：鑽機在規定的鑽井用繩下，使用規定的鑽柱時鑽機的經濟鑽井深度范圍。

（2）最大鉤載：鑽機在規定的最多繩數下進行作業時，大鉤上所允許的最大載荷。

（3）鑽井繩數：用於正常鑽進、起下鑽柱時的游動系統（屬上述起升系統）有效繩數。

（4）游動系統最多繩數：鑽機配備的天車、游車輪系所能提供的最多有效繩數。

（二）鑽機等級標准

我國對石油鑽機等級規定了九個級別，即ZJ10/585，ZJ15/900，ZJ20/1350，ZJ40/2250，ZJ50/3150，ZJ70/4500，ZJ90/6750，ZJ120/9000。

其中「ZJ」為鑽機漢語拼音字頭；10、15、20、40、50、70、90、120為最大鑽井深度（單位為m）的1/100；585、900、1350、2250、3150、4500、5850、6750、9000為鑽機最大鉤載（單位為kN）。

（三）石油鑽機型號標准

下面舉例說明鑽機型號標准：

ZJ15/900DBZ-2，表示交流變頻自走式車載鑽機，最大鑽深1500m，最大鉤載900kN，第三代產品；

ZJ40/2250L，表示鏈條為主驅動原型模塊式機械鑽機，最大鑽深4000m，最大鉤載2250kN；

ZJ50/3150DB-1，表示模塊式交流變頻電驅動鑽機，最大鑽深5000m，最大鉤載3150kN，第二代產品；

ZJ70/4500DZ：表示模塊式DC-SCR-DC驅動的可控硅整流電驅動鑽機，最大鑽深7000m，最大鉤載4500kN。

四、鑽井絞車

鑽井絞車不僅是起升系統設備，而且也是整個鑽機的核心部件，是鑽機三大工作機之一。

（一）鑽井絞車應具備的功能

根據鑽井工藝的特點，所配備的絞車應具有以下功能：

（1）具有足夠大的功率。有提升最重鑽柱和解卡能力，在最低轉速下鋼絲繩能產生足夠大的拉力，保證游動系統安全可靠。

（2）各提升部件具有足夠的強度和剛度。滾筒、滾筒軸、軸承以及各機構、易損件具有足夠長的壽命。

（3）絞車滾筒具有足夠的尺寸和容繩量，保證纏繩狀態良好以延長鋼絲繩壽命。

（4）能適應起重量的變化，具有足夠的起升擋數，以提高功率利用率，節約起升時間。

（5）具有靈敏而可靠的剎車機構及強有力的輔助剎車，能准確調節鑽壓、均勻送進鑽具，在下鑽過程中能隨意控制下放速度以及能在較省力的狀態下將最重鑽柱載荷剎住。

（6）具有一個或兩個貓頭——緊扣貓頭和卸扣貓頭，以滿足用大鉗緊扣和卸扣及其他輔助起重的需要，有時還應配有死貓頭。

（7）具有穩定的支架和底座；整個絞車不應超重、超寬、超長、超高，以免給運輸帶來困難；傳動部分應有嚴密的保護罩，易損件要拆卸、更換方便。

（8）採用集中控制，使控制手柄、剎把、指重表等集中在司鑽控制台上，便於司鑽的操作。

（二）絞車的結構類型

絞車種類繁多，有多種分類方法，如按軸數分，有單軸、雙軸、三軸及多軸絞車；按滾筒數目分，有單滾筒和雙滾筒絞車；按提升速度分，有二速、三速、四速、六速、八速絞車。常用的是三軸絞車。

五、鑽井泵

鑽井泵是鑽井液循環系統中的關鍵設備，現場習慣稱為泥漿泵，一般用於在高壓下向井底輸送高黏度、高密度和含砂量較高的鑽井液（同時也是井底動力鑽具的動力液），以便冷卻鑽頭和攜帶岩屑等。

（一）鑽井泵的分類

鑽井泵的種類較多，石油礦場上常用的是三缸單作用卧式往復泵，這種泵活塞在液缸中往復一次吸入或排出液體。

我國用於石油和天然氣鑽井的國產鑽井泵已逐步系列標准化，如3NB××1000，3NB××1300，3NB××1600等。其中NB表示「鑽井泵」、NB前面的數字表示泵的液缸數，無數字則為雙缸泵；NB的下標表示設計序號，後面的數據表示泵的額定輸入功率（單位為hp）。

（二）鑽井泵的基本參數

鑽井泵工作能力的大小可以用其基本參數來表示，分別是流量、壓頭、功率、效率、沖次和泵壓。

1．流量

流量是指在單位時間內泵通過排出管輸出的液體量。流量通常以體積單位表示，又稱為體積流量，其單位為L/s或m3/s。鑽井泵中的流量又分為平均流量和瞬時流量，現場上所說的流量一般是指平均流量。石油礦場上又習慣把流量稱作排量。

2．壓頭

壓頭指的是單位質量的液體經泵壓所增加的能量，也稱為揚程。

3．功率和效率

功率是指泵在單位時間內所做的功。一般把在單位時間內發動機傳到泵軸上的能量稱作輸入功率或主軸功率。把在單位時間內液體經過泵後增加的能量稱作泵的有效功率。功率的單位為「kW」。泵的效率是指有效功率與輸入功率之比。

4．沖次

泵的沖次是指在單位時間內活塞的往復次數，單位為「次/min」。

5．泵壓

泵壓是指泵排出口處的液體壓力，單位為「MPa」。

⑷ 對於鑽井行業，如果井位不足如何加強設備與人員管理

**公司設備入庫井隊管理規定

因鑽井工作量壓縮，井位不足，公司入庫鑽機顯著增多，為加強設備入庫井隊的人員、薪酬、設備等各方面管理，經公司研究，特製定本規定。

一、幹部管理

1、設備入庫井隊看護工作由該隊隊長、指導員負責，帶領該隊部分員工進行看護。

2、隊長、指導員要制定詳細的看護設備值班計劃，做到幹部24小時現場值班，嚴格交接班制度，做好值班情況及交接班記錄。

3、值班期間要不定時巡查，對設備進行清點，並做好巡查記錄，防止發生被盜事件。

4、值班期間要組織有關人員對相關設備做好防腐、防水、防凍工作。

5、值班幹部要堅守崗位，不得脫崗、離崗、睡崗，嚴禁酒後上崗，違者，將給予當事人500元經濟處罰。

6、嚴禁用公司設備、生產物資拉關系、送人情，私自拆卸設備零部件。如有違反，公司將根據設備、生產物資原值給予一定經濟處罰（不低於1000元）；嚴禁私自倒賣、處理生產物資，違者，公司將按有關規定嚴肅處理，並追究相關責任人的責任。

7、值班期間如果發生設備、生產物資丟失，值班幹部要及時上報公司機動辦、保衛辦，並落實責任人，公司將按有關規定追究相關人員責任。

8、值班幹部每天早晨要向公司生產調度室匯報幹部值班情況，每少匯報一次，給予值班幹部50元經濟處罰。

9、公司將組織有關部門人員不定期進行督導檢查，如發現無幹部值班，給予隊長、指導員各1000元經濟處罰。

二、薪酬管理

1、人員安排

設備入庫的井隊，由幹部、大班人員執行設備臨時看護任務，其餘人員根據生產需要分配到生產井隊。

2、薪酬待遇

（1）設備看護人員，基本工資保持不變，享受公司平均獎的70%，不享受津補貼；

（2）如上級薪酬政策發生變化，規定中的薪酬待遇標准也將相應進行調整。

三、安全管理

1、上崗人員堅守崗位，嚴禁擅離職守，每班設備看護人員不少於兩人。

2、嚴禁私自決定拆換設備零部件。

3、嚴禁外來人員進入設備看管區域，確保設備完好無損。

4、設備區域禁止吸煙或動用明火，預防火災發生。

5、看管設備人員嚴禁酒後上崗或在崗飲酒。

四、設備管理

1、井隊入庫設備由該隊隊長、指導員負責帶領看護管理。

2、看護人員負責每月及時對入庫設備進行維護保養，所有設備入庫後（特別是動力設備，電氣設備）必須進行覆蓋，做好防水、防腐、防火、防盜工作，防止設備丟失或損壞。

3、嚴禁外來人員進入庫區拆卸設備。

4、設備看護人員要堅持24小時輪流值班，並填寫值班記錄，交接班前，必須認真進行巡查，雙方確認無異常簽字後，方可交接班。

5、值班人員一旦發現設備損壞或丟失，要落實責任人，及時向機動辦、保衛辦匯報。

五、技術管理

1、三吊一卡等井口工具清點數量，清洗干凈後做好防水、防腐工作，放於材料房內。

2、短鑽鋌、螺旋扶正器、鑽鋌提升短節清點數量，做好防腐工作，放於專用擺放架內。

3、鑽具接頭、內防噴工具和打撈工具清點數量，做好防腐工作，放於接頭房內。

4、鑽頭盒子、小補芯、鑽具提升護絲、小鼠洞卡盤、鑽具通徑規、井控數據牌等工具清點數量，做好防腐工作，放於材料房內。

5、指重表、記錄儀和相關管線統一存放於材料房內穩固位置，上部嚴禁壓放重物，指重表管線內感測液放空吹凈，防止堵塞或凍裂。

6、手壓泵、鑽頭量規、卡尺、小量程壓力表、水眼取出器等手工具清點數量，存放於技術員房內。

7、測斜儀探管確保電池電量充滿，防止電量虧空失效，並裝入探管裝箱內，測斜儀浮筒清洗干凈，一並交技術辦公室保存。

8、泥漿計量器具清點數量，清洗干凈，交技術辦公室保存。

9、以上封存的儀器工具要列出詳細清單，一式三份（井隊、技術辦公室、物資配送隊各一份）妥善保管。

10、未經技術辦公室同意，不得將封存的儀器及工具轉交其他單位或個人使用。

六、基層建設

1、嚴格按照公司思想政治工作要點，制定本單位年度思想政治工作計劃。圍繞總公司、公司主題活動，有計劃的組織本隊員工開展各項生產活動，認真組織實施，並撰寫季度、年度工作總結。

2、加強停工期間員工觀念引導工作。針對當前的形勢，每季度組織一次有關會議精神、行業動態、職業道德、改革形勢、主題活動等方面的形勢任務教育。

3、隨時掌握停工期間職工思想動態變化，按月開展職工思想動態分析，查找問題，分析思想波動的原因，制定相應的整改措施。

4、設備入庫井隊暫不參與當季度基層建設考核。

七、野營房管理

1、入庫野營房同鑽機設備一起門對門擺放，兩棟野營房間距控制在0.5米以內。

2、看設備期間，除帶走個人物品，野營房內物品除電視、微機等需上交公司相關部門保存外，其它標配物品一律不得缺失、損壞，務必保持隨時出庫時入住使用條件。野營房出庫使用時，因房內物品缺失、損壞需重配或維修發生的費用全額計入井隊單機單井成本考核。

3、須指派責任心較強的專門看護人員對野營房進行24小時輪流看護，看護人員需認真看護巡查，不得擅離職守，同時做好交接班工作，一旦發現閑雜人員進入需進行勸離，發生盜搶應立即上報公司保衛辦，以便及時進行處理。

4、因看護人員看管不力，造成野營房門、窗、空調及房內物品損壞、丟失的，視責任大小和損失情況，對責任看護人員予以500元—3000元罰款處理，從嚴追究井隊正職責任。出庫時重配或維修發生的費用全額計入井隊單機單井成本考核，對監守自盜或倒賣物資的人員，公司將予以嚴肅處理。

八、資產管理

1、入庫鑽機設備，井隊要提供入庫資產明細表，機動、計劃、財務等相關部門做好入庫設備的檢查核實工作，保證入庫設備的真實性和完整性。

2、設備入庫後，各部門要進行入庫設備的核實工作，保證入庫設備和賬上設備的賬實相符，並定期對井隊實物資產進行復查核對，保證就地封存資產完整無缺缺。

3、井隊要做到24小時輪流值班，看護人員要定時對設備進行復查核實，並做好防盜、保養工作，保證設備不丟不壞。若發現設備有損壞或丟失，要及時上報相關部門。

九、黨風廉政建設

1、嚴格遵守黨的政治紀律，黨員幹部帶頭講學習、講政治、講正氣，顧全大局、維護團結，認真執行重大事項報告等制度，自覺接受監督。

2、設備入庫期間，黨員幹部要廉潔奉公、忠於職守，不利用職務之便謀取不正當利益，不從事非法經營、兼職取酬等活動。

3、艱苦奮斗，勤儉節約，從嚴執行「八項規定」和公司各項規章制度，嚴格按程序辦事，杜絕講排場、比闊氣、揮霍公款、鋪張浪費等現象。

4、設備入庫期間，正職幹部要堅持多與所屬人員溝通交流，關心員工疾苦，堅持公開、公平、公正的原則，妥善處理涉及員工切身利益的問題，努力做好本職工作，杜絕侵害員工利益的行為。

5、落實「一崗雙責」，把本單位所屬黨員幹部看設備時間以外的監督管理，納入黨風廉政建設責任制，及時了解和掌握本單位黨員幹部正常上崗時間以外的情況。設備入庫單位所屬黨員幹部在正常上崗以外發生違法違紀問題的，除對行為人嚴肅處理外，本單位正職因失察、失管，應承擔相應的領導責任。

6、加強對黨員幹部的教育監督，停待看井期間要組織黨員幹部學習《中國共產黨紀律處分條例》、《黨員領導幹部廉潔從業若干准則》、《職工違紀違規處分規定》以及黨風廉政建設方面有關規定，組織黨員幹部進行討論，收看警示教育片，進一步築起反腐倡廉的思想防線。

7、嚴格規范黨員幹部廉潔從業行為，加強生產、生活物資管理，做到不丟失、不浪費，不擅自處理廢舊生產、生活物資。不用生產、生活物資送人情、搞關系或以物易物，為個人或小團伙謀取利益。

8、黨員幹部要遵守社會公德，不參加涉黃、賭、毒等與職務、身份不相稱的活動。管住自己的嘴，不該吃得不去吃；管住自己的手，不該拿得不要拿；管住自己的腿，不該去的地方不要去，謹慎交友，誠信做人。

十、綜合治理

1、井隊入庫設備由該隊隊長、指導員負責帶領看護管理。

2、看護人員負責每月及時對入庫設備進行維護保養，做好防水、防腐、防火、防盜工作，防止設備丟失損壞。

3、看護設備人員要堅持24小時輪流值班，幹部帶班等制度，嚴禁酒後上崗，一旦發現可疑人員及時報保衛辦。

4、看管設備期間，決不允許其他鑽井隊、外單位人員進入庫區拆卸設備。

5、看設備期間丟失鑽井設備及部件的，及時報公司機動辦、保衛辦，保衛辦公室將對丟失案件進行調查處理，落實責任人，並按有關規定追究責任。

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第一節 定向井井身參數和測斜計算

一．定向井的剖面類型及其應用

定向鑽井就是「使井眼按預定方向偏斜，鑽達地下預定目標的一門科學技術」。定向鑽井的應用范圍很廣，可歸納如圖9－l所示。

定向井的剖面類型共有十多種，但是，大多數常規定向井的剖面是三種基本剖面類型，見圖9－2，稱為「J」型、「S」型和連續增斜型。按井斜角的大小范圍定向井又可分為：

常規定向井井斜角＜55°

大斜度井井斜角55～85°

水平井井斜角＞85°（有水平延伸段）

二．定向井井身參數

實際鑽井的定向井井眼軸線是一條空間曲線。鑽進一定的井段後，要進行測斜，被測的點叫測點。兩個測點之間的距離稱為測段長度。每個測點的基本參數有三項：井斜角、方位角和井深，這三項稱為井身基本參數，也叫井身三要素。

1．測量井深：指井口至測點間的井眼實際長度。

2．井斜角：測點處的井眼方向線與重力線之間的夾角。

3．方位角：以正北方向線為始邊，順時針旋轉至方位線所轉過的角度，該方向線是指在水平面上，方位角可在0—360°之間變化。

目前，廣泛使用的各種磁力測斜儀測得的方位值是以地球磁北方位線為準的，稱為磁方位角。磁北方向線與正北方向線之間有一個夾角，稱磁偏角，磁偏角有東、西之分，稱為東或西磁偏角，真方位的計算式如下：

真方位＝磁方位角十東磁偏角

或 真方位＝磁方位角一西磁偏角

公式可概括為「東加西減」四個字。

方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向東（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在進行磁方位校正時，必須注意磁偏角在各個象限里是「加上」還是「減去」，如圖 9－3所示。

4．造斜點：從垂直井段開始傾斜的起點。

5．垂直井深：通過井眼軌跡上某點的水平面到井口的距離。

6．閉合距和閉合方位

（l）閉合距：指水平投影面上測點到井口的距離，通常指靶點或井底的位移，而其他測點的閉合距離可稱為水平位移。

（2）閉合方位：指水平投影響圖上，從正北方向順時針轉至測點與井口連線之間的夾角。

7．井斜變化率和方位變化率：井斜變化率是指單位長度內的井斜角度變化情況，方位變化率是指單位長度內的方位角變化情況，均以度／100米來表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。

8．方位提前角（或導角）：預計造斜時方位線與靶點方向線之間的夾角。

三．狗腿嚴重度

狗腿嚴重是用來測量井眼彎曲程度或變化快慢的參數（以度／100英尺表示）。可用解析法、圖解法、查表法、尺演算法等來計算狗腿嚴重度k。

1．第一套公式

2．第二套公式

cosγ＝cosa1cosa2＋sina1sina2 cosΔj………………………………………（9－3）

本式是由魯賓斯基推導出來的，使用非常普遍。美國人按上式計算出不同的a1、a2和Δj值下的狗腿角γ值，並列成表格，形成了查表法。

3．第三套公式

γ——兩測點間的狗腿角。

若將三套公式作比較，第一套公式具有普遍性，適合於多種形狀的井眼，第二套只適用於平面曲線的井眼（即二維井型），第三套是近似公式，用於井斜和方位變化較小的情況。

四．測斜計算的主要方法

測斜計算的方法可分為兩大類二十多種。一類是把井眼軸線視為由很多直線段組成，另一類則視其為不同曲率半徑的圓弧組成。計算方法多種多樣，測段形狀不可確定。主要的計算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半徑法、最小曲率法、弦步法和麥庫立法。從計算精度來講，最高的是曲率半徑法和最小曲率法，其次是平均角法。以下各圖和計算公式中下角符號1、2分別代表上測和下測點。

1．平均角法（角平均法）

此法認為兩測點間的測段為一條直線，該直線的方向為上下兩測點處井眼方向的矢量和方向。

測段計算公式：

2．平衡正切法

此法假定二測點間的井段為兩段各等於測段長度一半的直線構成的折線，它們的方向分別與上、下兩測點處的井眼方向一致。

如圖9－6，計算式為：

3．曲率半徑法（圓柱螺線法）

此法假設兩測點間的測段是條等變螺旋角的圓柱螺線，螺線在兩端點處與上、下二測點處的井眼方向相切。

如圖9－7，測段的計算公式有三種表達形式。

（1）第一種表達形式

（9－13）～（9－16）式中：

這四個公式是最常用的計算公式：

（3）第三種表達形式

（4）曲率半徑法的特殊情況處理

③第三種特殊情況，α1≠α2，且其中之一等於零。此時，按二測點方位角相等來處理，然後代入第二種特殊情況的計算式中。

4．最小曲率法

最小曲率法假設兩測點間的井段是一段平面的圓弧，圓弧在兩端點處與上下二測點處的井眼方向線相切。測段計算如圖9－8。

測段計算公式如下：

令fM＝（2/γ）×tg（γ/2），fM是個大於1但很接近1的值。在狗腿角γ足夠小的情況下，可近似認為fM＝1，這時上述四個計算公式就完全變成平衡正切法的公式了，它是對平衡正切法公式的校正。

ΔS′是切線1M和M2在水平面上的投影之和，即ΔS′＝1′M′＋ M′2′。ΔS′並不是測段的水平投影長度ΔS。要作出井身垂直剖面圖，需要求出ΔS，而最小曲率法卻求不出ΔS，這是最小曲率法的缺點。為了作出垂直剖面圖，可用下式近似地求出ΔS′：

……………………………………………………（9－39）

第二節 定向井剖面設計

在開鑽前認真進行設計，可以大大節約定向鑽井的成本。影響井眼軌跡的因素很多，其中一些因素很難進行估算（如在某些地層中的方位漂移情況等）。因此，在同一地區得到的鑽井經驗很重要，這些經驗可以在其他井設計過程中起重要的參考作用。

一．設計資料

要進行一口定向井的軌道設計工作，作業者至少應提供靶點的垂深、水平位移和方位角，或提供井口與靶點的座標位置，通過座標換算，計算出方位角和水平位移。此外，定向井工程師還要收集下列資料：

1．作業區域和地理位置。通過作業區域，通常可以找到該地區已完井的鑽井作業資料（野貓井除外），並對地層情況、方位漂移有一定的了解，根據地理位置，可以計算或查得到地磁偏角。

2．地質設計書和井身結構。了解有關地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、岩性、斷層，可能遇到的復雜情況，以及油藏工程師的特殊要求等。

3．作業者對造斜點、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圓柱、最大井斜等井身質量的要求。

4．了解鑽井承包商的情況，如泥漿泵性能，井下鑽具組合各組件的基本情況等。

二．設計原則

1．能實現鑽定向井的目的

定向井設計首先要保證實現鑽井目的，這是定向井設計的基本原則。設計人員應根據不同的鑽探目的對設計井的井身剖面類型、井身結構、鑽井液類型、完井方法等進行合理設計，以利於安全、優質、快速鑽井。

如救險井的鑽井目的是制服井噴和滅火，保護油、氣資源。因此，救險井的設計應充分體現其目的：一是靶點的層位選擇合理。二是靶區半徑小（小於10米），中靶要求高；三是盡可能選擇簡單的剖面類型，以減小井眼軌跡控制和施工難度，加快鑽井速度。四是井身結構、井控措施等應滿足要求。

2．盡可能利用方位的自然漂移規律在使用牙輪鑽頭鑽進時，方位角的變化往往有向右增加的趨勢，稱為右手漂移規律。如圖9－9所示，靶點為T，設計方位角為j′。若按j′定向鑽進，則會鑽達T′點，只有按照j角方向鑽進，才會鑽達目標點T。Δj角稱為提前角，提前角的大小，要根據地區的實鑽資料，統計出方位漂移率來確定，我國海上開發井一般取2～7度。

目前流行的PDC鑽頭（如RC426型等），對方位右漂具有較好的抑制效果。在地

層傾角小、岩性穩定時，PDC鑽頭具有方位左漂的趨勢，這主要是由於PDC鑽頭的切削方式造成的。因此，要使用PDC鑽頭鑽進的定向井，提前角要適當地小一點。

3．根據油田的構造特徵，有利於提高油氣產量，提高投資效益。

4．有利於安全、優質和快速鑽井，滿足採油和修井的作業要求。

三．剖面設計中應考慮的問題

1．選擇合適的井眼曲率

井眼曲率不宜過小，這是因為井眼曲率限制太小會增加動力鑽具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼長度，從而增大了井眼軌跡控制的工作量，影響鑽井速度。

井眼曲率也不宜過大，否則鑽具偏磨嚴重、摩阻力增大和起下鑽困難，也容易造成鍵槽卡鑽，還會給其他作業（如電測、固井以及採油和修井等）造成困難。因此，在定向井中應控制井眼曲率的最大值，我國海上定向井一般取7～16°／100米，最大不超過20°／100米。不同的井段要選用不同的井眼曲率，具體如下：

井下動力鑽具造斜的井眼曲率取：7～16°／100米。

轉盤鑽增斜的增斜率取：7～12°／100米。

轉盤鑽降斜的降斜率取：3～8°／100米。

井下動力鑽具扭方位的井眼曲率取：7～14°／100米。

導向馬達調方位或增斜的井眼曲率取：5～12°／100米。

說明：隨著中曲率大斜度井和水平井的迅速發展，對普通定向井的井眼曲率（或狗腿嚴重度）的限制越來越少，API標准中已不再規定常規定向井的狗腿嚴重度。

為了保證起下鑽順利和套管安全，必須對設計剖面的井眼曲率進行校核，以限制最大井眼曲率的數值。井下動力鑽具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km應滿足下式：

Dc――套管外徑，厘米。

2．井眼尺寸

目前常規的定向井工具能滿足152～445毫米（6～171/2英寸）井眼的定向鑽井要求，一般地說，大尺寸井眼比較容易控制軌跡，但由於鑽鋌的尺寸也較大，形成彎曲所需的鑽壓較大，小井眼要使用更小、更柔的鑽具，而且地層因素對軌跡的影響也較大。因此小井眼的軌跡控制更困難一些。

在常規的井眼尺寸中，大多數定向井可採用直井的套管程序。如果實鑽井眼軌跡較光滑，沒有較大的狗腿，那麼即使在大井斜井段，也能較順利地進行下套管作業。當然，在斜井段，應在套管上加扶正器以支撐套管，避免在下套管過程中發生壓差卡鑽，同時提高固井質量。另外，在大斜度井段，可根據井段長度和作業時間，決定是否使用厚壁套管。

3．鑽井液設計：

（1）定向井鑽井液設計十分重要，鑽井液應有足夠的攜砂能力和潤滑性，以減少卡鑽的機會；

（2）鑽井液性能控制對減少定向井鑽柱拉伸與扭矩也很重要；

（3）鑽井液中應加潤滑劑，鑽井液密度與粘度必須隨時控制。

（4）如果用水基鑽井液，那麼在正常壓力井段，應使用高排量和低固相含量的鑽井液，這樣有利於清潔井眼；

（5）水基鑽井液應具有良好的潤滑性能，以減少鑽具摩阻和壓差卡鑽；然而在海上鑽井，一定要避免污染問題。

（6）如果有異常高壓井段要求鑽井液密度達到1.45克／厘米3或更高，那麼應考慮在鑽開該高壓地層前下一層保護套管，以封固所有正常壓力井段。

4．造斜點的選擇

造斜點的選擇要適當淺些，但是在極淺的地層中造斜時，容易形成大井眼。同時，由於地層很軟，造斜完成後下入穩斜鑽具時，要特別小心，以免出現新井眼，尤其是在穩斜鑽具剛度大或造斜率較高時。通常地說，淺層造斜比深層造斜容易一些，因為深層地層往往膠結良好，機械鑽速低，需花費較長的造斜時間。

另外，造斜點通常選在前一層套管鞋以下30～50米處，以免損壞套管鞋，同時減少水泥掉塊產生卡鑽的可能性。

在深層地層造斜時，應盡量在大段砂層中造斜，因為砂層的井眼穩定，鑽速較快，而頁岩段較易受到沖蝕，鑽速較低，而且在以後長時間鑽井作業，容易在造斜段形成鍵槽而可能導致卡鑽。

5．靶區形狀和范圍

靶區形狀與范圍通常由地質構造、產層位置決定，並考慮油田油井的分布情況，靶區大小是由作業者確定的。通常認為，鞍區范圍不能定得太小，很小的靶區范圍不僅會增加作業成本，同時也會增加調整方位的次數，造成井眼軌跡不平滑，增加轉盤扭矩，同時也增加產生健槽卡鑽的可能性。

通常，靶區形狀為圓形（嚴格地講，應該是球形）。淺井和水平位移小的定向井，其靶區范圍小一些，一般靶區半徑30～50米，而深井和水平位移大的井，靶區范圍可以適當地大一些，一般靶區半徑為50～70米。

6．造斜率和降斜率選擇

常規定向井的造斜率為7～14°／100米，如果需要在淺層造斜並獲得較大的水平位移，造斜率可提高到14～16°／100米。但是，淺層的高造斜率容易出現新井眼，也容易對套管產生較大的磨損。因此，淺層造斜通常選擇較低的造斜率，而深層造斜（1000米～2000米）可選擇較高的造斜率。

對於「S」型井眼，通常把降斜率選在3～8°／100米，如果降斜後仍然要鑽較長的井段，則必須採用較小的降斜率平緩降斜，以避免鍵槽卡鑽，同時，可降低鑽進時的摩阻力。

7．最大井斜角

常規定向井的最大井斜角，一般在15～45°，如果井斜太小，則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大於60°時，鑽具的摩阻力將大大增加。

8．允許的方位偏移與極限

（1）定向鑽進時，初始造斜方向通常在設計方位的左邊（即選定導角），然後通過自然漂移鑽達靶區，井眼軌跡是一條空間曲線。

（2）但是對導角也有一個限制，在井眼密集的井網中，要求定向井軌跡保持在安全圓柱內，以避免與鄰井相碰。

（3）同樣，由於油藏特性和地質地層條件，也對導角的大小有一定的限制。

9．井身剖面類型

在滿足設計和工藝要求的前提下，盡可能縮短井段長度，因為井段短則鑽井時間短。在設計井身剖面形狀時，要考慮井身結構，造斜點一般選在套管鞋以下30～50米處。目前，我國海上定向井的井身剖面通常由作業者決定，往往選擇「J」型剖面。

四．剖面設計

1．設計步驟：

（l）選擇剖面類型；

（2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點；

（3）計算剖面上的未知參數，主要是最大井斜角；

（4）進行井身計算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；

（5）繪制垂直剖面圖和水平投影圖。

井身剖面的設計方法有試演算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國海洋定向井通常採用解析法，並使用計算機完成。剖面設計完成以後，應向作業者提供下列資料：

（1）總體定向鑽井方案和技術措施。

（2）剖面設計結果，包括設計條件、計算結果、垂直剖面圖和水平投影圖。

（3）測斜儀器類型和該地區的磁偏角，以及測斜計算方法；

（4）設備和工具計劃。

2．二維定向井設計（解析法）

解析法是根據給出的設計條件，應用解析公式計算出剖面上各井段的所有井身參數的井身設計方法。在使用計算機的條件下，還可同時給出設計井身的垂直投影圖和水平投影圖。

解析法進行井身剖面設計所用公式如下（用於三段制J型、五段制S型和連續增斜型剖面）。

（1）求最大井斜角αmax。

（2）各井段的井身參數計算：

①增斜段

②穩斜段

③降斜段

④穩斜段

⑤總井深L

（3）設計計算中特殊情況的處理

①當Ho2＋So2－2RoSo＝0時，表示該井段設有穩斜段，此時可由下面三個公式中任一個公式來求最大斜角αmax:

②當2Ro－So＝0時，可用下式求最大井斜角αmax:

③當Ho2＋So2－2RoSo＜0，說明此種剖面不存在，此時應該改變設計條件，改變造斜點深度、增斜率和降斜率或改變目標點坐標。

井身剖面設計計算結果應整理列表，並校核井身長度和各井段井身參數是否符合設計要求，還應該校核井上曲率，井身剖面最大麴率應小於動力鑽具和下井套管抗彎曲強度允許的最大麴率。

目前，應用計算機程序進行井身剖面設計時，設計結果列表和均可由列印機和繪圖儀自動完成。

4．設計方法舉例

例 某定向井設計全井垂深H=2-000米（靶點），上部地層300米至350米是流砂層，1000米至1050米有一高壓水層，作出井身剖面設計。

井口座標 X1：3 246 535.0 Y1：2 054 875.0

井底座標 X2：3 245 972.95 Y2：2 054 665.0

先根據井口與井底座標，計算出水平位移和目標方位。

（1）根據提供的地質資料，在進行剖面設計時，應設法使動力鑽具造斜的井段和增斜的井段避開流砂層和高壓水層。

（2）對於鑽井工藝及其它限制條件，在滿足（l）項條件的前提下，應選擇較簡單的剖面類型。

（3）剖面類型選用「直一增一穩」三段制井身剖面。此種剖面簡單，地面井口至目標點的井身長度短，有利於加快鑽井速度。

（4）選擇造斜點。根據垂直井深和水平位移的關系，造斜點應選在350米至600米間。如選在1050米以下，會使井斜角太大，是不合理的。

因300米至350米是流砂層，在井深結構設計時應用套管封固，以利於定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復雜情況出現。造斜點應選在套管鞋以下不少於50米的地方為宜。因此，造斜點與井口之間井眼長度不應小於450米。

又因1000米至1050米是高壓水層，為了下部井段能順利鑽進，也應考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復雜情況和有利於定向井井眼軌跡控制，在進行套管設計時，應避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中，中間套管的下入深度應進入穩斜井段150米左右為宜。在考慮上述因素後，造斜點的位置應在高壓水層以上不少於400米處，也就是造斜點與井口之間的井眼長度不應大於600米。

經過上述的分析，如果造斜點應在450米至600米之間選擇，那麼，把造斜點確定在500米處是比較合理的。

（5）選擇造斜率K為7°／100米。根據造斜率計算造斜井段的曲率半徑R。

（6）計算最大井斜角αmax

R——造斜段曲率半徑，米。

把已知條件代入上式得：

αmax=24.4°

（7）分段井眼計算：

增斜段

穩斜段

4．三維定向井

設計的井眼軸線，既有井斜角的變化，又有方位角的變化，這類井段為三維定向井，實際作業中，有時會碰到三維定向井的問題，大體上分為三種情況。

第一種情況 原設計為兩維定向井，在實鑽中偏離了目標方位，如果偏得不多，只要調整鑽具組合或扭一次方位就可以了。嚴格地說，實鑽的定向井軌跡，都有井斜角的變化和方位角的變化，這種三維定向井可以簡化為二維的。

第二種情況 在地面井位和目標點確定的情況下，在這兩點的鉛垂平面內，存在著不允許通過或難以穿過的障礙物，不能在鉛垂平面上設計軌道，需要繞過障礙，設計繞障三維定向井。在海上叢式井經常碰到這類井。

第三種情況在地面井位確定的情況下，要鑽多目標井。地面井位和多目標點不在同一鉛垂平面內，只有井斜角和方位角都變化，才能鑽達設計的多個目標點。

三維定向井的軌跡設計和測斜計算很復雜，通常使用計算機軟體完成這些工作。

第三節 井眼軌跡控制技術

井眼軌跡控制的內容包括：優化鑽具組合、優選鑽井參數、採用先進的井下工具和儀器、利用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層的方位漂移規律、避免井下復雜情況等等。

軌跡控制貫穿鑽井作業的全過程，它是使實鑽井眼沿著設計軌道鑽達靶區的綜合性技術，也是定向井施工中的關鍵技術之一。

井眼軌跡控制技術按照定向井的工藝過程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術，其中直井段的控制技術見第七章第四節。

一．定向選斜井段

初始造斜方法有五類，即井下馬達和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導管定向、傾斜鑽機定向。目前，我國海洋定向井一般採用第一種方式，常用造斜鑽具組合為：鑽頭十井下馬達十彎接頭十非磁鑽鋌十普通鑽鋌（ 0～30米）十撓性接頭十震擊器十加重鑽桿。

這種造斜鑽具組合是利用彎接頭使下部鑽具產生一個彈性力矩，迫使井下動力鑽具驅動鑽頭側向切削，使鑽出的新井眼偏離原井眼軸線，達到定向造斜或扭方位的目的。

造斜鑽具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動力鑽具的長度有關。彎接頭的彎角越大，動力鑽具長度越短，造斜率也越高。

彎接頭的彎角應根據井眼大小、井下動力鑽具的規格和要求造斜率的大小選擇。現場常用彎接頭的彎角為1.5～2.25度，一般不大於2.5度。彎接頭在不同條件下的造斜率見第四節。

造斜鑽具組合使用的井下動力鑽具型號應根據造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在2000米以內，一般採用渦輪鑽具或普通螺桿鑽具，深層走向造斜或扭方位應使用耐高溫的多頭螺桿鑽具。

造斜鑽具組合、鑽井參數和鑽頭水眼應根據廠家推薦的鑽井參數設計。

由於井下動力鑽具的轉速高，要求的鑽壓小〔一般為29.4～ 78.4千牛（3～8噸）〕，因此，使用的鑽頭不宜採用密封軸承鑽頭，尤其是在淺層，可鑽性好的軟地層應使用銑齒滾動軸承鑽頭或合適的PDC鑽頭。

根據測斜儀器的種類不同，分為四種定向方式：

1．單點定向

此方法只適用造斜點較淺的情況，通常井深小於1000米。因為造斜點較深時，反扭角很難控制，且定向時間較長。施工過程如下：

（l）下入定向造斜鑽具至造斜點位置（注意：井下馬達必須按廠家要求進行地面試驗）。

（2）單點測斜，測量造斜位置的井斜角，方位角，彎接頭工具面；

（3）在測斜照相的同時，對方鑽桿和鑽桿進行列印，並把井口鑽桿的印痕投到轉盤面的外緣上，作為基準點；

（4）調整工具面（調整後的工具面是：設計方位角十反扭角）。鎖住轉盤、開泵鑽進；

（5）定向鑽進。每鑽進2～4個單根進行一次單點測斜，根據測量的井斜角和方位角及時修正反扭矩的誤差，並調整工具面；

（6）當井斜角達到8～10度和方位合適時，起鑽換增斜鑽具，用轉盤鑽進。在單點定向作業中要注意：

①在確定了反扭角和鑽壓後，要嚴格控制鑽壓的變化范圍，通常在預定鑽壓±19.6千牛（2噸）內變化；

②每次接單根時，鑽桿可能會轉動一點，注意轉動鑽桿的列印位置至預定位置；

③如果調整工具面的角度較大（＞90度），調整後應活動鑽具2～3次（停泵狀態），以便鑽桿扭矩迅速傳遞。

2．地面記錄陀螺（SRO）定向

在有磁干擾環境的條件下（如套管開窗側鑽井）的定向造斜，需採用SRO定向。這種儀器可將井下數據通過電纜傳至地面處理系統，並顯示或用計算機列印出來，直至工具面調整到預定位置，再起出儀器，施工過程如下：

（l）選擇參照物，參照物應選擇易於觀察的固定目標，距井40米左右；

（2）預熱陀螺不少於15分鍾，工作正常才可下井；

（3）瞄準參照物，並調整陀螺初始讀數；

（4）接探管，連接陀螺外筒，再瞄準參照物，對探管和計算機初始化；

（5）下井測量，按規定作漂移檢查；

（6）起出儀器坐在井口，再次瞄準參照物記錄陀螺讀數；

（7）校正陀螺漂移，確定測量的精度；

（8）定向鑽進。

3．有線隨鑽測斜儀（SST）定向

造斜鑽具下到井底後，開泵循環半小時左右，然後接旁通頭或循環接頭。把測斜儀的井下儀器總成下入鑽桿內，使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。定向造斜時，可從地面儀表直接讀出實鑽井眼的井斜、方位和工具面，司鑽和定向井工程師要始終跟蹤預定的工具面方向，保持井眼軌跡按預定方向鑽進。

4．隨鑽測量儀（MWD）定向

MWD井下儀器總成安裝在下部鑽具組合的非磁鑽鋌內，其下井前要調整好工作模式和傳輸速度，並准確地測量偏移值，輸入計算機。儀器在井下所測的井眼參數通過鑽井液脈沖傳至地面，信息經地面處理後，可迅速傳到鑽台。MWD不僅可用於定向造斜，也可用於旋轉鑽進中的連續測量，是一種先進的測量儀器。

5．定向造斜中的注意事項：

（1）如果定向作業前的裸眼段較長，應短起下鑽一趟，保證井眼暢通。

（2）井下馬達下井前應在井口試運轉，測量軸承間隙；記錄各種參數，工作正常方可下井；

（3）MWD等儀器下井前，必須輸入磁場強度、磁傾角等參數；

（4）定向造斜鑽進，要按規定加壓，均勻送鑽，以保持恆定的工具面。

（5）造斜鑽進或起下鑽，用旋扣鉗或動力水龍頭上卸扣，不得用轉盤上卸扣；

（6）起鑽前方位角必須在20～30米井段內保持穩定，且保證預定的提前角。目前，「一次造斜

到位法」也經常在我國海洋定向井中使用，這種方法適用於造斜點較淺，且機械鑽速很快的造斜井段，常常配合使用隨鑽測量儀。

（7）井下馬達出井時，按規定程序進行清洗、保養。

⑹ 鑽井機械有哪些主要設備

鑽機八大系統：鑽井泥漿循環系統，起升系統，旋轉系統，動力設備，傳動系統，控制系統，井架底座，輔助設備。

1、鑽井循環系統
為了將井底鑽頭破碎的岩屑及時攜帶到地面上來以便繼續鑽進，同時為了冷卻鑽頭保護井壁，防止井塌井漏等鑽井事故的發生，旋轉鑽機配備有循環系統。
循環系統包括鑽井泵，地面管匯、泥漿罐、泥漿凈化設備等，其中地面管匯包括高壓管匯、立管、水龍帶，泥漿凈化設備包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。

鑽井循環系統

鑽井泵將泥漿從泥漿罐中吸入，經鑽井泵加壓後的泥漿，經過高壓管匯、立管、水龍帶，進入水龍頭，通過空心的鑽具下到井底，從鑽頭的水眼噴出，經井眼和鑽具之間的環行空間攜帶岩屑返回地面，從井底返回的泥漿經各級泥漿凈化設備，除去固相含量，然後重復使用。

2、起升系統
為了起升和下放鑽具、下套管以及控制鑽壓、送進鑽具，鑽具配備有起升系統。
起升系統包括絞車、輔助剎車、天車、游車、大鉤、鋼絲繩以及吊環、吊卡、吊鉗、卡瓦等各種工具。

起升時，絞車滾筒纏繞鋼絲繩，天車和游車構成副滑輪組，大鉤上升通過吊環、吊卡等工具實現鑽具的提升。下放時，鑽具或套管柱靠自重下降，藉助絞車的剎車機構和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鑽進時，通過剎車機構控制鑽具的送進速度，將鑽具重量的一部分作為鑽壓施加到鑽頭上實現破碎岩層。

3、旋轉系統
旋轉系統是轉盤鑽機的典型系統，其作用是驅動鑽具旋轉以破碎岩層，旋轉系統包括轉盤、水龍頭、鑽具。
根據所鑽井的不同，鑽具的組成也有所差異，一般包括方鑽桿、鑽桿、鑽鋌和鑽頭，此外還有扶正器、減震器以及配合接頭等。

其中鑽頭是直接破碎岩石的工具，有刮刀鑽頭、牙輪鑽頭、金剛石鑽頭等類型。鑽鋌的重量和壁厚都很大，用來向鑽頭施加鑽壓，鑽桿將地面設備和井底設備聯系起來，並傳遞扭矩。方鑽桿的截面一般為正方形，轉盤通過方鑽桿帶動整個鑽柱和鑽頭旋轉，水龍頭是旋轉鑽機的典型部件，它既要承受鑽具的重量，又要實現旋轉運動，同時還提供高壓泥漿的通道。

4、動力設備
起升系統、循環系統和旋轉系統是鑽機的三大工作機組，用來提供動力，它們協調工作即可完成鑽井作業，為了向這些工作機組提供動力，鑽機需要配備動力設備。
鑽機的動力設備有柴油機、交流電機、直流電機。

柴油機適應於在沒有電網的偏遠地區打井，交流電機依賴於工業電網或者是需要柴油機發出交流電，直流電機需要柴油機帶動直流發電機發出直流電，目前更常用的情況是柴油機帶動交流發電機發出交流電，再經可控硅整流，將交流電變成直流電。

5、傳動系統
傳動系統將動力設備提供的力和運動進行變換，然後傳遞和分配給各工作機組，以滿足各工作機組對動力的不同需求。
傳動系統一般包括減速機構、變速機構、正倒車機構以及多動力機之間的並車機構等。

由柴油機直接驅動的鑽井多採用統一驅動的形式，傳動系統相對復雜，由交直流電動機驅動的鑽機多採用各機組單獨或分組驅動的形式，傳動系統得到了很大的簡化。

6、控制系統
為了保證鑽機的三大工作機組協調的工作，以滿足鑽井工藝的要求，鑽機配備有控制系統。
控制方式有機械控制、電控制和液控制等。

目前，鑽機上常用的控制方式是集中氣控制。司鑽通過鑽機上司鑽控制台可以完成幾乎所有的鑽機控制：如總離合器的離合；各動力機的並車；絞車、轉盤和鑽井泵的起、停；絞車的高低速控制等。

7、井架和底座

井架和底座用來支撐和安裝各鑽井設備和工具、提供鑽井操作場所。井架用來安裝天車、懸掛游車、大鉤、水龍頭和鑽具，承受鑽井工作載荷，排放立根；底座用來安裝動力機組、絞車、轉盤、支撐井架，藉助轉盤懸持鑽具，提供轉盤和地面之間的高度空間，以安裝必要的防噴器和便於泥漿循環。

8、輔助設備

為了保證鑽井的安全和正常進行，鑽機還包括其他的輔助設備，如防止井噴的防噴器組，為鑽井提供照明和輔助用電的發電機組，提供壓縮空氣的空氣壓縮設備以及供水、供油設備等。