《钻井机械》（标准答案及评分标准）
一、填空题（将正确答案填在横线上，每空1分、共20分）
1、顶驱钻井装置主要由（水龙头——钻井马达总成）、（导向滑车总成）、（钻
井上卸扣装置）三大部分组成。
2、石油矿场使用的井架主要有（A形井架）、（塔形井架）、（前开口井架）和（桅
形井架）四种结构类型。
3、盘式刹车主要由（刹车盘）、（刹车钳）和（液压系统）组成。
4、水龙头主要由（承载系统）、（钻井液系统）和（辅助系统）三部
分组成。
5、往复泵基本工作性能参数有（流量）、（泵压）、（泵的功率和效率）和（泵速）。
6.、井场常用的钻井固控设备有（振动筛）、（除砂器）、（除泥器）、（除气器）和
（离心机）。
二、判断题（在括号内对的打√，错的打×，每题1分，共10分）
1、（√）工作时，往复泵的排除法门绝对不能关闭。
2、（√）钻井绞车滚筒的缠绳层数一般不超过3层。
3、（×）三大工作机中转盘的载荷变化最大。
4、（√）旋转防喷器用于欠平衡钻井中。
5、（√）往复泵的有效压头H由沿程阻力损失决定。
6、（×）一般泵的吸入口直径与排出口的直径相同。
7、（√）电磁涡流刹车当转速降低时，仍能保证较大的制动力矩，完全能满
足低速重载下钻要求。
8、（×）螺杆钻具的转速与钻井液的排量无关。
9、（×）A形井架的稳定性最好。
10、（√）使用液力变矩器驱动绞车时，可明显提高钻机的起升功效。
三、简答题(共30分)：
1、三缸单作用往复泵的优缺点。
（6分）
答：优点：1）三缸泵的缸径小，冲程短，冲次高，在功率相同的条件下，体积小，重量轻。
2）缸套在液缸外部用夹持器固定。
活塞杆与介杆也用夹持器固定，因而拆装方便，无活塞杆密封，有利于快速维修和延长活塞杆寿命。
3）活塞单面工作，可以从后部喷进冷却液，对缸套和活塞进行冲洗和润滑，有利于延长缸套和活塞的使用寿命。
4）流量均匀，压力波动较小。
缺点：由于泵的冲次提高，导致自吸能力降低，通常情况下应配备灌注系统。
2、钻井绞车的功用。
（6分）
答：（1）用以起下钻具，下套管；
（2）借助猫头上、卸钻具丝扣，起吊重物及进行其他辅助工作；
（3）钻进过程中控制钻压，送进钻具；
（4）作为转盘的变速机构或中间传动机构；
（5）整体起放井架。
3、简述前开口井架的结构特征。
（6分）
答：（1）整个井架主体是3~5段焊接结构组成，段间采用锥销定位和螺栓连接。
（2）通常采用水平拆装，整体起落和分段运输的办法搬迁井架。
搬迁方便、安全、迅速。
（3）受运输尺寸限制，井架主体截面尺寸较小，使井架内部空间比较狭窄。
（4）井架各段两侧桁架结构形式相同，背扇钢采用特殊腹杆布置形式，以保证司钻视野良好。
4、螺杆钻具的优缺点。
（6分）
答：优点：（1）转速与泥浆排量成正比，而与扭矩无关，可通过调节泥浆排量获得钻头所需的低转速，具有低速大扭矩的硬特性；过载能力强，操作方便，这是涡轮钻具所部具备的。
（2）螺杆钻具的转矩随钻压变化，而转矩的变化又反映在钻井液的压力降变化上，故从泵压表上即可知道转矩的变化。
（3）结构简单，钻具较短，维修方便
缺点：需定排量工作，有横向振动；对油基钻井液敏感，不适应在高密度钻井液中工作；橡胶定子耐高温性差，不宜于深井作业
5、简述水力旋流器的作用和优点。
（6分）
答：（1）作用：主要用于两种互不相容流体介质的液——液分离和气——液分离（2）优点：①水力旋流器有多种功能，可根据应用的需要在不同场合应用。
②水力旋流器的结构十分简单，内部没有运动部件。
③占地面积小，安装方便，运行费用低。
④水力旋流器使用方便、灵活，可以单台使用，也可并联使用增大处理量。
又可以串联用，增加处理深度。
⑤处理工艺简单，运行参数确定后可长期稳定运行，管理方便，社会效益与经济效益都十分明显。
⑥其分离过程可在全封闭状态下进行，实现闭路循环，不会产生二次污染。
四、 问答题（15分）
1、描述钻机的下钻过程（15分）
1).加速段OC ）（5分）
开始下钻前要稍提钻柱，撤掉吊卡(或卡瓦)，摘开离合器，刹住钻柱。
此时滚筒上作用为静悬持力矩MO 。
司钻将刹把抬起，完全松开刹带，整个系统在钻柱作用下以接近自由落体加速度加速。
到B 点开始刹车，由于制动装置即滚筒吸收了能量，随着制动力矩的增大，下落加速度逐渐减小。
在此阶段中有动静M M M -=
M －滚筒制动力矩；
动M －下钻系统产生的动力矩。
2).等速段CD （5分）
在此阶段，下钻系统受到的制动力矩与钻柱静力矩相等，钻柱匀速下钻。
静M M = 0=惯M
3).减速段DE （5分）
钻柱下放至D 点接近立根行程终点，司钻压住刹把减速下放，此时制动装置制动力矩大于钻柱静力矩，加速度为负值。
到E 点，完全刹住钻柱。
动静M M M +=
五、计算题（共24分）
1、三缸单作用往复泵3NB －1300泵的缸套直径D 缸＝180mm ；冲程＝254mm ；冲次
＝140冲/分；排量系数α＝0.9；排出压力P 出＝19.3MPa ；泵的效率η泵＝0.85。
求：（1）、泵的实际排量Q 实＝？（6分）；（2）泵的输入功率Np ＝？（6分）
解：由题知
泵的缸数i=3 冲程 s=254mm=0.254m
冲次n=140（ 冲/分）排量系数α＝0.9
活塞面积 F=πD 2 /4=3.14×0.182 /4=0.0254(m 2 )
(1)Q 理均＝iF s n/60＝3×0.0254×0.254×140/60=0.045(m 3/s)
Q 实＝α×Q 理均＝0.9×0.045＝0.041(m 3/s)
(2) 泵的输出功率
N ＝P 出×Q 实×10－3＝19.3×106×0.041×10－3 =781.6(KW)
泵的输入功率
Np ＝N/η泵＝781.6/0.85＝919( KW)
答：（略）
2、2、已知某钻机游动系统的总重量Q
游
=135吨，游动系统的结构为5ⅹ6，单
个滑轮的效率为0.97, 滚筒第二层缠绳直径D
2=728毫米，滚筒效率η
筒
=0.95。
不考虑钻柱和井壁的磨擦及钻井液的浮力作用。
求：（1）该游动系统的总效率η
游。
（6分）（2）稳定下钻时的制动力矩。
（6分）
解：（1）由题知(6分)
有效绳数 Z=2×5=10
单个滑轮的效率η=0.97
游动系统的总效率η
游
=η(Z+1)/2=0.85
(2)稳定下钻的力矩（6分）
M= Q
游D2η
游
η
筒
/2Z=38.7(KNm)
答：（略）。
