钻井设备- Swivel & Top driver前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，动滑轮组因此可以上下自由的运动。

但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的，我们的滑轮组不可能跟着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。

这是swivel的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？这是swivel的另外一个重要作用- 泥浆进入钻杆的最初的通道。

如下图，泥浆经高压软管—鹅颈管goose neck—进入swivel。

要起到以上两个作用，swivel的结构就基本上知道一二了。

如下面的彩图，在swivel的本体中，下部的杆swivel stem通过滑动轴承-锥形和本体形成相对运动，本体同时承受侧向力和向下的拉力。

同时杆的顶部和本体上部形成密封空间，泥浆经鹅颈管进入此密封空间，在经空心的杆进入钻杆。

空心杆下部为API螺纹接头，可以和钻杆拧接。

好了，我们现在可以把swivel改造一下---给它加上能够使swivel stem旋转的动力。

如何改造，很简单，加电机和齿轮。

怎么加？我们可以想象一下，既然要使swivel stem旋转，那么我们在swivel stem上加一个大的齿轮，如同汽车的轮子一样，中间杆是swivel stem，轮子是齿轮。

在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮，它们啮合在一起。

这样一来，swivel stem就可以在电机的带动下旋转起来。

同样地，为了平横侧向力，以及增加旋转的扭矩，在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。

下图是齿轮箱：然后加上必要的润滑设施和结构部分，以及导向机构。

它有了一个新的名字Top driver，也叫power swivel。

很显然，Top driver与swivel的区别，swivel是它的一部分。

事实上，Top driver 要比上面写的复杂的多。

除了swivel以外，它还包含以下几个部分：1.pipe hander – -用于处理钻杆。

2.riser hander ---用于处理隔水套管riser3.Extractable dolly ---用于Top-driver的导向，它使得top driver可以在derrick上的导轨上自由上下滑动。

4.Torque wrench ---可以提供360度的旋转力。

钻井设备- Traveling BlockTraveling Block在前面已经提到，是动滑轮组。

在钢丝绳的拉动下，它可以上上下下的traveling，如下图中的红色部分实际的照片，看起来好大。

来自NOV；定滑轮组和动滑轮组之间的绕线非常重要，要综合一下几个方面：1.钻井绞车draw works 的绞盘上的钢丝绳与定滑轮组的偏角，以及定滑轮和动滑轮之间的偏角，以减小钢丝绳的磨损。

2.定滑轮组和动滑轮组之间的平衡。

3.方便更换钢丝绳。

4.Deadline 和deadline anchor的位置。

钻井设备- Crown blockCrown block的中文意思就是安装在钻井架derrick顶部的滑轮组。

我们都知道，钻杆都是靠钢丝绳通过滑轮组，吊在钻井架里面的。

很显然，一根钢丝绳的抗拉能力不足以吊起几千米长的钻杆。

简单的方法就是利用滑轮组来减少单根钢丝绳的受力。

力学原理参见初中物理课程。

下图就是一个典型的Crown block，右边的滑轮组单独拿出来显示。

根据钻井的深度，定滑轮组中有6-8个滑轮，如果是8个定滑轮，那么加上动滑轮组traveling block中8个动滑轮。

钢丝绳经过这么一绕，就有相当于把力分配到了16根钢丝绳上，大大减少了单根所受到的力。

但是，深海钻井架上的crown block结构绝没有那么简单，它还包含了一套钻杆补偿装置，或者说crown block是补偿装置的一部分。

如下图所示，图片来自于Aker 公司产品目录。

这个补偿装置可以减少钻头上受力波动，因为浮式钻井平台的特点。

它的结构由以下几个部分组成：定滑轮组 crown block，两个摇臂 rocker arm，两个气缸cylinder,以及液压控制系统。

Cylinder的活塞杆与中间的定滑轮相连接，另一端固定在井架上。

钢丝绳通过摇臂进入定滑轮组以及动滑轮组，绕线完毕后，经另外一个摇臂出来。

顺便提一下，钢丝绳由一个叫钻井绞车draw works 的设备拉着，这一侧的钢丝绳叫fast line 另一端通过滑轮组绕线后，固定在一个叫deadline anchor，这一侧的钢丝绳叫dead line。

国内钻井有些翻译成“快绳和死绳”，似乎有点望文生义的感觉，怪怪的。

这样一来，通过控制绞车的转动就可以控制traveling block的升降了，自己思考一下。

控制系统包括液压单元HPU，高压气瓶 APV，控制板 Control panel ，蓄能器 Accumulators，隔离阀 isolation valve，作用如同前面文章中提到的shut off skid。

再深入一点，值得一提的是，海底设备经常需要钻杆，隔水套管来进行安装。

为了确保施工的精度。

试想一下，当我们把BOP或者采油树 X-Masstree安装在几千米长的隔水套管或钻杆下面的，准备安装在井口的时候，如何保证BOP或采油树不上上下下的起伏运动呢？钻井设备- Derrick从今天开始，我想从自己对钻井设备的认知，参考一些相关的书籍，介绍一下钻井设备。

这部分内容对于绝大多数初学的朋友来讲，都是相对比较陌生的。

就是我们常说的钻井包 Drilling package。

国内新造的钻井平台中，我个人估计有80%以上都是国外公司给的设计，这其中有我们熟悉的两大巨头，NOV 和 AKER 。

钻井设备这一块，在整个海洋平台的费用上占几乎一半的价格，利润非常可观。

我想通过我的介绍，能给朋友们一点有益的启示。

至于深入的研究，设计，我们国家还有一段的路要走，我希望自己的民族企业能够争一口气，我们会在这一领域越来越强。

在这个专题的最后，我想再讲一下钻井设备如何布置，怎么才比较合理。

钻井设备，它含括了井架、钻具、提升装置、旋转装置、钻杆&套管&隔水管操纵装置、泥浆处理装置、控制监测装置、油井测试装置、固井完井装置、井口装置、补偿装置、安全装置、……等。

我们可以一个一个地介绍，但是首先说明一点，这些认知均源于本人对设备的理解，不能保证全部正确。

如果有不足的地方，希望能得到批评指正。

首先，井架结构Derrick，井架承担了钻井过程中所有钻杆的提升重量，同时它又给钻井提升装置，Crown block（天车）， Traveling block(游动滑车) ；旋转装置 Top driver ，以及立管装置 stand finger board，belly board，提供了安装位置。

所以derrick的强度和疲劳计算非常重要，软件SACS 是个不错的工具，有兴趣的朋友不妨试试。

Derrick，经过多年的发展，出现了很多类型。

如下图所示的dual ram rig，来自于MH,它有如下特点：重心和重量比较低，效率和安全程度相对高，也有传统的单井架，双井架结构双井架结构相对于单井架结构来讲，它具有两套配置，可以提高钻井的效率。

井架的尺寸，由于海洋和陆地的钻井情况不同，井架的尺寸也不一样。

平台上的井架高度不会超过200英尺，多在150英尺左右，高度取决于Traveling block 和hook 所占的安装位置以及一个stand 所需要的高度。

注： stand 又叫 thribble，就是三根相互连接的钻杆，大约长90尺。

较大的derrick的基部尺寸大约在50’ X 40’，取决于平台钻台设计尺寸。

Helicopter refueling system 直升机加油系统我们都知道远离陆地的海上钻井平台身处茫茫大海中，它们不会像船舶一样可以经常靠泊港口，进行人员的轮岗调休。

平台上面的工作人员都是要用直升机作为交通工具。

他们幸苦几个月，然后就可以休息几个月。

我们现在讲的直升机加油系统就是给直升机补给燃油（航空煤油）的系统，这个系统可分为以下几个部分：1. 燃油存储罐， Aviation fuel oil transportable tank，用于存储航煤。

2. 燃油输送泵，电动或气动泵。

把油从罐子里面抽出来，排入配给单元。

3. 燃油配给单元，如同加油站里面的加油装置一样，含油计量，过滤，软管，加油枪等。

通过加油枪加注到直升机油箱中。

4. 控制面板。

控制，监测加油系统。

如下图所示：顺便提一下，直升机加油单元属于危险区域，需要水喷淋保护。

.切屑处理系统cutting handling system，也叫废物处理系统。

之前提到的在钻井过程中，由泥浆带上来的切屑回到了地表。

经过了泥浆的处理系统，这部分cutting被分离出来。

那么这些cuttings该如何处理呢？这就是这个系统。

一般地，有三种方式：1. 直接排到海中，dump to sea directly2. 回注到海底的岩土中，也是我们常说的cutting re-injection3. 暂时存放起来，由服务船舶拖回到岸上处理。

我们一个一个来说，首先，直接排海，海洋似乎真的就是一个大的垃圾场。

我见过很多船舶直接把各种各样的垃圾，包括油桶，含油棉纱，油漆桶，生活废品在公海被统统掉了（中国的海洋环境保护刻不容缓）。

这个方法最简单，最经济。

如果说想要对海洋环境的进行最大限度的保护。

当水基泥浆作为钻井液的时候，我们可以采用这个方法，毕竟在深海环境中，成堆成堆的垃圾没有足够的地方放。

但是不要以为水基泥浆作为钻井液钻出来的东西对海洋环境没有污染，很可能这些东西无法降解。

如何排放，我们知道在泥浆处理区域，具体地来讲，shaker的筛面排出区，有一个钢结构的槽，也叫dump trough，控制翻板来控制是否直接排海。

如果是，通过大口径的通道dump line落入海中。

再次，cutting re-injection，听起来是一个不错的方法，切屑从哪里来，再回哪里去。

通过往切屑里面加入海水，形成slurry，在经过泵打入海底。

对于海洋钻井来说，这个方法实施起来要相对困难很多。

首先，必须要一根长长的管子能作为通道。

第二，浆的浓度控制。

第三，cutting 产生的速度，也就是相对应的回注速度控制，必要的话，需要一个缓冲舱。

基于以上原因，事实上在新造的海洋钻井平台中，这个方法貌似不常见。

最后，回岸处理。

前面提到控制翻板开控制是否排海，如果否，翻板会使得cutting 滚落到一个螺旋传输器auger上，cutting会顺着auger到达处理甲板上的处理区域。