钻井完井培训2钻井装备.ppt

第二篇钻井装备与工具,第一章旋转钻井装备第二章钻井作业主要工具第一节钻井现场第一节钻头第二节旋转钻井钻机第二节钻具第三节井口装置1、钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤、稳定器、第四节钻井作业装备选型配套方法配合接头、减振器、震击器、悬浮器）2、取芯工具3、液力助推器4、套管开窗工具5、井下动力钻具第三节钻柱的受力分析与设计计算,第一章旋转钻井装备,第一节钻井现场第二节旋转钻井钻机第三节井口装置第四节钻井作业装备选型配套方法,钻井现场,钻井现场是指打井施工时在井口周围平整出来的一块平地。用于:安装井架、动力系统、旋转系统、起升系统、循环系统、井控系统等钻井设备。用于:存放钻杆、套管、水罐、油罐、泥浆处理剂和各种配件等材料。用于：搭建值班房、发电房、库房、生活设施等临时建筑。满足：搬家、安装、固井等作业时大批车辆进出、摆放的需要。大小：6000m钻机约需：120100m2,3000m钻机约需：10070m2,2000m以下钻机：6080m2。,旋转钻井钻机,动力系统旋转系统提升系统循环系统井控系统地面高压管汇,旋转钻井系统-动力系统,柴油机(dieselengine)发电机(generator)传动机构(compound)机械传动(MechanicalPowerTransmission)柴油机-电传动(dieselelectricPowerTransmission),动力机动力机有柴油机和电动机两种。多数情况下是用柴油机来驱动钻井设备，也有用柴油机发电再用电动机驱动钻井设备的方案，其目的是为了取得某些优良的传输特性。动力机功率的大小由钻机规模来组配。传动装置传动装置用于多台动力机的并车及驱动。主要传动形式有：链条传动：用于深井钻机多台动力机并车。三角胶带传动：多用于钻机泥浆泵的驱动。有时也用于动力机的并车及传动。万向轴及齿轮传动：小型钻机的转盘多用万向轴驱动，其绞车变速多用齿轮变速箱。摩擦离合器：常用于旋转工况下动力的离合。钻机绞车及动力传动中多采用气动式，未冲气前动力断开，冲气后抱紧，动力可传过。,旋转钻井系统-旋转系统,转盘(RotaryTable)转盘方补心（MasterBushing)水龙头方钻杆(kelly)钻具(drillstring)钻头(bit),转盘(RotaryTable),转盘转盘的主要功能是将经万向轴或链条传来的转动通过一对伞齿轮转变成水平旋转以驱动方钻杆旋转，同时承受全井最大管柱重量，转盘中心开口应能通过拟用的最大直径的入井工具。转盘内设有锁紧装置，可按需要将其锁死不转动。转盘的性能指标有：最大开口直径、最大功率和最高转速。转盘与方钻杆之间的传动配合由方补心来完成,水龙头是钻机旋转系统、起升系统和液路循环系统的和谐交汇点，它既要完成钻柱要转而大钩不能转的安全联接，又要实现高压钻井液从不转动件到转动件的安全过度，同时还能承受钻进与起下钻作业时的全部钻柱重量与系统摩阻。水龙头的最新发展是动力水龙头，其区别在于动力水龙头具有产生扭拒驱使钻柱旋转之功能。,水龙头,钻柱-方钻杆+钻具+钻头,钻柱的主要功能：传递来自转盘的破岩扭矩，施加钻压，输送钻井液自井底洗井，加深井眼。,旋转钻井系统-起升系统,井架（derrick)绞车（drawworks)钢丝绳(wirerope、fastline、deadline)天车（Crown)游动滑车(travelingBlock)大钩（Hook),钻机起升系统主要由天车、游动滑车、大绳、井架及底座、绞车等组成，用以在钻进时送钻和控制钻压，换钻头及其它入井工具或固井等作业时起、下钻柱及套管柱，其重量常达几十吨，这就要求钻机具有较大的起重能力。各型钻机均采用复滑轮系统起重。,起升系统概述,起升系统-井架,井架用于安装天车，提供起下钻时接卸立柱与存放立柱所需要的空间。立柱长度一般为2427m，井架高度约为41m,其结构形式有：塔式和桅杆式（A字型）两种。,起升系统-绞车,绞车的主要功能是用于起重和变速。绞车主要由传动轴、滚筒及滚筒轴、猫头及猫头轴、滚筒杀车系统等组成。绞车的主要性能指标有：最大传动功率。绞车的变速是依靠各个牙嵌离合器挂合不同的链轮而改变传动比来达到变速的目的，共有4个变速挡位，设有两个摩擦离合器（低速和高速），负重起下管柱时选择低速，起放空钩时选择高速。滚筒刹车系统是控制管柱下放高度，下放速度的机构，由装有刹带快的刹带和水刹车组成，操作时是用刹把经过杠杆系统控制刹带抱紧滚筒轮鼓程度以控制滚筒转动的快慢或制动，其结构原理如图1-7所示。水刹车装在滚筒轴上，靠转子在水中旋转受到的阻力形成制动力矩，由水位高低来调节制动力矩的大小，它只是在下钻或下管柱时起辅助刹车作用。,起升系统-钢丝绳（大绳）,大绳是复滑轮中的钢丝绳，钢丝绳是先由多根钢丝拧成股，再由股绞成绳，股间有一根麻芯以储润滑油。钻井中常用的钢丝绳是619（表示6股、每股19根钢丝）。其主要性能指标有：直径和拉力。大绳的一端固定在滚筒上，沿滚筒缠绕，速度最快，称为快绳，另一端固定不动，称为死绳。大钩负荷是用测量死绳中承受的拉力来确定。,起升系统-天车、游动滑车、大钩,天车是支撑复滑轮系统中的定滑轮组，固定于井架顶端的天车台上，其主要性能指标有：轮数和最大负荷。游动滑车是复滑轮系统中的动滑轮组，工作时上下移动，其主要性能指标有：轮数和最大负荷。大钩装在游动滑车下边，用以悬吊水龙头及井内管柱。同时，设计有防止脱钩及控制是否旋转的装置。大钩的主要技术指标：最大起重量。,起升系统-起重能力计算,钻机起升系统所应具有的起重能力取决于拟钻井深、管柱重量及动力大小。系统中各部件的最大承载能力应均衡相当，杜绝出现强度上的薄弱环节。钻机起升系统的起重能力应留有余量，一般比实际最大值高2030%为谊。其计算式为：G=nT式中：G大钩起重量N；n-有效绳数=游动滑车工作轮数2；T绞车快绳拉力N。,旋转钻井系统-循环系统,泥浆泵（pump)立管(standpipe)水龙头(swivel)方钻杆(kelly)钻柱(drillstem)钻头(bit)环空(annulus),出口管线(dischargeline)震动筛(shaleshaker)除气器(degasser)除砂器(desander)除泥器(desilter)泥浆罐(mudtank),泥浆泵,泥浆泵（pump),钻机循环系统一方面完成洗井工作，另一方面为钻头提供水功率。,循环系统-钻井泵（Pump),泥浆泵是用来提高洗井液的压力，进行洗井循环。其结构有卧式双缸双作用和卧式三缸单作用两种，均为活塞泵，靠三角胶带传递动力，泥浆泵无变速机构，其冲数随柴油机转速增加而增大。由于柴油机转速调节范围有限，不能用来大范围调节排量，而且活塞冲程是固定的，改变泥浆泵排量的主要途径是更换不同直径的缸套与活塞，或是减少凡尔个数。因此，泥浆泵所需功率与泵的排量和出口压力之积成正比，出口压力由循环管路流动阻力决定，排量由缸套直径决定。由于泵的机械强度与输入功率一定，所以当需要用高的出口压力时，必需改用小直径缸套以减小排量。,循环系统地面管汇、水龙带,地面管汇从泥浆泵出口到水龙带之间的高压、低压管路统称为地面管汇。高压管汇为洗井液入井通道，低压管汇用于配浆、加重、搅拌、倒罐等作业。水龙带水龙带是缠有多层钢丝的橡胶软管，能耐高压，接在立管与水龙头之间，可随水龙头及其钻柱和滑动游车上下活动。,循环系统水龙头,水龙头处于大钩与钻柱之间，应能承担最大管柱重量，只允许与它下部相连的方钻杆及钻柱旋转，不允许与它上部相连的水龙带及大钩转动，而且要求转动与不转动件之间应有良好的密封，耐压2030MPa无泄露。水龙头的主要技术指标有：最大起升重量、最高转速、最高压力。,循环系统固控系统,固控系统1）振动筛振动筛是用振动+过筛的方法去除泥浆中较大颗粒的岩削，其筛布孔眼的目数决定着去除岩削颗粒的大小。属于常用设备。2）除砂器和除泥器除砂器和除泥器是用旋流离心的方法去除泥浆中较小颗粒的岩削，其转速的高低决定着去除岩削颗粒的大小。除砂器和除泥器均位于振动筛之后，根据需要而用。,井控系统（ThewellControl),球型防喷器（AnnularBOP）旋转防喷器（RotatingBOP)闸板防喷器（RamBOP）方钻杆旋塞（Kellycock）压井管汇（chokemanifold）,井控系统是用于当井发生溢流或井喷时关闭环形空间及钻柱内孔，以及压井时循环泥浆的出入通道，并形成必要的回压。也叫防喷装置，或井口装置。对高压井来说是必不可少的，而且其工作压力要足够，尤其对探井更是如此。压力级别选择：生产井：压力=地层压力-1/2液柱压力；高压井（探井）：压力=预计地层压力。通径选择：大于连接套管外径。,井控系统选择原则,井控系统组合形式,组合原则：安全可靠，具有二道防线的控制能力。组合形式：单密封：一个单闸板或一个环型防喷器；双密封：一个单闸板+一个环型防喷器；三密封：两个单闸板+一个环型防喷器；四密封：三个单闸板+一个环型防喷器；,14MPa以内防喷器组合,2134MPa防喷器组合,69105MPa防喷器组合,球型防喷器（AnnularBOP）,球型防喷器装在最上部，发生溢流时，一般是先关这个防喷器。密封件是由带钢骨架的胶芯，关闭时用油压推动活塞上行，压缩胶芯即可密封。放掉油压，活塞下行，胶芯回到原位，该防喷器即打开。在发生溢流时，井口可能是全空的，也可能有钻杆，方钻杆。胶芯可封住任何形状的井口。但因封闭全空井口时芯子易坏，所以除非是紧急情况，不建议用于无钻杆时的全封闭，封闭以后可以允许钻柱进行小量活动。,闸板防喷器（RamBOP）,闸板防喷器它是用于井内有圆钻杆或方钻杆时的井口密封或全封。分为单闸板和双闸板防喷器。可以按所用钻杆尺寸更换不同的芯子，但每种芯子的功能只有一个，只能封住一种尺寸的钻杆或全封，如用于114mm的管子闸板只能密封114mm的钻杆。闸板防喷器内的剪切闸板应有足够的强度，以供必要时将钻杆接头坐在它上面，由它承受井内管柱重量。剪切闸板在必要时可以剪断钻杆后将井全封，以便撤离钻井现场。,旋转防喷器（RBOP）,旋转防喷器自封胶芯可将方钻杆封住。将本防喷器装在井口上，就可在井内有溢流的条件下旋转方钻杆进行钻进，当然溢流是受控的，其工作压力较低。,地面节流管汇chokemanifold,钻井作业装备选型配套方法,设备选型配套原则1、在配套钻井设备中，要本着降低成本的原则，在满足油气田开发要求和保证施工安全的前提下，尽可能使设备简单、小型化，拆装运输方便。2、合理选配钻机，既要避免功率过剩，又要确保安全。,直井钻井的钻机选择方法直井钻井相对斜井而言，钻具摩阻较小，可不与考虑，因此，直井钻机只考虑在最大井深条件下的钩载，所以直井钻机负荷预测模型如下：Qmax=K(L1q1+L2q2)式中Qmax最大钩载kN；L1、L2钻杆、钻铤长度（最大井深）m；q1、q2钻杆、钻铤每米重力kN/m；K动载安全系数（一般取1.6）根据上式计算出最大钩载，然后依照钻机参数选择合适的钻机。,定向井钻井的