工程录井ppt课件

.,1,工程录井,监督培训,.,2,目录一、钻井工程相关基础二、综合录井仪简介及工程参数测量三、录井工程参数监测及钻井工程事故预报,监督培训,.,3,综合录井仪所采集的数据参数，大致可分为三大类别：泥浆录井气测录井工程录井这些数据参数的测量和应用发挥的主要作用体现在两大方面：,引言,监督培训,.,4,一、油气发现方面，在油气勘探开发中能够在随钻录井过程中及时发现油气层，在综合解释中准确判断油气层；二、工程指导方面，工程录井项目作用很大，但“鲜为人知”：能够连续监控和记录钻井过程中的各项施工参数、曲线，实现钻井数据库的档案管理，以备后续总结和研究；能够实时监测钻井工程参数、曲线的变化，实现及时预报工程事故，以避免工程事故的发生或进一步恶化，保障钻井安全；能够更科学地为钻井队提出优化的钻井参数，实现优化钻井，降低成本，提高钻井时效；等等。,引言,监督培训,.,5,由于综合录井技术具有实时性、及时性、准确性、指导性等显著特点，为高效、安全钻井施工发挥着其他手段无法代替的作用。从现场施工来看，由于录井提供了及时准确的监控和工程预报，已使钻井工程施工人员由经验判断转变为更多地依赖于录井参数的分析。,监督培训,.,6,第一部分、钻井工程相关基础知识,监督培训,.,7,钻井是利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。是石油、天然气勘探与开发的主要手段。各项钻井参数在钻前的选择、在钻中的变化等被受关注，如何看录井是否发挥了综合录井仪工程录井的作用，怎样确保录井对钻井的要求能够顺利实现，需要对钻井工程知识有详细的了解和掌握，才能更好地有效履行监督的职责。,监督培训,.,8,钻头是直接破碎岩石，形成井眼的工具，它是影响钻井速度最直接的因素。目前在石油钻井中使用的钻头分为牙轮钻头、金刚石钻头及刮刀钻头三大类。,监督培训,.,9,衡量钻头破岩效率高低的主要指标：1、钻头进尺：一只钻头在整个使用过程中，其钻进的井段长度，单位为米（m）。2、钻头寿命：在钻头的整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间（包括划眼），单位为小时（h）。3、机械钻速：用钻头的进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，来表示钻头破碎岩石的能力和效果，单位为米/小时（m/h）。公式为：,监督培训,.,10,一、牙轮钻头：牙轮钻头的分类及结构特点：牙轮钻头按牙轮数目的不同分为单牙轮钻头、双牙轮钻头、三牙轮钻头及多牙轮钻头。现场常用的是三牙轮钻头。牙轮钻头按牙齿制造方法的不同又分为铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头,监督培训,.,11,牙轮钻头：牙轮钻头结构：一般是由钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等部分组成。钻头体上部车有螺纹与钻柱联结用。下部焊有巴掌（又称牙爪），巴掌下带牙轮轴，牙轮装在牙轮轴上，牙轮上带有牙齿，用来破碎岩石。牙轮与牙轮州之间装有轴承，用以锁紧牙轮和承受载荷。水眼是钻井液的通道。,监督培训,.,12,牙轮钻头牙轮钻头结构：1、牙轮与牙齿：牙轮是合金钢模锻而制造的锥体，牙轮锥面上或铣出牙齿或镶装硬质合金齿。铣齿牙轮钻头的牙齿由牙轮毛坯经铣销加工而成的，主要是楔形齿，为提高牙齿的耐磨性，在牙齿表面敷焊一层碳化钨粉。镶齿牙轮钻头是载牙轮锥面上钻出孔后，将材料制成的齿镶入孔中。硬质合金齿的形状大致有八种,监督培训,.,13,2、牙轮的轴承：其中牙轮钻头的轴承是非常重要的组成部分，在井下牙轮轴承要承受几吨到几十吨的钻压工作负荷很重，而且牙轮在井底的滚动会引起钻头的强烈振动，这就使牙轮轴承的磨损很快。它的磨损决定了钻头的寿命。,监督培训,.,14,牙轮钻头的破岩机理：牙轮钻头是靠牙轮绕钻头轴线公转和自身转动所产生的冲击压碎和滑动剪切作用来破碎岩石的。牙轮钻头在井底的运动过程中，在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎岩石并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。,监督培训,.,15,（1）第一位数字表示牙齿的特征及所适用的地层：1铣齿，软地层（低抗压强度，高可钻性）；2铣齿，中中硬地层（高抗压强度）3铣齿，硬、研磨性或半研磨性地层；4备用；5镶齿，软中地层（低抗压强度）6镶齿，中硬地层（高抗压强度）7镶齿，硬，研磨性或半研磨性地层；8镶齿，极硬（高研磨性）地层。,IADC钻头编码用三位数字代表，各数字的意义如下。,IADC三牙轮钻头规范：,监督培训,.,16,1标准轴承；2T型齿保径；3规径上有镶齿；4密封滚动轴承；5密封滚动轴承，规径加强（镶齿保径）；6简易滑动轴承；7滑动轴承，规径加强型（镶齿保径）；8方向井造斜钻头；9取心牙轮钻头。,（2）第二位数字表示所钻的地层再分为1、2、3、4共四个等级。,（3）第三位数字表示钻头的结构特征。,监督培训,.,17,例1321第一位数字3表示钢齿，硬地层；第二位数字2表示硬地层2级；第三位数字1表示为标准轴承。例2817第一位数字8表示镶齿，极硬地层；第二位数字1表示极硬地层1级；第三位数字7表示规径上有镶齿。,监督培训,.,18,合理的选用钻头对于多打井，打好井有着重大的关系。往往由于钻头选用不适当，使得钻井成本高，速度慢。正确的选择钻头，要对现有钻头的结构、特点、作用原理有所了解，同时对所要钻的地层性质，例如地层岩性、硬度、塑性系数、抗压强度以及覆盖压力、孔隙压力、渗透性等等有充分的认识。邻近井的钻头使用情况（如钻头记录、磨损情况、钻井成本等），都是选用钻头的重要资料。通常钻头厂已对某类型钻头适用于什么地层有详细说明。所以在了解了所要钻的地层的岩性后，可选用相应的钻头。在选用钻头时还要考虑以下一般问题。,牙轮钻头的选用：,监督培训,.,19,（1）在浅井段，选用机械钻速快的钻头；（2）在深井段则选用进尺多的钻头；（3）当发现钻头的外排齿磨圆，而中间齿磨损较少时，应选用带有保径齿的钻头；（4）所钻的地层有砂岩夹层时，应考虑用镶齿保径的钻头；（5）对于易产生井斜的地层，选用偏移值小，无保径齿及齿多而短的钻头；（6）选用镶硬质合金齿钻头时，需要考虑的因素有下面几点：所钻地层页岩占多数时，用楔形齿钻头；钻灰岩地层时，使用抛物体形或双锥形齿钻头；当用重泥浆钻井时，使用楔形齿钻头；当所钻地层中页岩成分增加或泥浆比重加大时，用偏移值大的钻头；,监督培训,.,20,钻灰岩或砂岩地层，选用偏移值小的钻头；钻硬的研磨性灰岩、硬白云岩、燧石、石英时，用无移轴或双锥齿（或球齿）钻头。选用的钻头对所要钻的地层是否适合，要通过实践的检验才能下结论。对同一地层使用了几种类型钻头，如何对比分析它们的效率高低，以什么指标为标准，不能单纯的用进尺最多或机械钻速最快来衡量，因为所钻地层深浅，钻头成本多少（如镶齿钻头为普通钻头成本好几倍）以及设备使用费等都有关系。评论所选钻头是否合适，可以用“每米成本”来衡量。每米成本的计算用下式,监督培训,.,21,式中：Ct成本，元/米；Cb钻头成本，元；Cr设备使用成本，元/小时；T钻头钻进时间，小时；Tr起下钻时间，小时；H钻头进尺，米。,监督培训,对所用的不同类型钻头使用的有关数据分别计算每米成本值，每米成本最低的钻头是最合适的。,.,22,钻头使用时间,在正常情况下，钻头的使用时间决定于以下两个因素之一，一是轴承磨损以至不能再继续使用；二是牙齿磨钝，机械钻速显著下降。（1）轴承磨损判断滚动轴承磨损失效后，扭矩明显增大。井不太深时，可以从转舵和柴油机的负荷变化来判断。若使用转盘扭矩表来测定更为可靠。也可用其它间接办法测定，如在电驱动的设备中可以由电流表的变化中了解到。对于钻定向井和超深井来说，地面的反映不像一般中深井那样明显，这需要借助精密的扭矩测量仪。对于滑动轴承钻头，轴承磨损失效后，扭矩增长不像滚动轴承那样明显，所以使用时要特别注意。,监督培训,.,23,（2）牙齿磨钝当所钻的地层岩性没有显著变化时，随着钻头不断钻进，牙齿逐渐磨损，机械钻速不断下降。机械钻速下降使钻进时间增加而进尺增加不多，从而使单位进尺的成本增加。在新钻头开始钻进后，要随时计算钻进成本，到成本开始增加时，即应起钻。,对使用过的钻头进行磨损分析、签定分级在钻井过程中有重要作用。评价钻头磨损的目的有以下几点。（1）经过评价以便选择合适的钻头类型；（2）为了确定合理的技术措施；（3）为了规定最优的起钻时间以便最大限度的使用钻头；（4）可以为改进钻和钻头设计提供依据。对于钻头的评价，包括牙齿磨损（T）；轴承及密封情况（B）；钻头直径磨损等几个方面。,牙轮钻头磨损分级,监督培训,.,24,国际钻井承包商协会对钻头的磨损分级曾制定了统一标准如下。、牙齿磨损分级标准牙齿磨损分为8级，但对铣齿和镶齿的划分标准不同。铣齿的划分是以磨损的高度来确定的。磨损高度在1/8以内为1级，磨损高度在1/82/8范围内为2级，依此类推共分8级。用T代表齿的磨损。,牙齿磨损代号,铣齿镶齿T1齿高磨去1/81/8镶齿崩碎或掉落T2齿高磨去2/82/8镶齿崩碎或掉落T3齿高磨去3/83/8镶齿崩碎或掉落T4齿高磨去4/84/8镶齿崩碎或掉落T5齿高磨去5/85/8镶齿崩碎或掉落T6齿高磨去6/86/8镶齿崩碎或掉落T7齿高磨去7/87/8镶齿崩碎或掉落T8齿高全部磨光镶齿全部掉落或破碎,监督培训,.,25,、轴承磨损分级轴承磨损分级是以钻头使用时间与轴承寿命（小时）之比来评定的，同样轴承磨损分为8级。使用时间达到寿命的1/8时为1级，使用时间为寿命的2/8时为2级，依此类推分为8级。轴承的寿命可发用类似发区使用过的同类型钻头记录去估计，也可以从已钻过的井段中所用的同类型钻头的资料进行统计分析中得出。轴承磨损用B代表。,轴承磨损代号B1轴承寿命已用掉1/8B2轴承寿命已用掉2/8（轻微磨损）B3轴承寿命已用掉3/8B4轴承寿命已用掉4/8（中等磨损）B5轴承寿命已用掉5/8B6轴承寿命已用掉6/8（轴承晃动）B7轴承寿命已用掉7/8B8轴承寿命已用完（轴承卡死或弹子有掉落）,监督培训,.,26,对于密封轴承的密封情况分为三类，即密封有效（SE）；密封无效（SF）；密封有问题（SQ）。,、钻头直径磨损,钻头直径的磨损对钻速影响较大，钻头直径磨损后将使井径缩小，新钻头下井必须扩眼。在研磨性强的硬地层中扩眼，往往容易造成牙轮落井事故。因此，保护钻头直径是十分重要的。国内、外对此都很重视，对铣齿和镶齿钻头都采取了一定的保径措施。,监督培训,.,27,钻头保持原来直径用I代表，直径磨小用0代表。对钻头的各部分进行分析评价后，可用简单的代号说明。例1T2B4I说明牙齿磨损掉2/8或2/8的镶齿掉落及崩碎，轴承磨损为4级，钻头直径未减小。例2T6B601/2说明牙齿磨损掉6/8齿高或镶齿崩碎失掉6/8，轴承晃动，钻头直径磨小1/2英寸。,钻头直径的测量，最普通的是用钻头量规靠扰两个锥壳计量点，然后拉紧，然后量出钻头量规与第三个锥壳的距离，该距离就是钻头直径磨损值。将该值乘以三分之二，则结果更为准确（可以用几何方法证明）。,监督培训,.,28,二、金刚石钻头：PDC（聚晶金刚石复合片）钻头的结构及破岩机理：PDC钻头由钻头体、切削齿、喷嘴和接头等部分组成。其切削刃在钻压的作用下压缩并吃入岩石，在钻具扭矩的作用下，象犁地一样切削岩石,其破岩机理为对软地层主要是犁，对硬地层是靠剪切。由于PDC钻头没有活动零件，且切削破碎岩石的效率比压碾方式破碎岩石的效率高，因此PDC钻头具有较高的机械钻速，最适合于井下动力钻井。由于PDC钻头的聚晶金刚石复合片坚硬易碎，因此抗冲击性能较差，使用时高转速、低钻压。,监督培训,.,29,二、金刚石钻头：金刚石钻头：用金刚石材料作为切削刃的钻头统称为金刚石钻头。根据不同的切削齿材料制造的钻头分别称为天然金刚石钻头、PDC钻头及TSP钻头。天然金刚石钻头用天然金刚石颗粒作为切削刃，PDC钻头和TSP钻头是用人造金刚石作为切削刃。,监督培训,.,30,二、金刚石钻头：PDC钻头的合理使用：遇到下列情况之一应考虑起钻：钻头没有进尺。泵压有明显升高或降低。机械钻速突然降低，采取措施无效。当低钻压钻进时，井底扭矩很大，且机械钻速降低。通过每米成本计算钻头继续使用时已不经济。,监督培训,.,31,三、刮刀钻头：刮刀钻头的分类：刮刀钻头按刀翼数分为两翼刮刀、三翼刮刀和四翼刮刀；另外按刀翼底刃的形状还可分为平底和阶梯式刮刀钻头。现场常用的是平底三翼刮刀钻头。,监督培训,.,32,刮刀破岩机理：刮刀钻头是靠其刀翼在钻压的作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破岩的，是切削型钻头。其破岩机理见下图：,监督培训,.,33,刮刀钻头的使用特点：1、适用地层：刮刀钻头最适宜在松软软的泥岩、泥质砂岩、页岩等塑性和塑脆性地层钻进，其机械钻速较高。由于刮刀钻头钻速快，单位时间内破碎的岩屑量大、块大，因此应选择较大的排量，以满足清岩和携岩的需要。注意：当钻速明显下降，蹩跳钻现象加重或泵压突然升高时，应该起钻。,监督培训,.,34,四、取芯钻头,取心钻头用于钻取岩心，是以环状破碎井底岩石，在中心部位形成岩心柱。根据取心所钻地层不同，取心钻头同样分为牙轮、刮刀和金刚石取心钻头。取心钻头岩心收获率的大小、钻进快慢都与钻头质量和选择有关。钻头钻进时应平稳以免振动损坏岩心，钻头外缘与中心孔应同心，钻头水眼位置应使射流不直射岩心处并减少漫流对岩心的冲蚀。钻头的内腔应能使岩心爪尽量靠近岩心入口处，这样可使岩心形成后很快经岩心爪进入岩心筒而被保护起来，同时可使割心时尽量靠近岩心根部减少井底残留岩心。,监督培训,.,35,方钻杆、钻杆、钻铤及其它井下工具组成的管串称为钻柱。它是钻井的重要工具与手段，在钻井过程中，通过钻柱把钻头和地面连接起来。钻柱是快速优质钻井的重要工具和手段,它是联通地面与地下的枢纽.在转盘钻井时是靠它来传递破碎岩石所需的能量,给井底施加钻压,以及向井内输送洗井液等。,（二）、钻柱,监督培训,.,36,钻柱的主要作用有以下几个方面：提供从钻机到钻头的钻井液通道，即输送钻井液；把地面动力(扭矩)传递给钻头并给钻头加压，使钻头破碎岩石；对地层流体及压力善等进行测试与评价。,一、钻柱的作用,钻柱除了以上在正常钻进中的作用外还具有其它一些重要作用：通过钻柱可了解与观察钻头工作情况，井眼善及地层情况等；进行取心、处理井下事故与复杂情况，打捞落物，挤水泥等特殊作业；对地层流体及压力状况等进行测试与评价。,监督培训,.,37,钻柱的具体组成随不同的目的要求而不同，但主要是钻杆段和下部钻具组合两大部分。钻杆段包括普通钻杆，加重钻杆，有时也加入扩眼器。下部钻具组合则包括钻铤、稳定器、减震器、震击器及扩眼器与其它特殊工具。,二、钻柱的组成,监督培训,.,38,三、组成钻柱的常用钻井工具,1、方钻杆,方钻杆位于钻柱的最上端，其主要作用是传递扭矩。方钻杆的驱动部分断面为中空的四边形与六边形，由于壁厚比钻杆大三倍左右，并用高强度的合金钢制造，故具有较高抗拉强度与抗扭强度。,2、钻杆,钻柱中最长的一段是钻杆，其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，每一根钻杆都包括钻杆管体及钻杆接头两部分，利用钻杆接头的特殊螺纹使钻杆连接起来。,3、加重钻杆,加重钻杆的特点是壁厚比普通钻杆增加了23倍，其接头比普通钻杆接头长，钻杆中间还有特制的磨锟。,监督培训,.,39,加重钻杆主要用于以下几个方面：用于钻铤与钻杆的过渡区，缓和两者弯曲刚度的变化，以减少钻杆的损坏；在小井眼钻井中代替钻铤，操作方便；在定向井中代替大部分钻铤，以减少扭矩和粘附卡钻等的发生，从而降低成本。,监督培训,.,40,、稳定器在钻铤柱中适当位置安放一定量的稳定器组成各种开工的下部钻具组合，可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时也可以起控制井眼轨迹的作用，此外，稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性，从而延长使用寿命，这对金刚石钻头尤为重要。,4、钻铤,钻铤是钻柱的主要组成部分之一，其作用是给钻头提供钻压，同时使下部钻柱组合具有较大的刚度，从而使钻头工作稳定。,5、其它钻井工具,监督培训,.,41,、减震器在钻井过程中，井下钻具要产生纵向和放置的冲击震动，在严重情况下钻头的实际载荷（钻压与转矩）可能超过平均值的2倍，直接危害钻头、钻具的地面设备。应用专门设计的钻具减震器可以大大减轻这种震动的幅度及危害，它已成为现代钻井必需的井下工具。,监督培训,.,42,、随钻震击器在深井、海上钻井、尤其是定向钻井中，时常在下部组合中安放随钻震击器，以便一旦下部组合被卡，即可操纵器，通过向上或向下的震击作用解卡。随钻震击器有液压式和机械式两种，其结构一般都较复杂，但作用原理却较简单：当需要上击时，快速提拉钻柱，钻柱伸长积蓄很大的能量，一但锁定机构解脱，钻柱的弹性力使震击头碰撞产生强大的上击作用；当需要下击时，只需迅速下放钻具，利用上部钻具的重量即可产生向下的震击作用。,监督培训,.,43,分为钻杆接头和配合接头两类。其中钻杆接头是钻杆的组成部分，用以连接钻柱。其类型有：内平接头：适用于外加厚及内加厚的钻杆。优点是钻井液流过接头阻力小，但易于磨损，强度较低。贯眼接头：适用于内加厚及内外加厚的钻杆。磨损接头比内平接头小，流动阻力较大。正规接头：适用于内加厚钻杆。流动阻力最大，但它外径小，磨损小，强度较高。,6、接头,监督培训,.,44,接头类型的表示法：三位数字表示接头的类型，第一位数字表示钻杆外径，第二位数字表示接头类型，一平二贯三正规，第三位表示公母扣，“1”表示公扣，“0”表示母扣。如410表示41/2“钻杆内平式母扣接头。,监督培训,.,45,钻具失效类型：钻具失效类型有多种多样，但在大庆油田，归纳起来其主要的失效类型为断裂、刺漏密封和脱扣三种。1)断裂在钻具事故中所占比例较大，危害也很严重，主要有以下几种。(1)过载断裂它是由于工作应力超过材料的抗拉强度引起的。如钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂，蹩钻时的钻柱体折断等。,监督培训,.,46,(2)低应力脆断它在整个钻具失效中占相当大的比例；钻杆、钻铤和转换接头处均能发生，如钻杆焊缝的脆性断裂，钻铤和转换接头螺纹部位的脆性断裂等。这种断裂的主要原因是疲劳损伤。其显著特点是：在突然断裂前没有宏观前兆，一般测量手段查不出来，在不知不觉中造成灾难性事故，所以低应力脆断是最危险的断裂方式之一。,监督培训,.,47,(3)应力腐蚀断裂它是钻具失效的常见形式。如钻柱在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂，钻杆接触某些腐蚀介质(如盐酸、氯化物类)时的应力腐蚀断裂等。(4)氢脆断裂当金属中存在过多氢时，在拉应力作用下可使材料产生氢脆。实际上，由硫化氢和盐酸引起的钻具应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。,监督培训,.,48,(5)疲劳断裂：一般发生在钻杆接头、钻铤和转换接头螺纹部位等截面变化区域或因表面损伤而造成的应力集中区处。由于整个钻具承受复杂的交变应力，有些部位，如螺纹根部、焊缝及划伤等缺陷处会出现应力集中，缺口根部应力可高出平均应力几倍或更高，所以缺陷处很快发生裂纹并扩展，直到断裂。疲劳断裂失效是钻具的主要失效形式。,监督培训,.,49,钻柱的扭转振动造成钻柱旋转速度时快时慢，当钻柱突然加速旋转时，扭矩可能突然增加，因钻柱与井壁、公扣与母扣间的交互作用使得在接头处产生很高的热量，从而螺纹脂从螺纹间隙流出，可能造成密封失效，同时高压流体沿着螺纹间隙从管内流出，引起刺扣；轴向拉力也会降低密封能力；上紧扭矩过小、过低的螺纹过盈量也导致较低的密封能力；钻柱的横向振动使钻柱承受交变的弯曲应力同样会造成密封失效；加工误差，不合理的公差配合也是一个重要的原因。,2)刺漏密封,监督培训,.,50,3)脱扣,当螺纹锥度较大时，上紧圈数未达到适当圈数而扭矩就已达到推荐值，此时承受轴向拉力作用，易发生脱扣；当螺纹间隙充填物不合理时也有这种可能性。,监督培训,.,51,第二部分、综合录井仪简介及工程参数测量技术,监督培训,.,52,一、简介综合录井技术是多学科、多技术集成的高新技术集合体，涉及的相关学科有电子技术、通讯技术、计算机技术、应用物理、应用数学、石油地质、石油工程等领域。综合录井资料是钻井过程中收集到的与井身有关的全部工程和地质资料的总称。从资料的数据来源来看,包括地面测量的实时数据、现场人工收集数据、井下随钻测量数据和井场计算机运算处理后输出数据。综合录井资料为科学钻井和油气勘探提供了重要依据,正确地解释和应用综合录井资料对及时发现和评价油气层及指导钻井作业,具有重要的意义。,监督培训,.,53,图3-2-26,图3-3-1-3,直接测量30余项参数，间接计算数百种参数，可以以图、表形式输出，也可以屏幕浏览。,监督培训,.,54,.,55,.,56,图3-3-1-3,.,57,.,58,图3-2-26,.,59,.,60,.,61,监督培训,.,62,监督培训,.,63,监督培训,.,64,监督培训,.,65,监督培训,.,66,监督培训,.,67,监督培训,.,68,监督培训,.,69,监督培训,.,70,综合录井仪的基本组成:1、五种24支传感器2、色谱分析系统3、辅助地质仪器4、信号处理接口系统5、计算机联机采集系统及脱机处理系统6、供电系统,监督培训,.,71,传感器组,接口,计算机采集系统,色谱分析系统,地质仪器,综合录井仪的配置框图,监督培训,.,72,1、传感器种类综合录井仪配置的传感器主要包括：1#、2#泵冲、转盘转速，1#5#液位传感器，进/出口电导率、进/出口温度、进/出口密度，出口流量、立管压力、套管压力、悬重、扭矩、绞车、硫化氢，共计五种24支传感器。按物理特性可分为脉冲型、电阻型、电流型、电容压差式变送器型、压力型。,监督培训,.,73,压力型：立压、套压、悬重、扭矩脉冲型：1#、2#泵冲/转盘转速、绞车电阻型：出口流量、1#5#液位传感器、进/出口温度电容压差式变送器：进/出口密度电流型：除1#、2#泵冲/转盘转速、绞车外，目前配置的传感器均为此种类型供电电压：DC24V/+15V、-15V输出信号：420mA,监督培训,.,74,7J02接口：由绞车板、3块转速/泵冲板、通讯板、取样电阻板及24V开关电源组成。其功能是将传感器采集的信号处理为计算机可接受的15V或05V的电压信号。,绞车板转速/泵冲板通讯板24V开关电源,数据服务器,RSS232（COM3）,RSS232（COM4）,2、接口（以SK-2000型综合录井仪为例）,监督培训,.,75,3、色谱分析系统：,氢气发生器,空气压缩机,电动脱气器,3Q02氢焰色谱仪,3R03热导色谱仪,0-10V,3056记录仪,-10V10V,数据服务器,RSS232（COM6）,RSS232（COM5）,监督培训,.,76,数据服务器,SK7J02,SK-3Q02,SK-3R03,音箱,HUB,工作站,资料处理机,串并转换器,工程曲线打印,实时数据打印,气测曲线打印,分配器,打印机,CD-ROM,监视器,监视器,监视器,4、计算机系统（SK-2000综合录井仪为例）,监督培训,.,77,其他用电设备,可燃气体检测,缺项保护,硫化氢检测,过压保护,室压检测,欠压保护,防爆控制箱,配电箱,UPS,计算机及仪器用电,鼓风机,5、SK-2000综合录井仪电源控制系统,监督培训,.,78,碳酸岩分析仪,泥岩密度测定仪,荧光测定仪,地质仪器,6、地质仪器配备图,监督培训,.,79,二、传感器的工作原理、安装及功能,监督培训,.,80,综合录井仪所测量的参数按用途,大致可以分为两类,一类是与钻井施工的效率和安全有关的参数,通常称之为“工程参数”；另一类是与地质录井有关的参数,通常称之为“气测参数”。一般地说，钻井仪表只测量工程参数,而综合录井仪则不仅要测量气测参数，而且也要测量所有工程参数。,监督培训,钻时、转盘转速、泵冲、扭矩、大钩负荷、钻压、立管压力、套压。,流量、池体积（总体积、14号池体积）、温度（进、出口）、密度（进、出口）、电导率（进、出口）,综合录井工程参数及用途,钻井参数,钻井液参数,1、综合录井工程参数,监督培训,钻井工程参数的用途,钻井工程参数的主要用途：一是结合气体检测参数发现、评价油气层；二是进行实时工程监测、优化钻井，保证钻井安全施工。,2、用途,监督培训,钻井工程参数的用途,监督培训,.,84,一、钻压、大钩符合的测量钻压是影响钻井效率的一个重要工程参数。所谓“钻压”,就是钻头对井底的压力。目前大量使用的钻井和录井仪表都是利用地面装置的传感器首先测量“大钩负荷”，然后间接地换算出钻压。这种方法所依据的公式是：W压W总-W式中W压钻压；W总钻柱净总重,即当全部钻柱处于提升状态钻头离开井底时的大钩负荷。严格地讲,它等于钻柱的毛总重减去井壁对钻柱的摩擦力和泥浆对钻柱的浮力所得的差；W钻进时测得的大钩负荷。,监督培训,.,85,大钩负荷由游动滑车的钢丝绳分担，因此，只要测得钢丝绳的张力，即可求出大钩负荷并进而求出钻压。当钻速比较低（即游动滑车的钢丝绳运动速度较低），且钻机又存在振动的情况下，忽略滑轮组的摩擦力，则游动滑车的钢丝绳的张力处处相等，且服从下式：T=W/N式中W大钩负荷KN；N游动滑车的有效钢丝绳数；T钢丝绳的张力KN。由于在钻井过程中，死绳既承受了与大钩负荷成正比的张力，又不发生运动，因而，可以通过测量死绳的张力间接测量大钩负荷。,监督培训,.,86,综合录井所使用的大钩负荷传感器是一种液压转换装置，安装在死绳固定器上，当钢丝绳由于大钩负荷而张紧时，将使死绳滚筒趋向转动，通过传感器的压盘和滚动膜片的作用，该拉力被转换为承压室中相应的液压压力，承压室中的液体压强与大钩负荷成正比，因此通过测量承压室的液体压强变化，来反映大钩负荷的变化。常用的大钩负荷传感器多属于电阻应变式传感器和固态压阻式传感器。液体介质压力，作用于耐蚀不锈钢弹性膜片，使膜片产生变形，如应变原理图所示。在膜片上制作了组成惠斯登电桥的合金薄膜应变电阻，膜片变形使电阻的几何尺寸和阻值发生改变，电桥输出相应的电信号。电子电路，将电桥输出的信号放大，并转换成标准4-20mA电流信号输出。,监督培训,.,87,电阻应变式传感器通常都利用电桥把应变片（一个、两个或四个）阻值的变化转换成电压或电流输出。下面简单介绍一下单臂应变电阻的电桥输出电压与应变片的应变关系。惠斯登电桥若只由一个应变电阻接入电桥（设为R1），而R2为温度补偿应变电阻，R3、R4为外接桥臂，则：,监督培训,.,88,R1改变为R1+R1而使Uc变为Uc0+Uc,应有,若在无应变时,R1=R2=R3=R4=R,则Uc=0,而,又,故,由于2,故上式可简化为:,监督培训,.,89,大钩符合传感器的安装安装在钻机死绳固定器的压力传感器上。大钩负荷传感器安装时,接头内不能有空气,在大钩元负荷条件下进行。快速接头要匹配好，保证传压液畅通。大钩符合传感器的作用：通过测量大钩悬重参数变化，可以判断钻井工作状态（坐卡、解卡、钻进、起下钻、离井底），计算钻压，提供优化钻井所需的数据，判断卡钻、遇阻掉钻具等工程事故。,监督培训,.,90,二、井深的测量,1、基本概念,机械进尺是反映钻进效率的一个重要参数。进尺的累计即为井深,单位时间内的进尺称为机械钻速,而单位进尺所花的时间则称为钻时。钻速和钻时是互为倒数的关系。,监督培训,.,91,在钻进状态下,进尺在数值上等于钻柱的行程；而钻柱的行程又等于水龙头或游动滑车的行程。但应注意,大钩水龙头、游动滑车的运动并不等于钻柱的运动,而钻柱的运动也并不意味着有机械进尺,这要视钻井工况而定,可以由大钩水龙头的运动方向和钻头相对于井底的位置,以及大钩负荷情况加以判别,如表所示。,监督培训,.,92,由该表不难看出：,1.钻进时,大钩负荷为重载。这是因为在正常钻进时,水龙头下面接上全部钻柱的缘故。大钩负荷为轻载时,意味着钻柱座在转盘上,方钻杆与下面的钻柱脱开等非钻进状态。,2.钻进的另一必要条件为水龙头下行。这是显而易见的。但是水龙头下行和大钩重载仍然并不一定就是钻进状态,而可能是下放钻具状态。,3.正常钻进时,钻头与井底接触,即钻头井底距为零,或者说钻头位置等于井深。,监督培训,.,93,因此，只有同时满足大钩重载、水龙头下行和钻头接触井底三个条件时,才可以断定处于钻进状态。也只有在这种情况下,才可以通过对大钩或水龙头位移的测量进行进尺、井深和钻速的测量记录。,监督培训,.,94,在钻进时,进尺在数值上等于水龙头或游动滑车的行程。当然,它也和钢丝绳的收放长度成正比。所以,从水龙头、游动滑车或绞车滚筒上都可以取得进尺信号。综合录井仪是将绞车传感器装在绞车轴导气龙头上，在绞车滚筒转动时带动大绳使钻具上下运动而测量大钩高度和向下钻井的井深。,2、井深测量方法,监督培训,.,95,绞车传感器内装有两只光电开关或接近开关，其配置相位差为90度，配有12齿或20齿的遮光片，当遮光片随绞车轴转动时，分别阻断、导通的光电开关间隙中的红外光线，发出两组电脉冲信号48各脉冲；当绞车运动方向不同时，A、B两探测元件产生的检测脉冲信号的顺序则不同；绞车传感器通过检测脉冲信号的数量和顺序，通过接口电路对两组相应的电脉冲信号的数量及相位检测，进而反映大钩的速度和方向。,绞车传感器结构示意图,监督培训,.,96,计算机通过设置钻机滚筒直径、长度，大绳直径，游动滑车大绳股数，滚筒上每层大绳圈数及游动滑车在最低位时留在滚筒上的大绳圈数等参数，利用相应的计算软件得到钻井时大钩的高度位置变化，从而计算、测得钻井深度、钻时、机械进尺等参数数据。,监督培训,.,97,绞车传感器的功能绞车传感器用于测量井深、钻时、钻头位置、大钩高度、速度和判断运动方向。,在半潜式钻井平台上,为了在船体升沉浮动时维持正常的钻进,通常在钻机上配有升沉补偿装置。这时,必须同时考虑大钩的升降和船体的升沉运动才能正确地判断钻杆相对于井眼的真正运动方向及速度。换句话说,钻柱的真实运动等于大钩相对于船体的运动和船体本身升沉运动的合成。,监督培训,.,98,绞车传感器的安装在绞车不工作时,卸下绞车气龙头,把绞车传感器安装在绞车气龙头下,紧固绞车传感器专用螺母和绞车气龙头螺母,不许有漏气现象。安装时,使绞车传感器转子同轴度的误差小于lmm。安装完后,用塑料布包好绞车传感器;要把信号电缆与绞车气龙头的输气管捆在一起,信号电缆在气龙头处的钻台下留有0.5m1m的余地。,监督培训,.,99,三、转盘扭矩的测量,转盘钻柱扭矩的大小可以反映井斜、卡钻等井下工况及钻头的工况,因此是一项重要的安全参数。目前，广泛使用的转盘扭矩传感器主要有机械扭矩和电扭矩两大类。,监督培训,.,100,扭矩传感器的类型,扭矩传感器的类型,监督培训,.,101,过桥轮液压式扭矩传感器工作原理主要是传动链条对过桥轮产生的压力，通过杠杆作用在液缸上，液缸内承受的压强与过桥轮承受的压力成正比。而链条的张力与转盘输出轴（即钻柱）扭矩成正比。根据静力学原理和帕斯卡定律，可得到下式：,而P=N/S（式2）,P-液缸内承受的压强PaM-转盘输出轴（即钻柱）扭矩NmK、P0常数,P=K*M+P0（式1）,P-液缸内承受的压强PaN-过桥轮承受的压力，即链条的张力NS链条与过桥轮接触的有效面积m2，可视为常数,监督培训,.,102,将式2代入式1可得到式3：N=K*M*S+P0*S（式3）由于K值与传感器的安装情况有关，因此，要准确测量真实的钻柱扭矩实际上是很困难的，事实上，我们所测的扭矩参数是一个相对变化量。这种传感器输出的液压信号，通过液/电转换器转换成综合录井仪可接收的标准电信号后，由仪器采集记录数据，进行实时监测扭矩参数变化。,过桥轮结构示意图,监督培训,.,103,这种传感器输出的液压信号,经液压/气压或液压/电压转换器转换为气或电信号，供计算机采集、记录、存储。这种传感器的关键部件是过桥轮。由于它要承受很大的压力和摩擦力,因而易于磨损或压裂。目前用于过桥轮的外敷材料有氯丁橡胶和尼龙等耐磨耐压材料。,监督培训,.,104,顶丝式扭矩传感器工作原理主要是测量转盘转动时所产生的反作用力，计算出转盘扭矩。M=FLM转盘扭矩NmF-传感器受力NL-力臂（井眼中心与传感器的安装点的垂直距离）,监督培训,.,105,式中，M钻柱输出轴扭矩Nm-常数由此式可看出，电机的电枢电流与钻柱输出轴扭矩成正比。因此，可通过测量电机的电枢电流间接测量钻柱输出轴扭矩。,电扭矩传感器工作原理是采用霍尔效应法。传感器的输出电压为,UH=RHI枢式中，UH-霍尔电势RH-传感器等效电阻I枢电枢电流又由于对于一定的电机和传动装置，在励磁电流恒定时，由励磁绕组产生的主磁通量、电机常数、减速比及机械效率均为常数，则I枢=M,监督培训,.,106,扭矩传感器的安装方法1过桥轮液压式扭矩传器1.1过桥轮安装位置的确定过桥轮是机械扭矩的液压传动装置，安装在钻机转盘传动链条的下方。为了使过桥轮感受力灵敏变化均匀，感受链条纵向力最大，则过桥轮应尽可能安装在钻机传动齿轮和转盘传动齿轮的正中央。这时过桥轮所受的力效果最佳。,监督培训,.,107,横向位置高度确定方法：利用井场棕绳测量好两个齿轮下边缘的中心距离长度L，如图虚线所示。再测量出此距离中心位置与链条护盒底边的距离H，然后与过桥轮最低点的高度hmin和最高点hmax相比，,过桥轮安装位置侧视图,监督培训,.,108,过桥轮升降示意图,监督培训,.,109,纵向位置的确定方法,过桥轮安装位置垂视图,监督培训,.,110,1.2高压胶管的固定由于过桥轮在转盘链条盒内，因此必须在适当位置上开孔，将高压胶管线穿出，为了避免损伤高压胶管线，需在开孔周围用粗胶管护好。,1.3保护螺栓的定位该过桥轮有两个保护螺栓，调节其可以控制过桥轮的升降最大高度hmax，同时还保护液压缸，避免损坏。,监督培训,.,111,通过对高压胶管注油可以调节过桥轮高度。若位置过高，则过桥轮所受压力过大，对其损害较大。注油原则是使转盘链条与传动轮紧密接触为宜。若注油过多，对传感器的性能影响极大，甚至会超过量程而损坏；若注油过少，则受力小，过桥轮的传动轮同链条接触性差，感应信号小，可能测不到值。,1.4过桥轮基值的确定,监督培训,.,112,安装前应对过桥轮进行注油，检查判断高压胶管及液压缸的密封性能。安装前应对过桥轮进行保护螺栓的定位以及升降高度的确定。安装过程中应确定好过桥轮的横向位置及纵向位置，这点十分重要。,1.5注意事项,监督培训,.,113,本方法适合所有录井仪器的扭矩液压传动装置过桥轮的安装，方法简单易行，方便可靠。,安装过程中应注意过桥轮的支撑固定架的牢固性和安全性。,安装后应固定好高压胶管、确定好过桥轮的基值。,监督培训,.,114,1.2顶丝式扭矩传感器,顶丝式扭矩传感器传压器及橡胶垫安装示意图,将转盘吊起，在转盘和大梁间涂上石墨油，然后，按图所示，卸下顶丝换上传压器，并在三个顶丝与转盘间垫上橡胶垫，撑紧各顶丝和传压器，使传感器有一定的预应力。将传感器钢丝电缆和接头用铅丝悬挂在大梁或井架上。,监督培训,.,115,注意事项,监督培训,.,116,电扭矩传感器安装较为简单，交流或交直流两用电扭矩传感器只需将传感器卡紧在主电枢电缆上即可（在交流电机驱动的钻机上使用）；直流电扭矩传感器在安装时，需要保证传感器上的标记要与电枢电流方向一致。,1.3、电扭矩传感器,监督培训,.,117,直流电扭矩传感器安装示意图,监督培训,.,118,1、安装前必须对直流电路的电流方向进行判断，使传感器壳体上的电流箭头方向与电流实际方向相吻合。,注意事项：,2、将传感器一边的螺丝固定扣松开，使主电枢电缆通过传感器的中心圆孔，然后上紧螺丝。注意观察传感器的输出读数，若小于4mA，应将传感器反卡。,监督培训,.,119,3、将传感器支架与电缆线固定紧，使传感器在受振动情况下，不能随振任意跳动。其输出电缆应保持松弛。,4、传感器在室外应避免长时间受雨水浸泡和太阳暴晒。,5、定期检查卡口螺丝，适当涂些润滑油，避免锈蚀，影响使用。,监督培训,.,120,扭矩传感器的作用通过测量扭矩参数变化，可以反映钻头使用及工程异常情况（钻头泥包、钻头终结、井塌、钻具扭断等），地层变化情况（砂、泥岩变化等）,监督培训,.,121,转盘转速和泵速是影响钻井效率的两个重要参数。它们是最优化钻井工艺中必须优选的参数。在现有的钻井仪表和录井仪表中,一般都通过测量泵速间接测量入口泥浆流量。因为当泥浆泵的容积效率足够高时,泥浆入口流量等于泥浆泵容积和泵冲速的乘积。此外,当从井下提出钻具时,泵冲次反映向井下的补灌泥浆量;在取砂样时,和碳化钙迟到试验一起,利用泵冲数读数可以确定采集的砂样所对应的实际井深。同时,泵冲速也可以反映泥浆泵的工作是否正常。,四、转盘转速、泵速的测量,监督培训,.,122,转盘转速和泵速的测量方法基本相同，测量转盘转数或泵冲数的传感器有微动开关、接近开关、霍尔式开关等。感器的输出信号的脉冲频率与转盘转速或泵速成正比。用这种方法，既易于对脉冲总数进行累计以求得总泵冲数，又可方便地计算转盘转速或泵速。综合录井仪常用的为接近开关。,监督培训,.,123,接近开关是一种无触点开关,在某些外文说明书中又称“邻近检测器Proximityderector”。检测头检测是否有金属物接近传感器,并据此控制振荡器振荡与否。当金属物体靠近传感器的端面时，使振荡减弱以至停振，施密特电路输出高电平，指示灯亮；当金属物体离开时，振荡器起振，输出低电平，指示灯灭。,接近开关式传感器,监督培训,.,124,转盘转速传感器安装在转盘下面或转盘主动链轮传动轴旁。在传动轴上先焊好激励铁块，对准激励铁块调好传感器距离，距离掌握在1.01.5厘米之间,既要保证检测准确,又要保证不因距离过近易打坏传感器,过远检测不到信号。安装传感器的信号电缆要以井架固定。,泵冲/转盘传感器安装,监督培训,.,125,泵冲传感器安装在泵减速轮轴旁或泵拉杆窗上的一端。在轴上先焊好激励铁块，对准激励铁块调好传感器距离，距离掌握在1.01.5厘米之间,既要保证检测准确,又要保证不因距离过近易打坏传感器,过远检测不到信号。安装传感器的信号电缆要架空固定。,监督培训,.,126,传感器的功能转盘转速传感器用以测量转盘转数，提供优化钻井、压力检测所需的数据。泵冲传感器用以测量泥浆泵每分钟的活塞动作次数，根据输入的单冲泵容积，泵效率等参数计算出入口流量，计算迟到时间及其他派生参数。,监督培训,.,127,当泥浆泵具有较高的充满系数或称容积效率时,泵速可以反映泥浆进口流量的大小。目前,国外的钻井及录井仪表一般都是采用这种方法。泥浆出口流量与进口流量是两个既有联系又有区别的物理量。当井下正常,两者应基本相等;而当井下异常时,两者会有一定的差异。例如,当发生井漏时,出口流量将会减少,当发生井涌时,出口流量将会增加。因此,出口流量的变化可以反映井下异常情况,它是一个不可用进口流量替代的安全参数。,五、出口泥浆流量的测量,监督培训,.,128,由于出口泥浆压力很小,因此难以充满流量计，这使得很难实现出口泥浆流量的精确测量。测量泥浆出口流量主要目的是为了预测井下是否有井涌或井漏等异常现象存在,而不是作为水力参数来测量。因此,重要的是检测出口流量的相对变化而不是它的绝对值。目前,国内外一般都只是用架在返回泥浆槽上的挡板式流量计又称浆叶式流量计测量出口流量的相对变化,并根据相对变化量的大小发出越限报警信号。,监督培训,.,129,是利用泥浆流体连续性原理和伯努利方程,以及档板受力的分析,可得出流量与传感器档板摆动幅度之间的函数关系,并以电阻器的阻值变化线性反映档板的角位移,从而测得泥浆流量的相对变化。,挡板流量计结构示意图,挡板流量计工作原理,监督培训,.,130,当泥浆自右向左流过挡板时,挡板受到泥浆动压力的作用,从而迫使挡板向左偏转,而由于打破了原来的平衡状态,挡板本身的重力和弹簧伸长的拉力要产生一个阻碍这种变化的力矩,当该力矩与泥浆动压力的力矩达到平衡时,挡板就停留在新的平衡位置上。由于挡板向左偏斜带动电位器转过一定角度,因而可以改变电位器中心头两侧的电阻值,达到输出电信号的目的。,监督培训,.,131,出口流量传感器安装在钻井液槽的上方，脱气器之后。传感器固定要平正、牢固;靶板活动自如。出口流量传感器的作用测量泥浆出口流量变化，与入口流量对比，可以监测是否有泥浆漏失和地层流体进入，及时预报井涌、井漏、井喷，给工程处理提供依据。,监督培训,.,132,泵压是计算钻井水力参数及压力损耗的重要参数。正确地选择泵压对于提高钻井效率有重大影响。此外,它也是反映钻井安全的一个重要参数,可以反映钻柱的冲洗drillstringwashouts、钻头堵塞、扭断、岩层变化以及泵是否有故障等多种情况。,六、泵压传感器及其它有关装置,监督培训,.,133,测量泵压传感器可分为有腔式压力传感器和无腔式压力传感器两种。有腔式压力传感器通过隔离传压装置或减压装置间接测量泥浆压力（如图所示），隔离室的壳体面快速接头压紧在焊接在被测泥浆循环管道上的一个短管上，并以胶隔套和泥浆隔离；橡胶隔套的上部空间通过高压管线和压力传感器相通，而其下部为循环泥浆。由于橡胶隔套具有弹性，因而可以把泥浆的压力无损耗地转换为变压器油的压力,从而实现了液压介质的转换。,压力缓冲器结构示意图,监督培训,.,134,无腔式压力传感器敏感元件采用了硬膜结构，使其与被测介质直接接触时能耐冲击和耐磨损，可以直接用来测量粘稠易堵介质的压力。泵压传感器同样属于液压转换装置，其工作原理与大钩负荷传感器相同。,监督培训,.,135,有腔式立压传感器：液压转换器垂直安装在地面高压管线不易人为损坏之处。液压转换器和立管压力传感器之间灌满变压油,不能有空气。液压转换器司扣之间要上好黄油。无腔式立压传感器：安装在地面高压管线不易人为损坏之处。为了使敏感元件不致于被粘稠物质粘上，按装时应尽可能使传感器测压头部向下。,监督培训,.,136,立压的作用通过测量立压参数变化，可以监测循环工作系统的工作状态（开、停泵，循环钻井液），提供水动力学计算，优化钻井所需的实时数据，发现判断工程事故先兆（刺钻具、憋泵、堵水眼、掉水眼、掉钻具等），避免工程事故的发生和进一步的恶化。,监督培训,.,137,七、泥浆比重(密度)的测量,泥浆比重是实现平衡钻进、提高钻井效率的重要因素,也是反映钻井安全的重要参数。在正常情况下,泵入井内和从井内返出的泥浆比重应该相同。但是,当井内有高压层、有气或地层水进入泥浆时都会使泥浆比重减小。因此,测量进、出口泥浆比重及其差值也可以预报井内异常。,监督培训,.,138,测量泥浆比重的方法很多,目前综合录井仪所使用的密度传感器多采用压差原理，密度传感器是由两个充满硅油的压力检测探头与可变电容感应元件相连组成的压力传感器，由于两个充满硅油的压力检测探头的