《石油工业概论》课件-项目二：钻井设备与工具

井架起升钻井施工技术课程目录CONTENTS起井架准备01试起井架02起升井架03起井架准备01起井架准备由队长组织召开工前会，HSE管理员组织进行危害识别，制定安全技术措施，明确指挥和监护人及各岗位分工，井架工检查并确保井架、底座和三脚架等底座部位，销子别针齐全连接可靠，所有连接部件紧固可靠，井架缓冲装置灵活，清理井架上的杂物，井架工检查游动系统，确保大绳穿绳正确，死活绳头固定牢固，起升大绳穿绳正确，绳头固定牢固，各滑轮润滑良好转动灵活，井架工检查并确保悬吊系统各滑轮固定牢固，各悬吊绳捆绑牢靠，副队长组织检查液气控制系统，确保液压站工作正常，各种阀件管件安装正确，气控系统压力不小于0.8MPa，副队长组织检查并确保绞车系统灵敏可靠。滚筒钢丝绳初始缠绳不少于一层半，排列整齐，配重水柜充满水。钻井工程师检查并确保指重表及其他仪器仪表灵敏可靠。副队长组织检查并确保动力及传动系统工作正常，护罩齐全。副队长组织检查并确保供电、电器设备及线路连接点紧固绝缘，接地标准。队长根据检查情况确认正常后，发出起升井架指令。操作步骤起井架准备（1）起升井架前未召开工前会。未进行危害识别和安全、技术措施交底。分工不明确，造成人身伤害，设备损坏。（控制措施：起升井架前，队长组织召开工前会。HSE管理员组织进行危害识别和安全技术措施交底，明确职责。）风险提示（2）梯子、栏杆等附件未紧固。井架上遗留榔头、扳手、螺栓等杂物。起升时物体坠落，造成人身伤害。（控制措施：井架工认真做好井架起升前的检查。确保井架上的附件牢固可靠。清除井架上面的遗留物。）试起井架02起井架准备司钻操作刹把，挂合电磁刹车，副司钻协助司钻作业，司钻用一挡上提，缓慢起升井架，当井架离开支架约200mm-300mm时刹车，停留十分钟左右，在停留期间队长组织各岗位人员，对起升大绳绳头固定、钻机配重、大绳死活绳头固定。底座和井架的受力杆件、连接销子、起升三脚架关键部位进行检查，检查完毕确认正常后放下井架，如此反复不少于两次，确认各部位无异常后方可正式起升井架。操作步骤起井架准备未试起升井架或试起井架未按规定检查，易造成设备损坏。（控制措施：试起升井架不能少于两次，试起井架时按规定检查各关键部位。）风险提示起升井架03起井架准备队长发出起升井架指令后，司钻操作刹把，副司钻协助司钻作业，司钻用一挡上提，缓慢起升井架，当井架离开高支架，升至与地面60度夹角时，副司钻操作液压缓冲装置，使缓冲液缸活塞伸出，当井架接触缓冲液缸活塞时，操作液压缓冲装置缓慢收缩，司钻与副司钻相互配合，当井架起升接近垂直位置时，司钻要放慢速度，井架即将就位时，摘掉绞车低速离合器，使井架与起升三脚架缓慢接触确保井架平稳就位，井架就位后用螺栓连接井架和底座并紧固，将左右起升三脚架，向后翻转180度，把起升大绳从平衡三脚架上取下，挂到起升大绳悬挂器上，井架起升完成。操作步骤起井架准备起升井架时，大绳、起升大绳断裂，刹车失灵、刹把操作失误，恶劣天气等，造成倒井架事故。风险提示起升井架时应做到，（1）由队长指挥、HSE管理员监护，司钻操作刹把、副司钻操作缓冲装置。（2）井架工检查大绳、起升大绳每捻距不得超过3丝，绳头固定牢固，司钻确保刹车完好，各滑轮转动灵活）控制措施金刚石钻头钻井施工技术课程目录CONTENTS金刚石钻头01PDC钻头02金刚石钻头01缺点：①脆性大，受冲击载荷易碎裂；②具有热敏性，高温下（450℃以上）石墨化。

金刚石钻头01金刚石钻头特点

金刚石是迄今为止人类在地球上发现的最硬、抗磨能力最强的材料。金刚石的产地主要集中在西非、南非、刚果等非洲国家。正四面体晶体结构金刚石钻头02金刚石钻头的结构金刚石钻头为无活动部件的整体式钻头。由钢体、胎体（冠部和保径部分）、水眼及水槽、金刚石切削刃等部分组成。金刚石钻头03金刚石钻头几何常用剖面形状（1）几何形状的工作面（2）中心窝的形状中心窝部分的结构起着扶正钻头和破碎钻头中心所形成的小岩心柱的作用。

双锥阶梯形双锥形“B”形脊圈式“B”形金刚石钻头04金刚石钻头的工作原理（破岩机理）01在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性；02在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)，使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动，脱离岩石基体，形成岩屑，称作犁削。03在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为脆性破碎，即属于以剪力和张力形式破碎岩石。04在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等)中，是要靠金刚石的棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。PDC钻头02PDC钻头01PDC钻头的特点1）切削元件聚晶金刚石复合片（PDC）

PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性。弱点是热稳定性差，350℃以上加速磨损。抗冲击能力较差。热稳定聚晶金刚石复合片（TSP）

TSP的制造工艺有别于PDC，热稳定性、耐磨性和抗冲击能力都高于PDC。Φ13.4，Φ19PDC钻头01PDC钻头的特点2）

冠部剖面形状PDC钻头01PDC钻头的特点3）

工作剖面几何形状双锥形浅锥形抛物线形B形特点内外锥有利于钻头稳定；外锥较长，可多布齿,使磨损均匀;钻硬夹层，冠部齿易早期损坏。适合中等均质地层。特点钻头表面积较小，水力集中，清洗效果好；载荷分布较均匀;用于钻石灰岩、白云岩等较硬地层。特点侧向推力指向钻头中心，有利于防斜;钻头外部表面积大，可布置较多切削齿，利于提高寿命。用于软地层。特点冠顶较宽且较平缓，载荷分布较均匀。外侧采用圆弧，布齿面积较大。用于硬地层。PDC钻头03PDC钻头的工作原理（破岩机理）PDC钻头主要以切削方式破碎岩石。切削塑性岩石和脆性岩石的过程类似于刮刀钻头。由于多个切削齿同时工作，井底岩石自由面多，因此破岩效率高。切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前岩石在旋转力作用下发生剪切破坏。金刚石切削刃耐磨性高，钻头寿命长，单只钻头进尺高。PDC钻头04PDC钻头的正确使用01PDC钻头适用于软到中硬的大段均质地层，不适合钻软硬交错地层和砾石层。02与牙轮钻头相比，PDC钻头宜采用低钻压、高转速钻进。03钻头下井前，井底要清洁，无金属落物。新钻头钻进时，先用小钻压和低转速磨合井底。04PDC钻头属于整体式钻头，无任何活动部件，适合高转速的涡轮钻井。钻柱受力分析钻井施工技术课程目录CONTENTS钻柱的工作状态01钻柱的破坏02钻柱的工作状态01钻柱的工作状态01起下钻工况下直井：直的拉伸、滑动。斜井：随井眼倾斜和弯曲，滑动。钻柱的工作状态上部受拉伸，下部受压缩；在扭矩作用下旋转运动。下部钻柱弯曲的原因:钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。压力较大时可能发生多次弯曲。02正常钻进工况下钻柱的工作状态03钻柱的旋转运动形式（指转盘钻井中）公转自转公转与自转的结合钻柱象一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。均匀磨损，易发生疲劳破坏。钻柱象一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。产生偏磨。

弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线运动。钻柱的工作状态04纵向振动:钻头振动引起，产生交变应力。05扭转振动:由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力。06横向摆振:达到某一临界转速，可能产生无规则摆动,产生交变弯曲应力。一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合。由于在转动过程中受到阻力的作用，钻具的转动是不平稳的。钻柱的破坏02钻柱的破坏钻柱的强度破坏钻柱的疲劳破坏钻柱的破坏疲劳破坏是构件在交变应力的长期作用下所发生的破坏。疲劳破坏有三种形式：纯疲劳、缺口疲劳和腐蚀疲劳。钻柱的局部或整体的强度不够，造成变形或断裂。钻柱的破坏020103050604钻杆始终处于拉伸状态，保证钻铤在钻井液中的重力大于最大钻压。定期检查钻杆控制好钻井掖性能使用减震器弯曲井段使用加重钻杆使用好起下钻工具减少疲劳破坏采取的措施接单根操作钻井施工技术课程目录CONTENTS接钻铤01接钻铤风险提示02接钻杆03接钻杆风险提示04接钻铤01接钻铤场地工检查钻铤外观，水眼，丝扣，公扣带好护丝。再距离公扣端500mm处栓牢吊带，挂在地面气动绞车吊钩上，检查母扣带上提丝。挂在钻台气动绞车吊钩上。副司钻观察人员离开危险区域后发出起吊信号。操作步骤钻台与地面气动绞车配合，将钻铤吊至钻台，钻铤上钻台面后，内外钳工扶稳钻铤对准小鼠洞，井架工观察对准后，下放钻铤入小鼠洞，当母扣端距小鼠洞口500mm时，刹住气动绞车.内外钳工打上安全卡瓦。钻铤坐稳后，摘掉吊钩提丝，涂上丝扣油。司钻停转盘，上提方钻杆，钻铤母扣端出转盘面500mm刹车。接钻铤停泵。内外钳工放入卡瓦。打好安全卡瓦，用液气大钳卸开方钻杆，上提公扣出母扣100-200mm。内外钳工配合，扶方钻杆对准钻铤单根母扣，司钻下放方钻杆，待公扣轻放入钻铤母扣中刹车。内外钳工，用液气大钳上紧扣，司钻上提钻铤50mm左右刹车，卸掉安全卡瓦。司钻上提钻铤，待公扣端距井口钻具端面200-300mm时刹车。内外钳工卸掉护丝，涂上丝扣油，扶正钻铤，司钻缓慢下放对扣，用液气大钳上扣，司钻上提钻铤，使安全卡瓦离开卡瓦面50mm左右刹车，内外钳工卸开安全卡瓦。配合司钻提出卡瓦。操作步骤接钻铤风险提示02接钻铤风险提示风险提示：吊钻具时，气动绞车固定不牢，钢丝绳不合格，刹车失灵，钻具碰撞滑脱造成人身伤害。控制措施：吊钻具前，外钳工检查气动绞车固定牢固，钢丝绳每捻距断丝不超过三丝，刹车灵敏可靠，使用防脱吊钩，起吊时人员应撤至安全区域。风险提示：扶钻具放入小鼠洞时，站位不正确，易造成人身伤害。控制措施：内外钳工应双手扶钻具，双脚八字站立，避开钻具下端危险部位。风险提示：接钻铤时，未带或未上紧安全卡瓦，造成钻具落井。控制措施：接钻铤时，内外钳工必须打好安全卡瓦并上紧。风险提示：气动绞车与游车交叉作业易造成人身伤害和设备损坏。控制措施：钻具应提前放入小鼠洞，不准气动绞车与游车交叉作业。接钻杆03接钻杆1.场地工检查钻杆外观，水眼，丝扣带好护丝。上紧母扣提丝，并挂在气动绞车吊钩上，人员离开危险区域后放出起吊信号，井架工操作气动绞车上提钻杆。待钻杆上钻台后内外钳工扶钻杆进小鼠洞。当钻杆母扣端距小鼠洞口500mm时，刹住气动绞车。扣吊卡，坐好钻杆，摘掉吊钩，卸掉提丝，涂丝扣油。司钻停转盘，上提方钻杆，钻杆母接头出转盘面500mm刹车。停泵。内外钳工扣好吊卡，用液气大钳卸开方钻杆。上提使公扣出母扣100-200mm。内外钳工扶方钻杆对扣，司钻下放方钻杆，待公扣轻放入钻杆单根母扣中刹车。内外钳工用液气大钳上扣，移开后司钻上提钻具100mm左右刹车。内外钳工打开吊卡，司钻上提钻杆。待公扣端距井口钻具端面200-300mm时刹车。内外钳工卸掉护丝，涂丝扣油。扶正钻杆，司钻缓慢下放对扣，用液气大钳上扣。司钻待液压大钳退出后上提钻具100mm左右刹车。待内外钳工移开吊卡后下放钻具。操作步骤操作步骤接钻杆风险提示04接钻杆风险提示1.钻台操作人员站位不当，阻挡司钻视线，引发误操作，造成人身伤害。控制措施：内外钳工避开阻挡司钻视线位置，司钻视线被阻挡时应停止操作。2.钻具对扣时扶位不正确，造成手被挤伤。控制措施：内外钳工的手，要扶在距钻具下端面200mm以上的位置。严禁手扶丝扣位置。3.使用液气大钳时因下钳头未咬紧，钳尾摆动撞人。控制措施：内钳工确保液压大钳拴好保险绳，下钳头咬紧后方可上扣。风险提示接方钻杆冲鼠洞钻井施工技术课程目录CONTENTS吊方钻杆01上扣02冲大小鼠洞03吊方钻杆01吊方钻杆场地工在距方钻杆公扣1m处栓牢吊带，挂在地面气动绞车吊钩上，在距方钻杆母扣端1m处栓牢吊带，挂在钻台气动绞车吊钩上，副司钻指挥，场地工操作地面气动绞车，拉紧方钻杆公扣端吊带，指挥外钳工操作钻台气动绞车，其他人员退离危险区域后上提方钻杆，使方钻杆靠在大门坡道上，母扣端高出钻台面1.5m，场地工用挡板或契木固定方钻杆下部，钻台人员用绳索将方钻杆固定在大门坡道两侧，摘掉上端吊带。操作步骤抬吊方钻杆捆绑不牢，方钻杆靠大门坡道上固定不牢，下落伤人。（控制措施：抬吊方钻杆时，选用标准吊带栓牢。方钻杆靠大门坡道上应上栓下垫。固定牢靠后，才能摘掉气动绞车吊钩。监护人员应确定危险区域不许有人。）风险提示上扣02上扣司钻上提水龙头，井架工用吊带栓牢水龙头中心管，挂在气动绞车吊钩上，外钳工操作气动绞车中心管，司钻及时调整水龙头高度，其他人员站在中心管两侧，配合扶正与方钻杆母扣对扣，用一把链钳固定方钻杆，另一把链钳使中心管逆时针旋转上扣，水龙头与水龙带连接，按规定安装保险链，司钻上提方钻杆至钻台，内外钳工配合，在转盘中放入与冲鼠洞钻头尺寸相匹配的钻头盒，将接头调至转盘面上，司钻上提方钻杆高出接头上端面，调节方钻杆高度，其他人员将接头与方钻杆连接上紧扣，将钻头吊至钻头盒内，外钳工锁住转盘，司钻调节方钻杆高度使接头与钻头对接，用B型吊钳将连接丝扣上紧，钻头入井并保持居中，接近地面时开泵，边冲边下放，待方钻杆方余入井后停泵，双钳将方钻杆与水龙头中心管的连接丝扣上紧。操作步骤上扣风险提示水龙头与方钻杆引扣时，丝扣脱落，水龙头荡回，造成人身伤害。（控制措施：水龙头与方钻杆引扣时，钻台操作人员要站在中心管两侧，避开危险区域）冲大小鼠洞03冲大小鼠洞提起方钻杆盖好井口，将其推拉至小鼠洞位置，钻头下放至地面后开泵，控制下放速度，冲够小鼠洞深度后下入小鼠洞管，并固定牢固，将钻具推拉至大鼠洞位置，钻头下放至地面后开泵，控制下放速度，冲够大鼠洞深度后，下入大鼠洞管并固定牢固。操作步骤吊鼠洞管时捆绑不牢，扶鼠洞管入鼠洞时，站位不当造成人身伤害。（控制措施：吊鼠洞管时捆绑牢固，扶鼠洞管入鼠洞时站位正确，作业人员密切配合）风险提示井口装置拆卸钻井施工技术课程目录CONTENTS拆放溢管及附件01拆防喷器02拆其他井控装置03拆放溢管及附件01拆放溢管及附件拔小鼠洞，甩小鼠洞，将液压管线，气管线泄压后，拆除所有控制管线及井控管线，拆除防喷器固定绳索，挡泥伞，手动操作板，用吊带套牢防溢管上部，气动绞车拉紧吊带，卸掉防溢管与环形防喷器之间的螺栓，安全监护人确保危险区域人员撤离后，指挥地面气动绞车，将防溢管平放，大门坡道前。操作步骤1.钻台下杂物多，有积水，钻井液，未盖好圆井，易造成人身伤害。控制措施：作业前应清理钻台下杂物、积水、钻井液。并盖好圆井。2.钻台下硫化氢聚集，易造成人员中毒。控制措施：作业前，HSE管理组织检测硫化氢浓度，有残存硫化氢时，应采取通风措施。3.高处作业未按要求系好安全带，造成高处坠落。控制措施：高处作业人员，必须按照要