钻井设备及钻井流程简介.ppt

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1、1.钻井方法顿钻钻井旋转钻井：（1）井上旋转钻井：u 顶驱驱动u 转盘驱动（2）井下动力钻井：u 钻井液驱动u 涡轮钻具钻井u 螺杆钻具钻井 钻井设备及钻井流程简介2.常规钻井技术喷射式钻井 采用喷射式钻头，钻井液通过具有特殊形状和结构的小尺寸喷嘴，形成高速射流，射向井底，充分利用高速射流的水力作用，破碎岩石、清除岩屑，和机械破碎相结合，以提高机械钻速和钻头进尺；平衡压力钻井 平衡钻井：钻井过程中保持井内钻井液动压力与地层孔隙压力相等；常规定向钻井 常规定向钻井是水平井、大位移井、多支侧钻井技术的基础；钻井设备及钻井流程简介3.石油钻机的组成旋转设备：为了转动井中钻具，带动钻头破碎岩石。转盘和

2、顶驱钻井装置循环系统设备：为了及时清洗井底、携带岩屑、保护井壁钻井液循环设备，如钻井泵、地面高压管汇（泥浆高压管汇、立管管汇）、钻井液净化及调配装置（固控设备）等起升系统设备：为了起下钻具、下套管，控制钻压及钻头钻进等钻井绞车、辅助刹车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大沟）、井架（热镀锌低合金钢制造）、起下操作的井口工具及机械化设备（吊环、吊卡、卡瓦、动力大钳或“铁钻工”、立根移运机构）动力驱动系统设备：为钻机相关设备提供动力柴油发电机组及供油设备、或交流/直流电动机及其供电、保护、控制设备等传动系统设备：连接动力机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换包括减速

3、、并车、转向、倒转及变速机构 钻井设备及钻井流程简介控制系统和监测仪表显示：为了指挥各机组协调的工作 机械控制、气控、电控、液控和电/气/液混合控制 钻井仪表，随钻测量系统（MWDMeasurement while Drilling）：监测显示地面有关系统设备工况，测量井下参数实现井眼轨迹控制井控系统：控制井筒压力与地层压力的平衡 井口防喷设备（防喷器组及控制装置、起吊/卸放装置）、液压站、压井/阻流高压管汇、泥浆/气分离器钻机底座及滑移系统辅助设备 供气设备、辅助发电设备、钻鼠洞设备、辅助起重设备、工作间/控制间/储藏间等、固井设备、测井设备、录井设备 钻井设备及钻井流程简介3.1旋转设备（

4、Rotary Equipment）3.1.1 顶驱系统（Top Drive System）生产厂家：挪威MH、美国Varco、加拿大Tesco和CARRIG公司、北石驱动类型：液压马达顶驱、AC-SCR-DC顶驱(交-直流可控硅驱动钻机)、AC变频顶驱变频顶驱的优点：a.AC电机效率可高达96%-97%，经济性好；b.AC电机没有电刷，工作时不会产生火花，防爆，钻井安全；经久耐用，维护保养简单；质量轻，体积小，占空间少；c.AC变频驱动，可精确调节工作转速与输出扭矩，具有更好地 调节性能；如Varco公司的TDS-9S型顶驱（强制风冷）：频率080HZ，对应的转速范围02400r/min；电机

5、01200r/min，具有恒扭矩、变功率调节；12002400r/min，具有变扭矩、恒功率调节。d.零转速时具有全制动扭矩，可保证钻井安全；过载能力强，1min内，可承受额定载荷的150%过载载荷。结构组成：钻井马达水龙头总成、钻杆上卸扣装置、导轨导向滑车总成下图为TDS-11SA顶驱部件结构图：钻井设备及钻井流程简介 钻井设备及钻井流程简介3.1.2 转盘（Rotary Table）功用：转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速（转盘驱动钻井）；下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量；完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；涡轮钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩

6、使用要求：转盘主轴承应有足够的强度和寿命，以保证承受百吨重的套管柱或钻杆柱重量，并在钻杆柱下滑时造成的最大轴向载荷及圆锥齿轮传动造成的轴向、径向在和作用下有足够的寿命；转台和圆锥齿轮能够传递足够大的扭矩（可达50100kN.m），能倒转，能可靠地制动；密封性能好，严防外界的泥浆、油水污液渗入转盘内部，减缓齿轮和轴承的磨损组成：水平轴总成、转台总成、主辅轴承、壳体主要特性参数通孔直径：主要几何参数，应比第一次开钻用的最大号钻头直径至少大10mm最大静负荷：转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配，决定着主轴承的规格；最大工作扭矩：在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，它决定着转盘的输入功

7、率及传动零件的尺寸；最高转速：转盘在轻载荷下允许使用的最高转速，一般规定为300r/min；中心距：转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。钻井设备及钻井流程简介 钻井设备及钻井流程简介3.2 提升系统（Hoisting System）3.2.1 绞车（Drawworks）功用：用以起下钻具、下套管；钻进过程中控制钻压，送进钻具；借助猫头上、卸钻具丝扣，起重吊物及进行其他辅助工作；充当转盘的变速机构或中间传动机构；整体起放井架或进行自举式井架的拆装。组成：滚筒、滚筒轴总成；制动机构：机械刹车、水刹车、或涡流电磁刹车及水冷却系统；锚头和锚头轴总成：用以上卸丝扣、起吊重物；传动系统；润滑系统：黄

8、油润滑、滴油润滑和密封传动时的飞溅或强制润滑；支撑系统。标准绞车的主参数是名义井深刹车机构：下钻、下套管时，刹慢或刹住滚筒，控制下放速度，悬持钻具；正常钻进时，控制滚筒转动，以调节钻压，送进钻具带式刹车(Band Braking System)盘式刹车(Disc Braking System)：由刹车盘、刹车液缸、刹车钳或刹车杠杆、刹车块、钳架及液压控制系统组成。全套刹车钳有二：一为工作钳，用于下钻及钻进过程；另一为应急钳，作为安全保险用 钻井设备及钻井流程简介辅助刹车：水刹车、电磁涡流刹车(Eddy Current Braking System)驱动：直流电、交流变频驱动（能耗制动/再生能源

9、制动+液压盘刹，风冷）3.2.2 游动系统（Traveling System）天车(Crown Block)：安装在井架顶部的定滑轮组游车(Traveling Block)：安装在井架内部上下做往复运动的动滑轮组常说的游动系统结构：天车滑轮数x游车滑轮数大钩(Hook)：大钩载荷是钻机的主要参数之一3.2.3 井口工具（Wellhead Equipment）井口工具将会在钻井过程中进行讲解 钻井设备及钻井流程简介3.2.4 井架（Derrick）功用：安放天车，悬挂游车、大钩及专用工具（如吊钳等）。在钻井过程中进行起下钻具操作，下套管。起下钻过程中，用以存放立根，能容纳立根的总长度称立根容量。

10、型式：塔式井架（Town Derrick），前开口井架，A型井架，桅式井架，动力井架。目前常用的是前开口桅式伸缩井架（自举式Bootstrap Mast）：结构组成：井架主体、天车台、天车架（安装维修天车用）、二层台（Racking Board 包括井架工进行起下操作的工作台和存靠立根的指梁）、立管平台（装拆水龙带操作台）、工作梯。要求：足够的承载能力，保证起下一定深度的钻杆柱和下放一定深度的套管柱。所谓足够即要与该井架所配套的钻机大钩公称起重量（最大钻杆柱重量）及大钩最大起重量相适应。足够的尺寸空间。应保证拆装方便、移运迅速。基本参数：钻井设备及钻井流程简介最大钩载：井架的最大钩载是指死绳固

11、定在指定位置、用规定的钻井绳数、没有风载和立根盒载荷的条件下大钩的最大起重量。最大钩载包括游车和大钩的自重（钻机的最大钩载不包括游车和大钩自重）；井架高度：根据类型不同而定义；对于塔形井架，指井架大腿底板底面到天车梁底面的垂直高度；对于前开口井架和A形井架，指井架下底角销孔中心到天车梁底面的垂直高度；对于桅形井架，指橇座或车轮与地面接触点到天车梁底面的垂直高度；井架的有效高度：钻台到天车梁底面的垂直高度；二层台高度：由钻台面到二层台面的垂直高度；二层台容量：二层台（安装在最小高度上）所能存放钻杆的数量；上底尺寸和下底尺寸：塔形井架的上底尺寸和下底尺寸分别指井架相邻大腿上底河下底轴线间的水平距离

12、；对于单角钢大腿，则指角钢外缘之间的距离；大门高度：塔形井架大门高度指井架大腿底板底面到大门顶面的垂直高度。一般应高于8m，以便将单根拉上钻台。钻井设备及钻井流程简介3.3 钻井液系统作用（Mud System）清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断；平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层；平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌；发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破岩，提高钻井速度；悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力；润滑并冷却钻头，钻具；防止地层中盐

13、水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害；利用钻井液，准确获得井下资料。钻井设备及钻井流程简介3.4 井控系统（Well Control System）3.4.1 井控系统概述功用：确保安全钻开高压油、气层，控制钻井液柱静压力和地层压力的平衡。当钻井液柱静压力小于地层压力时，地层流体将进入井眼，引起井涌（溢流），需要利用防喷系统防止井喷（Blowout）。组成：防喷器组（BOP Stack）、防喷器控制系统（BOP Control Unit）、防喷器卸吊装置（BOP Handling System）、液压站（Hydraulic Unit）、节流/压井管汇（HP Choke

14、/Kill Well Manifold）、泥气分离器（Mud/Gas Separator）。3.4.2 防喷器系统 防喷器组：环形防喷器（Annual Preventer），双闸板防喷器（Double Ram Preventer），单闸板防喷器（Single Ram Preventer）和钻井四通（Drilling Spool）防喷器控制系统及液压站：防喷器卸掉装置：2ea 20ton 气动控制Chain Hoist3.4.3 节流压井管汇与泥气分离器 主要用于压井以及将上翻的泥浆中的气体分离出来。钻井设备及钻井流程简介4.一套完整的钻井系统通常由以下几部分组成3)泥浆和岩屑混在一起从环形空间

15、向上提升，带到地表。滤网5)岩屑被从泥浆中滤除，形成岩屑堆。这些岩屑将会被运走并处理。4)混合物通过在地表的滤网。1)干净的泥浆被泵从泥浆池中抽出，注入钻杆当中。2)泥浆从钻头的流出，进入到钻杆和套管之间的环形空间，把钻头切下的岩屑向上带出。6)干净的泥浆透过滤网，回到泥浆池。泥浆泵餐厅区餐厅区生活区生活区甲板区甲板区钻井区钻井区直升机甲板区直升机甲板区岩岩床床以以下下会会分分布布不不同同的的岩岩石石层层导管导管 30”顶驱顶驱转盘转盘伺钻房伺钻房导管导管(Conductor)：防止地表土层垮塌，引导钻头入井，并导引防止地表土层垮塌，引导钻头入井，并导引上返的钻井液流入净化系统。通常下入的深度

16、为上返的钻井液流入净化系统。通常下入的深度为3050m。井口工具（井口工具（Wellhead Equipment）1.吊环（Elevator Link）、吊卡（Elevator）：与顶驱配套；（下图）卡瓦卡瓦2.卡瓦（Slip）：外形呈圆锥形，可楔落在转盘内孔中，而卡瓦内壁合围理成圆孔，并有许多钢牙，在起下钻、下套管或接单根时，可卡住钻杆柱或套管柱，以防落入井内；3.B型吊钳（B Type Manual Tong）：上卸钻杆和套管丝扣，换用不同规格的5”扣合钳，可用于3 1/2”11 3/4”的管柱；4.液压动力大钳（铁钻工）：气动系统用于锁紧钻具和移动大钳；液压系统主要用于上卸扣。可配有独立

17、的液压站和液压引擎。（通常为机械化操作）5.以及其它相关辅助设备大钻头大钻头钻杆钻杆喷射钻井喷射钻井这种钻井方式就是之前提到的其中一种，因为岩床这种钻井方式就是之前提到的其中一种，因为岩床的沙土松软，用喷射钻井是为了加快钻井的效率的沙土松软，用喷射钻井是为了加快钻井的效率喷射钻井喷射钻井30“钢管固定完毕钢管固定完毕喷射钻井结束喷射钻井结束钻头钻头 16”碎岩石碎岩石导管导管 30”导管导管 30”导管导管 30”导管导管 30”提升钻头提升钻头13 3/8”导管导管 30”导管导管 30”导管导管 30”导管导管 30”下入表层套管下入表层套管13 3/8”导管导管 30”表层套管表层套管1

18、3 3/8”表层套管表层套管(Surface String)：加固上部疏松岩层的井壁，封住淡水砂层、砾石层或浅气层；安装井控设备并支撑后下入的技术套管重量。一般深度为100m，最深可达300400m。导管导管 30”表层套管表层套管13 3/8”导管导管 30”表层套管表层套管13 3/8”导管导管 30”表层套管表层套管13 3/8”导管导管 30”表层套管表层套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”水泥注入井中水泥注入井中 13 3/8”套管套管13 3/8”水泥基座水泥基座导管导管 30”套管套管13 3/8”自动拆卸

19、设备取出自动拆卸设备取出导管导管 30”下放下放 BOP套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”隔水管隔水管BOP导管导管 30”套管套管13 3/8”开始进入下一阶段钻探作业开始进入下一阶段钻探作业 12 1/4”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”12 1/4”套管套管13 3/8”导管导管 30”12 1/4”套管套管13 3/8”导管导管 30”12 1/4”套管套管13 3/8”导管导管 30”循环清洗循环清洗套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导

20、管导管 30”套管套管13 3/8”提升钻头提升钻头导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”准备地质分析准备地质分析导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”在地质分析完以后放入下一级套管在地质分析完以后放入下一级套管9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”清洗完以后开始进

21、入最后固井状态清洗完以后开始进入最后固井状态 套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”隔水管隔水管 井口井口 泥浆泵泥浆泵水泥头水泥头 Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30

22、”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”水泥头水泥头 固井设备固井设备Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”PlugDart导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”Plug导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”PlugDart导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”导管导管 30”套管套管13 3/8”套管套管 9 5/8”谢谢大家！