鉆井裝備知識(shí)培訓(xùn)ppt課件

1、鉆井裝備知識(shí)培訓(xùn),產(chǎn)品一中心 編寫(xiě),一. 鉆井工藝基本知識(shí),二. 鉆機(jī)類型及組成,目 錄,三. 絞車結(jié)構(gòu)及原理,四. 鉆井泵結(jié)構(gòu)及原理,五. 離心泵結(jié)構(gòu)及原理,六. 鉆井液固控系統(tǒng)及機(jī)具,一. 鉆井施工基本知識(shí),石油鉆井：是指利用專用設(shè)備和技術(shù)，在預(yù)先選定的地表位置處，向下或一側(cè)鉆出一定直徑的孔眼，一直達(dá)到地下油氣層的工作,鉆井方法的發(fā)展：（1）人工掘井：1521年之前。（2）人力沖擊鉆：15211835年，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來(lái)完成的。3）機(jī)械頓鉆（沖鉆）：18591901年，靠機(jī)械沖擊作用破巖，破巖和清巖相間進(jìn)行。（4）旋轉(zhuǎn)鉆：1901年發(fā)展起來(lái)的，旋轉(zhuǎn)鉆井是靠動(dòng)力帶動(dòng)

2、鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中對(duì)井底巖石進(jìn)行破碎，同時(shí)循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井、井下動(dòng)力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井,鉆井施工工序,鉆前施工 1、定井位 2、道路勘察 3、基礎(chǔ)施工 4、搬家 5、安裝設(shè)備,鉆井施工 6、一次開(kāi)鉆 7、二次開(kāi)鉆 8、鉆進(jìn) 9、起鉆 10、換鉆頭 11、下鉆,完井施工 12、完井電測(cè) 13、下套管固井,固井就是向井內(nèi)下入一定尺寸的套管串，并在其周圍注入水泥漿，把套管固定的井壁上，避免井壁坍塌。施工工序：下套管至預(yù)定深度裝水泥頭、循環(huán)泥漿、接地面管線打隔離液注水泥頂膠塞替泥漿碰壓注水泥結(jié)束、候凝,鉆井就是利用鉆機(jī)設(shè)備及破巖工具破碎地層形成井筒的

3、工藝過(guò)程，目地是進(jìn)行地質(zhì)評(píng)價(jià)、發(fā)現(xiàn)油氣藏、開(kāi)發(fā)油氣藏。施工工序：鉆進(jìn)洗井 接單根 起下鉆 完鉆,表層套管：其作用是封隔地表部分的易塌、易漏地層和水層，安裝第二次開(kāi)鉆的井口裝置，控制井噴。其下入深度，根據(jù)地表部分松軟的易塌、易漏地層和水層的深度而定。一般在100米左右,技術(shù)套管：用于封隔用泥漿難以控制的復(fù)雜地層；無(wú)法堵塞的嚴(yán)重漏失層；非目的層的油氣層；壓力相差懸殊油、氣、水層等,油層套管：用于以把不同壓力和不同性質(zhì)的油、氣、水層分割開(kāi)來(lái)，建立一條油、氣流至地面的通道，保證能長(zhǎng)期生產(chǎn)，滿足合理開(kāi)采油、氣和增產(chǎn)措施的要求。油層套管的下深根據(jù)目的層的深度和不同的完井方法而定,導(dǎo)管：用于將鉆井液引到固控

4、設(shè)備上，深度一般為10米以內(nèi)。一般在鉆前準(zhǔn)備時(shí)完成,二. 鉆機(jī)類型及組成,類型：根據(jù)鉆井深度分為淺井鉆機(jī)、中深井鉆機(jī)、深井鉆機(jī)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，根據(jù)搬遷方式分為撬裝鉆機(jī)和車裝鉆機(jī),組成：石油鉆機(jī)主要由動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)機(jī)、工作機(jī)及輔助設(shè)備組成。一般有八大系統(tǒng)（起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鉆機(jī)底座、鉆機(jī)輔助設(shè)備系統(tǒng)），具備起下鉆能力、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能力、循環(huán)洗井能力,機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)類型及特點(diǎn),類型：機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是指以柴油機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)液力變矩器、鏈條、齒輪、三角膠帶等不同組合的傳動(dòng)形式所驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)，主要包括齒輪傳動(dòng)、膠帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)三種形式

5、，具有制造方便成本低的特點(diǎn),現(xiàn)狀：目前機(jī)械驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)主要為鏈條鉆機(jī)，采用鏈條作為主傳動(dòng)副，24臺(tái)柴油機(jī) 變矩器驅(qū)動(dòng)機(jī)組，用多排小節(jié)距套筒滾子鏈條并車，統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)各工作機(jī)組，一般仍用膠帶傳動(dòng)鉆井泵,大慶130鉆機(jī)傳動(dòng)示意圖,2#聯(lián)動(dòng)機(jī),3#聯(lián)動(dòng)機(jī),1#聯(lián)動(dòng)機(jī),2#鉆井泵,1#鉆井泵,貓頭軸,轉(zhuǎn)盤(pán),輔助剎車,空壓機(jī),離合器,輸入軸,滾筒軸,電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)類型及特點(diǎn),類型：電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種形式。 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)具有傳動(dòng)柔和、調(diào)速性能好、操作方便靈活、模塊體積小、安裝移運(yùn)方便、可靠性高、噪音小、污染小、節(jié)能等特點(diǎn),直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)：直流電動(dòng)鉆機(jī)是采用AC-SCR-DC方式，將柴油發(fā)

6、電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)出的電力通過(guò)SCR可控硅整流后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)：交流變頻鉆機(jī)則是采用AC-VFD-AC方式，通過(guò)VFD電傳動(dòng)控制系統(tǒng)將柴油發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的電力變?yōu)樽冾l可調(diào)的電流，采用交流變頻器驅(qū)動(dòng)無(wú)碳刷交流變頻電機(jī),電驅(qū)絞車示意圖,電驅(qū)轉(zhuǎn)盤(pán)示意圖,電驅(qū)鉆井泵示意圖,三. 絞車結(jié)構(gòu)及原理,絞車是鉆機(jī)的起升設(shè)備，主要用于起下鉆具、下套管，控制鉆壓、送進(jìn)鉆具及起放井架等功能。一般包括滾筒軸、貓頭軸、傳動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)及殼體等組成，按軸婁分為單軸、雙軸、三軸及多軸絞車，按滾筒數(shù)分為單滾筒和多滾筒絞車,輸入軸,鉆機(jī)絞車工作示意圖,貓頭軸,離合器,輔助剎車,氣囊式離合器,鏈輪,牙嵌式離合器,

7、滾筒,軸承,鏈條,電磁剎車,貓頭軸,剎車氣缸,離合器排檔桿,剎車鼓,滾筒,冷卻風(fēng)機(jī),氣控排檔箱,四. 鉆井泵結(jié)構(gòu)及原理,鉆井泵多為臥式三缸單作用往復(fù)式活塞泵，由動(dòng)力端總成、液力端總成和各部位的潤(rùn)滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成。由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)泵的曲軸回轉(zhuǎn)曲軸通過(guò)十字頭再帶動(dòng)活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在吸入和排出閥的交替作用下實(shí)現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的,鉆井泵工作原理,動(dòng)力端通過(guò)皮帶（或鏈條、萬(wàn)向軸）帶動(dòng)泵的主軸旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使活塞向右移動(dòng)，缸內(nèi)形成負(fù)壓，上水池內(nèi)的液體在大氣壓力作用下，頂開(kāi)吸入閥進(jìn)入缸內(nèi)，直到活塞移到最右邊位置完成吸入過(guò)程?；钊_(kāi)始向左移動(dòng)，缸內(nèi)液體受到活塞的擠壓而壓力升高，吸

8、入閥被關(guān)閉，排出閥被頂開(kāi)，液體被活塞推出排出閥經(jīng)排出管進(jìn)入高壓管匯，完成排出過(guò)程,鉆井泵結(jié)構(gòu)圖,空氣包,被動(dòng)軸,連桿,泵頭,輸入管,輸出管,活塞桿,十字頭,鉆井泵工作示意圖,拉桿,曲軸,傳動(dòng)軸,連桿,轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)圖,水平軸,鎖銷,大傘齒輪,小傘齒輪,大方瓦,方補(bǔ)心,主軸承,防跳軸承,轉(zhuǎn)盤(pán)是用來(lái)承托管柱重量，提供扭矩和轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的角傳動(dòng)減速器，主要由箱體、轉(zhuǎn)臺(tái)、主軸承、副軸承、齒圈、 輸入軸總成、鎖緊裝置、方瓦、箱蓋等部分組成,水龍頭結(jié)構(gòu)及工作原理,水龍頭通過(guò)提環(huán)掛在大鉤上，上部通過(guò)鵝頸管與水龍帶相連，下部接方鉆桿，連接下井鉆具。水龍頭主要由鵝頸管、沖管總成、中心管、殼體、提

9、環(huán)和主軸承等組成，主要功用懸持旋轉(zhuǎn)著的鉆桿柱，承受大部分以至全部鉆具重量；向轉(zhuǎn)動(dòng)著的鉆具內(nèi)輸送高壓鉆井液,大鉤結(jié)構(gòu)及工作原理,大鉤是起升鉆具的重要設(shè)備，由鉤身、桿、筒體、提環(huán)、止推軸承及彈簧組成，鉤身能轉(zhuǎn)動(dòng)，鉤口和側(cè)鉤有閉鎖裝置，大鉤有緩沖減振功能。大鉤與游車結(jié)合成一體，稱為游鉤，是目前使用的主要形成,游車、天車結(jié)構(gòu)及工作原理,天車是安裝在井架頂部的定滑輪組，游車是在井架內(nèi)部上下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)滑輪組，主要由滑輪、滑輪軸、軸承、軸承座及支架組成,五. 離心泵結(jié)構(gòu)及原理,離心泵就是通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉輪的動(dòng)能產(chǎn)生流量，使液體流動(dòng)。離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料

10、函。離心泵的效率取決于該葉輪的性能。離心泵與活塞泵相比，具有轉(zhuǎn)速高，體積小，流量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；但泵壓相對(duì)較低等，液體粘度對(duì)泵性能影響大，只能用于粘度近似于水的液體,離心泵結(jié)構(gòu)示意圖,六. 鉆井液固控系統(tǒng)及機(jī)具,概念:鉆井液固相控制就是要清除鉆井液中的有害固相，保存有用固相，以滿足鉆井工藝對(duì)鉆井液性能的要求。鉆井液固相控制系統(tǒng)就是所有用于鉆井液固相控制設(shè)備的總稱。 作用:防止油氣通道堵塞、破壞，降低鉆井扭矩和摩阻，降低環(huán)空抽吸的壓力波動(dòng)，提高鉆井速度，延長(zhǎng)鉆頭壽命，減輕設(shè)備的磨損等。 方法:常用的有稀釋法、替代法、機(jī)械方法、化學(xué)方法等四種。機(jī)械方法是通過(guò)機(jī)械設(shè)備利用篩分、離心分離、重力分離

11、等原理，將鉆井液中的固相成分按顆粒、密度大小不同而分離開(kāi)，以達(dá)到控制固相的目的,鉆井液固控系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程：在20世紀(jì)50年代以前，并不使用機(jī)械裝置來(lái)凈化鉆井液，到了20世紀(jì)50年代以后，開(kāi)始采用鉆井液振動(dòng)篩、離心機(jī)來(lái)清除鉆井液中的巖屑。60年代以后，國(guó)外油田開(kāi)始采用4英寸除泥旋流分離器，六十年代中期，細(xì)目鉆井液振動(dòng)篩得到使用。70年代以后，超細(xì)目振動(dòng)篩得到使用。80年代以后，鉆井液固相控制從采用兩級(jí)處理發(fā)展成為三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)處理,鉆井中鉆井液的循環(huán)程序：鉆井液罐 經(jīng)泵地面管匯立管水龍帶、水龍頭鉆柱內(nèi)鉆頭鉆柱外環(huán)形空間井口、泥漿(鉆井液)槽鉆井液凈化設(shè)備鉆井液罐,某型鉆井液循環(huán)流程示意圖,井口出

12、來(lái)的鉆井液通過(guò)管線流入分配器，分別或同時(shí)輸送到2個(gè)振動(dòng)篩，經(jīng)處理后進(jìn)入到沉砂倉(cāng)，經(jīng)渡管進(jìn)入到除砂倉(cāng)。除砂泵吸入除砂倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到除泥倉(cāng)。除泥泵吸入除泥倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到離心倉(cāng)。離心機(jī)的立式供液泵吸入離心倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到儲(chǔ)液罐。鉆井泵吸入儲(chǔ)液罐的鉆井液，通過(guò)管線輸送至井口。這樣就完成了鉆井液的循環(huán)流程,某型鉆井液加重流程示意圖,鉆井液加重流程是鉆井液固控系統(tǒng)流程中的輔助流程，通過(guò)向鉆井液中加入重晶石等成份，增加鉆井液的密度，保持井壁穩(wěn)定，以滿足鉆井要求。4#罐的加重泵可以通過(guò)加重吸入管線直接吸入藥品混合倉(cāng)、加重混合倉(cāng)、儲(chǔ)備倉(cāng)中的鉆井液，經(jīng)過(guò)加重漏斗

13、加重處理后，通過(guò)加重排出管線輸送到3#罐、4#罐各倉(cāng)中。這樣就完成了鉆井液加重流程,某型鉆井液加藥流程示意圖,鉆井液加藥流程是通過(guò)向鉆井液中加入化學(xué)處理劑，利用化學(xué)沉降的原理，去除有害固相成份改善鉆井液性能的作用，提高井壁的穩(wěn)定性，提高了機(jī)械鉆速。4#罐藥品混合倉(cāng)上部安裝有加藥罐，藥品從加藥罐經(jīng)管線進(jìn)入到藥品混合倉(cāng)，通過(guò)攪拌器攪拌混合后，由鉆井泵通過(guò)吸入管線輸送到井口。也可以由加重泵通過(guò)加重吸入管線吸入后，通過(guò)泥漿槍管線輸送到1#罐補(bǔ)給倉(cāng)、2#罐、3#罐各倉(cāng)中。這樣就完成了鉆井液加藥流程,某型鉆井液補(bǔ)給流程示意圖,鉆井液補(bǔ)給流程是在起升鉆具過(guò)程中，通過(guò)向井筒內(nèi)補(bǔ)充鉆井液，以保證井壁的穩(wěn)定。1#

14、罐左端設(shè)有補(bǔ)給倉(cāng)，補(bǔ)給泵從補(bǔ)給倉(cāng)中吸入鉆井液，經(jīng)排出管線輸送至井口，井口返回的鉆井液經(jīng)分配器分支閥門(mén)調(diào)控進(jìn)入到補(bǔ)給倉(cāng)中。補(bǔ)給倉(cāng)中的鉆井液也可通過(guò)加重泵吸入儲(chǔ)備倉(cāng)中的鉆井液，經(jīng)過(guò)泥漿槍管線輸送至補(bǔ)給倉(cāng)。這樣就完成了鉆井液補(bǔ)給流程,振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)示意圖,振動(dòng)篩主要通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)激振器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生周期變化的慣性力，鉆井液固相顆粒進(jìn)入篩面，在篩面上做拋擲運(yùn)動(dòng)，將大小不等的固相顆粒分類去除。振動(dòng)篩的分離顆徑和處理量是振動(dòng)篩選配的重要因素,振動(dòng)篩的選擇,振動(dòng)篩的技術(shù)水平主要反映在處理能力（處理量和分離粒度）、工作的穩(wěn)定性壽命的長(zhǎng)短和操作的靈活性幾個(gè)方面。振動(dòng)篩的處理能力與振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)軌跡、振動(dòng)頻率、振動(dòng)強(qiáng)

15、度、篩網(wǎng)面積和篩網(wǎng)的粗細(xì)有關(guān)。為了使振動(dòng)篩與鉆機(jī)匹配，就必須考慮鉆井泵的最大排量及鉆進(jìn)中產(chǎn)生的鉆屑量，即： Q篩Q泵+Q屑 式中：Q篩 振動(dòng)篩處理量，L/s; Q泵鉆井泵最大排量,L/s; Q屑鉆進(jìn)中的鉆屑量，L/s。 通常根據(jù)篩框的運(yùn)動(dòng)軌跡將振動(dòng)篩分為圓篩、普通橢圓篩、直線篩、均衡橢圓篩四大類,普通橢圓篩：又稱非均衡橢圓篩,是在篩箱質(zhì)心的正上方固定有激振裝置。它要求篩箱傾斜一個(gè)角度，利用重力強(qiáng)行排砂，以免砂粒有朝后拋擲的傾向。由此而來(lái)，篩箱傾斜確實(shí)改善了砂粒的移動(dòng)性能，但振動(dòng)篩處理鉆井液的量減少了，這正是普通橢圓篩的主要缺點(diǎn),直線振動(dòng)篩：兩根帶偏心塊的主軸作同步反向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生直線振動(dòng), 由于直

16、線篩振動(dòng)方向不變，使得卡入的顆粒不易脫落，而出現(xiàn)“篩糊”現(xiàn)象，使得篩網(wǎng)的有效過(guò)流面積減小，造成處理量下降，而且當(dāng)篩網(wǎng)目數(shù)增大時(shí)，篩糊現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。因而，直線篩在使用超細(xì)目篩網(wǎng)時(shí)，就不可能滿足鉆井液用量的要求,均衡橢圓篩：是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新篩型，篩箱上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,所有橢圓的運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)軸和短軸相同，拋擲角的大小和方向完全一致。均衡橢圓篩結(jié)合了圓型振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩的基本優(yōu)點(diǎn)，均衡橢圓篩的處理量較直線篩大20-30%，是一種比較先進(jìn)的鉆井液振動(dòng)篩，代表著當(dāng)今鉆井液振動(dòng)篩的發(fā)展方向,除氣器的工作原理,除氣器用來(lái)清除氣侵鉆井液中的氣體，保證鉆井液性能相對(duì)穩(wěn)定，保證旋流器能正常工作。除氣器

17、分為兩大類：常壓式和真空式。常壓式除氣器利用離心機(jī)抽吸氣侵泥漿，借助離心力使泥漿在其噴射罐內(nèi)噴射、撞擊內(nèi)壁，使氣體釋放出去。真空除氣器利用真空泵的抽吸作用，在真空罐內(nèi)形成負(fù)壓，鉆井液在大氣壓的作用下，通過(guò)吸入管進(jìn)入空心軸，再由空心軸四周的傘片總成，呈噴射狀甩向罐壁，在碰撞、真空及氣泡分離器的作用，浸入鉆井液中的氣泡破碎，氣體逸出，通過(guò)真空泵抽出并排往安全地帶,除砂、除泥器的結(jié)構(gòu)示意圖,除砂、除泥器都是由一組水力旋流器和一個(gè)處理旋流器底流并回收鉆井液的小型超細(xì)網(wǎng)目振動(dòng)篩組成。液流從進(jìn)液口切向進(jìn)入后，由于離心力的作用，密度大的顆粒被甩向外壁，沿旋流器內(nèi)壁螺旋下行流向底流口，密度小的液體則反向螺旋上行經(jīng)渦流導(dǎo)管流出溢流口，旋流器的名義尺寸越大，所除掉的固體顆粒越粗，所需要的工作壓力越小，鉆井液的處理量越大。不同直徑的旋流器的分離固相顆粒的粒徑是不同時(shí)。除砂器的固相顆粒分離粒徑為4474m，因此300mm的旋流器可以滿足設(shè)計(jì)要求。除泥器的固相顆粒分離粒徑為844m，因此100mm的旋流器可以滿足設(shè)計(jì)要求,除砂、除泥器的選擇,選用除砂器和除泥器時(shí)必須參考鉆井泵的最大排量，以期達(dá)到匹配合理。無(wú)論是除砂器還是除泥器，都要保證能夠全部處理鉆井過(guò)程中的最大鉆井液排量。