鉆井及井口裝置培訓資料

1、1鉆井及井口裝置知識培訓鉆井及井口裝置知識培訓職均職均2鉆井及井口裝置常識鉆井及井口裝置常識 在油氣田勘探開發(fā)中，需要鉆不同類型的油井，隨著井眼的加深，和井下地質(zhì)情況的不同，要用不同尺寸套管鞏固井壁，每下一層套管，都需要在井口懸掛和密封，懸掛和密封套管的裝備就是套管頭。鉆井過程中，為了有控制可能出現(xiàn)的油、氣、水顯示，在套管頭上又安裝了鉆井四通，防噴器，節(jié)流管匯，壓井管匯，這就是通常說的井控系統(tǒng)。當一口井鉆完需要測試和投產(chǎn)時卸掉防噴器，安裝油管四通，采油樹等試采井口，套管頭在一口井上從始至終安裝在井口，是一項非常關(guān)鍵的設備。3一鉆井基本常識一鉆井基本常識 1鉆井過程鉆井過程 石油和天燃氣埋藏在地

2、下幾百米到幾千米深度不等的有孔隙，裂縫或溶洞的巖石中，為了尋找和開發(fā)石油，天燃氣，從地面向地下的油氣層之間，鉆鑿出一個通道的過程稱之為鉆井。當確定鉆井位置后，依靠鉆機的動力帶動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)，鉆頭逐次向下破碎巖層，形成井筒，鉆井井眼大小是由鉆頭大小來決定的。鉆頭在破碎巖層的同時，通過鉆桿向地下注入鉆井液，將鉆頭在破碎地層而產(chǎn)生的大量巖屑由循環(huán)的鉆井液帶到地面，地面的固控裝置將鉆井液中的巖屑清除后，通過鉆井泵再次將鉆井液打入井內(nèi)。鉆進的過程 即鉆頭破碎巖石，及鉆井液通過循環(huán)不斷攜帶出鉆屑并形成井筒的過程。4 n 鉆達設計深度后，下入專用儀器進行測井作業(yè)，目的是確定井下地層巖性和各個油氣水層的位置

3、，然后下入套管，并在套管與井壁的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿將套管固定在井眼內(nèi)，最后一道工序是對油層位置的套管進行射孔，re人為的形成一個井下油氣流入套管的孔道。油氣的地層壓力高時可自由流到地面，這種井我們稱為自噴油氣井；油氣壓力較低時需借助外力從井下抽吸，這種井我們稱之為非自噴井。鉆井時要有一套完整的功能齊全的鉆機，有質(zhì)量優(yōu)異不宜發(fā)生事故的鉆桿，套管和鉆頭，有性能優(yōu)良的鉆井液等。5 2鉆井類別劃分鉆井類別劃分 油氣鉆井類別很多，劃分的方法也不盡相同。根據(jù)世界多數(shù)國家比較通用的方法，我國目前鉆井類別的劃分主要有以下幾種： （1）按鉆井深度劃分：淺井： 完鉆井深小于2000米的井 中深井： 完鉆井深小于

4、4500米的井 深井： 完鉆井深小于6000米的井 超深井： 完鉆井深超過6000米的井 （2）按鉆井目的劃分：有探井和開發(fā)井，探井中又分為地層探井（又稱為參數(shù)井），預探井和詳探井。 在開發(fā)井中可分為采油采氣井，注水注氣井，調(diào)整井，加密井和資料井等。6 （3）按鉆井地區(qū)可分為：陸地鉆井，海上鉆井和沙漠鉆井。 （4）按旋轉(zhuǎn)鉆井的方法可分為： 轉(zhuǎn)盤鉆井：利用安裝在鉆臺上的轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿鉆頭旋轉(zhuǎn)的鉆井方法。 頂部驅(qū)動裝置鉆井：利用安裝在鉆桿上方水龍頭部位的動力裝置帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)的鉆井方法。 井底動力鉆井：利用井底動力鉆具帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)的鉆井方法，包括渦輪鉆具鉆井，螺桿鉆具鉆井和電動鉆具鉆井。 （5）按鉆井

5、井型劃分： 直井，定向井：按既定的方向偏離井口垂線一定距離鉆達目標的井。 叢式井：一個井場或一個鉆井平臺上，按設計鉆出兩口或兩口以上的定向井。 大位移井：完鉆后井底水平位移是垂深兩倍以上的定向井。 水平井：井斜角大于或等于86度，并保持這種角度鉆完一定長度水平段的定向井。 分支井：一個井口下面有兩個或兩個以上井底的定向井）和欠平衡壓力鉆井（井筒的液柱壓力低于地層壓力的鉆井。73 井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)導管：導管： 油井中下入的第一層管子叫導管，目的是防止地表土層垮塌，引導鉆頭入井，建立最初的鉆井液循環(huán)通道。導管通常下入深度為30-50米。（導管上部不安裝套管頭）表層套管表層套管：下入的第二層管子叫表

6、層套管，目的在于鞏固上部疏松巖層的井壁，封住地層水，流沙層，礫石層或淺氣層。表層套管上要安裝套管頭及井控設備，并支撐后下入的技術(shù)套管，長度一般為100-300米。8 技術(shù)套管：技術(shù)套管： 位于表層套管內(nèi)的套管叫技術(shù)套管，為了隔離高壓油、氣水層或漏失層及坍塌層。深井、超深井及地質(zhì)情況復雜時，需下若干層技術(shù)套管。 油層套管：油層套管： 下入井內(nèi)的最后一層套管，形成堅固的井筒，使生產(chǎn)層的油或氣由井底沿著這層套管流至井口，建立一條長期開采油氣的通道。 以上各層套管與井壁的環(huán)形空間，都需注水泥加固（固井）。每下一層套管要安裝一次井口。為節(jié)省鋼材，降低鉆井成本，在滿足鉆井工藝要求的前提下，應少下或不下技術(shù)

7、套管，有的井在技術(shù)套管下部下入尾管。9 4、 井控系統(tǒng)井控系統(tǒng) 在鉆井過程中，為了防止地層流體浸入井內(nèi)，總是使井筒內(nèi)的鉆井液靜液柱壓力略大于地層壓力，但在鉆井作業(yè)中，常因各種因素的變化，使油氣井的壓力控制遭到破壞而導致井噴，這時就需要依靠井控設備實施壓井作業(yè)，重新恢復對油氣井的壓力控制。井控設備是實施油氣井壓力控制技術(shù)的一整套專用設備，儀表與工具。 ( 1 )井控設備應具有以下功用： （a）預防井噴 （b）及時發(fā)現(xiàn)溢流，對油氣井進行監(jiān)測，盡早發(fā)現(xiàn)井噴預兆。 （c）迅速控制井噴，溢流，井涌，井噴發(fā)生后，迅速關(guān)井，實施壓井作業(yè)，對油氣井 重新建立壓力控制。 （d）處理復雜情況。在油氣井失控的情況下

8、，進行滅火搶險等處理作業(yè)。10 n 井控設備的組成：n 井口防噴器組：環(huán)形防噴器，閘板防噴器，鉆井四通；n 環(huán)形防噴器：n 有三種形式：錐形膠芯環(huán)形防噴器n 球形膠芯環(huán)形防噴器n 組合膠芯環(huán)形防噴器n 目前國內(nèi)生產(chǎn)前兩種，環(huán)形防噴器具有井壓助封功能，壓力等級200010000PSIn 閘板防噴器：n 有三種形式：單閘板防噴器n 雙閘板防噴器n 三閘板防噴器n 壓力等級200020000PSI11 n 防噴器的代表符號n FZ23-21表示公稱通徑230mm，壓力21mpa 的單閘板防噴器n FH28-35表示公稱通徑280mm，壓力35mpa 的環(huán)形防噴器n 閘板防噴器目前國內(nèi)壓力等級有：n

9、14；21；35；70；105；五個壓力級別n 通徑級別有：n 180；230；280；346；426；476；528；540；680；760，十個等級。n 壓力級別和通徑是防噴器兩項重要指標。n 閘板防噴器芯子有單面雙面之分，按其功能有分：變徑閘板；剪切閘板；全封閘板；管子閘板。n 閘板防噴器具有手動鎖緊和井壓助封功能。12 n （2）控制裝置：蓄能器裝置，遙控裝置；n （3）節(jié)流與壓井管匯；n 在井控工作中常實施壓井作業(yè)，需要借助一套裝有可調(diào)節(jié)流閥的專用管匯，給井內(nèi)施加一定的回壓，并通過管匯約束井內(nèi)流體，使井內(nèi)流體在控制下流動，或改變流動路線，這兩套管匯稱節(jié)流,壓井管匯。n 面對井架，鉆井

10、四通右翼安裝節(jié)流管匯，左翼安裝壓井管匯。n 目前國內(nèi)除105兆帕節(jié)流壓井管匯外，都以研制成功。n 35兆帕節(jié)流/壓井管匯，裝有一個手動節(jié)流閥，一個單流閥；70兆帕以上的節(jié)流壓井管匯裝有一個手動節(jié)流閥和一個液動節(jié)流閥，并且安裝兩個單流閥。n 35兆帕以下，根據(jù)情況可裝，可不裝節(jié)流閥。13 n （4）鉆具內(nèi)防噴工具：n A、手動鉆具旋塞閥，是鉆柱循環(huán)系統(tǒng)中的手動控制閥，主要有方鉆桿上旋塞（反扣），方鉆桿下旋塞和鉆具旋塞閥。n B、頂驅(qū)旋塞閥n C、箭形止回閥，這是隨鉆具入井的一種單向止回閥。n D、鉆具投入式止回閥n E、鉆具浮閥，這是單流閥的一種。n F、手動止回釋放閥，這是在起下鉆發(fā)生井涌，鉆

11、具內(nèi)外溢泥漿，常規(guī)單流閥無法連接，這是目前國外普遍推廣的一種鉆具內(nèi)防噴工具。n G、提拉式試壓堵塞器n H、鉆具旁通閥：正常情況下當接頭使用，水眼不通時投球打開。 14 n（5）加重鉆井液裝置：重晶石粉混合漏斗裝置，重晶石粉氣動下料裝置；n（6）起鉆灌注鉆井液裝置；n（7）鉆井液氣體分離器；n（8）監(jiān)測儀表：泥漿罐液面監(jiān)測儀，甲烷，硫化氫檢測器。15 n 1 套管頭n （1） 用途：套管頭是安裝在表層套管柱上端，用來懸掛除表層套管以外的套管，和密封套管環(huán)形空間的井口裝置部件。套管頭的用途主要有以下幾點：n 通過懸掛器懸掛除表層套管以外的各層套管的部分或全部重量。n 連接防噴器等井口裝置。n 在

12、內(nèi)外套管柱之間形成壓力密封n 為釋放可能積聚在兩層套管柱之間的壓力提供出口n 在緊急情況下，可由套管頭側(cè)孔處向井內(nèi)泵入流體二套管頭，懸掛器及采油樹二套管頭，懸掛器及采油樹 16 n （2）型號說明n 套管頭的型號標識如下：n T F - 額定工作壓力，MPa各級套管外徑，mm（in）套管頭代號n例：型號TF508（20）X 339.7（13 3/8）X 244.5（9 5/8）X 139.7（5 1/2） - 105 表示連接套管外徑為508mm（20in）， 懸掛套管外徑為339.7mm（13 3/8in）,244.5mm(95/8in) 和139.7mm（5 1/2in）, 額定工作壓力為

13、105MPa的套管頭。n 35兆帕以下套管頭是三層套管，四種尺寸。n 3570兆帕套管頭是四層套管，四種尺寸。n 105兆帕套管頭是四層套管，兩種尺寸。n 140兆帕套管頭是五層套管，兩種尺寸。17 n （3）套管頭類型：A、焊接式套管頭焊接式套管頭：這種形式的套管頭與套管靠內(nèi)外兩道焊口密封，焊縫之間有一試壓口，這種套管頭安裝時焊接要求較高，因而費工費時。B、CQS- SL底部連接底部連接， 這是一種比較簡單的反卡瓦型連接，不需要焊接作業(yè)， 因而現(xiàn)場安裝非常簡便宜行。它采用ES橡膠密封。這種連接可承壓10000PSI， 并可重復使用。18n 需要注意的是，反卡瓦套管頭安裝好后，要確?？ɡ翁坠?，

14、必須試提拉力，檢驗卡牢程度，因為二開期間和后續(xù)作業(yè)如遇關(guān)井，特殊作業(yè)將會產(chǎn)生一個上頂力，這個上頂力需要靠套管頭卡瓦承擔，反卡瓦的承擔能力不容忽視。n 如我們要安裝一套339.7mm套管頭，當關(guān)井壓力10mpa時, 上頂力79噸，有時關(guān)井壓力更高，上頂力更大。n 3CQS-BT底部連接底部連接：采用母絲扣的方式與套管（公扣）進行連接。要求套管必須按計算深度準確下入。但這種套管頭連接方式安裝完后無法試壓，現(xiàn)場只有在安裝完防噴器后，在對套管試壓時才能按照套管的試壓標準試壓。BT連接套管頭試壓未按套管頭標準試壓，且滯后 。 n 4 CQS-W底部連接底部連接，該種連接有一道焊縫，和一道標準的密封圈作為

15、密封件，這種連接還包含一個測試口，便于對焊接和密封圈的性能進行測試。這種連接方式因為要電焊，焊前的預熱和焊后的高溫對O型圈的密封有影響。n 表層套管頭現(xiàn)場試壓時請注意：如我們用339.7mm套管，壁厚10.92mm，鋼級J55套管，抗外擠強度10.6mpa，按80%計算，只能試壓8.48mpa。如果是508mm套管，壁厚12.7mm，抗外擠強度5.3mpa，按80%計算，試壓4.24mpa，現(xiàn)場注脂和試壓要嚴格按照標準。n 以上三種連接形式為美鉆生產(chǎn)的套管頭。19n 2 CQ-G系列套管懸掛器系列套管懸掛器2021n CQ-G3，G5，G6三種系列為一種類型，即環(huán)繞卡瓦組合，依靠套管重量壓力實

16、現(xiàn)密封（需要15000磅力實現(xiàn)密封），這三種懸掛器使用范圍廣。n CQ-GS 重力自動密封式套管掛，適用水泥不返到地面的套管。n CQ-GM心軸式懸掛器，它適用于整體式套管頭，可以大大降低井口高度，為現(xiàn)場作業(yè)提供方便。n 心軸式懸掛器適用于井眼穩(wěn)定的井，主要原因是套管必須按計算深度下入和懸掛，因坐掛后減小了循環(huán)的環(huán)空通道，對固井造成不利影響。n 如339.7 mm套管內(nèi)下244.5mm套管，環(huán)形面積應是411cm2， 當用心軸懸掛后，通過四通閘門循環(huán)，按3寸計算面積45.6cm2，按兩個閘門計算，面積也只有 91.2cm2，只占原環(huán)空面積的22%。如果在244.5mm套管內(nèi)下177.8mm套管

17、，兩層套管的環(huán)形面積188cm2。如用心軸懸掛，閘門按2寸半計算，面積只有31.67cm2。n 在地層壓力系數(shù)低和井下復雜的井，不易使用心軸懸掛器。22n 3 油管懸掛器油管懸掛器n （1）用途：用以懸掛油管，密封油，套管環(huán)空和連接采油樹。為釋放可能幾句在油管和套管柱之間的壓力提供出口，還可以向井內(nèi)泵入流體，是采油（氣）井口裝置的一個重要組成部分。n （2）型號：油管頭型號表示如下n例：KQY70/78- 65表示工作壓力70MPa， 主通徑78mm，側(cè)通徑65mm的油管頭。n （3）類型：以美鉆油管頭為例（見下頁圖）23美鉆石油鉆采系統(tǒng)為單完井提供TD-E，TD-MS，TD-EM油管懸掛器和

18、TD-C系列油管四通。TD-C 油管四通完全與TD-E和TD-EM 和TD-MS油管懸掛器兼容。24n （1）TD-E 油管懸掛器，采用橡膠密封，承壓10000PSI， 中等腐蝕工況，在橡膠使用壽命期間，能夠保證密封，并設有井下安全閥地面控制管線接口，不使用時，可安裝盲堵。n （2）TD-MS 油管懸掛器，裝有兩個金屬對金屬密封，分別位于油管懸掛器的頸部和底部，可承壓20000PSI，適用高腐蝕井液工況，密封壽命長，設有井下安全閥地面控制管線接口，不使用時可安裝盲堵。n （3）TD-EM 油管懸掛器，分別在頸部和底部采用金屬密封，同時采用了橡膠密封，這種油管懸掛器的優(yōu)勢在于，當用戶需要現(xiàn)場臨時

19、性作業(yè)或調(diào)試時，無需造成金屬密封的浪費和作業(yè)的不便，當確切需要長期安裝固定生產(chǎn)時，僅須造成金屬密封的變形并進行密封測試即可。n 這三種油管懸掛器安裝后，都需要將法蘭上的頂絲對角上緊、到位，在API標準中對頂絲要求，在壓力完整性上應能密封上下的最大額定工作壓力。n 油管頭上的鎖緊螺釘當安裝在油管頭上時，應有足夠的數(shù)量、規(guī)格和強度，以承受作用在最大油管懸掛器主密封全部面積上的相當四通工作壓力的載荷。25n 4 采油樹n （1）用途：采油（氣）安裝在油管頭的上面，主要作用是用來控制井口壓力和調(diào)節(jié)油（氣）產(chǎn)量，并把油（氣）誘導到輸油管去，必要時還可用來關(guān)閉井口或進行酸化壓裂，清蠟等作業(yè)n （2）型號：

20、采油（氣）樹型號表示如下nn 例如：KYS70/78-65表示額定工作壓力為70MPa，主通徑為78mm，旁通徑為65mm的采油樹。26（3）采油（氣）類型及結(jié)構(gòu) 整體式采油（氣）樹27 “十”字型采油（氣）樹28 “Y”字型采油（氣）樹29n 雙管式采油（氣）樹nA采油樹節(jié)流閥無截流功能，節(jié)流閥設計流量指示及閥桿鎖定裝置。nB固定式節(jié)流閥即節(jié)流油嘴。nC采油樹在使用之前必須進行整體試壓。30n1 、壓力額定值，套管頭及井口裝置按壓力級別有6種規(guī)格：nPsi MPa n2000 13.8 n3000 20.7 n5000 34.5 n10000 69 n15000 103.5 n20000 1

21、38 n1 Psi=0.00689476mpa 0.007mpan1 mpa=9.806375大氣壓9.8個大氣壓n靜液柱壓力計算公式：nP=9.8 10-3HnP 靜液柱壓力 mpan液體密度g/cm3nH 液柱垂直高度 Mn比如說，某井深2800米，地層壓力系數(shù)1.4，液柱壓力值為：n9.8101.42800=38.45mpa三產(chǎn)品規(guī)范標準三產(chǎn)品規(guī)范標準31 2 額定溫度值32 3 材料級別nAA,BB,CC,DD使用碳鋼或低碳鋼（常用4130）nEE，F(xiàn)F使用不銹鋼（常用4100）nHH使用抗腐蝕合金鋼（常用718或825）33 4 性能級別 懸掛器的承載能力 性能 PR1 PR2 承載

22、能力 從最小額定載荷到最大額定載荷進行1個循環(huán) 從最小額定載荷到最大額定載荷進行1個循環(huán)從最小額定載荷到最大額定載荷進行3個循環(huán)油管頭異頸連接裝置的性能要求 組別試驗項目 性能要求 PR1 PR2 11組壓力完整性 1個循環(huán) 3個循環(huán) 內(nèi)部應能經(jīng)受最大額定工作壓力 22組壓力完整性 1個循環(huán) 3個循環(huán) 內(nèi)部應能經(jīng)受最大額定工作壓力 2組承載能力 1個循環(huán) 3個循環(huán) 從最小額定載荷到最大額定載荷34節(jié)流閥的性能要求要求 PR1 PR2 工作循環(huán) 3個循環(huán) 200個循環(huán) 閥座與閥體的密封 1個循環(huán) 3個循環(huán) 工作循環(huán)不使用于固定時節(jié)流閥 安全閥的使用循環(huán)要求 試驗項目 性能要求 PR1標準作業(yè) P

23、R2含砂作業(yè) 壓力完整性 500個循環(huán) 500個循環(huán) 符合10.20.5.3a)要求的水或其他適合的液體 符合10.20.5.3b)要求的含2%的砂漿 35n 5PSL規(guī)范級別n當井處于沒有充分資料計算暴露半徑的地區(qū)，但該區(qū)域預計有硫化氫，可假設每100mg/L的暴露半徑等于915m. 否否否否否否否否否否否否否是是是是是是是是是是是是是從此開始額定工作壓力103.5MPa?高濃度H2S？NACE?額 定 壓 力 34.5MPa?靠得很近？高濃度H2S？額定工作壓力34.5MPa?靠得很近？靠得很近？靠得很近？額定工作壓力34.5MPa?額定工作壓力34.5MPa?靠得很近？PSL1PSL2P

24、SL3PSL1PSL2PSL2PSL3PSL2PSL3PSL4PSL3PSL4PSL4PSL336n 井口裝置和采油樹主要零件推薦的最低PSL。n 井口裝置總成的主要部件是油管頭，油管懸掛器，油管頭異頸連接裝置，采油樹主閥，其他次要部件規(guī)范級別可以低一個等級。n 6法蘭與密封墊環(huán)法蘭與密封墊環(huán)n 6B法蘭，使用R、RX型鋼圈，n 同等型號兩者可以互換，裝配n 后法蘭間的理論間隙為12-15mm n R和RX型墊環(huán)：n R和RX型表面粗糙度1.6mn RX壓力通孔，某些尺寸的RXn 墊環(huán)應有一個貫通環(huán)截面的壓力通孔3738396BX法蘭使用BX型鋼圈，與R和RX型不能互換，裝配后法蘭間的理論間隙

25、為0.1mm40n BX墊環(huán)n 表面粗糙度0.8mn 每個BX墊環(huán)應有一個貫通環(huán)截面的壓力通孔。n 使用中應注意：n 在法蘭環(huán)槽內(nèi)形成密封關(guān)系的有過盈限制的密封環(huán)，不應重復使用。n 墊環(huán)使用涂層和鍍層有助于密封結(jié)合，同時減少粘連并延長使用壽命，涂層和鍍層的厚度最大為0.013mmn 16BX為卡箍連接，使一種環(huán)形接頭，設計為面對面連接，使用范圍廣。4142n 7 扣型部分：n API 6A 19版標準：n 短園套管扣STC，長園套管扣LC，加長園套管扣XL，偏梯扣BTCn 加厚油管扣EU/EUE，不加厚油管扣NU/TBGn 石油鉆桿接頭螺紋：數(shù)字型NC，正規(guī)性REC，貫眼型FH，內(nèi)平型IFn 油管接頭螺紋：LP普通油管（壓力5000PSI），NEWVAM/VAM-TOP除斜井注蒸汽進外都適用，