《鉆井工藝仿真模擬實驗》實驗指導(dǎo)書（模板）

1、鉆井工藝仿真模擬實驗鉆井是利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個較大孔眼的過程。鉆井是一項系統(tǒng)工程, 是多專業(yè)、多工種利用多種設(shè)備、工具、材料進行的聯(lián)合作業(yè)。同時他又是多程序緊密銜接， 多環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣的連續(xù)作業(yè)。施工的全過程都具有相當?shù)膹?fù)雜性。一實驗?zāi)康?通過ZJ70D鉆機及配套鉆井設(shè)備模型的模擬演示，使學(xué)生在觀察學(xué)習(xí)中感性地認識 整個鉆井過程及全套井場設(shè)備；.掌握ZJ70D鉆機的用途和技術(shù)特點；.掌握鉆井工藝流程。二 實驗原理ZJ70D鉆機及配套鉆井設(shè)備模型按整機圖紙比例縮小制作，模型制作時共分六個區(qū)域組 合：鉆臺區(qū)、泵房區(qū)、動力區(qū)、油罐區(qū)、泥漿循環(huán)與水罐區(qū)、井場用房區(qū)。利用聲、光、控 液一體

2、智能化仿真模擬演示鉆井工藝流程。.水龍頭裝置內(nèi)裝電機、可按真實轉(zhuǎn)速按比例轉(zhuǎn)動；.方鉆桿轉(zhuǎn)動：按真實轉(zhuǎn)速按比例轉(zhuǎn)動演示；.絞車帶動起升系統(tǒng)上下運行，按真實速度按比例運動；.鉆井液循環(huán)系統(tǒng)管匯通過燈光控液模擬演示。三、儀器設(shè)備圖7-1 ZJ70D鉆機模型圖鉆機總體布置與傳動簡介.鉆機采用3臺CAT35120DITA柴油發(fā)電機作為主動力，發(fā)出600V, 50HZ交流電經(jīng)SCR 柜整流后變?yōu)?750V直流電，分別驅(qū)動2000HP絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵的YZ08/YZ08A串勵 直流電動機；轉(zhuǎn)盤采用獨立驅(qū)動方式。絞車由兩臺電機驅(qū)動；轉(zhuǎn)盤單獨有一臺電機驅(qū)動；兩 臺泥漿泵各有兩臺電機驅(qū)動。.前開口井架，雙升式底

3、座。利用絞車動力起升，井架和所有臺面設(shè)備均低位安裝。.絞車主剎車為液壓盤式剎車，輔助剎車為風冷式電磁渦流剎車。.鉆機布置滿足防爆、平安、鉆井工程及設(shè)備安裝、拆卸、維修方便的要求。.轉(zhuǎn)機分六個區(qū)域：鉆臺區(qū)、泵房區(qū)、動力區(qū)、泥漿循環(huán)與水罐區(qū)、油罐區(qū)、井場用 房去。（1）鉆臺區(qū)：包括井架、底座、絞車、轉(zhuǎn)盤、游吊系統(tǒng)、井口機械化設(shè)備及工具、鉆 臺偏房、鉆臺滑道及排放架、提升機等設(shè)備。（2）鉆臺上配兩臺50KN氣動絞車。（3）二層臺配一臺5KN氣動絞車。（4）配兩個鉆臺偏房，房體尺寸10000 x2800 x2800mm。（5）鉆臺上配井口機械化工具：a、上扣液壓貓頭YM-7,最大拉力70KNb、卸扣液

4、壓貓頭YM-14,最大拉力140KNc、TQ13 3/8-35液壓套管鉗，最大扭矩32-40KN.md、ZQ100液壓鉆桿鉗，最大扭矩lOOKN.me、YZ350液壓站，額定壓力16.6Mpa（6）貓道和鉆桿排放架高1070mm,貓道上設(shè)鉆桿緩沖裝置和一臺50KN風動絞車。（7）固井管匯由鉆臺面沿坡道和貓道引出。（8）泵房區(qū)：布置有三臺F-1600泥漿泵組，鉆井液管匯等。（9）動力區(qū)：平行布置四棟主柴油發(fā)電機組房。（10）泥漿循環(huán)及水罐區(qū)：包括泥漿循環(huán)灌、泥漿凈化設(shè)備及水罐等四、實驗步驟.觀察ZJ70D鉆機及配套鉆井設(shè)備模型；.教師講解ZJ70D鉆機及配套鉆井設(shè)備模型結(jié)構(gòu)及作用；,按著模型結(jié)構(gòu)

5、學(xué)習(xí)鉆井系統(tǒng)及鉆井工藝流程。五 ZJ70D鉆機用途及特點ZJ70D鉆機是滿足油田深井勘探開發(fā)鉆井的一種SCR直流電傳動鉆機。鉆機基本參數(shù) 符合中國SY/5609標準，主要配套部件符合API規(guī)范，能滿足鉆井新工藝的要求，鉆機平安 可靠。主要技術(shù)性能到達當代同類鉆機的國際先進水平，該鉆機還可配置頂部驅(qū)動鉆井裝置。 ZJ70D鉆機技術(shù)和結(jié)構(gòu)特點.采用AC-SCR-DC 一對二全數(shù)控電傳動動力系統(tǒng)，絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵可實現(xiàn)無極調(diào) 速，獲得良好的鉆井特性。啟動平穩(wěn)、傳動效率高、負荷能自動均勻分配。.采用國內(nèi)外成熟的先進技術(shù)和結(jié)構(gòu)，并注意符合標準的要求，使鉆機的先進性、可 靠性和標準化程度進一步提高。.采

6、用組合方式模塊化設(shè)計、鉆機布置整齊、設(shè)備塊數(shù)少，搬家安裝方便，同時增強 了鉆機通用性、互換性。適應(yīng)不同用戶的選擇需求。.臺面設(shè)備和井架低位安裝，依靠絞車動力整體起升，方便安裝并節(jié)省吊裝設(shè)備。.鉆機配套齊全、完善，可適應(yīng)不同地區(qū)和環(huán)境的深井鉆井要求。.鉆井配置液壓盤式剎車、自動送鉆裝置和司鉆控制房，使鉆井更加平安可靠，操作 舒適省力送鉆均勻、準確、可提高鉆井速度。.采用獨立驅(qū)動轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，使鉆機的機動性提高，電機與轉(zhuǎn)盤驅(qū)動箱之間采用萬向軸 連接，方便了二次安裝。.采用了高效泥漿固控系統(tǒng)，固控設(shè)備和系統(tǒng)流程能滿足不同鉆井工藝技術(shù)要求，系 統(tǒng)搬家方便，灌面平整并滿足HSE的要求。.適應(yīng)國內(nèi)外鉆井市場的

7、需要，滿足新型鉆井工藝的要求。在環(huán)境溫度-20+50, 相對濕度呈90% （+20時）及其他惡劣情況下均可正常工作。六、鉆井工藝流程.井身結(jié)構(gòu)較大尺寸的鉆頭，下入較大尺寸的套管；小尺寸的鉆頭，下入更小尺寸的套管，并用油 井水泥封固。.鉆井方法及鉆井液旋轉(zhuǎn)鉆井破碎巖石清除巖屑同時進行；A.轉(zhuǎn)盤鉆井法：利用轉(zhuǎn)盤將地面動力傳遞到井底 鉆頭。B.井下動力鉆井法：利用井下動力鉆具直接驅(qū)動鉆頭。C.鉆井液：清除鉆井巖屑而循 環(huán)使用的液體（作用：攜帶和懸浮巖屑，保持井眼清潔，防止沉沙卡鉆；潤滑和冷卻鉆頭； 平衡地層壓力；防止井壁坍塌；傳遞水功率；泥漿錄井）.鉆井工具及設(shè)備A.鉆頭：刮刀，本錢低、軟地層中使用

8、效果較好；金剛石，天然，價格昂貴，多用于高 眼模型底層、PDC,人造聚晶切割片；三牙輪，牙輪轉(zhuǎn)動；B.鉆柱：方鉆桿，向鉆頭傳遞扭矩；鉆桿；鉆鋌；鉆柱：方鉆桿-接頭-鉆桿-接頭-鉆鋌- 鉆頭，有時鉆柱還要加上扶正器、震擊器、減震器，改善鉆井條件確保鉆井平安（作用：鏈 接鉆頭及井下工具；施加鉆壓；傳遞動力；循環(huán)鉆井液）C.鉆機：石油鉆井的地面配套設(shè)備，有多種機器設(shè)備組成的一套大功率重型聯(lián)合工作機 組，可以滿足完井鉆進、接單根、起下鉆、循環(huán)洗井、下套管、固井、完井及特殊作業(yè)和處 理井下事故等要求。（1）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)盤、鉆柱、水龍頭。功能：保證在鉆井液高壓循環(huán)的情況下給井下 鉆具提供足夠的旋轉(zhuǎn)扭矩和動

9、力，以滿足破巖鉆進和井下其他要求；（2）循環(huán)系統(tǒng)，井筒、水龍頭、立管、泥漿泵、泥漿罐等。工能：從井底清除巖屑， 冷卻鉆頭和潤滑鉆具；（3）起升系統(tǒng)，絞車、鋼絲繩、天車、游動滑車、大溝、井架。工能：下放、懸吊或 起升鉆柱、套管柱和其他井下設(shè)備進、出井眼，起下鉆、接單根和鉆進時的鉆壓控制；（4）動力系統(tǒng)，動力機、傳動裝置。工能：產(chǎn)生動力傳給泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤等；（5）固控設(shè)備，振動篩、除砂器、除泥器、離心機、攪拌器等。4.鉆井環(huán)節(jié)（1）鉆前作業(yè)鉆前作業(yè)的主要工作在于準備鉆井條件。鉆前作業(yè)的主要工作有:修筑簡易公路搬運井 架等鉆井設(shè)備，平整井場安裝井架，鉆井用水和器材的準備等。它包括以下內(nèi)容：測定井

10、位、落實水源、修筑道路、基礎(chǔ)施工、井架安裝、鉆機搬遷與 安裝、土方工程施工、全套水、電、訊路的鋪設(shè)和安裝防凍保溫設(shè)施以及備齊開鉆鉆具和用 料，做好開鉆井口準備（包括下導(dǎo)管和沖鼠洞）。（2）鉆表層地表地層一般比擬松軟，在鉆開后必須進行專門的加固處理才能繼續(xù)向深部鉆進。這種 加固一般采用下入大尺寸的表層套管并用水泥將套管與地層緊密膠結(jié)（稱固井）來完成。因此, 鉆地表地層（現(xiàn)場慣稱一開）時，必須使用大尺寸鉆頭，并且鉆進深度適當（太淺那么松軟地層 未加固好影響后續(xù)鉆進，太深那么增加本錢造成浪費，一般在兒十米到一二百米左右）。一開 鉆達硬地層后，即下套管固表層，待固井水泥凝固后再繼續(xù)鉆進。鉆進：起下鉆（

11、拆卸或連 接鉆柱，三根組成一個立柱，暫時存放在鉆桿盒內(nèi)，下鉆時直接從井架上拉出來節(jié)省時間）、 接單根、鉆進等作業(yè)組成。（3）進抵目的層的鉆進表層固好后，就使用較一開小一定尺寸的鉆頭向地層深部鉆進（簡稱二開）。這時一般 需要進行地質(zhì)資料的連續(xù)錄取并在需要的時候或需要的井段對有關(guān)的地質(zhì)資料進行加密錄 取，以解決地質(zhì)研究與鉆井工程的相關(guān)需要問題。在鉆達目的層之前，在遇到某些特殊情況 如易垮塌層、高產(chǎn)水層、異常高壓（或低壓）層等在鉆進中難于控制的層段時，還需要下入技 術(shù)套管固井后，再用較二開更小的鉆頭向目的層鉆進（習(xí)稱三開）。在鉆達目的層后，一 般要進行許多特別要求工程的資料錄取（如取巖心、測井等）。

12、（4）中途測試某些探井在鉆達設(shè)計目的層位以前可能發(fā)現(xiàn)良好的油氣顯不，這時可以根據(jù)需要停鉆， 利用鉆桿做地層流體從井底流向井口的導(dǎo)管，進行以證實地層含油性和產(chǎn)能為主要目的的測 試。這就是中途測試，中途測試結(jié)束后一般都要繼續(xù)鉆進。（5）完井電測在探井鉆進的過程中，假設(shè)發(fā)現(xiàn)有價值的油氣水層時，可以視具體情況隨時安排需要工程 的測井，但這種情況一般不多，假設(shè)非特別緊急或重要，一般都安排在終鉆時與其它重要層段 一起進行電測。在一口井完鉆時，一般都要進行一次系統(tǒng)全面的測井，以取得該井全井多個 工程的電測資料。這種測井，稱為完井電測，以與其它測井相區(qū)別。完井電測可取得全井各 層段系統(tǒng)的測井資料，它對井下地層的詳細劃分比照、目的層的巖性物性含油氣性認識等都 有著極重要的意義，它是鉆井中所必須錄取的重要資料。（6）固井與完井固井：在井內(nèi)下入套管柱，并在套管柱內(nèi)的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥；組成套管柱的基本部 件有套管、弓|斜、單爐閥、承托環(huán)、扶正器等；頂部裝上水泥頭內(nèi)裝有膠塞；地面管匯與水 泥頭連接構(gòu)成固井循環(huán)通路；先把水泥與水配制成均勻的水泥泥漿，再由專業(yè)水泥車泵入井 內(nèi)；注水泥時，水泥漿經(jīng)水龍頭進入套管內(nèi)部下行，直到預(yù)定的水泥漿量