俄羅斯井下電動鉆具1說課講解

香港合創(chuàng)國際有限公司電動鉆井技術(shù)2一、電動鉆具的發(fā)展概述二、電動鉆具的結(jié)構(gòu)和工作原理三、電動鉆具的應(yīng)用四、電動鉆具的主要優(yōu)點五、電動鉆井技術(shù)在中國的應(yīng)用前景目錄41899年俄羅斯工程師杰多夫提出了用電動鉆具進行沖擊鉆井的觀點。在1940年人們利用電動鉆具在阿塞拜疆鉆成了第一口深1500m的井。蘇聯(lián)是世界上使用電動鉆具最早和最好的國家；巴什基爾石油工業(yè)聯(lián)合公司從1950年開始使用電鉆；全蘇聯(lián)鉆井技術(shù)科研所從1953年開始研制電動鉆具；

1963年蘇聯(lián)成立了電動鉆具設(shè)計及工藝局；1.2俄羅斯電鉆技術(shù)的發(fā)展歷史5

1937年，電動鉆具遙測系統(tǒng)（隨鉆檢測系統(tǒng)）進行了試驗并開始應(yīng)用。

蘇聯(lián)在巴什基爾、古比雪夫、阿塞拜疆、土庫曼、烏克蘭等石油聯(lián)合公司推廣使用電動鉆具，由于電動鉆具打定向井中靶率高，以叢式井為主的秋明油氣總局也使用電動鉆具。

1973年前后電動鉆具的年進尺為25～

27萬米。1963～1978年電動鉆具的總進尺約450萬米，1.2俄羅斯電鉆技術(shù)的發(fā)展歷史6

1997年六月俄羅斯石油工業(yè)鑒定委員會召開的會議上指出：電鉆鉆井1200多萬米的業(yè)績證明它是一種非常有效的鉆井方法。變頻電鉆鉆井是其最有前景的發(fā)展方向，鉆井事業(yè)的發(fā)展有待電動鉆井技術(shù)潛能的進一步挖掘。1.2俄羅斯電鉆技術(shù)的發(fā)展歷史7

1.3美國的電動鉆井技術(shù)美國于20世紀70年開始啟動電動鉆具工程，其技術(shù)路線是把電動鉆進技術(shù)與連續(xù)油管技術(shù)相結(jié)合。

試驗結(jié)果表明，在一些地層中采用電動鉆具與金剛石鉆頭配合時的機械鉆速是傳統(tǒng)三牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆井的10倍多。81、井下鉆進動力由電力驅(qū)動系統(tǒng)提供；2、較高的溫度適應(yīng)能力；3、閉環(huán)鉆井、實時反饋、操作靈活的電動馬達，以及較高的鉆井效率；4、具備井下和地面間數(shù)據(jù)通訊的高速傳輸通道；5、相比于井下渦輪、螺桿鉆具等，降低了振動（減小了對陀螺儀定位的影響，使其它設(shè)備更可靠，例如核磁共振磁鐵）；6、特制的整體電纜，可靠性高。電動鉆具連續(xù)油管鉆井的優(yōu)點:92.1電動鉆具鉆井示意圖1.鉆頭;2.電鉆總成；3.鉆柱；4.供電電纜；5.鉆桿接頭；6.電鉆外電纜；7.轉(zhuǎn)盤；8.電鉆操控臺；9.絞車；10.自動送鉆；11.水龍頭；12.電流接收器；13.帶電纜的方鉆桿；14.水龍帶；15.泥漿高壓管線。二、電動鉆具的結(jié)構(gòu)和原理102.2電動鉆具設(shè)備構(gòu)成

1、電力變壓器

2、電流接收器

3、電動鉆具控制和保

護配電裝置。

4、地面遙測單元

5、電纜

6、鉆桿

7、供電絕緣控制系統(tǒng)

8、井下地球物理和鉆井

控制信息遙測系統(tǒng)

9、潛水電機

10、減速器

11、彎接頭

12、支承節(jié)

13、鉆頭11

主要由潛水電機、支承節(jié)和防止井下流體滲入電機的防護系統(tǒng)三大部分組成。2.3井下電動鉆具結(jié)構(gòu)12電鉆總成示意圖：

1、電纜引入端,

2、補償裝置,

3、上密封;,

4、繞組;

5、定子,

6、轉(zhuǎn)子,

7、下密封;

2.3井下電動鉆具結(jié)構(gòu)138、連接接頭；9、止推球軸承節(jié)；10、補償器；11、軸;12、主軸密封；13、接頭；14、鉆頭；

15、閥；

16、塞子；

17、觀察窗。2.3電動鉆具結(jié)構(gòu)14

電動機是一種潛水式異步電動機。為了防止井下流體通過密封填料滲入發(fā)動機，在發(fā)動機的內(nèi)腔注入了了變壓器油，補償器能保持腔內(nèi)油壓比流經(jīng)電鉆的流體壓力高0.2～0.3MPa。2.3電動鉆具結(jié)構(gòu)15

支承節(jié)位于發(fā)動機和鉆頭之間，通過圓錐形螺紋與電動機連接。功用是通過止推軸承把鉆壓的反作用力傳到電鉆的外殼上，使電機轉(zhuǎn)子不承受軸向載荷。同時將電機的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給鉆頭。支撐節(jié)有獨立的充油補償器。16

為了提高電動機的旋轉(zhuǎn)扭矩，降低鉆頭轉(zhuǎn)速，在電動機和主軸之間常安裝行星減速器，它使鉆頭轉(zhuǎn)速可以在70～700轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)調(diào)整，與無減速器的電動鉆具相比，減速器可使電動鉆具的單只鉆頭進尺和機械鉆速提高15～20%，電動鉆具的維修周期延長了30%。2.4減速器17РВП型電鉆減速器

РВП型井下充油減速器用于鉆垂直井、定向井、水平井。

工作環(huán)境：洗井液液壓可達125.0MPa，泥漿密度最高可達2.3g/cm3，也適用于空氣和混氣液鉆井。從鉆井的實際條件和用戶的要求出發(fā)，減速器的直徑和傳動比可以進行調(diào)整。2.4減速器18參數(shù)參數(shù)值變速器直徑D(мм)127164190215240290傳動比31033,512額定扭矩т,(N?M)900330054007500885011570過載系數(shù)1,81,211,31,481,21,131,3最大軸向載荷(KN)100250300350400450連接扣МК117МК150МК168РК200РКТ218МК265長度L(мм)151017871891209021052059206414811727質(zhì)量(кg)140210310330425460720432494192.4減速器20

電動鉆具可適用于垂直井，定向井和水平分支井等油氣井的鉆探。洗井液循環(huán)到井口處的最高溫度值為80度。

平均無故障工作時間150小時。參數(shù)電動鉆具直徑（mm）164190215240290鉆頭直徑（mm）187.3190.5212.7215.9244.5269.9295.3349.2393.7鉆探深度（米）60006000500050003500最大軸負荷（千牛）250300350400450功率（KW）5565125175210180電壓（V）11001300155017001750轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）675675680690455電機額定/最大扭矩（千牛·米）0.90/1.891.70/3.572.40/5.002.80/7.003.78/7.90長度（mm）117461288213794136891276621參數(shù)電動鉆具直徑（mm）127164鉆頭直徑（mm）146187.3190.5鉆探深度（米）70006000最大軸負荷（千牛）100250發(fā)動機功率（KW）3555電壓（V）750850電動機轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）12971350使用減速器時的鉆頭轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）i=3430——i=9145——i=10——138使用減速器時的額定/最大扭矩（KN·m）i=30.77/1.68——i=91.35/3.00——i=10——2.6/5.2長度（mm）10100969422

電鉆的電能由高壓電網(wǎng)通過高壓分配器和大型變壓器提供。

電流通過由電流接收器和二芯柔性橡膠電纜組成的導電系統(tǒng)從地面?zhèn)鬏數(shù)骄纂妱訖C。

供電電纜在提供井下電鉆需要的電壓的同時可加載通信數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地面控制和井下采集的數(shù)據(jù)的高速傳輸。

2.5井下電動鉆具供電和信號傳輸23

電流接收器

ТЭБ型電流接收器通過滑環(huán)把電能導入靜止或運動鉆柱中的二芯電纜傳輸?shù)诫娿@上，其中第三相電通過接地傳輸。2.5井下電動鉆具供電和信號傳輸24圖4環(huán)狀電流接收器

1.接頭；2.電纜組件；3.接觸環(huán)；4.接觸刷；5.帶窗外殼；6.電纜組的電芯；7.密封環(huán)；8.滾珠軸承；9.蓋子；10.絕緣夾板電流接收器25參數(shù)參數(shù)值接觸環(huán)之間的電壓

（V）2500電流（A）200最大的洗井液壓力(Мpа)30軸的旋轉(zhuǎn)頻率

(轉(zhuǎn)/分)200電流接收器支撐的鉆具的質(zhì)量

(t)300電流接收器輸入接頭數(shù)

ТЭБ-2В52

ТЭБ-3В53周長S(мм)587高度Н(мм)602長度L(мм)1440質(zhì)量ТЭБ-2В5(kg)558質(zhì)量ТЭБ-3В5(kg)561連接螺扣(國標5286)3-171左旋ТЭБ型電流接收器的技術(shù)指標?供電及信息傳輸通道空出鉆桿內(nèi)部空間的單線導線在鉆桿中心的雙線導線電纜27КСТ1-ТГ型電纜部件作為導電的組成部分用于將電能由地面?zhèn)鬏數(shù)诫娿@上,電壓達3000v電流可在三秒鐘內(nèi)由165А增到400А，并且適用液壓可達115MPa，適用溫度范圍-30℃-150℃。電纜部件型號質(zhì)量(kg)長度L(mm)КСТ1-ТГ2912260КСТ1-ТГ-012912310КСТ1-ТГ-022912420КСТ1-ТГ-032312260КСТ1-ТГ-042312310КСТ1-ТГ-052312420

КСТ1-ТГ型電纜部件外形尺寸

導電電纜部件28

電動鉆井時電鉆位于井底，鉆桿柱不轉(zhuǎn)動。

鉆柱內(nèi)雙接觸導電裝置結(jié)構(gòu)圖1.鉆柱：2.鎖定接頭；3.卡塊；4.電纜組支架；5.雙芯公插頭;6.雙芯母插孔；7.鎖定內(nèi)接頭；8.雙芯電纜

雙接觸導電裝置29

電鉆的電力供給用КТШЭ-3*50牌銅芯軟電纜。電纜被截成與鉆桿單根相應(yīng)的長度，帶接頭的短電纜用螺扣固定在鉆桿單根內(nèi)。

303132

當用雙相供電時，鉆柱被作為第三根導線。由此減少了接頭觸點數(shù)量，提高了可靠性。同時減小了電纜直徑，使鉆井液的流動阻力也隨之減小。33GEOPHYSICALDEVICESFORDRILLINGTOOLORIENTATIONELECTRICDRILL(TELEMETERING

SYSTEMS)個人計算機下井儀接收發(fā)射器連接過濾器電鉆防護裝置2.6井下遙測系統(tǒng)34

ГУОБИЭ型隨鉆遙測系統(tǒng)的直徑有127、164、185、215mm,它們用于定向井和水平井的電鉆鉆井。該裝置目前可以測量井斜、方位、工具面角、溫度、壓力、伽馬、電阻率等參數(shù)。2.6井下遙測系統(tǒng)35參數(shù)測量范圍偏差垂向偏移角(度)0-1800.1造斜儀定位角（度）0-3600.5磁方位角（度）0-3600.5造斜器方位角（度）0-3600.5

ГУОБИЭ型隨鉆遙測系統(tǒng)的技術(shù)指標

36МИП型造斜機構(gòu)作為電鉆的配套構(gòu)件，該工具用于鉆斜井、定向井、水平分支井鉆井。造斜機構(gòu)被安裝在主軸和減速器之間。圖8МИП型單端彎曲機構(gòu)2.7電鉆的造斜機構(gòu)

37機構(gòu)類型外徑（мм）長度L（мм）螺扣類型,А彎曲角（度）質(zhì)量（kg）МИП127-1В5127553МК117143МИП127-1.5В5127553МК1171,543МИП127-2В5127553МК117243МИП164-1В5165915МК150184МИП164-1,5В5165915МК1501,584МИП190-0,75В5190855МК1680,75103МИП190-1В5190855МК1681103МИП190-1,5В5190855МК1681,5103МИП190-2В5190855МК1682103МИП195-1В5195770МК1681105МИП215-1В5220930РК2001153МИП215-1,5В5220930РК2001,5153МИП215-2В5220930РК2002153МИП240-1В5240920РКТ2181160МИП240-1,5В5240920РКТ2181,5160МИП240-2В5240920РКТ2182160МИП290-1,5В5298872МК2651,52802.7電鉆的造斜機構(gòu)

38機構(gòu)類型D（мм）螺扣類型,А彎曲角（度）質(zhì)量（kg）МИП127-1-1В5127МК1171150МИП127-1-1,5В5127МК1171,5150МИП127-1-2В5127МК1172150МИП164-1-1В5165МК1501262МИП164-1-1,5В5165МК1501,5262МИП164-1-2В5165МК1502262МИП190-1-1В5190МК1681292МИП190-1-1,5В5190МК1681,5292МИП215-1-1В5220РК2001350МИП215-1-1,5В5220РК2001,5350МИП215-1-2В5220РК2002350МИП240-1-1В5240РКТ2181460МИП240-1-1,5В5240РКТ2181,5460МИП240-1-2В5240РКТ2182460圖9雙彎曲機構(gòu)

МИП型雙彎曲機構(gòu)技術(shù)39МИШП型電鉆球形彎曲機構(gòu)。安裝在鉆頭上方的支承節(jié)上。機構(gòu)類型外徑（мм）彎曲角（度）МИШП1951951;1,5МИШП2202201;1,5МИШП型電鉆球形彎曲機構(gòu)МИШП型電鉆球形彎曲機構(gòu)技術(shù)指標2.7電鉆的造斜機構(gòu)

40

РУЗЭБ-392-У2型分配裝置用于額定電壓不低于800伏、交流電頻率50赫茲電鉆的保護和控制。工作環(huán)境溫度-40℃-40℃。2.8配電和保護裝置41參數(shù)名稱參數(shù)值最強連接處的額定電流(А)160最強連接處的額定電壓(v)2500控制連接處的額定電壓(v)187-242控制連接處的額定電流(А)6電能損失(w)1500被控制電動機的功率(кw)210РУЗЭБ-392-У2型配電和保護裝置技術(shù)指標

42РУЗЭБ-392-У2型分配裝置的功能：1、可控制電鉆的開、關(guān)；2、在事故切斷電鉆電源時禁止再次接通；3、在導電和電鉆系統(tǒng)的絕緣和連接破壞時禁止電鉆的下入；4、分配裝置斷電時鉆井變壓器也能斷電；5、電鉆在控制開關(guān)的管理下工作；6、電流短路時對導電-電鉆系統(tǒng)的迅速進行保護；7、在電流變化時保護電動機；8、鉆頭遇卡時保護電動機；9、短路、導電-電鉆系統(tǒng)接頭脫落、電鉆的變載和遇卡等事故時保護電機；

2.8配電和保護裝置4310、起下鉆時對導電-電鉆系統(tǒng)的絕緣性能進行監(jiān)測；11、利用電壓表、電流表、電能表對供電接頭電壓、電鉆電動機的每一相電流和鉆井功率進行可視監(jiān)測；12、擁有電鉆開動前設(shè)備的準備階段的信號系統(tǒng)；13、鉆頭短時間遇卡和電鉆變載時有預警信號系統(tǒng)；14、當導電系統(tǒng)短路、鉆頭遇卡、電鉆變載斷電時事故信號系統(tǒng)進行報警；15、擁有導電-電鉆系統(tǒng)接頭破壞信號系統(tǒng)、電鉆供給接頭脫落信號系統(tǒng)、導電-電鉆系統(tǒng)的絕緣破壞信號系統(tǒng)。2.8配電和保護裝置44鉆井深4000米，完井井徑195mm的電鉆配套設(shè)備：高壓配電柜–1個.三相電壓變壓器630/6–1個.燃料動力平衡機

（ТЭБ-2В5）電氣設(shè)備–2臺.電鉆控制保護分配器（РУЗЭБ-392-У2型）

–1個.輔助設(shè)備2.9成套電動鉆具組成45其它下井儀:鉆桿（

ЭБНШ-Н140,Н127）

–134,9т.電纜節(jié)КСТ-1–400個.(備用

–100個)電動鉆具ЭП240-8-В5,ЭП164-8-В5–

每種電動鉆具2個減速器РВП240,РВП164–

2個.機械造斜器240,164–4個(每種2個角度).遙測裝置ГУОБИЭ-215У3,ГУОБИЭ-164У3–2個.引入線絕緣控制系統(tǒng)СКИТ-240В3,СКИТ-164В3–

2個2.9成套電動鉆具組成461、電鉆由電力驅(qū)動，因此它的旋轉(zhuǎn)頻率、扭矩和其

它參數(shù)與鉆井液的注入量、粘度和物理性能無

關(guān)，并且與井的深度無關(guān)。鉆深井時可用重稠泥漿;可用于充氣泥漿；可用于空氣鉆井：揭開產(chǎn)油層并蓋上表面活性物。2.10電鉆的特點472、電鉆鉆井時洗井液排量和壓力比渦輪鉆井時小，因為它只取決于井的地質(zhì)要求和井底清洗條件。

省電，只用1臺泥漿泵；節(jié)省鉆井液；降低設(shè)備損耗；減小對井壁的沖刷和對油藏的浸入。2.10電鉆的特點483、洗井液的流動方向不影響電鉆性能，故可用反循環(huán)。4、電纜的存在，形成的電場和電磁場對鉆井液的作用可調(diào)節(jié)巖屑的機械性能和泥漿的濾失性、鉆井巖粉結(jié)構(gòu)性能和特種鉆井液的技術(shù)參數(shù)。電鉆井過程中還能完成穩(wěn)定井壁、卡鉆和復雜情況預警、產(chǎn)層保護等補充職能。5、電鉆具是一個充滿油的閉封機械，其工作部件不會受到清洗液中磨損顆粒的影響，壽命長。2.10電鉆的特點49

ЭП190-8-В5型電鉆電機的工作特性6、電動鉆具的機械性能由電機性能決定：轉(zhuǎn)速恒定，且有較大的過載能力。電鉆鉆井過程中的最優(yōu)化工況不受巖石阻力改變的影響。

2.10電鉆的特點50517、電鉆具是一種電動機械，能有效地使鉆井過程自動化。鉆井時鉆頭功率消耗的變化馬上就會反映在電流大小的變化上；用電流表可監(jiān)測鉆頭的負荷，判斷和確定鉆頭磨損程度和預防事故。8、電鉆發(fā)動機性能不依賴于它的空間位置和操作深度，它可以將大功率傳輸?shù)讲贿m合用井底液力機械的大深度井和高斜度井，這就使電鉆具在鉆水平井、分支水平井和深井時特別有效。2.10電鉆的特點529、動力電纜可作為遙測系統(tǒng)、其它儀器和系統(tǒng)的通訊通道。在地面可以對鉆井過程進行控制。實現(xiàn)鉆井過程中的信息管理職能。2.10電鉆的特點53

從二十世紀50年代就開始研制用電鉆鉆定向井技術(shù)，目前的整套鉆定向井技術(shù)和遙測系統(tǒng)，能有效地鉆定向井，深度達5000米，水平位移800～1000米。541965年，在哈爾科夫機電廠就開始對電鉆進行工業(yè)開發(fā)。自1972年后生產(chǎn)就轉(zhuǎn)移到“波堅齊阿爾”??工廠，該廠目前是世界上唯一生產(chǎn)這種設(shè)備的制造商。電鉆使用最多的地方是巴什基基爾，是70～80年代的主要鉆井方法。此外在土庫曼斯坦、阿塞拜疆和烏克蘭西部的使用效果最好。在過去的歲月，電鉆鉆井的總進尺在1200萬米左右。55電鉆鉆井數(shù)（千米）鉆井地區(qū)年代199719981999200020012002200320042005烏克蘭5.85.36.09.77.19.211.111.011.0巴什基里亞（俄羅斯）57.638.240.229.045.840.540.240.045.1土庫曼斯坦56.050.055.361.062.364.064.562.854.056

目前在鉆井液的循環(huán)下電鉆的有效工作井深7000m，鉆井液壓力可達125MPa。通過對電鉆同渦輪鉆和轉(zhuǎn)盤鉆進行技術(shù)經(jīng)濟研究和分析指出：在類似的地質(zhì)條件下，電鉆的每米進尺成本降低10-15%，鉆頭進尺和機械鉆速平均提高16-18%。

電鉆鉆一口井費用要比渦輪鉆井要低33～50%5758電鉆的不足之處：電鉆的結(jié)構(gòu)復雜，操作需專業(yè)培訓。59三、電動鉆具的應(yīng)用

電動鉆具比其它井下動力鉆具更適合在復雜巖石地質(zhì)條件下使用重泥漿的深井中，土庫曼用電動鉆具打了許多深井。共青團27井（4803m）鉆機月速度比轉(zhuǎn)盤鉆高80%，葉弗列莫夫油田用電動鉆具打成了5203m的深井，比用轉(zhuǎn)盤鉆、渦輪鉆節(jié)省1.5-2.5個月的時間，降低了成本。60

巴什基爾石油聯(lián)合公司廣泛使用電動鉆具打定向井，由于電動鉆具能隨鉆監(jiān)測井眼軌跡能使用重泥漿、鉆遇漏層可以使用堵漏劑，鉆機月速度高于渦輪鉆。

電動鉆具可以應(yīng)用于空氣鉆井和泡沫鉆井，在堅硬地層和漏層提高了復雜地質(zhì)條件下的鉆井指標，納德瓦爾鉆井管理局鉆的許多的定向井和直井在0-2000m井段采用電動鉆具空氣鉆井，單只鉆頭進尺提高5-9倍，機械鉆速提高2-4倍。

阿塞拜疆石油聯(lián)合公司在一個叢式井組中用泡沫、電動鉆具，鉆機月速度比渦輪鉆提高67%。烏克爾納夫塔公司電動鉆井斜井直井分支水平井井斜<45度井在“烏克爾納夫塔”公司礦區(qū)大部分斜度定向井鉆至2500-3000M，電鉆打井最深為-4562м，最大水平位移（井239谷）為1140米，電鉆總進尺約70萬米。用電鉆打了13口分支水平井，分支數(shù)為2～5支。62

電動鉆具與金剛石鉆頭配合，其維修周期達150小時。電動鉆具與ABT-2型自動送鉆裝置配合，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆進自動化。

最能發(fā)揮電動鉆具特長的是用來打水平井和在復雜的地質(zhì)條件下難扭方位的定向井。因為電動鉆具使用特制的帶電纜的鉆桿，利用它進行井底信息有線傳輸，實現(xiàn)隨鉆測量，這一點是水平井和難扭方位的定向井的技術(shù)關(guān)鍵。63

博里斯拉夫鉆井管理局用帶遙測系統(tǒng)的電動鉆具救活了8口用渦輪鉆具、螺桿鉆具已經(jīng)沒有希望達成的定向井，這8口井的總成本為350萬盧布。

西西伯利亞第一口水平井—薩雷姆油田578號井也使用配有遙測系統(tǒng)的電鉆鉆具打成的。電動鉆具的尺寸為127、190、240mm三種，該井的井深3300m，水平位移850m，最大井斜角89°，在35m厚的產(chǎn)層中鉆進370m。

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