海上钻井主要系统海洋钻井工程.ppt

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海海洋洋石石油油工工程程目目录录1.1.海上钻井发展状况及环境特点海上钻井发展状况及环境特点2.2.海上钻井装置海上钻井装置3.3.海上钻井主要系统海上钻井主要系统4.4.海底岩石与钻头破岩海底岩石与钻头破岩5.5.井眼轨道设计与控制井眼轨道设计与控制6.6.优选参数钻井优选参数钻井7.7.海洋钻井压力预测与控制海洋钻井压力预测与控制8.8.海上钻井工艺技术海上钻井工艺技术本章主要本章主要内内容容一、海上钻井设备的选择和组成一、海上钻井设备的选择和组成二、二、二、二、海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题三、三、三、三、海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置四、四、四、四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、五、五、五、浮动平台的定位系统浮动平台的定位系统海上油田的勘探开发过程中，不论是在勘探阶段钻勘探井，还是在开发阶段钻生产井，均要在海上石油钻井装置。

海上钻井设备是人类勘探、开发海底油气资源的基本物质保障。

没有钻井设备，就无法开发油气资源。

海上油气开发相对陆地而言，需要更多、更先进、更昂贵的钻井设备。

一、海上钻井设备的选择及组成海上钻井设备的选择一般观点是：

勘探阶段和早期开发阶段，用移动式钻井平台为宜，这样可以灵活调动，重复使用；开发生产阶段，使用固定式平台较好，可以一台多井，一台多用。

一般在选择钻井装置时，应首先考虑水深情况。

钻井装置的选择海上钻井装置选择过程海上钻井装置选择过程（一一）动力设备动力设备（二二）钻井设备钻井设备（三三）固井设备固井设备（四四）试油设备试油设备（五五）起重、锚泊设备起重、锚泊设备（六六）平台或船体结构平台或船体结构（七七）其它设备其它设备海上钻井设备的组成海上钻井设备的组成不能自航的，实际上是一个独立电站。

能自航的可以使航行用与钻井用动力设备共用或分开。

钻井用动力设备一般用柴油机带动直流或交流发电机，然后再使用直流电动机驱动。

也可采用燃气轮机发电。

航行用动力设备一般称为轮机，常用大功率的船用柴油机或燃气轮机。

（一）动力设备浮船定位用动力设备如动力定位钻井浮船的定位螺旋浆用的直流电动机等。

桩腿升降用动力设备如自升式钻井平台升降桩腿时所需用的电动机等。

辅助工作用动力设备如锚泊、照明、起重等辅助工作用的电动机及备用的柴油机发电机等。

（一）动力设备海上钻井用的绞车、转盘，泥桨泵等与陆地钻井基本相同。

除此以外，特殊需要的设备有：

l）浮动钻井用升沉补偿装置用来解决浮动平台随波浪升沉而引起钻柱做上下往复运动的补偿问题。

（二）特殊钻井设备2）水下井口系统用以连接隔水管，悬挂套管柱，有特殊情况时，进行关井。

包括井口盘、防喷器组和球接头等。

上球接头上球接头

（二）特殊钻井设备3）隔水管系统隔隔水水管管系系统统也也称称水水下下器器具具，用以隔绝海水，形成自平台至海底井口装置间的通道。

隔隔水水管管系系统统处处在在防防喷喷器器系统的上面。

系统的上面。

（二）特殊钻井设备4）钻杆排放装置海上钻井多采用卧式钻杆排放装置，因为它与立式者相比，重心低，承受风浪载荷的能力强，平台稳性较好，它主要包括有立根移送机构、钻杆排放架和控制台等。

5）泥浆配制设备主要包括有泥浆池、搅拌器、装料泵、混合泵及泥桨储罐等。

（二）特殊钻井设备

（二）特殊钻井设备6）泥浆净化装置主要有泥浆振动筛、脱气器、除砂器、除泥器等。

7）测井设备主要有测斜仪、泥浆录井装置、自动侧试仪等。

（二）特殊钻井设备为了在海上进行固井，需在平台上配备一套完整的固井设备，一般采用柴油机作为动力。

包括有柴油机动力机组、注水泥泵机组、控制及计量设备、气动下灰装置、水泥搅拌和供水设备等。

（三）固井设备为了独立地在海上进行试油，平台上需配备有成套试油设备。

包括油气水分离器、加热装置、计量罐、燃烧器、测量仪表等。

（四）试油设备主要有主甲板上的起重机以及其他辅助作用的起重机，用以运送人员、物资、器材等。

为了使半潜式钻井平台与钻井浮船定位，要配备锚泊设备，它主要包括大抓力锚，锚链锚架，链绞车、锚缆绳、绞盘和缆桩等。

（五）起重、锚泊设备主要包括有固定平台的导管架、甲板等结构；移动平台的船舱、甲板，桩腿、沉垫（浮箱）、立柱；钻井浮船的船舱、甲板等结构（六）平台或船体结构海上钻机与陆地钻机大部分设备可通用，如天车、游车、大钩、水龙头、泥浆泵、钻井仪表、气控元件、钻井工具等。

由于钻井环境条件的不同，海洋钻机系统和部件配置又有其自身的特点。

海上钻机与陆地钻机的区别陆地钻机大多采用柴油机联合机械驱动，这种传动形式的最大缺点是占地面积大,功率损失大。

海洋钻机采用电驱动，即采用柴油机带动交流发电机发电，一部分电流经可控硅整流后输出直流电，然后由直流电动机驱动钻机的各工作主机，而另一部分电流经变压器变压后，供给钻井平台所有辅机。

1、驱动形式不同海洋钻机大多采用塔式井架，井架不用绷绳固定，底面积宽。

在半潜式钻井平台和浮式钻井船上，为了安装升沉补偿装置及防止游车大钩摆动，井架上装有导轨。

为适应拖航过程中的摇摆（周期为10s，单面摇摆不超过20），要求井架结构强度高；为适应作业海域大风条件,要求井架抗风载能力高。

2、井架及底座的差异要通过大直径的隔水套管等水下器具，海洋钻机转盘的开口直径比陆上钻机的大。

海上转盘的开口直径通常有1891mm和2514.6mm两种规格。

隔水管起下工具隔水管起下工具隔水管起下工具隔水管起下工具3、转盘开口直径大一般来说自升式钻井平台采用直径为1891mm转盘，而半潜潜式钻井平台，因隔水管两旁还带有压井管汇，采用开口直径为2514.6mm转盘。

3、转盘开口直径大海洋钻井绞车采用电驱动，可实现无级调速,绞车驱动功率较大，最大功率可达2200kw，比陆上同级别钻机绞车的功率约高1倍。

4、绞车功率大海上钻机的主工作机组采用分组或单独驱动，为了操作方便,由司钻集中控制。

司钻控制台上除装有一般的控制手柄外，还装有指示,记录,报警等各种仪表。

5、机组由司钻集中控制海洋钻机的泥浆泵一般采用3缸单作用泵，单泵功率为9501180kw。

以前我国钻井平台大多选用10-P-130型3缸单作用泥浆泵，而现在大多选用两三台12-P-160型或F-160泥浆泵。

6、对泥浆泵的要求在钻井作业过程中，泥浆中固相颗粒不断增加，若不给予处理，任其混在泥浆中不断循环，不仅会使泥浆失水量增大、井壁泥饼增厚，而且会使井里压差增大，造成卡钻、井漏、起下钻阻塞，增加井筒中的钻具磨损，以及降低机械钻速等；因此，海上钻井作业已采用成套的泥浆净化设备，以便减少泥浆中的固相含量。

配有振动筛、除气器、除砂器、除泥器、离心机等泥浆净化设备。

7、采用五级泥浆净化设备钻井液的作用：

钻井液的作用：

nn携岩携岩nn冷却钻头冷却钻头nn平衡地层压力平衡地层压力nn稳定井壁稳定井壁nn水力破岩水力破岩nn提供井下动力提供井下动力钻具的动力钻具的动力nn传输井底仪器传输井底仪器信号信号8、循环系统和钻井液钻井可能发生井涌（井喷），一旦发生井喷，必须迅速启动装在井口的防喷装置把井封住。

常用的防喷器组主要由万能球型防喷器，单闸板防喷器，双闸板防喷器及钻井四通等组成。

9、高性能防喷器深海钻井作业常采用浮式钻井船或半潜式钻井平台，为了保持钻头恒定接触井底，必须设法补偿钻井船由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸缩钻杆，即把伸缩钻杆置于钻柱之中补偿钻井平台的升沉落差，而近几年来这种伸缩钻杆已逐步被更为精确的液压式升沉补偿其所代替。

天车钻柱补偿器：

装在天车壳体上，用于超深水钻井装置。

10、升沉补偿等装置本章主要本章主要内内容容一、海上钻井设备的选择和组成一、海上钻井设备的选择和组成二、二、二、二、海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题三、三、三、三、海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置四、四、四、四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、五、五、五、浮动平台的定位系统浮动平台的定位系统1）锚泊定位2）动力定位

（一）保持定位问题在海上进行浮动钻井时，钻井船除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动，导致井架及大钩悬吊着的整个钻柱周期性地上下运动。

不利于钻进必须解决钻柱上下运动的补偿问题。

隔水管张力器隔水管张力器天车钻柱补偿器天车钻柱补偿器

（二）升沉运动补偿问题海上钻井采用水下井口时，井口在海底，需要在海底井口与水上甲板间装设套隔绝海水、适应摇摆、控制井口的装置，这套装置统称为钻井用水下井口设备。

（三）装设钻井用水下井口设备问题海洋钻井设备处于海上腐蚀性强的大气中，还有一部分构件浸人海水中，由于海水对它产生强烈电化学和化学腐蚀，因此浸入海水中的构件的寿命显著降低。

（四）防止海水腐蚀问题11选择耐腐蚀的材料选择耐腐蚀的材料我国常用的耐海水腐蚀的金属材料是：

（1）高合金钢

（2）低合金钢（3）复合合金钢22设计合理的结构设计合理的结构如将外形设计成流线形，易腐蚀处适当加厚；尽量采用等强度设计；采用不同材料的铆接件及焊接件，以消除有害的阴极接触等。

目前主要防腐措施有：

33采用先进的防腐采用先进的防腐工工艺艺我国常用的防腐工艺是：

（1）外加金属镀层的保护层。

（2）外加非金属涂层作为保护层。

（3）电化学防腐。

常用阴极保护法。

目前主要防腐措施有：

海洋钻井装备与结构承受严重的波浪力，风力、海流力和冰力等海洋环境载荷的作用，因此在强度设计，设备选择，估算寿命时，均需考虑这些承载特点。

（五）抵抗海洋环境载荷问题本章主要本章主要内内容容一、海上钻井设备的选择和组成一、海上钻井设备的选择和组成二、二、二、二、海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题三、三、三、三、海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置海上钻井井口装置四、四、四、四、海洋浮动钻井船升沉补偿装置海洋浮动钻井船升沉补偿装置五、五、五、五、浮动平台的定位系统浮动平台的定位系统11、安装防喷器，控制井口，实、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和压井；现防喷、放喷和压井；22、将平台井口和海底井口连接、将平台井口和海底井口连接起来，引导钻具进入井眼，并隔绝海起来，引导钻具进入井眼，并隔绝海水，在钻柱外形成环形空间，以便在水，在钻柱外形成环形空间，以便在钻进时循环钻井液。

钻进时循环钻井液。

海上钻井井口装置的主要功用：

海上井口装置可分为两大类：

水上井口装置，多用于固定式钻井平台；水下井口装置，一般用于浮式钻井平台。

水上井口装置与水下井口装置的最大区别，是防喷器系统的位置。

海上钻井井口装置分类：

在在使使用用固固定定式式平平台台、坐坐底底式式平平台台和和桩桩脚脚式式平平台台等等所所有有底底撑撑式式平平台台钻钻井井时时，都都可可以以使使用用水水上上井井口装置。

口装置。

水水上上井井口口装装置置与与陆陆上上钻钻井井的的井井口口装装置置类类似似。

相相当当于于用用隔隔水水管管将将陆陆上上井井口口装装置置的的防防喷喷器器组组支支撑撑到到水水面面以以上上。

这这样样防防喷喷器器系系统统的的操操作作、更更换换和和维维修修，均均可可在在钻钻井井平平台台上上进进行行，这这点点与与陆陆上上几几乎乎没没有多大区别有多大区别。

1、水上井口装置1111、水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层。

、水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层。

、水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层。

、水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层。

水上井口装置与陆上井口装置的区别水上井口装置与陆上井口装置的区别隔水管也称为隔水导管，既隔水管也称为隔水导管，既起到隔绝海水的作用，也起到引起到隔绝海水的作用，也起到引导钻具入井的作用。

所以，在一导钻具入井的作用。

所以，在一口井钻进之前，先要进行导管井口井钻进之前，先要进行导管井段的施工，安置隔水导管。

陆上段的施