石油钻采机械2015.pptx

石油钻采机械2015.pptx

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石油钻采机械课程简介课程简介2石油钻采机械装备：

是石油钻井工程和采油工程的载体，离开了石油钻采机械装备，石油钻井和采油工程就成了无源之水，无本之木。

钻井机械装备采油机械装备相关课程现代钻井机械概论采油装备概论石油工程与装备流体机械及控制机械制图流体力学与流体传动3教材：

石油钻采机械概论参考书：

采油机械设计计算考试：

侧重概念性、知识性内容，涉及面广结课考试以课堂讲的内容为准以平时和结课考查（试）两部分成绩综合评价授课内容钻井机械设备采油机械设备绪论：

油气田生产基础知识油气特性组成：

C、H、O、S、N可燃、有毒、颜色、比重、粘度、溶解性、凝固点油气的生成生物遗体有机淤泥（生油层）石油油气藏由不渗透的岩层把聚集的油、气圈闭起来油气田油气田生产流程勘探钻井（固完）开采集输（计分）化工储运销售石油勘探地质法：

直接观察地表地质现象地球物理勘探法：

测量岩石物理性质重力勘探磁力勘探电法勘探地震勘探钻探法：

在已初步查明的储油构造上钻井，通过地质录井获得资料，判断是否有油气地震勘探地震勘探简介概念：

通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其他勘探项目服务的一种物探方法。

地震资料采集工作完成者：

地震队地震队组成：

测量组、放线班、钻井组、爆炸班、施工组、仪器组、后勤组等组成。

石油地震勘探的生产环节三个环节：

第一阶段是野外工作。

这个阶段的任务是在地质工作和其他物探工作初步确定的有含油气希望的地区，布置测线，人工激发地震波，并用野外地震仪把地震波传播的情况记录下来。

安全管理和监控的重点也是该阶段。

第二阶段是室内资料处理。

第三阶段是地震资料的解释。

地质录井砂样录井岩芯录井钻时录井泥浆录井地球物理测井岩石性质井径第一部分第一部分钻井机械设备钻井机械设备第一章钻井工艺技术第二章石油钻机概论第三章我国常用钻机第四章旋转系统系统第五章起升系统工作原理与设备第六章循环系统设备第一章第一章钻井工艺技术钻井工艺技术钻井工艺任务破碎岩层取出岩屑形成油流通道第一节钻井方法顿钻旋转钻井转盘钻井顶部驱动钻井井下动力钻具其它钻井方法冲蚀（射流）熔化气化（激光钻井）热胀裂法化学反应空气钻井爆炸一、顿钻钻井法一、顿钻钻井法过程破岩用顿钻钻头，上下冲击。

排屑用捞砂筒。

特点：

破岩和排屑交替进行，钻进过程不连续，效率低，速度慢，设备简单，适于浅井，农用水井。

二、二、旋转钻井法旋转钻井法15形式:

地面动力转盘钻（常规）：

钻头旋转，连续破碎岩层，用钻井液循环带出岩屑，钻井效率高。

顶部驱动（前景好）：

水龙头转盘，以立根钻井。

井下动力：

用于斜井、水平井用，钻井液经钻杆柱内腔泵入钻具中，驱动转子，带动钻头旋转，实现破岩钻进。

螺杆钻具涡轮钻具。

过程：

破岩用旋转钻头排屑用循环钻井液第二节钻井设备概述17钻机起升系统旋转系统循环系统动力系统传动系统监控系统钻机底座辅助系统钻具方钻杆钻杆钻杆接头钻铤钻头钻具钻具方钻杆19特点：

上端反扣接水龙头、下接钻杆承受全部入井钻柱重量，优质合金钢制成，壁厚大，1314.5m（方钻杆比钻杆长）作用：

传递扭矩种类：

四方、六方规格：

方形部分边宽尺寸：

76.2、88.9、108、133.4、140、152.4钻杆特点：

高级合金钢材料无缝钢管制成，812m作用：

传递扭矩、输送泥浆、连接加长钻柱种类：

内加厚、外加厚、内外加厚规格：

本体外径，73、88.9、101.6、114.3、125、139.7钻铤高合金钢制成，大壁厚（3853），大直径、刚性大，不易弯曲作用：

施加钻压，防止井斜和钻具弯曲规格：

外径，146.05、158.75、177.8、203.2钻杆接头作用：

用于连接和保护钻杆分类：

连接方式：

细扣、对焊内径：

内平式：

内径=加厚=管身贯眼式：

内径=加厚管身正规式：

内径加厚管身钻头特点：

钻铤之下作用：

破碎岩石、钻穿岩层种类：

刮刀钻头：

牙轮钻头金刚石钻头刮刀钻头24种类：

刃数：

双刃、三刃、四刃（翼）镶嵌普通钻头：

切削镶齿钻头：

硬质合金或金刚石，适合软、中、硬地层，切削+研磨牙轮钻头种类牙轮个数：

单牙轮、双牙轮、三牙轮、多牙轮齿材质：

洗齿（钢齿）、镶齿破岩方式：

冲击、压挤、剪切联合作用特点：

适合软、硬底层金刚石钻头采用烧结工艺将金刚石和钻头连接在一起，再进行热处理，形成的耐磨钻头。

种类天然金刚石钻头（ND）：

成本高，靠磨削和铣削钻进又称磨铣型钻头，适合特别坚硬的地层人造聚晶金刚石钻头（PDC）：

低钻压、高转速、高钻速、高进尺、耐温差750，软和中软地层热稳定聚晶金刚石钻头（TSP）:

1200，硬、中硬研磨地层天然金刚石ND人造聚晶金刚石钻头PDC热稳定聚晶金刚石钻头TSD特殊用途钻头取心钻头矛形钻头菱形钻头梯形钻头偏心钻头扩眼钻头第三节第三节井身结构井身结构概念：

下不同层次的套管固结井壁就构成了井身结构。

一、井身结构组成一、井身结构组成301.导管：

防止表土坍塌，引入钻头。

一口井中最大尺寸的套管（深2040m）。

2.表层套管：

加固上部疏松岩层的井壁；封隔浅层水；安装防喷器、套管头、采油树（30-100m）。

3.技术套管（中间套管）：

封隔上部油、水、气层；漏失层；坍塌层。

根据地质情况，下n层技术套管。

4.油层套管（生产套管）：

最后一层套管，形成井筒，使油气入内。

内放油管或采油设备。

只有油层套管是满井身长度。

二、套管概述31套管是加固井壁形成井筒所用的钢管。

1、套管材料：

高强度合金钢【含C，Mn，Mo，Cr，Ni，Cu，P，S，Si。

】2、钢级：

API标准套管（API5CT美国石油学会标准）按强度高低分为10级：

H40，J55，K55，M65，C75，N80，L80，C90，C95，T95，P105，P110，C125，Q125等。

其中最常用的为红字表示的4级。

（HJKN，CLMT，P，Q）字母：

含不同化学成份的分类代号数字：

管材的最小屈服极限，kpsi（千磅/英寸2）。

1psi（磅/英寸2）=6.89kPa=0.00689MPa3、制造方法：

热轧：

无缝钢管套管，上海宝钢焊接：

钢板卷筒直焊缝，宝鸡钢管厂4、套管尺寸规格：

均用外径表示：

41/2、5、51/2、65/8、7、75/8、73/4、85/8、95/8、103/4、113/4、133/8、16、185/8、20。

5.5.套管螺纹连接套管螺纹连接32圆螺纹连接（三角形扣）承载面：

齿侧角30斜面，产生较大径向分力。

连接强度：

只有管体强度的6075%。

密封方式：

齿间干涉及丝扣油的堵塞实现密封，密封性差。

梯形螺纹连接承载面：

3斜面，导向面：

10斜面，增强了齿形，减少了径向力。

连接强度：

达到管体强度的85%。

密封方式：

靠齿间干涉和丝扣油堵塞实现密封，密封性差。

套管接头螺纹受力分布规律近似于开口向上的抛物线，接头螺纹两端扣牙受力大，中间部位大多数扣牙受力很小。

三、套管在井下的承载情况三、套管在井下的承载情况33套管在下井、固井、完井（射孔）过程中，承受复杂载荷。

外挤压力内压力拉力载荷击震载荷热应力腐蚀应力1.外挤压力来源地层对套管施加的静水压力（均匀外压）。

管外泥浆和水泥浆液柱压力；地层中的油、气、水压力；地层侧压力（不均匀侧压）。

设计套管外挤压力时，认为管内掏空，管外按泥浆柱计算外挤压力。

对于高塑性地层（如膨胀性页岩）和岩盐层，外挤压力以上部岩层压力为计算依据。

2.内压力35内压力的产生正常钻井，泥浆压力井喷和压裂时，受内压。

注水和注热蒸汽时，受内压（从套管内注入）。

内压力的计算井口开时，等于管内液柱或气柱压力;井口关时，等于井口压力与管内液柱或气柱压力之和。

3.拉力载荷主要由套管自重引起。

影响因素泥浆浮力注水泥流动阻力；下套遇卡阻力；下套遇卡提力；下套刹车动载等。

4.击震载荷：

完井时，射孔固井后射孔使油流入井筒5.热应力、腐蚀应力井筒温度分布不均硫化氢氢脆电化学腐蚀环氧霉菌腐蚀四、套管设计39设计内容决定下套管层数。

（根据地质情况）确定套管尺寸确定完井最小井眼，各层套管尺寸；选不同钢级、不同壁厚的套管组成管柱。

3.设计原则按三准则计算：

抗拉安全系数：

n安=1.622.0抗挤安全系数：

n安=1.01.25抗内压安全系数：

n安=1.01.33套管柱载荷特点：

顶部受拉力最大，下部受内、外压最大，应合理设计管柱。

4.设计方法等安全系数法普遍用等安全系数法设计套管柱安全系数：

具有的强度能力/实际承担载荷等安全系数：

当管柱由数段不同强度（或纲级）套管组成时，要求各段的安全系数相同。

（1）抗外挤强度计算42原则：

低抗挤能力的管放在管柱上段各段底端安全系数近似相等理论上，分段越多从抗挤强度的合理利用来说越合理。

举例假设：

3种管材，抗挤强度c1c2地层压力时，使泥浆进入地层。

应加堵漏物封堵。

井塌：

井壁坍塌，应加重泥浆。

井喷：

地层压力泥浆柱压力，井口都装防喷器。

要求打井必须安防喷器。

卡钻：

转不动、起下钻遇阻，由沉砂、落石造成。

处理井下复杂情况和井下事故72井下复杂情况和事故包括：

井涌、砂桥、泥包、缩径、地层蠕变、钻具或套管断落、井下落物、井漏、井塌、卡钻、井喷产生原因外因：

地层复杂性（压力、温度、流体性质）内因：

技术及对策、设备、人的认识防范措施：

思想重视；正确的预测；安全操作卡钻解除井下卡钻事故a）活动（大力上提）解卡时，应先详细检查设备离合器、刹车、井架、天车、游动滑车、钢丝绳等，绷绳加固，指重表灵敏，各点有专人观察，防止发生重大事故。

b）憋压反循环解卡时，压力应由小到大逐渐增加，不可一下憋到最大，可多放空几次，同时上下活动管柱进行解卡。

c）冲管解卡时，要选择合适冲管，下带笔尖，注意停泵时间不宜过长，防止沉砂卡钻。

d）千斤顶解卡时，一定要垫好方木并加固牢靠，防止千斤顶滑出伤人。

e）倒扣套铣解卡时，尽可能大排量循环套铣。

倒扣时，提准中和点负荷，挂转盘，先慢转，待灵敏表有下降显示，加快转速（一般为1520转分）一次倒开。

再慢提，悬重接近中和点负荷可起钻，起钻前再回探鱼顶，上提钻具，证实是否倒开。

f）处理落物卡钻，切忌大力上提，防止卡死造成事故复杂化。

可轻提慢转，使井下管柱解卡；若无效，必须用壁钩扶正鱼顶，再打捞。

捞矛可退式接箍捞矛可退式捞筒第五节第五节其他钻井技术其他钻井技术一、平衡压力钻井一、平衡压力钻井1.平衡压力钻井含义钻井用泥浆密度m正好等于平衡地层压力所需泥浆密度p，称为平衡压力钻井。

平衡钻井：

保持井内钻井液动压力与地层孔隙压力相等，即式中，pfp地层孔隙压力（地层压力）；pf钻井液柱静压力；pa钻井液循环时的环空压降。

2.平衡压力钻井目的降低岩石强度、岩屑的压持效应，提高钻速；可有效地保护地层，防止地层污染、井漏。

3.实现平衡钻井的关键是选择合理的钻井液密度，使钻井液动压力同地层孔隙压力始终保持平衡。

4.平衡钻井技术保证安井控设备，防止井涌、井喷；配先进固控设备，适时调、控钻井液性能。

二、欠平衡钻井欠平衡钻井79钻井用泥浆密度m=3（安全系数）（安全系数）nPb为破断拉力为破断拉力由由Pb选选dw。

第三周第三周（9.24）周周26.井架高取决于立根高度。

取决于立根高度。

新标准规定井架高能提升新标准规定井架高能提升28m立根井架。

立根井架。

4153m安全高度，安全高度，n大庆大庆130,H架架41m；nZJ45,H架架43m。

7.钻台高度取决于安装井口装置的高度。

安装套管头、取决于安装井口装置的高度。

安装套管头、防喷器、泥浆返出管。

防喷器、泥浆返出管。

例，例，ZJ45，有，有4.5m，6m，7.5m。

美国电驱钻机钻台高美国电驱钻机钻台高9.6m，安装双闸板、万能防，安装双闸板、万能防喷器。

喷器。

四、旋转系统参数四、旋转系统参数转盘名义直径转盘名义直径Drn为转盘主参数：

取出大方瓦后，转盘内通径，为转盘主参数：

取出大方瓦后，转盘内通径，最大号钻头能通过。

已达最大号钻头能通过。

已达601/2”其他参数其他参数n最高转速：

最高转速：

300r/min。

n最大转矩：

最大转矩：

87kNm。

n最大静负荷；转盘能承受的最大重量，与最大最大静负荷；转盘能承受的最大重量，与最大钩载匹配钩载匹配134五、循环系统参数钻井泵功率钻井泵功率NpNp：

输入轴功