钻井平台设备的一些资料.docx
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钻井平台设备的一些资料
钻井设备-Derrick
2009-07-1411:
52
从今天开始，我想从自己对钻井设备的认知，参考一些相关的书籍，介绍一下钻井设备。
这部分内容对于绝大多数初学的朋友来讲，都是相对比较陌生的。
就是我们常说的钻井包Drillingpackage。
国内新造的钻井平台中，我个人估计有80%以上都是国外公司给的设计，这其中有我们熟悉的两大巨头，NOV和AKER。
钻井设备这一块，在整个海洋平台的费用上占几乎一半的价格，利润非常可观。
我想通过我的介绍，能给朋友们一点有益的启示。
至于深入的研究，设计，我们国家还有一段的路要走，我希望自己的民族企业能够争一口气，我们会在这一领域越来越强。
在这个专题的最后，我想再讲一下钻井设备如何布置，怎么才比较合理。
钻井设备，它含括了井架、钻具、提升装置、旋转装置、钻杆&套管&隔水管操纵装置、泥浆处理装置、控制监测装置、油井测试装置、固井完井装置、井口装置、补偿装置、安全装置、……等。
我们可以一个一个地介绍，但是首先说明一点，这些认知均源于本人对设备的理解，不能保证全部正确。
如果有不足的地方，希望能得到批评指正。
首先，井架结构Derrick，井架承担了钻井过程中所有钻杆的提升重量，同时它又给钻井提升装置，Crownblock，Travelingblock；旋转装置Topdriver，以及立管装置standfingerboard，bellyboard，提供了安装位置。
所以derrick的强度和疲劳计算非常重要，软件SACS是个不错的工具，有兴趣的朋友不妨试试。
Derrick，经过这个多年的发展，出现了很多类型。
如下图所示的dualramrig，来自于MH,它有如下特点：
重心和重量比较低，效率和安全程度相对高，
也有传统的单井架，双井架结构
双井架结构相对于单井架结构来讲，它具有两套配置，可以提高钻井的效率。
井架的尺寸，由于海洋和陆地的钻井情况不同，井架的尺寸也不一样。
平台上的井架高度不会超过200英尺，多在150英尺左右，高度取决于Travelingblock和hook所占的安装位置以及一个stand所需要的高度。
注：
stand又叫thribble，就是三根相互连接的钻杆，大约长90尺。
较大的derrick的基部尺寸大约在50’X40’，取决于平台钻台设计尺寸。
钻井设备-Crownblock
2009-07-1509:
20
Crownblock的中文意思就是安装在钻井架derrick顶部的滑轮组。
我们都知道，钻杆都是靠钢丝绳通过滑轮组，吊在钻井架里面的。
很显然，一根钢丝绳的抗拉能力不足以吊起几千米长的钻杆。
简单的方法就是利用滑轮组来减少单根钢丝绳的受力。
力学原理参见初中物理课程。
下图就是一个典型的Crownblock，右边的滑轮组单独拿出来显示。
根据钻井的深度，定滑轮组中有6-8个滑轮，如果是8个定滑轮，那么加上动滑轮组travelingblock中8个动滑轮。
钢丝绳经过这么一绕，就有相当于把力分配到了16根钢丝绳上，大大减少了单根所受到的力。
但是，深海钻井架上的crownblock结构绝没有那么简单，它还包含了一套钻杆补偿装置，或则说crownblock是补偿装置的一部分。
如下图所示，图片来自于Aker公司产品目录。
这个补偿装置可以减少钻头上受力波动，因为浮式钻井平台的特点。
它的结构由以下几个部分组成。
定滑轮组crownblock，两个摇臂rockerarm，两个气缸cylinder,以及液压控制系统。
Cylinder的活塞杆与中间的定滑轮相连接，另一端固定在井架上。
钢丝绳通过摇臂进入定滑轮组以及动滑轮组，绕线完毕后，经另外一个摇臂出来。
顺便提一下，钢丝绳由一个叫钻井绞车drawworks的设备拉着，这一侧的钢丝绳叫fastline另一端通过滑轮组绕线后，固定在一个叫deadlineanchor，这一侧的钢丝绳叫deadline。
国内钻井有些翻译成“快绳和死绳”，似乎有点望文生义的感觉，怪怪的。
这样一来，通过控制绞车的转动就可以控制travelingblock的升降了，自己思考一下。
控制系统包括液压单元HPU，高压气瓶APV，控制板Controlpanel，蓄能器Accumulators，隔离阀isolationvalve，作用如同前面文章中提到的shutoffskid。
再深入一点，值得一提的是，海底设备经常需要钻杆，隔水套管来进行安装。
为了确保施工的精度。
试想一下，当我们把BOP或则采油树X-Masstree安装在几千米长的隔水套管或钻杆下面的，准备安装在井口的时候，如何保证BOP或采油树
不上上下下的起伏运动呢？
钻井设备-TravelingBlock
2009-07-1717:
05
TravelingBlock在前面已经提到，是动滑轮组。
在钢丝绳的拉动下，它可以上上下下的traveling，如下图中的红色部分
实际的照片，看起来好大。
来自NOV；
定滑轮组和动滑轮组之间的绕线非常重要，要综合一下几个方面：
1.钻井绞车drawworks的绞盘上的钢丝绳与定滑轮组的偏角，以及定滑轮和动滑轮之间的偏角，以减小钢丝绳的磨损。
2.定滑轮组合动滑轮组之间的平衡。
3.方便更换钢丝绳。
4.Deadline和deadlineanchor的位置。
钻井设备-Swivel&Topdriver
2009-07-1717:
11
什么是swivel？
前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，定滑轮组因此可以上下自由的运动。
但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的。
我们的滑轮组不可能跟着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。
这是swivel的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？
这是swivel的另外一个重要作用-泥浆进入钻杆的最初的通道。
如下图，泥浆经高压软管—鹅颈管gooseneck—进入swivel。
要起到以上两个作用，swivel的结构就基本上知道一二了。
如下面的彩图，
在swivel的本体中，下部的杆swivelstem通过滑动轴承-锥形和本体形成相对运动，本体同时承受侧向力和向下的拉力。
同时杆的顶部和本体上部形成密封空间，泥浆经鹅颈管进入此密封空间，在经空心的杆进入钻杆。
空心杆下部为API螺纹接头，可以和钻杆拧接。
好了，我们现在可以把swivel改造一下---给它加上能够使swivelstem旋转的动力。
如何改造，很简单，加电机和齿轮。
怎么加？
我们可以想象一下，既然要使swivelstem旋转，那么我们在swivelstem上加一个大的齿轮，如同汽车的轮子一样，中间杆是swivelstem，轮子是齿轮。
在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮，它们啮合在一起。
这样一来，swivelstem就可以在电机的带动下旋转起来。
同样地，为了平横侧向力，以及增加旋转的扭矩，在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。
下图是齿轮箱：
然后加上必要的润滑设施和结构部分，以及导向机构。
它有了一个新的名字Topdriver，也叫powerswivel。
很显然，Topdriver与swivel的区别，swivel是它的一部分。
事实上，Topdriver要比上面写的复杂的多。
除了swivel以外，它还包含以下几个部分：
1.pipehander–-用于处理钻杆。
2.riserhander---用于处理隔水套管riser
3.Extractabledolly---用于Top-driver的导向，它使得topdriver可以在derrick上的导轨上自由上下滑动。
4.Torquewrench---可以提供360度的旋转力。
此设备的具体细节，请参考供应商的资料。
钻井设备-Bellyboard&Fingerboard
2009-07-2912:
10
严格地来讲，Bellyboard和Fingerboard似乎更像是一种结构，只不过它有一部分运动部件。
它们是什么？
有什么用？
我们已经晓得了为了提高钻进的效率，钻井工人都会把3根钻杆（也叫一个stand）先连接起来，竖直放在钻井甲板上的一个区域上，这个区域叫setbackarea。
现在一个问题就出来了，钻杆和套管是圆柱形的，如果就那么靠在井架上，肯定很容易倒，出现伤人事故。
怎么办？
首先我们就会想到，如果把钻杆或套管的上部固定住，那么就不会倒了。
那么怎么固定呢，而且固定后，它们还要很容易地取出来？
一起来看看它的结构，Fingerboard的图片如下（图片来源于网络）：
Bellyboard与fingerboard不同的是，他们的所处的位置不同，bellyboard位置低一些，正好能够卡住pipestand的在“腹部”，形象地有了这个名字。
Fingerboard卡住的是stand的“脖子”。
我还在奇怪它为什么不叫Neckboard。
很显然，它们主要有以下几个部分组成：
1、结构部分，上图除了“红色指头”的白色部分，它起到支撑钻杆，安装finger。
2、Finger，“机械指头”，它们由小小的气缸驱动打开，弹簧关闭。
可以看看下面的图片，仅供参考。
3、电磁阀组控制系统。
除了卡住钻杆用的，类似的这种结构也用来卡住其他的竖直放立的圆柱形的物体，如套管casing，隔水套管riser。
它们的名字都叫Fingerboard。
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