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1、第十章 海上钻井特殊工艺和装置,第一节 固定式平台钻井工艺与装备,将30导管通过水力喷射、打桩或钻井方式下入，从而将平台和海底（地层）连接起来，钻井井口及开采时的采油树安装在平台上。其余钻井工艺与装备与陆地相同。,过腿柱平台及其钻井工艺 过腿柱井是指在海上平台的腿柱内所钻并完成的井。 特点：免除了大直径单井导管； 井不受特殊海况条件的影响； 有利于减轻平台重量和节省平台建造成本； 空间较小，可使用小井眼钻机，减小钻机的移动范围； 多使用卡箍连接代替法兰连接。,直径120（3.048m）的腿柱内利用Grayloc紧固连接器可安排12口井,第二节 座底式平台钻井工艺与装备,一、泥线悬挂系统与井口回
2、接 泥线套管悬挂和套管支承系统是专门为座底式和自升式钻井平台而设计的一种装置，用于在泥线（即海底面）或在泥线以下为多层套管柱的安装、悬挂、拆卸和再次安装提供条件，可允许钻井后的临时废弃。 特点：套管柱重量支承在泥线处； 利用回接工具和同心套管柱从泥线伸到钻井平台； 防喷器组安装在平台上； 从泥线到平台间的管柱可以拆卸和重新安装。,二、钻井施工 1. 将外层导管柱（30）用水力喷射、钻井或直接用气锤打入就位，并根据海底条件将30导管头安装在相对于泥线适当的位置； 2. 利用回接管柱（ 30 ）将海底30导管与钻井平台相连，并在平台上安装低压分流器； 3. 下26 钻头钻井，将20 套管柱用泥线悬
3、挂器悬挂于20 导管的联顶环上，并进行固井； (水泥返至平台，但3020环空内的水泥必须冲洗干净) 4. 利用回接管柱（ 20 ）将海底20套管与钻井平台相连，并在平台上安装水面井口和防喷器组；,5. 下171/2钻头钻井、下133/8套管，注水泥、固井； 下121/4钻头钻井、下 9 5/8套管，注水泥、固井 下 81/2钻头钻井、下 7套管，注水泥、固井 分别将各层套管柱悬挂于泥线悬挂器上、固井，并根据具体需要利用回接管柱将泥线处套管与平台相连； 6. 特殊情况下平台需撤离时，利用各套管柱的下入工具，将每一层套管柱从各自的套管悬挂器上卸下并回收（从泥线到钻井平台），装上临时弃井帽或保护盖；
4、重新安装时，当平台就位后，利用回接工具将平台与泥线悬挂器重新连接即可； 7 套管柱内需安装堵塞器；重新安装时，海底需要潜水员协助！,7. 完成钻井后，利用各套管柱的下入工具，将每一层套管柱从各自的套管悬挂器上卸下并回收，将采油树安装在泥线悬挂器上，成为水下采油井，也可利用回接工具将各层套管柱回接到采油平台上，安装陆用采油树而成为常规采油井。,一、 升沉补偿装置,使用伸缩钻杆 钻柱升沉补偿装置 死绳恒张力补偿装置 天车恒张力补偿装置,第三节 浮式钻井平台钻井工艺与装备,1、使用伸缩钻杆,结构 伸缩钻杆是一种套筒式钻杆。钻杆由内、外筒组成，内外筒之间有密封件，内筒可沿轴向做相对运动，内外筒接触面加
5、工成棱柱面以便在钻进中传递扭矩。,伸缩钻杆图,安装位置 安装于钻铤的上部 工作原理 钻井平台上下升沉时，由于内外筒可以做相对运动，因此，在伸缩钻杆以下的钻铤柱可不受平台升沉的影响，使井底钻压基本保持稳定。 使用伸缩钻杆的优缺点 优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求 缺：钻压不能调节 承载条件恶劣 增加防喷器的磨损 难以准确确定井深,2、钻柱升沉补偿装置,1973年研制成功 结构组成 液缸两个液缸固定在上框架两侧，并通过上框架与游车相连，随船体作升沉运动； 活塞（杆）通过液缸活塞杆顶部的链轮，将连接在链条两端的上下框架联系起来。下框架与大钩相连； 锁紧装置用以将上下框架锁紧为一
6、体，从而将游车与大钩连为一体，进行起下钻等工作。 储能器 空气动力储罐,使液缸内活塞上下保持恒定的压力,工作原理 钻井过程中，当平台随波浪作升沉运动时，游车及补偿装置的液缸随之作上下运动，而大钩经运动补偿后基本保持不动 当平台上升时，游车带动液缸上行，链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持张紧状态，大钩处于基本无运动。从而不影响钻压变化，保持正常钻井。平台下沉时，正与上述相反，原理相同。,安装位置 在游车与大钩之间,钻压的调节 正常钻井时，
7、大钩负荷等于钻柱总重量减钻压。即 P液缸中的压力 WP钻柱总重量 A液缸中活塞面积 Pb钻压 钻压可通过调节储能器中进气压力即改变液缸中液体压力P来实现； 只要调节液缸中压力P，使 2PA略小于整个钻柱的悬重，并使液缸中活塞行程大于升沉位移，即能实现自动送进。,存在的问题 大钩还有少许位移 原因： 工作液缸中液体的摩擦影响 机械摩擦影响 活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影响,绳索作业时的升沉补偿 利用传感绳悬挂于大钩滑轮上，一端固定在隔水导管上，另一端固定在钻台上，给大钩增加一个附加载荷。,3、死绳恒张力装置,72年研制成功,结构 主要由定滑轮组、动滑轮组、液缸、高低压储能器、
8、控制台等组成 原理 死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电控系统和指重表。当平台下沉时，死绳上拉力减少，于是传感滑轮发出讯号，指令阀动作，使液缸活塞右端压力增加，推动活塞向左移动，将滑轮组上的钢丝绳拉紧，活塞左端液体流回低压储能器。反之，平台上升，动作与上述相反。,4、天车恒张力补偿装置,位置：安装于天车上 结构组成：主要由浮动天车、主气缸、液缸、储能器等组成 工作原理：当钻井船上升时，天车相对于井架沿轨道向下运动，压缩主气缸中的气体，使气体流到储能器中，从而保持天车在空间的位置不变来达到补偿目的。当钻井船下降时，与上述相反，原理相同。,各升沉补偿装置的优缺点,死
9、绳恒张力装置机械结构简单，但电控系统较复杂，应用较少。 天车恒张力补偿装置占用甲板面积及空间均少，而且管线短，密封少，不需用高压胶管等优点，但需特制大井架以及天车，故应用不广泛。 目前应用较多的是钻柱升沉补偿装置，其不需特制井架；天车，游车及大钩也是通用的，但其缺点是液缸密封多，液压油漏失严重，管线长，摩擦损失大，有待进一步改进。,功用 隔绝海水、引入钻具、导出泥浆 适应升沉、漂移和摇摆的工作环境 控制井口 组成 导向装置 套管头组 防喷器组 隔水管柱 连接器 其它,二、 水下井口装置,水下井口图,水下井口装置各部的作用,临时导向基座：其作用是固定海底井口位置，确定一个开钻基点，引导其它水下工
10、具就位，并承受井口的重量,水下井口装置各部的作用,永久导向架：用工字钢构成。下部呈球面，可坐于临时导向基座的孔口；外部焊有四个支柱，每个支柱上固定一根永久导引绳，其上部被固定在平台上的导引绳张紧器张紧；30导管头与永久导向架中心孔相连。,水下井口装置各部的作用,导引绳张紧器：其作用是保持导引绳的张力恒定，使其不受平台升沉的影响 套管头组：其作用是悬持套管 连接器：其作用是便于某些水下器具间的快速连接与拆卸,水下井口装置各部的作用,防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷 水下防喷器组的特点（与陆上防喷器的区别）： 1）防喷器组采用两套或多套组合，以确保安全； 2
11、）采用多路控制方式，以便使用； 3）防喷器组与其配合部件间的连接是自动的，以适应海上钻井的要求。,防喷器控制图,防喷器组的构成： 1）防喷器组下部的液压井口连接器； 2）防喷器：钻杆闸板防喷器、全闭式剪切闸板防喷器、多效能环形防喷器； 3）压井阀与节流阀 4）带有储能装置的液压控制系统,水下井口装置各部的作用,防喷器图,水下井口装置各部的作用,隔水导管系统 作用：隔绝海水、导引钻具，形成泥浆的回路 结构组成： 1）球形（挠性）接头：其作用是使隔水管适应浮式钻井装置的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲 2）隔水导管 3）伸缩短节：其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响 由两
12、个同心圆筒组成，安装于隔水管柱的顶部，外筒下部与隔水导管连接，上部与张紧器的钢丝绳相连，以使隔水管柱保持张紧状态,水下井口装置各部的作用,4）张紧装置 防止隔水管因自重压弯的四种方法： 平衡锤法 用漂浮材料 装同心充气筒 隔水管张紧器,三、 浮式钻井平台的建井程序,浮式钻井装置的就位后 1、将临时导向基座用钻杆下放到海底，通过导引绳上的导引臂将36 开眼钻头下到基座孔内，开钻、并下30 导管、固井，连接隔水导管； (30 导管头上带有一个用来支承井口和防喷器的永久导向架) 2、用26 钻头钻井（要求泥浆或海水必须返到平台上），重泥浆替换井筒内原浆，起出隔水管，下20 套管、固井，水泥返至井底；
13、 组装并连接好水下防喷器组和隔水管，下入并连接到套管头上； ,3、钻17 1/2 井眼，下133/8 套管、固井（水泥返高一般在上层套管鞋以上50100m）；在水泥凝固、再次开钻前，需先用专用工具下入抗磨补心以保护套管头内部锥面； 4、钻技术套管井眼、起出抗磨补心，下技术套管、固井，直至最终完井。 用121/4“钻头钻 井，下95/8“技术套管 用81/2“钻头钻井，下入 7”套管（或尾管）,第四节 水下固井工艺,浮式钻井装置上的固井工艺主要有两个不同的施工方法： 1、管内注水泥法 30 直径和20 直径的导管，是用钻杆柱送到海底井眼中. 固井时将钻杆柱（或油管柱）延伸到导管内。其延伸长度一般
14、为导管柱长度的 7 08 0，然后将钻杆柱与导管柱一起下入。这时导管柱内下部装有引鞋、浮箍和回压凡尔，导管柱内灌满海水，导管柱顶部用下入工具将导管柱封堵。开始固井时，按常规注水泥方法将配制好的水泥浆直接沿钻杆向井下注入即可。水泥浆顶替完毕后，不用投胶塞，直接旋开下入工具起出钻杆，固井作业至此全部结束。,2、水下释放胶塞注水泥方法 由于各层套管柱都是用钻杆送到井下，套管头设置在泥线处。因此，陆上常规的释放胶塞方法已不能使用，只能采用水下释放胶塞的方法进行注水泥作业。 具体作法是：按陆上常规的套管串连接方法将套管串的下部组合连接好（包括引鞋、浮箍、旋流短节等部件）。在下入最后一根套管上接套管头和与
15、钻杆相接的套管头下入工具，并在下入工具下部接头上接转换接头压力平衡短节，用钻杆将套管柱送下井口。由于水泥头坐在钻盘后要经受平台的升沉运动，可根据海况条件在钻柱下部接上几根伸缩钻杆。 下入完毕后，将钻杆卡在吊卡上，连接上水泥头并连以注水泥管线，做好注水泥前的准备工作。,开始注水泥时，先从水泥头投球处将重塑料球投下。当球落到了胶塞中心轴顶部的张力座上时。加大泵压，以剪断悬挂下胶塞的销钉，下胶塞脱落并和重塑球一起被水泥浆顶着下行，直到下胶塞心轴的底部同浮箍的顶面相遇。此时，再增加泵压 ，下塞体和心轴间的销钉被剪断、胶塞体在水泥浆压力作用下向下移动，直到同浮箍的顶面相碰，此时心轴上部的两个孔眼露出，形
16、成了水泥的出口通道，水泥浆就从这四个孔眼中顶替出去，经旋流短节进入环形空间。,在水泥浆注完后，从水泥头顶部将顶胶塞释放，开泵泵泥浆，用泥浆顶着顶胶塞下行至上胶塞顶部处，增加泵压，当泵压达到预定值时，上胶塞卡爪剪切销钉被剪断，于是顶塞即和上胶塞一起随泥浆下行，直到同下胶塞相碰，注水泥作业即告结束。,第五节 完井方法,水面完井 优：技术困难少，便于设备的检修、管理和井下作业 缺：需建专门的采油平台，其将妨碍航运及捕鱼作业，腐蚀严重 水下完井 优：不需建平台，且不妨碍航运及捕鱼，自然保温 缺：井口装置复杂，技术性能要求高，井口的操作、管理、检修及井口装置的安装、拆换都要远距离控制，困难较多,完井方法与所采用平台类型的关系,固定式平台都采用水面完井 浮式钻井装置多采用水下完井 着底式钻井平台两种完井方法都可采用,作业,从下往上写出水下井口装置各部件的名称及作用； 简述浮式钻井平台的钻井施工步骤； 对比分析不同钻井平台的特点（优缺点
