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1、钻井工艺培训材料 2004年8月 第一章第一章 钻钻 井井 设设 备备 第二章第二章 钻头及钻柱钻头及钻柱 第三章第三章 大庆油田钻井液体系大庆油田钻井液体系 第四章第四章 钻井工艺技术及流程钻井工艺技术及流程 第五章第五章 钻井油气层保护技术钻井油气层保护技术 第六章第六章 大庆钻井新技术大庆钻井新技术 一、概述 钻机是钻井地面设备的总称。目前常用的钻井方法是旋转 钻井。它的工作原理是:利用钻头旋转破碎岩石, 形成井身;利 用钻柱将钻头送到井底;利用起升设备起下钻柱;利用转盘或井 下动力钻具带动钻柱和钻头旋转;利用泥浆泵循环钻井液带出 井底岩屑。为此 , 钻井工艺对钻机有以下基本要求: 旋转
2、钻头的能力。要求钻机能提供足够的扭矩和转速, 并维持一定的钻压 。 起下钻具的能力。要求具有一定的起重量和起升速度, 并有一定的超载能 力。 洗井的能力。要求能提供足够的水力能量, 以适应洗井和喷射钻井的需要 。 为适应钻机搬迁的特点,还要求钻机容易安装、拆卸和运输。 第一章 钻井设备 概概括括地地说说说说钻钻钻钻机是机是由由动动动动力机力机组组组组、传动传动传动传动 机机组组组组、工作机、工作机组组组组、辅辅辅辅 助机助机组组组组及及控控制机制机组组组组等等组组组组成。成。 第一章 钻井设备 钻井钻井按其按其工作工作性性质质质质又可分又可分为为为为八个部分八个部分 1.提升系统设备，它是一套
3、大功率的起重设备 。主要由钻井绞车、游动系（钢丝绳、天车、 游动滑车及大钩）、悬挂游动系统的井架及起 升操作用的工具（如：吊钳、 吊环、吊卡、 卡瓦及上扣器等）组成（图1-1）。它的主要 作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及 进行井下特殊作业等。 第一章 钻井设备 2.2.泥浆循环系统设备泥浆循环系统设备, ,主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头 、钻柱、泥浆、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成（图净化及调配设备等组成（图1-31-3）。）。它的主要作用是清洗井底它的主要作用是清洗井底 、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井
4、中，还起到传递、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中，还起到传递 动力的作用。动力的作用。 第一章 钻井设备 3. 3. 地面旋转钻进设备地面旋转钻进设备, ,主要由转盘、水龙头、方钻主要由转盘、水龙头、方钻 杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不 断地破碎岩石断地破碎岩石, , 加深井眼及处理井下的复杂情况等加深井眼及处理井下的复杂情况等 。 4. 4. 动力驱动设备动力驱动设备, ,它属于它属于钻钻钻钻机的机的动动动动力机力机组组组组, , 是是驱驱驱驱 动动动动起升、旋起升、旋转转转转和循和循环环环环等三大工作机等三大工作
5、机组组组组的的动动动动力力设备设备设备设备 。钻钻钻钻机用的机用的动动动动力力设备设备设备设备 主要是柴油机主要是柴油机, , 其次是交流或其次是交流或 直流直流电动电动电动电动 机。机。 第一章 钻井设备 5. 5. 传动系统设备传动系统设备, ,它属示钻机的传动机组。其主要作用是它属示钻机的传动机组。其主要作用是 联结动力机与工作机组联结动力机与工作机组, ,并将动力传递到各工作机组并将动力传递到各工作机组( (图图1-1- 4)4)。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、 传动链轮及并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式传动链轮及
6、并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式 不同不同, ,可分为机械、液压及液力传动。可分为机械、液压及液力传动。 6. 6. 控制系统设备控制系统设备, ,它属于它属于钻钻钻钻机的控制机机的控制机组组组组。控制的内容包。控制的内容包 括括发动发动发动发动 机的启机的启动动动动、停、停车车车车、变变变变速和并速和并车车车车等等, , 绞车绞车绞车绞车 、转盘转盘转盘转盘 、 泥泥浆泵浆泵浆泵浆泵 等工作机等工作机组组组组的启的启动动动动、停、停车车车车、调调调调速和速和换换换换向等。控制向等。控制 的方式有机械、气的方式有机械、气动动动动、 液液压压压压和和电电电电力控制等力控制等, , 随随钻
7、钻钻钻机的机的类类类类 型不同而异。控制系型不同而异。控制系统统统统的主要作用是的主要作用是远远远远距离操作指距离操作指挥挥挥挥和和 协调协调协调协调 各机各机组组组组正常工作。正常工作。 第一章 钻井设备 7. 7. 钻机底座钻机底座, ,它属于钻机的辅助机组它属于钻机的辅助机组, ,包括井架、钻包括井架、钻 台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用要用 于安装钻机的各机组于安装钻机的各机组, ,是钻机不可缺少的组成部分。是钻机不可缺少的组成部分。 8. 8. 辅助设备辅助设备, ,它属于它属于钻钻钻钻机的机的辅辅辅辅助机助机组组组组, ,包括供气
8、包括供气设设设设 备备备备、供水、供水设备设备设备设备 、供、供电设备电设备电设备电设备 、钻钻钻钻鼠洞鼠洞设备设备设备设备 、防、防喷喷喷喷设设设设 备备备备、防火、防火设备设备设备设备 、辅辅辅辅助起重助起重设备设备设备设备 及保温及保温设备设备设备设备 等。它是等。它是 为为为为整套整套钻钻钻钻机服机服务务务务的的, ,是是钻钻钻钻机不可分割的部分。机不可分割的部分。 第一章 钻井设备 井架与起升系统井架与起升系统 一、井架 井架是钻机起升系统的组成部分。它的主要作用是安装天 车、悬挂游车、大钩、水龙头、方钻杆、钻杆及钻链等设备, 相当于起重设备的支架,并可存放钻柱。因此,钻井对井架的
9、基本要求是：必须有一定的高度和空间;便于安装、存放钻柱 等设备和有利于安全快速地进行起下钻作业;应具有足够的承 载能力,以适应井下情况的需要:结构要简单、轻便,便于搬迁 、拆装和维修。 目前国内常用的石油钻井井架有塔型和A型两种。 第一章 钻井设备 二、天车和游车 1、天车 钻机的天车和游车用钢丝绳穿起来,共同组成了钻机的 复滑轮系统(或叫游动系统)。天车是定滑轮组, 固定在井 架的顶部;游车是动滑轮组,在井架内部的空间上下往复运 动。它们的主要作用是省力,减轻钢丝绳和钻机绞车的负载 ,用十多吨的力可起升上百吨的钻柱，获得极大的机械效益 。 2、游车 游车车和天车车一样样, 型号较较多,其基本
10、结结构大同小异。 第一章 钻井设备 三、大钩 大钩是起升系统的设备之一 ,正常钻进时悬 挂水龙头、承受井下钻柱的重量,起下钻时悬挂吊 环吊卡完成起下作业。对大钩有以下基本要求：有 足够的承载能力,能缓冲减震、转动灵活、安全制 动、操作方便,结均紧凑、简单。 第一章 钻井设备 四、钻井绞车 绞车是起升系统设备的起重部分,随钻机的类型 不同,形式有所差异。绞车传动机构的主要作用是传 递动力，以不同的速度驱动转盘和滚筒。绞车的刹 车机构，钻进时,通过施加在刹把上的压力大小，可 以均匀控制滚筒的运动速度和大钩的负荷,从而向钻 头施加钻压,确保正常钻进。 第一章 钻井设备 一、水龙头 水龙头是旋转、起升
11、与循环系统连接的纽带 。它承受井内钻柱的全部重量,保持钻具的自由旋 转与水龙带相接,将钻井液注入井底,承受循环过 程中的高泵压,同时连接钻进过程中不转动有的大 钩与转动的方钻杆。 水龙头与转盘 第一章 钻井设备 二、转盘 转盘是钻机旋转系统设备之一。其主要 作用是：在转盘钻井中,旋转钻头破碎法石; 使用井下动力钻具时,承受反扭矩:起下钻作 业中支撑和悬挂钻柱,承受轴向负荷,完成上 卸扣的操作,处理井下复杂情况和进行井下 打捞作业时旋转钻柱等。 第一章 钻井设备 三、转盘的传动方式 转盘的传动方式,随钻机的类型不同而有所差 异。现场上常见的有两种方式：一是绞车驱动； 二是万向轴驱动。 1.绞车驱
12、动（又叫链条驱动） 转盘的动力是经过绞车的链条传递到转盘上 的。其主要优点是简化了传动方式,传动距离大, 但要受绞车情况的影响和限制。 第一章 钻井设备 2.万向轴驱动 万向轴驱动的动力是经过绞车的双排活 动链轮（或经传动系统）直接到变速箱,再 经变速箱通过万向轴驱动转盘，它的最大特 点是不受绞车位置的影响和限制,操作上方 便、灵活,变速档次多。 第一章 钻井设备 泥浆泵 泥浆泵是钻机循环系统设备之一,它象人的心脏一祥。常 规钻进时,循环钻井液,清洗井底,辅助钻头更有效地破碎岩石 ；使用井下动力钻具时, 通过泵入的钻井液,传递动力带动钻 头转动；喷射钻井中,通过泵入的高压钻井液，经过喷嘴转换
13、成水力能量,清洁井底并对岩石直接进行水力破碎,提高钻进 速度。根据钻井生产技术发展的需要, 对泥浆泵的要求愈来 愈高,但其基本要求是：功率大、泵压高、排量大、流量稳定 , 耐腐蚀、耐磨损、易损件寿命长,重量轻、体积小、拆修方 便、自动化程度高 。 第一章 钻井设备 泥浆循环流程 泥浆循环系统主要由泥浆泵、高压管线、水 龙带、水龙头、钻柱及泥浆净化设备等组成。其 循环流程如下:动力机驱动泥浆泵, 泥浆泵从泥浆 池中吸入钻井液,通过泥浆泵增压后进入高压泥浆 管线、立管、水龙带、水龙头、钻柱,经钻头水眼 冲向井底,然后由钻柱与井壁的环形空间返出井口 ,再经泥浆净化设备流回泥浆池。 第一章 钻井设备
14、泥泥浆净浆净浆净浆净 化装化装 置置 泥浆中的固相含量高时,降低钻速、加剧钻头磨损、污染 泥浆性能、污染油气层、影响固井质量等。钻井时要及时清除 泥浆中的固相含量，泥浆中固相含量的清除常用机械清除法和 化学清除法。 机械清除法是利用重力沉淀、筛滤和离心旋流等机械方法 清除泥浆中的固相含量。此法在现场上普遍采用（采用震动筛 、除砂器等固控设备）,以清除大于l0微米的钻屑。 化学清除法是利用选择性的聚沉剂,保留泥浆中的粘土颗粒 ,对普通粘土颗粒起聚沉作用而达到清除有害固相的目的。此 法可清除小于10微米以下的固相颗粒,以弥补机械清除法的不 足。 第一章 钻井设备 第一章第一章 钻钻 井井 设设 备
15、备 第二章第二章 钻头及钻柱钻头及钻柱 第三章第三章 大庆油田钻井液体系大庆油田钻井液体系 第四章第四章 钻井工艺技术及流程钻井工艺技术及流程 第五章第五章 钻井油气层保护技术钻井油气层保护技术 第六章第六章 大庆钻井新技术大庆钻井新技术 第二章 钻头及钻柱 钻 头 钻头分为：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头等。 一、刮刀钻头 刮刀钻头是旋转钻井使用最早的钻头类型。其结构简单， 制造方便，成本低。在泥岩和页岩等软地层中，钻井速度比较 高。国内外前后充分发挥了刮刀钻头的优势，取得了很高的指 标，国内使用刮刀钻头进尺记录达3000多米。刮刀钻头按刀翼 数目可分为双翼（鱼尾）、三翼、四翼刮刀钻头，常用
16、到的是 三翼刮刀钻头。上钻头钻头 体有丝丝扣，与上部钻钻具相连连，完成整个 钻钻具结结构；下钻头钻头 体上焊焊接水眼和刀翼；水眼提高喷喷射效果， 具有抗冲蚀蚀性；刀翼进进行破碎岩石。 二、 牙轮钻头 牙轮钻头是近代石油钻井中使用很广的一种钻 头。这是由于牙轮钻头具有冲击、压碎和剪切破碎 岩石的作用，牙轮钻头与井底的接触面积小、比压 高，工作扭矩小，工作刃总长度大等特点。从1909 年出现的第一只牙轮钻头，经过了近一个世纪，牙 轮钻头无论是钻头的材质、切削部分、钻头轴承、 清洗装置等都有很大的改进。喷嘴的改进，解决了 钻头的清洁问题，出现了喷射牙轮钻头；使用了硬 质合金齿，提高了牙轮的抗磨性；使用密封滑动轴 承使钻头的工作寿命大大提高。 第二章 钻头及钻柱 三、金刚石钻头 在坚硬而研磨性高的地层钻进,金刚石 钻头比其它类型钻头的钻速和总进尺高
