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1、1,钻井及井口装置知识培训,*,2,钻井及井口装置常识,在油气田勘探开发中，需要钻不同类型的油井，随着井眼的加深，和井下地质情况的不同，要用不同尺寸套管巩固井壁，每下一层套管，都需要在井口悬挂和密封，悬挂和密封套管的装备就是套管头。钻井过程中，为了有控制可能出现的油、气、水显示，在套管头上又安装了钻井四通，防喷器，节流管汇，压井管汇，这就是通常说的井控系统。当一口井钻完需要测试和投产时卸掉防喷器，安装油管四通，采油树等试采井口，套管头在一口井上从始至终安装在井口，是一项非常关键的设备。,3,一钻井基本常识,1钻井过程石油和天燃气埋藏在地下几百米到几千米深度不等的有孔隙，裂缝或溶洞的岩石中，为了
2、寻找和开发石油，天燃气，从地面向地下的油气层之间，钻凿出一个通道的过程称之为钻井。当确定钻井位置后，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎岩层，形成井筒，钻井井眼大小是由钻头大小来决定的。钻头在破碎岩层的同时，通过钻杆向地下注入钻井液，将钻头在破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面，地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。钻进的过程 即钻头破碎岩石，及钻井液通过循环不断携带出钻屑并形成井筒的过程。,4,钻达设计深度后，下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油气水层的位置，然后下入套管，并在套管与井壁的环形空间内注入水泥浆将套管固
3、定在井眼内，最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，re人为的形成一个井下油气流入套管的孔道。油气的地层压力高时可自由流到地面，这种井我们称为自喷油气井；油气压力较低时需借助外力从井下抽吸，这种井我们称之为非自喷井。钻井时要有一套完整的功能齐全的钻机，有质量优异不宜发生事故的钻杆，套管和钻头，有性能优良的钻井液等。,5,2钻井类别划分油气钻井类别很多，划分的方法也不尽相同。根据世界多数国家比较通用的方法，我国目前钻井类别的划分主要有以下几种：（1）按钻井深度划分：浅井： 完钻井深小于2000米的井中深井： 完钻井深小于4500米的井 深井： 完钻井深小于6000米的井超深井： 完钻井深超过60
4、00米的井（2）按钻井目的划分：有探井和开发井，探井中又分为地层探井（又称为参数井），预探井和详探井。在开发井中可分为采油采气井，注水注气井，调整井，加密井和资料井等。,6,（3）按钻井地区可分为：陆地钻井，海上钻井和沙漠钻井。（4）按旋转钻井的方法可分为：转盘钻井：利用安装在钻台上的转盘带动钻杆钻头旋转的钻井方法。顶部驱动装置钻井：利用安装在钻杆上方水龙头部位的动力装置带动钻杆旋转的钻井方法。井底动力钻井：利用井底动力钻具带动钻头旋转的钻井方法，包括涡轮钻具钻井，螺杆钻具钻井和电动钻具钻井。（5）按钻井井型划分：直井，定向井：按既定的方向偏离井口垂线一定距离钻达目标的井。丛式井：一个井场或一
5、个钻井平台上，按设计钻出两口或两口以上的定向井。大位移井：完钻后井底水平位移是垂深两倍以上的定向井。水平井：井斜角大于或等于86度，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。 分支井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井）和欠平衡压力钻井（井筒的液柱压力低于地层压力的钻井。,7,3 井身结构 导管： 油井中下入的第一层管子 叫导管，目的是防止地表土层垮塌， 引导钻头入井，建立最初的钻井液循 环通道。导管通常下入深度为30-50米。 （导管上部不安装套管头） 表层套管：下入的第二层管子叫 表层套管，目的在于巩固上部疏松岩层 的井壁，封住地层水，流沙层，砾石层 或浅气层。表层套管上要安装套管头
6、及 井控设备，并支撑后下入的技术套管， 长度一般为100-300米。,8,技术套管： 位于表层套管内的套管叫技术套管，为了隔离高压油、气水层或漏失层及坍塌层。深井、超深井及地质情况复杂时，需下若干层技术套管。油层套管： 下入井内的最后一层套管，形成坚固的井筒，使生产层的油或气由井底沿着这层套管流至井口，建立一条长期开采油气的通道。以上各层套管与井壁的环形空间，都需注水泥加固（固井）。每下一层套管要安装一次井口。为节省钢材，降低钻井成本，在满足钻井工艺要求的前提下，应少下或不下技术套管，有的井在技术套管下部下入尾管。,9,4、 井控系统在钻井过程中，为了防止地层流体浸入井内，总是使井筒内的钻井液
7、静液柱压力略大于地层压力，但在钻井作业中，常因各种因素的变化，使油气井的压力控制遭到破坏而导致井喷，这时就需要依靠井控设备实施压井作业，重新恢复对油气井的压力控制。井控设备是实施油气井压力控制技术的一整套专用设备，仪表与工具。( 1 )井控设备应具有以下功用：（a）预防井喷（b）及时发现溢流，对油气井进行监测，尽早发现井喷预兆。（c）迅速控制井喷，溢流，井涌，井喷发生后，迅速关井，实施压井作业，对油气井 重新建立压力控制。（d）处理复杂情况。在油气井失控的情况下，进行灭火抢险等处理作业。,10,井控设备的组成： 井口防喷器组：环形防喷器，闸板防喷器，钻井四通； 环形防喷器： 有三种形式：锥形胶
8、芯环形防喷器球形胶芯环形防喷器组合胶芯环形防喷器 目前国内生产前两种，环形防喷器具有井压助封功能，压力等级200010000PSI 闸板防喷器： 有三种形式：单闸板防喷器双闸板防喷器三闸板防喷器 压力等级200020000PSI,11,防喷器的代表符号 FZ23-21表示公称通径230mm，压力21mpa 的单闸板防喷器 FH28-35表示公称通径280mm，压力35mpa 的环形防喷器 闸板防喷器目前国内压力等级有： 14；21；35；70；105；五个压力级别通径级别有：180；230；280；346；426；476；528；540；680；760，十个等级。 压力级别和通径是防喷器两项重
9、要指标。 闸板防喷器芯子有单面双面之分，按其功能有分：变径闸板；剪切闸板；全封闸板；管子闸板。 闸板防喷器具有手动锁紧和井压助封功能。,12,（2）控制装置：蓄能器装置，遥控装置； （3）节流与压井管汇； 在井控工作中常实施压井作业，需要借助一套装有可调节流阀的专用管汇，给井内施加一定的回压，并通过管汇约束井内流体，使井内流体在控制下流动，或改变流动路线，这两套管汇称节流,压井管汇。面对井架，钻井四通右翼安装节流管汇，左翼安装压井管汇。目前国内除105兆帕节流压井管汇外，都以研制成功。35兆帕节流/压井管汇，装有一个手动节流阀，一个单流阀；70兆帕以上的节流压井管汇装有一个手动节流阀和一个液动
10、节流阀，并且安装两个单流阀。35兆帕以下，根据情况可装，可不装节流阀。,13,（4）钻具内防喷工具： A、手动钻具旋塞阀，是钻柱循环系统中的手动控制阀，主要有方钻杆上旋塞（反扣），方钻杆下旋塞和钻具旋塞阀。 B、顶驱旋塞阀 C、箭形止回阀，这是随钻具入井的一种单向止回阀。 D、钻具投入式止回阀 E、钻具浮阀，这是单流阀的一种。 F、手动止回释放阀，这是在起下钻发生井涌，钻具内外溢泥浆，常规单流阀无法连接，这是目前国外普遍推广的一种钻具内防喷工具。 G、提拉式试压堵塞器 H、钻具旁通阀：正常情况下当接头使用，水眼不通时投球打开。,14,（5）加重钻井液装置：重晶石粉混合漏斗装置，重晶石粉气动下料
11、装置； （6）起钻灌注钻井液装置； （7）钻井液气体分离器； （8）监测仪表：泥浆罐液面监测仪，甲烷，硫化氢检测器。,15,1 套管头 （1） 用途：套管头是安装在表层套管柱上端，用来悬挂除表层套管以外的套管，和密封套管环形空间的井口装置部件。套管头的用途主要有以下几点： 通过悬挂器悬挂除表层套管以外的各层套管的部分或全部重量。 连接防喷器等井口装置。 在内外套管柱之间形成压力密封 为释放可能积聚在两层套管柱之间的压力提供出口 在紧急情况下，可由套管头侧孔处向井内泵入流体,二套管头，悬挂器及采油树,16,（2）型号说明 套管头的型号标识如下：T F - 额定工作压力，MPa各级套管外径，mm（
12、in）套管头代号例：型号TF508（20）X 339.7（13 3/8）X 244.5（9 5/8）X 139.7（5 1/2） - 105 表示连接套管外径为508mm（20in）， 悬挂套管外径为339.7mm（13 3/8in）,244.5mm(95/8in) 和139.7mm（5 1/2in）, 额定工作压力为105MPa的套管头。 35兆帕以下套管头是三层套管，四种尺寸。 3570兆帕套管头是四层套管，四种尺寸。 105兆帕套管头是四层套管，两种尺寸。 140兆帕套管头是五层套管，两种尺寸。,17,（3）套管头类型：,A、焊接式套管头：这种形式的套管头与套管靠内外两道焊口密封，焊缝之
13、间有一试压口，这种套管头安装时焊接要求较高，因而费工费时。 B、CQS- SL底部连接， 这是一种比较简单的反卡瓦型连接，不需要焊接作业， 因而现场安装非常简便宜行。它采用ES橡胶密封。这种连接可承压10000PSI， 并可重复使用。,18,需要注意的是，反卡瓦套管头安装好后，要确保卡牢套管，必须试提拉力，检验卡牢程度，因为二开期间和后续作业如遇关井，特殊作业将会产生一个上顶力，这个上顶力需要靠套管头卡瓦承担，反卡瓦的承担能力不容忽视。 如我们要安装一套339.7mm套管头，当关井压力10mpa时, 上顶力79吨，有时关井压力更高，上顶力更大。 3CQS-BT底部连接：采用母丝扣的方式与套管（
14、公扣）进行连接。要求套管必须按计算深度准确下入。但这种套管头连接方式安装完后无法试压，现场只有在安装完防喷器后，在对套管试压时才能按照套管的试压标准试压。BT连接套管头试压未按套管头标准试压，且滞后 。 4 CQS-W底部连接，该种连接有一道焊缝，和一道标准的密封圈作为密封件，这种连接还包含一个测试口，便于对焊接和密封圈的性能进行测试。这种连接方式因为要电焊，焊前的预热和焊后的高温对O型圈的密封有影响。 表层套管头现场试压时请注意：如我们用339.7mm套管，壁厚10.92mm，钢级J55套管，抗外挤强度10.6mpa，按80%计算，只能试压8.48mpa。如果是508mm套管，壁厚12.7m
15、m，抗外挤强度5.3mpa，按80%计算，试压4.24mpa，现场注脂和试压要严格按照标准。 以上三种连接形式为美钻生产的套管头。,19,2 CQ-G系列套管悬挂器,20,21,CQ-G3，G5，G6三种系列为一种类型，即环绕卡瓦组合，依靠套管重量压力实现密封（需要15000磅力实现密封），这三种悬挂器使用范围广。 CQ-GS 重力自动密封式套管挂，适用水泥不返到地面的套管。 CQ-GM心轴式悬挂器，它适用于整体式套管头，可以大大降低井口高度，为现场作业提供方便。 心轴式悬挂器适用于井眼稳定的井，主要原因是套管必须按计算深度下入和悬挂，因坐挂后减小了循环的环空通道，对固井造成不利影响。 如33
16、9.7 mm套管内下244.5mm套管，环形面积应是411cm2， 当用心轴悬挂后，通过四通闸门循环，按3寸计算面积45.6cm2，按两个闸门计算，面积也只有 91.2cm2，只占原环空面积的22%。如果在244.5mm套管内下177.8mm套管，两层套管的环形面积188cm2。如用心轴悬挂，闸门按2寸半计算，面积只有31.67cm2。 在地层压力系数低和井下复杂的井，不易使用心轴悬挂器。,22,3 油管悬挂器 （1）用途：用以悬挂油管，密封油，套管环空和连接采油树。为释放可能几句在油管和套管柱之间的压力提供出口，还可以向井内泵入流体，是采油（气）井口装置的一个重要组成部分。 （2）型号：油管头型号表示如下例：KQY70/78- 65表示工作压力70MPa， 主通径78mm，侧通径65mm的油管头。 （3）类型：以美钻油管头为例（见下页图）,23,美钻石油钻采系统为单完井提供TD-E，TD-MS，TD-EM油管悬挂器和TD-C系列油管四通。 TD-C 油管四通完全与TD-E和TD-EM 和TD-MS油管悬挂器兼容。,
