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1、钻井工艺技术第一章 钻井设备1第二章 钻头及钻柱5第三章 大庆油田钻井液体系7第四章 钻井工艺技术及流程9第五章 钻井油气层保护技术12第六章 大庆钻井新技术13第一章 钻井设备第一节 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: （1）旋转钻头的能力。要求钻机能提供足够的扭矩和转速, 并维持一定的钻压。 （2）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
2、的超载能力。（3）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。（4）为适应钻机搬迁的特点,还要求钻机容易安装、拆卸和运输。概括地说钻机是由动力机组、传动机组、工作机组、辅助机组及控制机组等组成（图1-1）。按其工的性质又可分为八个部分。1.提升系统设备它是一套大功率的起重设备。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。2.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、钻柱、泥浆
3、净化及调配设备等组成（图1-3）。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中，还起到传递动力的作用。3. 地面旋转钻进设备 主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不断地破碎岩石, 加深井眼及处理井下的复杂情况等。4. 动力驱动设备它属于钻机的动力机组, 是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备。钻机用的动力设备主要是柴油机, 其次是交流或直流电动机。5. 传动系统设备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,并将动力传递到各工作机组(图1-4)。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
4、构等组成。根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动。6. 控制系统设备它属于钻机的控制机组。控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等, 绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向等。控制的方式有机械、气动、 液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异。控制系统的主要作用是远距离操作指挥和协调各机组正常工作。7. 钻机底座它属于钻机的辅助机组,包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分。8. 辅助设备它属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等。它
5、是为整套钻机服务的,是钻机不可分割的部分。第二节 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。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
6、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 游车和天车一样, 型号较多,其基本结构大同小异。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。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
7、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。第三节 水龙头与转盘一、水龙头水龙头是旋转、起升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。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。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
8、驱动；二是万向轴驱动。1.绞车驱动（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。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。第四节 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，经过喷嘴转换成水力能量,清洁井底并
9、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 ,泥浆循环流程泥浆循环系统（图 1-3）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。第五节 泥浆净化装置泥浆中的固相含量高时,降低钻速、加剧钻头磨损、污染
10、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。第二章 钻头及钻柱第一节 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
11、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，常用到的是三翼刮刀钻头。上钻头体有丝扣，与上部钻具相连，完成整个钻具结构；下钻头体上焊接水眼和刀翼；水眼提高喷射效果，具有抗冲蚀性；刀翼进行破碎岩石。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
12、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。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,能减少起下钻次数,降低钻井成本。近年来大庆油田中深井钻井口数在不断增加，随着钻井技术的不断改进，追求更高的钻井经济效益，金刚石钻头的使用非常普遍。第二节 钻柱在钻井过程中,将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来组成入井的管串称为钻柱。钻柱有如下基本作用：（1）通过它把钻头下到井底和提升到地面。钻井过程中,无论钻头能钻多深,都必须通过钻柱来
13、实现。（2）钻柱的钻挺部分是加钻压用的,使钻头能更有效地吃人地层（禁止用钻杆部分来加压,否则钻杆磨损快、断裂快），并能防斜。（3）把旋转运动传给钻头，钻杆可以看作是一根由转盘驱动的传动轴。（4）钻柱将钻井液从地面传送到钻头处,因而,钻柱也是一根竖直的导管。（5）进行特殊作业,如挤水泥、处理井下事故等。钻柱是联通地面和地下的枢纽,工作条件十分复杂,正确的管理、使用钻柱是非常重要的。钻钻铤钻头铤钻铤钻杆稳定器稳定器一、钻铤钻挺接在钻头上面,主要是给钻头施加钻压和防止井斜，因此它壁厚而粗大，单位长度重量大。壁厚一般是3853毫米,相当于同尺寸钻杆的46倍。它的直径一般与钻杆接头直径相等。这样可以增强
14、刚度，受压时不易弯曲，因而有利于钻直井眼。二、钻杆钻杆是钻柱的基本组成部分。它是用无逢钢管制成，壁厚一般为911mm。其主要作用是传递扭矩和输送钻井液,并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因此,钻杆在石油钻井中占有十分重要的地位。三、方钻杆方钻杆位于钻柱的最上端,有四方形和六方形两种。钻进时,方钻杆与方补心、转盘补心配合,将地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。四、稳定器在钻铤柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合，可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可起到控制井眼轨迹的作用。此外,稳定器的使用还可以提高钻头工作的稳定性,从而延长使用寿命，这对金刚石钻头尤为重要。第
15、三章 大庆油田钻井液体系大庆油田钻井液现状、体系基本配方及性能要求大庆油田在长期的钻井生产实践中，钻井液的发展由早期的钙处理泥浆、三钾基泥浆，发展为目前所使用的两性复合离子体系、乳液高分子体系、钾胺聚合物体系、甲酸盐体系及油基钻井液等。一、两性复合离子钻井液体系：该体系在大庆油田外围开发井、勘探井中应用较多，其特点是具有较稳定的性能，抗高温性能较好。1、基本配方膨润土 46% 纯碱 0.20.3%NPAN 0.30.5% FA-368 0.20.3%XY-28 0.20.3% SPNH 1.02.0%有机硅腐钾 0.81.0% KOH 0.040.06%2、钻井液性能要求钻井液类型两性复合离子钻井液钻井液性能密度，g/cm3执行地质要求漏斗粘度，s5070失水/泥饼(API)，ml/mm
