鉆井裝備知識(shí)培訓(xùn)

一.鉆井工藝基本知識(shí)二.鉆機(jī)類(lèi)型及組成目錄三.絞車(chē)結(jié)構(gòu)及原理四.鉆井泵結(jié)構(gòu)及原理五.離心泵結(jié)構(gòu)及原理六.鉆井液固控系統(tǒng)及機(jī)具第一頁(yè)，共43頁(yè)。一.鉆井施工基本知識(shí)石油鉆井：是指利用專(zhuān)用設(shè)備和技術(shù)，在預(yù)先選定的地表位置處，向下或一側(cè)鉆出一定直徑的孔眼，一直達(dá)到地下油氣層的工作。鉆井方法的發(fā)展：（1）人工掘井：1521年之前。（2）人力沖擊鉆：1521～1835年，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來(lái)完成的。3）機(jī)械頓鉆（沖鉆）：1859～1901年，靠機(jī)械沖擊作用破巖，破巖和清巖相間進(jìn)行。（4）旋轉(zhuǎn)鉆：1901年發(fā)展起來(lái)的，旋轉(zhuǎn)鉆井是靠動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中對(duì)井底巖石進(jìn)行破碎，同時(shí)循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井、井下動(dòng)力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井。第二頁(yè)，共43頁(yè)。鉆井施工工序鉆前施工1、定井位2、道路勘察3、基礎(chǔ)施工4、搬家5、安裝設(shè)備鉆井施工6、一次開(kāi)鉆7、二次開(kāi)鉆8、鉆進(jìn)9、起鉆10、換鉆頭11、下鉆完井施工12、完井電測(cè)13、下套管固井固井就是向井內(nèi)下入一定尺寸的套管串，并在其周?chē)⑷胨酀{，把套管固定的井壁上，避免井壁坍塌。施工工序：下套管至預(yù)定深度→裝水泥頭、循環(huán)泥漿、接地面管線→打隔離液→注水泥→頂膠塞→替泥漿→碰壓→注水泥結(jié)束、候凝。

鉆井就是利用鉆機(jī)設(shè)備及破巖工具破碎地層形成井筒的工藝過(guò)程，目地是進(jìn)行地質(zhì)評(píng)價(jià)、發(fā)現(xiàn)油氣藏、開(kāi)發(fā)油氣藏。施工工序：鉆進(jìn)→洗井→接單根→起下鉆→完鉆。第三頁(yè)，共43頁(yè)。二開(kāi)鉆進(jìn)（技術(shù)套管）三開(kāi)鉆進(jìn)（油層套管）鉆井液出口井口防溢管注水泥施工一開(kāi)鉆進(jìn)（表層套管）井口防噴器表層套管：其作用是封隔地表部分的易塌、易漏地層和水層，安裝第二次開(kāi)鉆的井口裝置，控制井噴。其下入深度，根據(jù)地表部分松軟的易塌、易漏地層和水層的深度而定。一般在100米左右。技術(shù)套管：用于封隔用泥漿難以控制的復(fù)雜地層；無(wú)法堵塞的嚴(yán)重漏失層；非目的層的油氣層；壓力相差懸殊油、氣、水層等。油層套管：用于以把不同壓力和不同性質(zhì)的油、氣、水層分割開(kāi)來(lái)，建立一條油、氣流至地面的通道，保證能長(zhǎng)期生產(chǎn)，滿足合理開(kāi)采油、氣和增產(chǎn)措施的要求。油層套管的下深根據(jù)目的層的深度和不同的完井方法而定。導(dǎo)管：用于將鉆井液引到固控設(shè)備上，深度一般為10米以?xún)?nèi)。一般在鉆前準(zhǔn)備時(shí)完成。第四頁(yè)，共43頁(yè)。二.鉆機(jī)類(lèi)型及組成

類(lèi)型：根據(jù)鉆井深度分為淺井鉆機(jī)、中深井鉆機(jī)、深井鉆機(jī)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，根據(jù)搬遷方式分為撬裝鉆機(jī)和車(chē)裝鉆機(jī)。

組成：石油鉆機(jī)主要由動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)機(jī)、工作機(jī)及輔助設(shè)備組成。一般有八大系統(tǒng)（起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鉆機(jī)底座、鉆機(jī)輔助設(shè)備系統(tǒng)），具備起下鉆能力、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)能力、循環(huán)洗井能力。第五頁(yè)，共43頁(yè)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)類(lèi)型及特點(diǎn)類(lèi)型：機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是指以柴油機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)液力變矩器、鏈條、齒輪、三角膠帶等不同組合的傳動(dòng)形式所驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)，主要包括齒輪傳動(dòng)、膠帶傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)三種形式，具有制造方便成本低的特點(diǎn)?，F(xiàn)狀：目前機(jī)械驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)主要為鏈條鉆機(jī)，采用鏈條作為主傳動(dòng)副，2~4臺(tái)柴油機(jī)—變矩器驅(qū)動(dòng)機(jī)組，用多排小節(jié)距套筒滾子鏈條并車(chē)，統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)各工作機(jī)組，一般仍用膠帶傳動(dòng)鉆井泵。第六頁(yè)，共43頁(yè)。大慶130鉆機(jī)傳動(dòng)示意圖2#聯(lián)動(dòng)機(jī)3#聯(lián)動(dòng)機(jī)1#聯(lián)動(dòng)機(jī)2#鉆井泵1#鉆井泵貓頭軸轉(zhuǎn)盤(pán)輔助剎車(chē)空壓機(jī)離合器輸入軸滾筒軸第七頁(yè)，共43頁(yè)。電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)類(lèi)型及特點(diǎn)

類(lèi)型：電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)包括直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種形式。電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)具有傳動(dòng)柔和、調(diào)速性能好、操作方便靈活、模塊體積小、安裝移運(yùn)方便、可靠性高、噪音小、污染小、節(jié)能等特點(diǎn)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)：直流電動(dòng)鉆機(jī)是采用AC-SCR-DC方式，將柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)出的電力通過(guò)SCR可控硅整流后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)：交流變頻鉆機(jī)則是采用AC-VFD-AC方式，通過(guò)VFD電傳動(dòng)控制系統(tǒng)將柴油發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的電力變?yōu)樽冾l可調(diào)的電流，采用交流變頻器驅(qū)動(dòng)無(wú)碳刷交流變頻電機(jī)。第八頁(yè)，共43頁(yè)。電驅(qū)絞車(chē)示意圖電驅(qū)轉(zhuǎn)盤(pán)示意圖電驅(qū)鉆井泵示意圖第九頁(yè)，共43頁(yè)。三.絞車(chē)結(jié)構(gòu)及原理

絞車(chē)是鉆機(jī)的起升設(shè)備，主要用于起下鉆具、下套管，控制鉆壓、送進(jìn)鉆具及起放井架等功能。一般包括滾筒軸、貓頭軸、傳動(dòng)制動(dòng)機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)及殼體等組成，按軸婁分為單軸、雙軸、三軸及多軸絞車(chē)，按滾筒數(shù)分為單滾筒和多滾筒絞車(chē)。第十頁(yè)，共43頁(yè)。輸入軸鉆機(jī)絞車(chē)工作示意圖貓頭軸離合器輔助剎車(chē)氣囊式離合器鏈輪牙嵌式離合器滾筒軸承鏈條第十一頁(yè)，共43頁(yè)。電磁剎車(chē)貓頭軸剎車(chē)氣缸離合器排檔桿剎車(chē)鼓滾筒冷卻風(fēng)機(jī)氣控排檔箱第十二頁(yè)，共43頁(yè)。第十三頁(yè)，共43頁(yè)。四.鉆井泵結(jié)構(gòu)及原理鉆井泵多為臥式三缸單作用往復(fù)式活塞泵，由動(dòng)力端總成、液力端總成和各部位的潤(rùn)滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成。由動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)泵的曲軸回轉(zhuǎn)﹐曲軸通過(guò)十字頭再帶動(dòng)活塞或柱塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在吸入和排出閥的交替作用下﹐實(shí)現(xiàn)壓送與循環(huán)沖洗液的目的。第十四頁(yè)，共43頁(yè)。鉆井泵工作原理

動(dòng)力端通過(guò)皮帶（或鏈條、萬(wàn)向軸）帶動(dòng)泵的主軸旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使活塞向右移動(dòng)，缸內(nèi)形成負(fù)壓，上水池內(nèi)的液體在大氣壓力作用下，頂開(kāi)吸入閥進(jìn)入缸內(nèi)，直到活塞移到最右邊位置完成吸入過(guò)程?；钊_(kāi)始向左移動(dòng)，缸內(nèi)液體受到活塞的擠壓而壓力升高，吸入閥被關(guān)閉，排出閥被頂開(kāi)，液體被活塞推出排出閥經(jīng)排出管進(jìn)入高壓管匯，完成排出過(guò)程。第十五頁(yè)，共43頁(yè)。鉆井泵結(jié)構(gòu)圖第十六頁(yè)，共43頁(yè)。空氣包被動(dòng)軸連桿泵頭輸入管輸出管活塞桿十字頭鉆井泵工作示意圖拉桿第十七頁(yè)，共43頁(yè)。曲軸傳動(dòng)軸連桿第十八頁(yè)，共43頁(yè)。轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)圖水平軸鎖銷(xiāo)大傘齒輪小傘齒輪大方瓦方補(bǔ)心主軸承防跳軸承

轉(zhuǎn)盤(pán)是用來(lái)承托管柱重量，提供扭矩和轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的角傳動(dòng)減速器，主要由箱體、轉(zhuǎn)臺(tái)、主軸承、副軸承、齒圈、輸入軸總成、鎖緊裝置、方瓦、箱蓋等部分組成。第十九頁(yè)，共43頁(yè)。水龍頭結(jié)構(gòu)及工作原理水龍頭通過(guò)提環(huán)掛在大鉤上，上部通過(guò)鵝頸管與水龍帶相連，下部接方鉆桿，連接下井鉆具。水龍頭主要由鵝頸管、沖管總成、中心管、殼體、提環(huán)和主軸承等組成，主要功用懸持旋轉(zhuǎn)著的鉆桿柱，承受大部分以至全部鉆具重量；向轉(zhuǎn)動(dòng)著的鉆具內(nèi)輸送高壓鉆井液。第二十頁(yè)，共43頁(yè)。大鉤結(jié)構(gòu)及工作原理大鉤是起升鉆具的重要設(shè)備，由鉤身、桿、筒體、提環(huán)、止推軸承及彈簧組成，鉤身能轉(zhuǎn)動(dòng)，鉤口和側(cè)鉤有閉鎖裝置，大鉤有緩沖減振功能。大鉤與游車(chē)結(jié)合成一體，稱(chēng)為游鉤，是目前使用的主要形成。第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。游車(chē)、天車(chē)結(jié)構(gòu)及工作原理天車(chē)是安裝在井架頂部的定滑輪組，游車(chē)是在井架內(nèi)部上下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)滑輪組，主要由滑輪、滑輪軸、軸承、軸承座及支架組成。第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。五.離心泵結(jié)構(gòu)及原理離心泵就是通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉輪的動(dòng)能產(chǎn)生流量，使液體流動(dòng)。離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的，分別是：葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。離心泵的效率取決于該葉輪的性能。離心泵與活塞泵相比，具有轉(zhuǎn)速高，體積小，流量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；但泵壓相對(duì)較低等，液體粘度對(duì)泵性能影響大，只能用于粘度近似于水的液體。第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。離心泵結(jié)構(gòu)示意圖第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。六.鉆井液固控系統(tǒng)及機(jī)具概念:鉆井液固相控制就是要清除鉆井液中的有害固相，保存有用固相，以滿足鉆井工藝對(duì)鉆井液性能的要求。鉆井液固相控制系統(tǒng)就是所有用于鉆井液固相控制設(shè)備的總稱(chēng)。作用:防止油氣通道堵塞、破壞，降低鉆井扭矩和摩阻，降低環(huán)空抽吸的壓力波動(dòng)，提高鉆井速度，延長(zhǎng)鉆頭壽命，減輕設(shè)備的磨損等。方法:常用的有稀釋法、替代法、機(jī)械方法、化學(xué)方法等四種。機(jī)械方法是通過(guò)機(jī)械設(shè)備利用篩分、離心分離、重力分離等原理，將鉆井液中的固相成分按顆粒、密度大小不同而分離開(kāi)，以達(dá)到控制固相的目的。第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。鉆井液固控系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程：在20世紀(jì)50年代以前，并不使用機(jī)械裝置來(lái)凈化鉆井液，到了20世紀(jì)50年代以后，開(kāi)始采用鉆井液振動(dòng)篩、離心機(jī)來(lái)清除鉆井液中的巖屑。60年代以后，國(guó)外油田開(kāi)始采用4英寸除泥旋流分離器，六十年代中期，細(xì)目鉆井液振動(dòng)篩得到使用。70年代以后，超細(xì)目振動(dòng)篩得到使用。80年代以后，鉆井液固相控制從采用兩級(jí)處理發(fā)展成為三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)處理。鉆井中鉆井液的循環(huán)程序：鉆井液罐經(jīng)泵→地面管匯→立管→水龍帶、水龍頭→鉆柱內(nèi)→鉆頭→鉆柱外環(huán)形空間→井口、泥漿(鉆井液)槽→鉆井液凈化設(shè)備→鉆井液罐。第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。某型鉆井液循環(huán)流程示意圖

井口出來(lái)的鉆井液通過(guò)管線流入分配器，分別或同時(shí)輸送到2個(gè)振動(dòng)篩，經(jīng)處理后進(jìn)入到沉砂倉(cāng)，經(jīng)渡管進(jìn)入到除砂倉(cāng)。除砂泵吸入除砂倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到除泥倉(cāng)。除泥泵吸入除泥倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到離心倉(cāng)。離心機(jī)的立式供液泵吸入離心倉(cāng)的鉆井液，鉆井液經(jīng)過(guò)渡槽進(jìn)入到儲(chǔ)液罐。鉆井泵吸入儲(chǔ)液罐的鉆井液，通過(guò)管線輸送至井口。這樣就完成了鉆井液的循環(huán)流程。第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。某型鉆井液加重流程示意圖

鉆井液加重流程是鉆井液固控系統(tǒng)流程中的輔助流程，通過(guò)向鉆井液中加入重晶石等成份，增加鉆井液的密度，保持井壁穩(wěn)定，以滿足鉆井要求。4#罐的加重泵可以通過(guò)加重吸入管線直接吸入藥品混合倉(cāng)、加重混合倉(cāng)、儲(chǔ)備倉(cāng)中的鉆井液，經(jīng)過(guò)加重漏斗加重處理后，通過(guò)加重排出管線輸送到3#罐、4#罐各倉(cāng)中。這樣就完成了鉆井液加重流程。第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。某型鉆井液加藥流程示意圖鉆井液加藥流程是通過(guò)向鉆井液中加入化學(xué)處理劑，利用化學(xué)沉降的原理，去除有害固相成份改善鉆井液性能的作用，提高井壁的穩(wěn)定性，提高了機(jī)械鉆速。4#罐藥品混合倉(cāng)上部安裝有加藥罐，藥品從加藥罐經(jīng)管線進(jìn)入到藥品混合倉(cāng)，通過(guò)攪拌器攪拌混合后，由鉆井泵通過(guò)吸入管線輸送到井口。也可以由加重泵通過(guò)加重吸入管線吸入后，通過(guò)泥漿槍管線輸送到1#罐補(bǔ)給倉(cāng)、2#罐、3#罐各倉(cāng)中。這樣就完成了鉆井液加藥流程。第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。某型鉆井液補(bǔ)給流程示意圖鉆井液補(bǔ)給流程是在起升鉆具過(guò)程中，通過(guò)向井筒內(nèi)補(bǔ)充鉆井液，以保證井壁的穩(wěn)定。1#罐左端設(shè)有補(bǔ)給倉(cāng)，補(bǔ)給泵從補(bǔ)給倉(cāng)中吸入鉆井液，經(jīng)排出管線輸送至井口，井口返回的鉆井液經(jīng)分配器分支閥門(mén)調(diào)控進(jìn)入到補(bǔ)給倉(cāng)中。補(bǔ)給倉(cāng)中的鉆井液也可通過(guò)加重泵吸入儲(chǔ)備倉(cāng)中的鉆井液，經(jīng)過(guò)泥漿槍管線輸送至補(bǔ)給倉(cāng)。這樣就完成了鉆井液補(bǔ)給流程。第三十頁(yè)，共43頁(yè)。振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)示意圖

振動(dòng)篩主要通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)激振器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生周期變化的慣性力，鉆井液固相顆粒進(jìn)入篩面，在篩面上做拋擲運(yùn)動(dòng)，將大小不等的固相顆粒分類(lèi)去除。振動(dòng)篩的分離顆徑和處理量是振動(dòng)篩選配的重要因素。

第三十一頁(yè)，共43頁(yè)。振動(dòng)篩的選擇

振動(dòng)篩的技術(shù)水平主要反映在處理能力（處理量和分離粒度）、工作的穩(wěn)定性．壽命的長(zhǎng)短和操作的靈活性幾個(gè)方面。振動(dòng)篩的處理能力與振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)軌跡、振動(dòng)頻率、振動(dòng)強(qiáng)度、篩網(wǎng)面積和篩網(wǎng)的粗細(xì)有關(guān)。為了使振動(dòng)篩與鉆機(jī)匹配，就必須考慮鉆井泵的最大排量及鉆進(jìn)中產(chǎn)生的鉆屑量，即：Q篩≥Q泵+Q屑式中：Q篩——振動(dòng)篩處理量，L/s;Q泵——鉆井泵最大排量,L/s;Q屑——鉆進(jìn)中的鉆屑量，L/s。通常根據(jù)篩框的運(yùn)動(dòng)軌跡將振動(dòng)篩分為圓篩、普通橢圓篩、直線篩、均衡橢圓篩四大類(lèi)。第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。普通橢圓篩：又稱(chēng)非均衡橢圓篩,是在篩箱質(zhì)心的正上方固定有激振裝置。它要求篩箱傾斜一個(gè)角度，利用重力強(qiáng)行排砂，以免砂粒有朝后拋擲的傾向。由此而來(lái)，篩箱傾斜確實(shí)改善了砂粒的移動(dòng)性能，但振動(dòng)篩處理鉆井液的量減少了，這正是普通橢圓篩的主要缺點(diǎn)。第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。直線振動(dòng)篩：兩根帶偏心塊的主軸作同步反向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生直線振動(dòng),由于直線篩振動(dòng)方向不變，使得卡入的顆粒不易脫落，而出現(xiàn)“篩糊”現(xiàn)象，使得篩網(wǎng)的有效過(guò)流面積減小，造成處理量下降，而且當(dāng)篩網(wǎng)目數(shù)增大時(shí)，篩糊現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。因而，直線篩在使用超細(xì)目篩網(wǎng)時(shí)，就不可能滿足鉆井液用量的要求。第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。均衡橢圓篩：是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新篩型，篩箱上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,所有橢圓的運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)軸和短軸相同，拋擲角的大小和方向完全一致。均衡橢圓篩結(jié)合了圓型振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩的基本優(yōu)點(diǎn)，均衡橢圓篩的處理量較直線篩大20-30%，是一種比較先進(jìn)的鉆井液振動(dòng)篩，代表著當(dāng)今鉆井液振動(dòng)篩的發(fā)展方向。第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。除氣器的工作原理

除氣器用來(lái)清除氣侵鉆井液中的氣體，保證鉆井液性能相對(duì)穩(wěn)定，保證旋流器能正常工作。除氣器分為兩大類(lèi)：常壓式和真空式。常壓式除氣器利用離心機(jī)抽吸氣侵泥漿，借助離心力使泥漿在其噴射罐內(nèi)噴射、撞擊內(nèi)壁，使氣體釋放出去。真空除氣器利用真空泵的抽吸作用，在真空罐內(nèi)形成負(fù)壓，鉆井液在大氣壓的作用下，通過(guò)吸入管進(jìn)入空心軸，再由空心軸四周的傘片總成，呈噴射狀甩向罐壁，在碰撞、真空及氣泡分離器的作用，浸入鉆井液中的氣泡破碎，氣體逸出，通過(guò)真空泵抽出并排往安全地帶。第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。除砂、除泥器的結(jié)構(gòu)示意圖

除砂、除泥器都是由一組水力旋流器和一個(gè)處理旋流器底流并回收鉆井液的小型超細(xì)網(wǎng)目振動(dòng)篩組成。液流從進(jìn)液口切向進(jìn)入后，由于離心力的作用，密度大的顆粒被甩向外壁，沿旋流器內(nèi)壁螺旋下行流向底流口，