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石油钻井工程基础知识

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石油 钻井 工程 基础知识
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第一章 第一章 、 钻井地质基础知识一 、 岩石的机械性质1、 岩石的机械性质⑴ 岩石的强度: 岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力 。⑵ 硬度: 岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强⑶ 岩石的塑性: 在外力作用下 , 岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性 。⑷ 岩石的研磨性: 钻头破碎岩石的同时 , 其本身也受到岩石磨损 , 这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性 。⑸ 岩石的可钻性: 是指在一定条件下 , 钻进岩石的难易程度 。 也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小 。岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在:影响钻进速度与钻头进尺:使钻进过程中出现井漏 、 井喷 、卡钻等复杂情况:钻井液受到污染 , 性能变坏 , 井径不规则 , 进而影响到测井 、固井等 。粘土岩层 。 泥岩和页岩一般较软 , 钻速快 , 但容易产生钻头泥包 。 这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀 , 导致井径缩小 。 随着浸泡时间的延长 , 井壁会产生垮塌现象 , 井径扩大 。⑵ 砂岩层 。 砂岩一般来说是较好的渗透层 , 在井壁上易形成较厚的滤饼 , 易引起泥饼粘附卡钻 。另外滤饼对测井也有影响 , 所以必须使用优质钻井液 。⑶ 砾岩层 。 在砾岩层中钻进易发生跳钻 、 蹩钻和井壁垮塌 。⑷ 在当地层软硬交错时 , 易发生井斜 , 地层倾角较大者也易发生井斜 。⑸当岩层中含有可溶性盐类, 即钻到石膏层、盐岩层时,要注意对钻井液性能的影响。 钻井中地质录井工作1、 钻时录井概念:是通过计时器把实钻一个规定的单位进尺的时间反映并记录下来的过程,一般用 “ 分/米 ” 表示。井深计算井 深=钻具总长 +方入钻具总长=钻头长度 +接头长度 +钻铤长度 +钻杆长度⑵ 方入的计算到底方入=井深 钻杆到底方入 +记录方法就是将钻时 、 接单根 、 停钻 、 停泵 、变泵等一些情况详细记录在钻时记录表上 。 钻时的变化能反映地层的坚硬或松散程度 。 根据钻时的大小可以粗略地判断岩性和进行地层对比 。 根据钻时记录绘制钻时曲线 , 并结和有关地质资料 ,对地层 、 岩性 、 含油气等情况进行综合分析 。岩屑录井概念: 在井深不断加深过程中,按照一定的取样间距和迟到时间,将岩屑连续收集起来,进行观察、分析,并综合运用各种录井资料进行岩屑归位,以恢复地下原始剖面的过程。岩心录井概念:利用取心工具 , 将井下一定深度地层的岩石以柱状形式取上来 , 并对其进行分析 、 研究而取得各项资料的过程 。4、 荧光录井l 概念:石油中的油质 、 沥青等在紫外光的照射下 , 能发出一种特殊光亮 , 就是荧光 。 根据荧光显示的亮度及颜色的差别 , 测定出石油的含量和组成成分 ,对油气层进行定性和定量解释 , 就是荧光录井 。l 荧光录井的方法• ⑴ 岩屑干照法 。• ⑵ 点滴分析法。5、 气测录井l 概念:用气测仪器通过直接测定钻井液中气体含量 , 从而判断油气层的过程叫做气测录井 。三 、 地球物理测井• 1、 电法测井• 是通过研究井下岩层及所含流体的电学性质 , 进而研究岩层的岩性 、 储油物性和含油性的方法 。• 2、 声波测井• 就是利用岩石等介质的声学特性来研究钻井地质剖面 , 判断固井质量等问题的一种测井方法 。 其又分为声波时差测井和声波幅度测井 。3、 放射性测井• 是根据岩石和井内介质的核物理性质研究钻井剖面 , 寻找有用矿藏及研究油井工程质量的地球物理测井方法 。 其可分为探测伽马射线和探测中子的方法 。• 4、 其它测井方法• ⑴ 井温测井• ⑵ 地层倾角测井•第二章 、 钻井液基础知识– 钻井液在钻井中的作用 。1、 清洗井底 , 携带岩屑 , 保持井底清洁 , 保证钻头不断地破碎地层 , 使钻进不中断 。2、 平衡地层中的流体 ( 油 、 气 、 水 ) 压力 , 防止井喷 、 井漏等井下复杂情况 , 保护油气层 。3、 平衡岩石侧压力 , 并在井壁形成泥饼 , 保持井壁稳定 , 防止地层坍塌 。发挥水力效能 , 传递动力 , 冲击井底 ,帮助钻头破碎井底岩石 , 提高钻井速度 。5、 悬浮岩屑和加重剂 , 降低岩屑沉降速度 ,避免沉砂卡钻 。 另外承受钻杆和套管的部分重力 。6、 润滑并冷却钻头 , 钻具 。7、 防止地层中盐水 、 盐岩 、 石膏 、 芒硝等对钻井液的化学污染 , 防止硫化氢污染和损害 。8、利用钻井液,准确获得井下资料。一 、 钻井液性能与钻井工作的关系• 一 ) 、 钻井液密度与钻井的关系• 密度过大有以下害处:• 1、 损害油气层;• 2、 降低钻井速度;• 3、 过大压差造成压差卡钻;• 4、 易憋漏地层;• 5、 易引起过高的粘切;6、 多消耗钻井液材料及动力;• 7、 抗污染能力下降 。• 密度过低 则容易发生井喷 、 井塌 ( 尤其是负压钻井 ) 、 缩径 ( 对塑性地层 , 如较纯的粘土 、 盐岩层等 ) 及携屑能力下降等 。二 ) 、 钻井液粘度 、 切力与钻井的关系• 1、 粘度 、 切力过大有以下害处 。• ⑴ 流动阻力大 , 能量消耗多 , 功率低 ,钻速慢;• ⑵ 净化不良 ( 固控设备不易充分发挥效力 ) , 易引起井下复杂情况;• ⑶ 易泥包钻头 , 压力波动大 , 易引起卡 、喷 、 漏和井塌等事故;• ⑷ 脱气较难 , 影响气测并易造成气侵 。2、 粘度和切力过低也不利于钻井 , 如 :• ⑴ 洗井不良 , 井眼净化效果差;• ⑵ 冲刷井壁加剧 , 引起井塌等井下事故;• ⑶ 岩屑过细影响录井 。三 ) 、 滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系• 钻井液滤失量过大 , 泥饼厚而虚 , 会引起一系列问题 。• 1、 易造成地层孔隙堵塞而损害油气层 , 滤液大量进入油气层 , 会引起油气层的滲透率等物性变化 , 损害油气层 , 降低产能 。• 2、 泥饼在井壁堆积太厚 , 环空间隙变小 , 泵压升高 。• 3、 易引起泥包钻头 , 下钻遇阻 、 遇卡或堵死水眼 。• 4、 在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡 , 甚至发生压差卡钻 。5、 电测不顺利 , 并且由于钻井液滤液进入地层较深 , 水侵半径增大 , 若超过测井仪器所测及的范围 , 其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层 。• 6、 对松软地层 , 易泡垮易塌地层 , 会形成不规则的井眼 , 引起井漏等 。• 泥饼一定要薄 、 致密 、 韧性好 , 能经受钻井液液流的冲刷 。四 ) 、 固相含量与钻井的关系• 钻井液中固相含量越低越好 , 一般控制在 以下 。 固相含量过大 , 有以下危害:• 1、 固相含量高 , 钻井液柱压力大 , 钻速降低 。• 2、 固相颗粒愈细对钻速影响愈大 , 而且深入油层会造成永久性堵塞 , 油气层受损害严重 。3、 固相含量高 、 滤失量大时 , 泥饼必然厚 , 摩阻系数增大 , 因而易引起井下复杂情况的发生 。• 4、 固相含量高 , 钻井液的流变性难以控制 , 且流阻大 , 功耗多 , 钻井效率低 。• 5、 含砂量大 , 易造成钻头 、 钻具等机械设备的磨损 。• 6、 在固相含量高时 , 钻井液受外界影响大且敏感 ( 如对温度 、 各种污染物等的影响变大 ) 。降低固相含量的方法• 1、 机械除砂: 利用振动筛 、 除砂器 、 除泥器等设备降低固相含量 。• 1) 、 振动筛• 振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备 ,又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备 。因此 , 它是固控的关键设备 , 担负着清除大量钻屑的任务 , 同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件 , 如果振动筛发生故障 , 其下一级设备就会超载 , 严重影响净化效果 。 所以 ,要根据钻井条件 , 选好 、 用好振动筛 。2) 、 旋流器• 旋流器按其直径不同 , 可分为除砂器和除泥器 。• ⑴ 除砂器 。 直径为 150~ 300毫米的旋流器称为除砂器 。 其处理能力是:在进料压力为 0~ 120立方米每小时 。 正常工作的除砂器能清除约 95%大于 74微米的钻屑和约 50% 大于 40微米的钻屑 。 为了提高使用效果 , 在选用除砂器时 , 其许可处理量必须为钻井时最大排量的 125% 。⑵ 除泥器 。 直径为 100毫米和 150毫米的旋流器称为除泥器 。 其处理能力是:在进料压力为 0和 15立方米每小时 。 正常工作的除泥器能清除约95% 大于 40微米的钻屑和约 50% 大于 15微米的钻屑 。 除泥器能除去 12~ 13微米的重晶石 , 因此 , 不能用它来处理加重钻井液 。 在使用中 , 除泥器的许可处理量 , 应为钻井时最大排量的 125% ~ 150% 。3) 、 清洁器• 清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合 。上部为旋流器 , 下部为超细网振动筛 。• 清洁器是二次处理设备 。 它处理钻井液的过程分为两布:第一步是旋流器把钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流 。 第二步是超细网振动筛将高密度的底流再分离成两部分 , 一部分是重晶石和其它小于网孔的颗粒透过筛网 , 另一部分是大于网孔的颗粒从筛网尾部排出 。4) 、 离心机• 离心机有沉淀式 、 筛筒式 、 水力涡轮式 、叠片式等多种类型 , 而在石油钻井中处理钻井液用的多数是前三种 。• 离心机主要用在加重钻井液中回收重晶石和清除细小固相及胶体 , 在非加重钻井液中清除钻屑 , 也可用离心机对旋流器排出的底流进行第二次分离 , 回收液相 , 排除钻屑 。• 离心机的处理量和分离粒度与其转速和容量有关 。化学除砂: 加入化学絮凝剂 , 将细小的砂子变大而沉降 。3、 降低钻井液粘度有利于降低固相含量: 因此在现场维护钻井液时 , 对固相含量有下列要求 。⑴ 根据需要配备良好的净化设备 , 彻底清除无用固相 。⑵ 必须严格控制膨润土的含量 , 所使用钻井液的密度愈高 、 井愈深 、 温度愈高 , 膨润土的含量应愈低 , 一般应控制在 30~ 80kg/ 在轻钻井液中 , 固相含量应不超过 10% ( 体积 )或密度不大于 1150kg/无用固相含量与膨润土含量的比值,应控制在 2﹕1 ~ 3﹕1 。五 ) 、 1、 会促进泥页岩的水化膨胀和分散 , 对巩固井壁 、 防止缩径和坍塌都不利 , 往往会引起井下复杂情况的发生 。 另外 , 高 缩短了钻具及设备的使用寿命 。• 2、 通过 可以预测井下情况 。如盐水侵 、 石膏侵 、 水泥侵等都会引起二 、 有机处理剂• 一 ) 、 稀释剂 ( 降粘剂 )• 稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土颗粒某些部位的吸附 , 改变粘土颗粒的表面水化状态 , 减弱或拆散钻井液内部的网状结构来达到稀释的目的 。1、 单宁碱液: 代号 2、 磺甲基单宁: 又叫磺化单宁 , 代号 3、 铁铬木质素磺酸盐• 简称铁铬盐 , 代号 为棕黑色粉末 , 易溶于水 , 水溶液呈弱酸性 。• 其主要用作抗盐抗钙的分散型钻井液的稀释剂 ,可减弱粘土颗粒间的流动阻力 , 降低粘度和切力;也可抑制泥页岩的水化膨胀和分散 , 而防止粘度和切力的上升 , 有利于井壁稳定 。 此外铁铬盐还具有降滤失作用和抑制粘土水化膨胀的作用 。二 ) 、 降滤失剂• 1、 羧甲基纤维素钠盐• 代号为 简称 目前常用的有低粘 中粘 高粘 为白色纤维状粉末 , 具有吸湿性 , 不溶于酸和醇等有机溶剂 , 易分散于水中形成胶状液 , 抗温达 90~ 140℃ , 有一定抗盐 、抗钙能力 。• 主要用于各种水基钻井液的降滤失剂 ,还具有抑制页岩水化膨胀作用 、 增稠作用等 。2、 水解聚丙烯腈盐类• ⑴ 水解聚丙烯腈钠盐• 代号 是聚丙烯腈加 为淡黄色颗粒或粉末 , 溶于水 , 水溶液呈碱性 。• 主要用作聚合物钻井液的降滤失剂 , 并有增粘和絮凝作用 。 抗盐可至饱和而抗钙较差 , 抗温性强 。⑵ 水解聚丙烯腈钙盐• 代号 为浅黄色 、 灰白色颗粒或粉末 , 水溶性好 。• 主要用作聚合物钻井液的降滤失剂 , 抗盐 、 抗钙 、 抗温能力强 。• ⑶ 水解聚丙烯腈胺盐• 代号 主要用作防塌降滤失剂 , 抑制能力强 , 不提粘 , 耐高温 ,使用时碱度不宜过高 。3、 腐植酸类• 利用褐煤中的腐植酸进行磺化或硝化而形成的各种盐类 。 它既有降滤失作用 ,又有降粘作用 。• ⑴ 腐植酸钠• 代号 是由褐煤和 黑褐色粉末 , 易溶于水 , 水溶液呈碱性 。 主要用作淡水钻井液的降滤失剂 ,具有降粘作用 , 抗温性好 。⑵ 硝基腐植酸钠• 代号 是用硝酸氧化的腐植酸钠盐 。 黑褐色粉末 , 易溶于水 , 水溶液呈碱性 。 主要用作淡水钻井液的降滤失剂 , 并具有降粘作用 , 抗盐作用较强 。• ⑶ 腐植酸铬• 代号 一种抗高温降滤失剂和稀释剂 , 抗温可达 200℃ 以上 。 抗盐 、 抗钙能力也较强 。⑷ 聚合腐植酸• 代号 为黑色粉粒 , 易溶于水 , 主要用作各种水基钻井液的降滤失剂 , 抗盐 、 抗钙 、 防塌能力强 , 抗温达200℃ 。三 ) 、 絮凝剂• 絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类 ,无机絮凝剂若控制不好易发生聚沉 , 而有机絮凝剂能溶于水 , 因而现场一般都用有机絮凝剂 。有机絮凝剂又分为完全絮凝剂和选择性絮凝剂 。• 1、 聚丙烯酰胺• 代号 分为胶剂和粉剂两种 , 胶剂为无色透明都弹性胶体;粉剂是白色粉末 。 它水溶性好 , 热稳定性高 , 抗温达 200℃ , 在水中不电离 。 主要用作不分散低固相钻井液的絮凝剂 ,并有改善钻井液流变性 、 减少摩阻和防塌等效能 。2、 部分水解聚丙烯酰胺• 代号 通常也分胶剂和粉剂两种 。高水解度的 堵漏 、 润滑 、降滤失和剪切稀释效能 。• 3、 丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物• 代号 80无色或白色粉末,易溶于水,空气中易吸水结块。主要用作水基钻井液的絮凝剂,并有增粘、改善流变性、抑制造浆和防塌等效能。四 ) 、 增粘剂• 1、 高粘 代号 不溶于酸和醇等有机溶剂 ,易分散于水中成胶体溶液 。 主要用作水基钻井液增粘剂 , 也可作乳化剂 。 有一定降滤失作用和抗盐能力 。• 2、 复合离子型聚丙烯酸盐• 代号 为白色或微黄色可流动粉末 。本品不仅可以提高粘度 ,还可改善流变参数 、提高剪切稀释能力 、 降低滤失量 、 包被岩屑和抑制粘土颗粒分散的作用 , 并有抗盐 、 抗钙 、 和抗温能力 。 主要用于水基钻井液 , 也可用于海水及饱和盐水钻井液 。五 ) 、 页岩抑制剂• 1、 磺化沥青钠盐• 代号 1, 为黑褐色膏状胶体或粉剂 ,~ 11, 密度为 1.0 g/其主要用作各类钻井液的页岩抑制剂 , 并有润滑和控制高温高压滤失量的效能 。• 2、 水分散沥青• 代号 401, 黑色粉末 。 主要用作页岩微裂缝和破碎带的封闭剂而起防塌作用 ,并有较好的润滑能力 。 一般用量为 ~ 4% 。3、 水解聚丙烯腈钾盐• 代号 为棕红色或淡黄色粉末 , 易溶于水 , 水溶液呈碱性 。 为丙烯酸类页岩抑制剂 , 并有降滤失 、 抗污染和防塌等特点 。六 ) 表面活性剂• 表面活性剂的种类繁多 , 在钻井液中的作用也是多方面的 。 除用作乳化剂 、 消泡剂外 , 选用适当的表面活性剂处理钻井液 , 对提高钻井液的热稳定性 、 保护油气层 、 降低滤饼摩擦系数 , 防塌 、 防腐 、 提高钻速 、 预防和解除钻井液中的复杂事故等方面有突出的效果 。1、 乳化剂 。• ⑴ 烷基磺酸钠 ( 。• ⑵ 聚氧乙烯辛基苯酚醚 ( 。• 2、 润湿 、 防卡 、 解卡剂 。• ⑴ 聚乙二醇 ( 400) 。• ⑵ • ⑶ 3、 消泡剂 。• ⑴ 甘油聚醚 。• ⑵ 7501消泡剂。式中 —加重剂量 , t;• —加重钻井液体积 , —原钻井液体积 , ρ重 ——加重剂的密度 , g/ ρ加 ——加重钻井液密度 , g/ ρ原 ——原钻井液密度 , g/三 、 钻井液的有关计算•1、 ——所需水量 , ρ稀 ——稀释后的钻井液密度 , g/ —原浆体积 , ρ水 ——水的密度 , g/2、四 、 常用钻井液类型• 一 ) 、 水基钻井液• 水基钻井液以水为分散介质 ( 连续相 ) ,以粘土为分散相 ( 固相 ) , 加入一定的化学处理剂或加重材料组成 。 这类钻井液发展最早 , 使用最广泛 。 水基钻井液又可分为以下几种类型:1、 淡水钻井液:• 由淡水 、 粘土和一般的降粘剂 、 降滤失剂配制而成 。 含盐量 ( 小于• 1% 或低于 10000毫克/升 。 含钙量小于120毫克/升 。• 2、 盐水钻井液:• 含盐量大于 1% 或高于 10000毫克/升 。包括盐水钻井液 、 饱和盐水钻井液 、 海水钻井液 。 主要用在海湾海上钻井 , 钻盐岩层及泥页岩易塌地层 。3、 钙处理钻井液:• 含钙量大于 120毫克/升 。 包括石灰钻井液 、 石膏钻井液 、 氯化钙钻井液 。 其主要特点是抗可溶性盐侵蚀能力强 , 性能稳定 。• 4、 不分散低固相聚合物钻井液:• 一般低固相钻井液粘土含量小于 7% ( 体积百分数 ) ;不分散低固相钻井液的粘土含量小于 4% 。 其主要特点是钻速快 ,流动性好 , 钻井总成本低 。5、 混油钻井液:• 在水基钻井液中混入 3~ 4%的乳化油类(原油或柴油),使油成小珠分散的乳化状态。其主要特点是润滑性好,流动性好,失水量低,泥饼摩擦系数小。二 ) 、 油基钻井液• 以油为分散介质的钻井液 。 它又可分为:• 1、 油基钻井液:• 是以原油或柴油为连续相 ( 液相 ) , 以氧化沥青作为分散相 ( 固相 ) , 再加入化学处理剂和加重剂配成的 , 含水量在 3% 以下 。 其主要特点是对油层损害小 ,抗可溶性盐侵污的能力强 。2、 油包水乳化钻井液:• 以柴油作连续相 , 以水作分散相 , 呈小液滴状分散在水中 ( 水的体积分数可达60% ) , 以有机膨润土 ( 或称亲油膨润土 ) 和氧化沥青作稳定剂 , 再加入其它处理剂 、 加重剂配制而成 。 其主要特点是热稳定性高 , 有较好的防塌效果 , 对油气层损害小 , 常用于高温井段 , 钻易塌地层和低压油气层 。•第三章 井口工具• 一 、 吊卡• 1、 用途• 吊卡用于起下钻时 , 提升和下放钻具 , ( 如:双吊卡起下钻 ) , 并使钻具坐于转盘上 , 钻进时用于接单根 。• 2、 分类• 有侧开双保险式 、 对开双保险式以及闭锁环式 。我国钻井现场普遍使用 主要由主体 、 活页 、 开口销 、 锁销手柄 、 平衡紧固螺钉 、 上下锁销等组成 。3、 使用注意事项• ⑴ 吊卡规格与钻具尺寸相符 、 负荷台阶平整无严重变形 、 磨损 , 活页销 、 保险销滑润 、 活门扣合灵活 、 安全可靠 。• ⑵ 起下钻或下套管时必须使用保险插销和小补心 , 坐吊卡时禁止猛顿猛砸 , 严禁崩扣操作 。• ⑶ 禁止超负荷使用 , 禁止将绳套扣在吊卡内提拉重物 。• ⑷ 吊卡坐转盘时应避开方瓦锁销并摆正 , 使其两端受力均匀 。二 、 吊钳• 1、 用途• 吊钳分为外钳和内钳 , 工作时相互协作 ,主要用于起下钻 、 下套管作业时 , 上卸钻具丝扣及紧扣 。• 2、 类型• 按扣合钻具尺寸分: 操作方式分:手动吊钳和液压大钳 。目前 , 国内现场普遍采用 用更换钳头的方法可上卸不同尺寸的管子 。3、 使用注意事项• ⑴ 应选择适当的5#钳头 , 以保证扣合尺寸与钻具尺寸相符 。• ⑵ 吊钳应打在钻杆接头上 , 上下钳分别距接头密封面 30~ 50内 、 外钳夹角在 45° ~90° 之间 。 紧扣时 , 外钳在上内钳在下;卸扣时 , 外钳在下内钳在上 。• ⑶ 更换钳牙时不能对准井口 , 并防止砸伤手指或钳牙崩出伤人 。• ⑷打钳子时,手指不要放在 3#长钳、 4#短钳之间,三 、 卡瓦• 1、 用途• ⑴ 浅井或井内钻具较轻时的起下钻作业 ,用于井口卡坐钻铤或钻杆 。• ⑵ 阻卡划眼时 , 将钻具卡紧悬坐于钻盘中以传递扭矩 。• 2、 类型• 按作用分为:钻杆卡瓦 、 钻铤卡瓦和套管卡瓦 。• 按结构分为:三片 、 四片式卡瓦和长型 、短型卡瓦等 。• 按操作方式分为:动力卡瓦和手动卡瓦 。3、 使用注意事项• ⑴ 应根据井内钻具选择合适的卡瓦尺寸 。• ⑵ 检查卡瓦牙的锋利程度 , 不能松动 ,不能装反 , 是否清洁 , 螺丝 、 开口销是否其全 、 紧固 , 连接轴销应转动灵活 。• ⑶ 井深 1000米以后必须使用双吊卡起下钻 , 禁止用卡瓦配吊卡起下钻 。• ⑷ 起下钻铤时 , 卡瓦应配合安全卡瓦一起使用 。 卡瓦距母扣端面 50全卡瓦距卡瓦 5 ⑸ 井口操作人员应站在卡瓦旋转范围以外 , 以防转动时打伤腿脚 。四 、 安全卡瓦• 1、 用途• 安全卡瓦是在起下钻铤 、 取心筒和大直径的管子时配合卡瓦而用的 , 防止钻具溜入井内 。• 2、 结构• 由若干节卡瓦体通过销孔穿销连成一体 ,两端又通过带链插销与丝杠连接成一个可调性卡瓦 。 改变安全卡瓦的节数 , 五 、 滚子方补心• 1、 用途• 滚子方补心除具有传递转盘扭矩外还有以下优点:• ⑴ 可边转动边上提或下放钻具 , 有利于划眼和倒划眼 。• ⑵ 由于是整体式 , 不会飞出伤人 。• ⑶ 方补心进入大方瓦容易 。• ⑷ 方钻杆与滚轮接触 , 因而摩擦力很小 , 钻压准确 。• ⑸方钻杆与滚轮为滚动接触,对二者磨损均小,提高了使用寿命。六 、 液压大钳• 1、 主要结构• 减速装置 、 钳头 、 气控系统和液压系统等组成 。• 2、 主要技术性能• ⑴ 液压系统 。 额定流量: 114升每分;最高工作压力: 驱动时的电机功率: 40千瓦 。• ⑵ 气压系统 。 工作压力: 3、 操作注意事项• ⑴ 钳头腭板尺寸应与钻杆接头尺寸相符 。• ⑵ 移送大钳到井口时 , 严禁把气阀一次合到底 , 以防钳子快速向进口运动造成撞击 。• ⑶ 在公扣没有全部从母扣旋出和大钳没有松开钻具以前 , 不允许上提钻具 。• ⑷ 大钳停用时 , 应将所有液气阀回复零位 , 单向阀回关位 , 停液压泵 , 关闭大钳气路阀门 。• ⑸ 根据上卸扣决定上下钳的定位手把位置 , 变换位置时 , 钳头的各个缺口必须对正后方可操作 , 否则机构失灵 。• 操作口诀:钳子一定送到头 , 下钳卡牢转钳头 , 上卸扣完对缺口 , 松开下钳往回走 。第四章 钻具• 一 、 钻柱的组成• 1、 方钻杆• 2、 钻杆• 3、 钻铤• 4、 配合接头 二 、 接头• 1、 钻杆接头类型• 分为内平接头 、 贯眼接头 、 正规接头三类 。• 2、 接头类型表示方法• 我国现场用三位数字来表示钻杆接头扣型。第一位数表示钻杆本体的公称尺寸的整数部分。第二位数用 1、 2、 3分别表示内平、贯眼、正规扣。第三位用 1、 0分别表示公母扣。3、 接头类型的识别• ⑴ 标记槽法• 在接头处车有环形槽 。 一道槽表示正扣 ,两道槽表示反扣 , 在槽内打有三位数字或符号 , 三位数字的意义如上所述 。 若为符号 , 贯眼 、 内平接头 。 贯眼 、 内平接头 。⑵ 测量法• 当标记槽 、 符号及数字因种种原因模糊不清 , 易出现识别错误时 , 可根据一定类型尺寸的接头有其一定尺寸的原则 ,通过测量的方法来鉴别接头 。• 一般用外卡量公接头大端尺寸 ( 也可两小端尺寸 ) , 用内卡量母接头断面镗孔直径 , 将测得的数据查表得出接头丝扣尺寸和类型 。• ⑶ 用接头尺测量• 将量好了的接头的大 ( 小 ) 端直径或镗孔直径尺寸 , 与接头尺上的刻度一对比就可以在接头尺上读出尺寸和类型 。三 、 钻具的配合• 钻具配合就是将不同尺寸和扣型的钻具连接起来 。 其配合原则是:公母相配;扣型尺寸相同;正扣与正扣 , 反扣与反扣组合 。第五章 下井工具• 第一节 、 钻头• 一 、 牙轮钻头• 1、 牙轮钻头的组成• 三牙轮钻头的结构可分为五个部分 , 即钻头体 、 巴掌 、 牙轮 、 轴承和水眼 。 密封喷射式钻头还有储油补偿系统 。2、 牙轮钻头的产品系列• 1) 牙轮钻头的直径系列• ⑴ 国产钻头的直径系列 , 共有 15种 。 江汉常用的有 17 1/ 2″、 12 1/ 4″、 9 5/ 8″、8 1/ 2″、 3 7/ 8″。• ⑵ 进口钻头尺寸 进口钻头直径系列非常复杂 , 例如美国休斯公司所产钻头从 3 3/ 4″到 26″共 46种直径系列 。3) 江钻油用牙轮钻头型号表示法由四部分组成• 钻头直径代号 、 钻头系列代号 、 钻头分类号 、 钻头附加结构特征代号• ⑴ 钻头直径代号: 用数字 ( 整数或分数 )表示 , 其数字代表钻头直径英寸数 。• ⑵钻头系列代号: 对于三牙轮钻头,按其轴承及密封结构主要特征分 9个• ⑶钻头分类号: 由三位数组成,首位数为切削结构类别及地层系列号,第二位数为地层分级号,末位数为钻头结构特征代号。⑷ 钻头附加结构特征代号: 为满足某些特殊需要,钻头需改进或加强时,则在分类号后附加结构特征,用 1个或多个字母表示。• 例如: 8 1/ 2″37 G 8 1/ 2″:钻头直径为 8 1/ 2″• 动轴承金属密封特别保径• 537:低抗压强度 、 软至中地层 、 镶齿钻头• G:掌背强化• L:3、 牙轮钻头的选型• 主要根据邻井相同地层已钻过的钻头资料 , 结合地层条件及本井具体情况合理选择钻头类型 。• 1) 选择钻头类型时应考虑的问题• ⑴地层的软硬程度和研磨性。• ⑵钻进井段的深浅。• ⑶易斜地层防斜钻进。• ⑷4、 牙轮钻头在井下工作情况判断• ⑴ 正常情况• 当地层岩性无变化时 , 正常钻压下 , 转盘转动均匀 , 转盘链条无上下跳动;钻时正常无明显变化;指重表 、 泵压表指示平稳;刹把无异常感觉 。• ⑵ 轴承损坏• 转盘出现周期性蹩跳 , 钻压小蹩跳轻 ,钻压大则蹩跳重;钻速下降 , 泵压正常而指重表指针有摆动 。⑶ 牙轮卡死• 转盘负荷增大 , 转盘链条跳动 , 方钻杆有蹩劲 , 停转盘打倒车;钻速下降 , 指重表指针摆动严重 。• ⑷ 掉牙轮• 转盘负荷增大 , 转盘链条严重跳动 , 停转盘打倒车;蹩钻严重;指重表指针来回摆动;钻速明显下降或无进尺;上提钻具变换方向下探方入有变化 , 高差约为一牙轮高度 。⑸ 牙齿磨 ( 脱 ) 光• 转盘负荷减轻;方钻杆无蹩跳;钻速明显下降或无进尺;指重表指示平稳无摆动;泵压正常 。• ⑹ 钻头泥包• 转盘负荷增大有蹩跳现象;钻速下降;上提钻具有不同程度的挂卡;泵压上升 ,严重时蹩泵 。二 、 金刚石钻头• 金刚石钻头按其使用地层可分为:普通金刚石钻头 、 聚晶金刚石复合片钻头( 简称 两大类 , 其中聚晶金刚石复合片钻头适用于软至中硬地层 ,而普通金刚石钻头适用于及坚硬和研磨性高的地层 。1、 金刚石钻头的结构• 普通金刚石钻头 由钻头体 ( 又称刚体 ) 、胎体 、 水眼和金刚石颗粒等部分组成 。• 聚晶金刚石复合片钻头 由刚体、胎体、喷嘴、金刚石复合片等组成。2、 1) 型号表示法• 2) ① 根据钻井方式选择钻头:直井应选择钻速快 、 寿命长的钻头;定向井选择造斜或稳斜性能好 、 适合于配井底马达的高转速钻头 。• ② 根据地层情况选择钻头:包括所钻地层的类型 、 硬度 、 岩性等 。• ③ 根据钻井条件选择钻头:如设备能力• ④ 根据钻井参数选择钻头: 圆形和锥形三种 , 其中:• ① 抛物线型 :适用于各种软地层 , 具有进尺多 , 机械钻速高 , 稳定性好的特点 ,适合于转盘及井下动力钻具 。• ② 圆形 :工作面积小 , 水力集中 , 清洗较好 , 有利于钻穿硬夹层 , 在转盘钻井中常用 。• 锥形 :吃入性好,稳定性强,适合于转盘及高转速下动力钻具钻井。3) 、 ⑴ 泵压必须大于 采用等径或近似直径 。• ⑵ 由于金刚石抗冲击性能差 ( 脆性大 ) , 因此上下钻台不能碰撞硬物 , 井下不得有落物 , 严禁顿钻和溜钻 。• ⑶ 下钻遇阻严禁强行下压 , 应接方钻杆开泵冲划 , 但不超过 30米大段划眼 。 在下钻到最后两单根时 , 接方钻杆冲划到井底并开大排量循环 , 将井底循环干净 。 然后 ,用小钻压 , 低转速钻进 进行井底造型 。• ⑷ 正常钻进时优选钻井参数 , 钻压 30~ 60转速217~ 117r/每钻进 250~ 300米 , 必须进行一次中途旅行 。• ⑸ 不允许在砾石层使用 井底有落物时应起钻 。3、 合理起钻时间• ⑴ 在岩性变化不大的均质地层钻井时 , 机械钻速逐渐下降;• ⑵ 机械钻速突然降低 ( 可能是地层变软泥包或变硬 ) , 采取措施后仍无回升 , 应根据机械钻速进行经济效益分析而决定是否起钻 。• ⑶ 即使在最小的钻压下 , 扭矩也突然剧增 , 同时机械钻速骤降 , 很可能是钻头保径面或切削齿损坏 , 比较一下钻头在井底和提离井底时的扭矩来决定是否应该起钻 。• ⑷ 泵压突然降低 , 说明喷嘴可能失落或钻具发生刺漏 , 将钻头提离井底 , 观察压力变化情况 。• ⑸ 压降突增说明钻头可能出现了环磨或出心磨损 。三 、 取心钻头• 取心钻头的功用是环形破碎地层 , 形成岩心 。目前 , 常用的有刮刀取心钻头 、 领眼式硬质合金取心钻头 、 硬质合金取心钻头和金刚石
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本文标题:石油钻井工程基础知识
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