钻井设备和工具课件.ppt
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- 钻井 设备 工具 课件
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1、1主要内容主要内容 第一节第一节 钻机钻机(钻机分类、组成及功能钻机分类、组成及功能)第二节第二节 钻井工具钻井工具(钻头、钻柱、井口工具)(钻头、钻柱、井口工具)2 石油钻井的地面配套设备称为钻机,石油钻机是石油钻井的地面配套设备称为钻机,石油钻机是由由多种机器设备多种机器设备组成的一套大功率重型组成的一套大功率重型联合工作机组联合工作机组。完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业。固井、完井和处理井下事故等作业。3陆上钻机陆上钻机海洋钻井平台海洋钻井平台45一、钻机的分类一、钻机的分类1.1.钻井深度钻井深度 (
2、钻机的钻机的起重能力起重能力)大型钻机大型钻机超重型钻机超重型钻机重型钻机重型钻机中型钻机中型钻机H5000mH5000m,W2500kNW2500kNH H100010002500m2500mW W8008001600kN1600kNH H300030005000m5000mW W200020002500kN2500kN轻便钻机轻便钻机W W 800kN800kN,89 89 140mm 140mm钻杆,井径钻杆,井径 160mm160mmW W 300kN300kN,42 42 89mm 89mm钻杆,井径钻杆,井径 150mm150mm,钻井深度从几十米到钻井深度从几十米到1000m10
3、00m,常,常用于钻地质勘探井和水井等。用于钻地质勘探井和水井等。62.2.动力设备动力设备柴油机驱动钻机柴油机驱动钻机直流电直流电驱动钻机驱动钻机交流电交流电驱动钻机驱动钻机以柴油机为动力,通过机械以柴油机为动力,通过机械传动或液力传动的钻机。传动或液力传动的钻机。工作机用直流工作机用直流电动机电动机驱动。驱动。通常用于海上钻井。通常用于海上钻井。工作机用交流工作机用交流电动机电动机驱动。驱动。3.3.使用地区使用地区陆地钻机陆地钻机海洋钻机海洋钻机陆地(包括沙漠、沼泽等)使用的陆地(包括沙漠、沼泽等)使用的钻机。钻机。自升式钻井平台、半潜式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船和
4、钻井固定平台上的各种类钻井船和钻井固定平台上的各种类型的钻机。型的钻机。7国内外钻机现状国内外钻机现状 ZJ32ZJ32钻机、钻机、ZJ45ZJ45钻机、钻机、ZJ50ZJ50钻机、钻机、ZJ70 ZJ70 钻机钻机 美国和德国美国和德国等已形成等已形成9000m9000m以上成套钻机的生产能以上成套钻机的生产能力,几乎垄断了世界超深井钻机市场。我国已完成力,几乎垄断了世界超深井钻机市场。我国已完成了了90009000米交流变频电驱动钻机的样机试制。米交流变频电驱动钻机的样机试制。我国目前已研制成功我国目前已研制成功1200012000米钻机。米钻机。生产厂家生产厂家国企四家:国企四家:宝鸡石
5、油机械厂、南阳石油机械厂、江汉第四石油机械宝鸡石油机械厂、南阳石油机械厂、江汉第四石油机械厂、胜利油田动力机厂;厂、胜利油田动力机厂;8二、二、钻机的组成及功能钻机的组成及功能9功能:功能:起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼;下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼;1011功能:功能:保证在钻井液高压循环的情况下,给井下钻具提供足够的旋转扭矩和保证在钻井液高压循环的情况下,给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力,以满足破岩钻进和井下其它要求。动力,以满足破岩钻进和井下其它要求。12131415161
6、7功能:功能:从井底清除岩屑;从井底清除岩屑;冷却钻头和润滑钻具。冷却钻头和润滑钻具。泥浆泵号称钻机的泥浆泵号称钻机的“心脏心脏”18泥浆循环流程泥浆循环流程振动筛、除气器、除砂振动筛、除气器、除砂器、除泥器、离心器、除泥器、离心机机泥浆池泥浆池环形空间环形空间泥浆泵泥浆泵高压管汇高压管汇立管立管水龙带水龙带水龙头水龙头钻柱钻柱钻头钻头地面排出地面排出管线管线固控设备固控设备环形空间的概念环形空间的概念 1 井眼井眼2 钻铤外壁钻铤外壁3 钻铤内壁钻铤内壁4 钻井液钻井液6 钻头钻头5 环形空间环形空间21泥浆回泥浆回流管线流管线立管水龙带地面管汇地面管汇(至立管至立管)泥浆泵泥浆泵22除气器
7、除气器除泥器除泥器除砂器除砂器23动力机、传动部分动力机、传动部分(1)(1)组成:组成:(2)(2)功能功能产生动力,并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。产生动力,并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。柴油机或柴油机或电动机电动机联轴器、离合器、联轴器、离合器、变速箱、皮带传动变速箱、皮带传动及链条传动等装置及链条传动等装置控制机构、传输管线和阀门、执行机构(气动控制机构、传输管线和阀门、执行机构(气动离合器等)以及压气机等。离合器等)以及压气机等。(1)(1)组成:组成:(2)(2)功能:功能:确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制,使确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控
8、制,使整机协调一致的工作。整机协调一致的工作。2425(1)(1)组成:组成:防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。机构组成。(2)(2)功能:功能:控制井内的压力,防止地层流体无控制地流入井中。控制井内的压力,防止地层流体无控制地流入井中。2627节流管汇:节流管汇:由一系列特殊的、由一系列特殊的、可远程控制的管可远程控制的管线组成,线组成,用井口用井口防喷器组关井后防喷器组关井后,司钻可以通过它司钻可以通过它释放井底压力,释放井底压力,不至于造成井下不至于造成井下失控。失控。28钻井八大件钻井八大件+柴油机、传动装置为十大件柴油机
9、、传动装置为十大件29小结小结30转盘不旋转转盘不旋转不需要方钻杆不需要方钻杆3132井下工具井下工具井口工具井口工具一、井下工具一、井下工具水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括主要包括钻头钻头和和钻柱钻柱。1 1、钻头、钻头直接破碎岩石形成井眼的工具。直接破碎岩石形成井眼的工具。影响钻井速度最直接的因素之一影响钻井速度最直接的因素之一33用钻头的进尺除以纯钻进时间,即用钻头的进尺除以纯钻进时间,即单位纯钻单位纯钻时间的钻头进尺时间的钻头进尺,表示钻头破碎岩石的能力,表示钻头破碎岩石的能力和效率,单位为和效率,单位为m mh h。衡量钻头衡量钻头破岩
10、效率破岩效率高低的主要指标有高低的主要指标有钻头进尺钻头进尺和和机械钻速机械钻速。钻头寿命:钻头寿命:在整个使用过程中,钻头在井下的纯钻时间在整个使用过程中,钻头在井下的纯钻时间(包括包括划眼划眼在已钻出的井眼内旋转送钻、在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程修整井壁的过程),单位为,单位为h h;钻头进尺:钻头进尺:在钻头寿命内,其钻进的井段长度,单位为在钻头寿命内,其钻进的井段长度,单位为m m;机械钻速:机械钻速:不含起下不含起下钻、接单钻、接单根等辅助根等辅助时间时间34(1)(1)钻头类型钻头类型 按结构及工作原理分类按结构及工作原理分类 刮刀钻头、牙轮钻头、刮刀钻头、牙轮钻头、金
11、刚石钻头(天然金刚石钻头、金刚石钻头(天然金刚石钻头、PDCPDC钻头钻头、TSPTSP钻头)钻头);按功用分类按功用分类 全面钻进钻头、取芯钻头、全面钻进钻头、取芯钻头、扩眼钻头扩眼钻头(2)(2)钻头尺寸系列钻头尺寸系列 3-3/4”3-3/4”36”36”常用尺寸:常用尺寸:26”26”、171/2”171/2”、121/4”121/4”、81/2”81/2”1 1、钻头、钻头35图图6 66 6 刮刀钻头刮刀钻头切削型钻头切削型钻头适用地层:适用地层:松软软地层松软软地层工作原理:工作原理:工作时其刀翼在工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石,并在钻压作用下吃入岩石,并在扭矩作用下剪切破碎岩
12、石。扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式:破岩方式:以以刮削刮削、挤压挤压和和剪切剪切为主的方式为主的方式刮刀钻头刮刀钻头36刮刀钻头破碎脆性岩石过程:刮刀钻头破碎脆性岩石过程:碰撞碰撞 压碎及小剪切压碎及小剪切 大剪切大剪切 (1 1)碰撞碰撞:刀刃在旋转扭矩下向前推进,碰刀刃在旋转扭矩下向前推进,碰撞刃前岩石。撞刃前岩石。(2 2)压碎及小剪切压碎及小剪切 :扭转力增大,压碎刃前:扭转力增大,压碎刃前岩石,产生小剪切破坏。岩石,产生小剪切破坏。(3 3)大剪切大剪切:扭转力继续增大到某一极值,:扭转力继续增大到某一极值,刃前岩石沿剪切面产生大的剪切破碎,完成了刃前岩石沿剪切面产生大的剪切破碎,
13、完成了一个破岩过程。一个破岩过程。37刀翼数刀翼数刀冀底刃的形状刀冀底刃的形状两翼两翼(鱼尾式鱼尾式)刮刀钻头刮刀钻头三翼刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头平底式刮刀钻头最常用最常用分类分类优点:优点:缺点:缺点:机械钻速较高机械钻速较高扭矩较大,控制不当易造成井斜扭矩较大,控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命38刮刀钻头的应用刮刀钻头的应用 刮刀钻头制造工艺简单,成本低;刮刀钻头制造工艺简单,成本低;刮刀钻头适用于松软软地层,钻速快刮刀钻头适用于松软软地层,钻速快 刮刀钻头容易磨损成锥形,造成缩径和
14、井斜;刮刀钻头容易磨损成锥形,造成缩径和井斜;刮刀钻头产生剧烈的扭转振动,破坏钻具和设备;刮刀钻头产生剧烈的扭转振动,破坏钻具和设备;刮刀钻头目前逐渐被刮刀钻头目前逐渐被PDCPDC钻头取代。钻头取代。39牙轮钻头的结构牙轮钻头的结构 牙轮钻头由钻头体、牙爪(巴掌)牙轮钻头由钻头体、牙爪(巴掌)牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、牙轮及牙齿、轴承、储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。喷嘴等部分组成。牙轮钻头牙轮钻头水眼巴掌钻头体40铣齿(钢齿)铣齿(钢齿)在牙轮锥面上直接铣出,楔形在牙轮锥面上直接铣出,楔形镶齿(硬质合金齿)镶齿(硬质合金齿)镶装在牙轮锥面的孔中,有多种齿形适用不同地层。镶装在牙
15、轮锥面的孔中,有多种齿形适用不同地层。牙轮钻头牙齿:铣齿、镶齿牙轮钻头牙齿:铣齿、镶齿4142牙轮钻头在井底的运动牙轮钻头在井底的运动 公转公转:牙轮随钻头一起旋转。:牙轮随钻头一起旋转。自转自转:牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自:牙齿绕牙轮轴线作逆时针方向旋转称为自转转。滑动滑动:牙齿相对于井底的滑动,包括:牙齿相对于井底的滑动,包括切向(周向)和径向(轴向)滑动切向(周向)和径向(轴向)滑动。牙轮滑动对破岩的作用:牙轮滑动对破岩的作用:切向滑动切向滑动剪切掉剪切掉牙齿之间牙齿之间的岩石。的岩石。轴向滑动轴向滑动剪切掉剪切掉齿圈之间齿圈之间的岩石。的岩石。纵向振动:纵向振动:牙轮在牙轮在
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