1、中 等 专 业 学 校 教 学 用 书钻 采 概 论高 登 林 伍 成 林 主 编石 油 工 业 出 版 社内 容 提 要本 书 概 括 讲 述 了 石 油 钻 井 、 石 油 开 采 的 基 本 工 艺 原 理 、 所 用 设 备 结 构 和 工 作 原 理 、 基 本 操 作 方 法 和 程 序 , 可 作 为 中 等 专 业 学 校 石 油 地 质 、 石 油 矿 场 机 械 等 非 钻 采 专 业 的 必 修 教 材 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据钻 采 概 论 / 高 登 林 , 伍 成 林 主 编 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 1997.9中 等
2、 专 业 学 校 教 学 用 书ISBN 7 - 5021 - 2048 - 3 . 钻 . 高 伍 . 油 气 钻 井 - 专 业 学 校 - 教 材 石 油 开 采 - 专 业 学 校 - 材 料 . TE 2中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 97 ) 第 12706 号石 油 工 业 出 版 社 出 版(1 0 00 1 1 北 京 安 定 门 外 安 华 里 二 区 一 号 楼 )石 油 工 业 出 版 社 印 刷 厂 排 版 印 刷 新 华 书 店 北 京 发 行 所 发 行*7 8 7 10 9 2 毫 米 16 开 本 11 印 张 2 85 千 字 印 1
3、 - 20 0 01 9 97 年 9 月 北 京 第 1 版 1 9 97 年 9 月 北 京 第 1 次 印 刷ISB N 7 - 5 02 1 - 2 0 48 - 3/ T E1 7 24 ( 课 )定 价 : 14 . 00 元前 言 钻 采 概 论 是 根 据 中 国 石 油 天 然 气 总 公 司 人 教 局 1994 年 9 月 在 大 庆 石 油 学 校 召 开 的 钻 井 、 采 油 、 地 质 专 业 教 学 工 作 会 议 上 通 过 的 石 油 中 等 专 业 学 校 钻 采 概 论 教 学 大 纲 编 写 的 , 本 教 材 分 上 、 下 篇 共 十 三 章 ,
4、教 学 总 时 数 为 92 学 时 。参 加 本 书 编 写 的 有 : 长 庆 石 油 学 校 高 登 林 ( 绪 论 、 第 四 、 六 、 七 、 八 章 ) 、 潘 文 启 ( 第 五 章 ) 、 中 原 石 油 学 校 赵 转 玲 ( 第 一 、 二 、 三 章 ) , 大 港 石 油 学 校 伍 成 林 ( 第 九 、 十 章 ) 、 赵 洪 星 ( 第 十 一 章 ) 、 苏 春 涛 ( 第 十 二 章 ) 、 韩 宝 金 ( 第 十 三 章 ) 。 全 书 由 高 登 林 、 伍 成 林 主 编 , 中 原 石 油 学 校 高 级 讲 师 李 友 祯 、 长 庆 石 油 学
5、校 高 级 讲 师 邹 根 宝 主 审 。本 书 在 编 写 过 程 中 受 到 了 长 庆 石 油 学 校 和 大 港 石 油 学 校 的 领 导 及 有 关 科 室 的 大 力 支 持 和 帮 助 , 在 此 深 表 感 谢 。由 于 编 者 水 平 有 限 , 书 中 难 免 有 不 少 缺 点 和 错 误 , 敬 请 读 者 批 评 指 正 。编 者1996 年 10 月目 录绪 论 上 篇 石 油 钻 井第 一 章 钻 井 设 备 ( 1)( 4)第 一 节 概 述 ( 4)第 二 节 钻 机 的 提 升 系 统 ( 6)第 三 节 钻 机 的 旋 转 系 统 ( 8)第 四 节 钻
6、 机 的 循 环 系 统 ( 9)复 习 题 (11)第 二 章 岩 石 与 钻 头 (12)第 一 节 岩 石 (12)第 二 节 钻 头 (15)复 习 题 (27)第 三 章 钻 柱 (28)第 一 节 钻 柱 的 结 构 (28)第 二 节 钻 柱 的 受 力 (35)第 三 节 钻 柱 的 疲 劳 破 坏 (37)复 习 题 (38)第 四 章 钻 井 液 (39)第 一 节 概 述 (39)第 二 节 钻 井 液 的 主 要 性 能 (41)第 三 节 钻 井 液 的 维 护 和 处 理 (44)第 四 节 钻 井 液 的 固 相 控 制 (45)复 习 题 (47)第 五 章 钻
7、 井 技 术 (48)第 一 节 影 响 机 械 钻 速 的 因 素 及 其 规 律 (48)第 二 节 喷 射 钻 井 (50)第 三 节 井 斜 及 其 控 制 (57)第 四 节 定 向 钻 井 (62)复 习 题 (72)第 六 章 取 心 钻 井 (73)第 一 节 取 心 工 具 的 组 成 (73)第 二 节 取 心 工 具 的 类 型 (76)第 三 节 取 心 工 艺 (79)复 习 题 (80)第 七 章 油 气 井 压 力 控 制 (81)第 一 节 地 层 各 种 压 力 及 压 力 异 常 (81)第 二 节 溢 流 和 井 控 (83)第 三 节 压 井 方 法 (
8、87)复 习 题 (89)第 八 章 固 井 与 完 井 (91)第 一 节 井 身 结 构 (91)第 二 节 套 管 及 套 管 柱 (93)第 三 节 油 井 水 泥 与 水 泥 浆 (97)第 四 节 注 水 泥 (99)第 五 节 完 井 ( 102)复 习 题 ( 104)下 篇 石 油 开 采第 九 章 试 油 ( 106)第 一 节 中 途 测 试 试 油 工 艺 ( 106)第 二 节 单 层 试 油 工 艺 ( 107)第 三 节 分 层 试 油 工 艺 ( 110)第 四 节 试 油 资 料 的 录 取 及 应 用 ( 113)复 习 题 ( 115)第 十 章 采 油
9、方 法 ( 116)第 一 节 自 喷 采 油 ( 116)第 二 节 机 械 采 油 ( 123)第 三 节 矿 场 油 气 集 输 流 程 概 况 ( 135)复 习 题 ( 136)第 十 一 章 注 水 ( 138)第 一 节 水 源 、 水 处 理 及 注 水 系 统 ( 138)第 二 节 注 水 井 的 投 注 与 分 层 开 采 ( 140)第 三 节 注 水 井 的 分 析 与 管 理 ( 142)第 四 节 恢 复 油 层 吸 水 能 力 及 调 整 吸 水 剖 面 的 方 法 ( 143)第 五 节 三 次 采 油 简 介 ( 144)复 习 题 ( 146)第 十 二
10、章 增 产 增 注 措 施 ( 148)第 一 节 油 层 水 力 压 裂 ( 148)第 二 节 酸 化 ( 155)第 三 节 防 砂 与 堵 水 ( 158)复 习 题 ( 161)第 十 三 章 修 井 ( 163)第 一 节 修 井 的 设 备 和 工 具 ( 163)第 二 节 油 井 小 修 ( 169)第 三 节 油 井 大 修 ( 171)复 习 题 ( 177)参 考 文 献 ( 178)绪 论石 油 和 天 然 气 埋 藏 在 地 下 几 百 米 甚 至 几 千 米 深 的 岩 石 中 , 是 地 球 赋 予 人 类 的 宝 贵 财 富 。 寻 找 和 探 明 祖 国 的
11、 石 油 储 量 , 科 学 地 开 发 石 油 资 源 是 石 油 职 工 的 职 责 。 为 此 , 必 须 了 解 石 油 是 怎 样 找 到 的 , 又 如 何 从 地 下 采 出 来 的 。一 、 钻 井 在 石 油 工 业 中 的 地 位 , 钻 井 方 法 和 钻 井 过 程1. 钻 井 在 石 油 工 业 中 的 地 位寻 找 石 油 及 天 然 气 , 并 把 它 们 从 地 下 开 采 出 来 的 工 作 称 为 石 油 和 天 然 气 勘 探 和 开 发 。 石 油 及 天 然 气 勘 探 和 开 发 大 致 可 分 为 地 质 普 查 、 区 域 勘 探 和 油 、 气
12、 田 开 发 三 个 阶 段 。 三 个 阶 段 的 目 的 不 同 , 任 务 也 不 同 , 但 有 一 个 共 同 点 , 都 是 需 要 钻 井 。 在 地 质 普 查 中 , 要 钻 一 些 井 , 如 地 质 井 、 基 准 井 、 制 图 井 、 构 造 井 等 。 在 地 质 普 查 之 后 是 区 域 勘 探 阶 段 。 此 阶 段 也 需 钻 井 , 如 预 探 井 、 详 探 井 、 边 探 井 等 , 通 过 实 地 钻 探 取 得 地 质 资 料 , 确 定 地 下 有 无 油 气 , 有 无 工 业 价 值 。最 后 一 个 阶 段 是 油 、 气 田 开 发 阶
13、段 。 当 区 域 勘 探 证 实 某 地 有 一 个 油 、 气 田 , 决 定 进 行 开 发 时 , 更 需 要 钻 井 。 此 时 , 钻 井 的 目 的 是 钻 凿 一 个 油 、 气 层 中 的 油 、 气 到 地 面 的 通 道 。 井 的 类 型 有 生 产 井 、 注 水 井 、 估 价 井 、 观 察 井 等 。由 上 述 可 知 , 从 寻 找 油 、 气 田 到 生 产 出 原 油 和 天 然 气 的 各 个 环 节 , 都 离 不 开 钻 井 工 作 ,所 以 , 人 们 称 钻 井 为 石 油 工 业 的“ 龙 头” 。2. 钻 井 方 法 和 钻 井 过 程(1
14、) 钻 井 方 法 在 长 期 的 生 产 实 践 中 , 人 们 创 造 了 很 多 破 碎 岩 石 加 深 井 眼 的 方 法 。 从 机 械 破 岩 观 点 来 看 , 目 前 使 用 较 为 普 遍 的 是 旋 转 钻 井 方 法 。旋 转 钻 井 法 是 使 用 结 构 较 为 复 杂 的 设 备 ( 钻 机 ) 和 工 具 给 钻 头 施 加 压 力 和 旋 转 扭 矩 , 使 钻 头 在 不 断 旋 转 中 利 用 牙 齿 或 刀 刃 破 碎 井 底 岩 石 , 破 碎 的 岩 屑 由 循 环 的 钻 井 液 及 时 带 到 地 面 , 亦 即 破 碎 岩 石 和 清 洗 井 底
15、 同 时 进 行 。 转 盘 钻 井 即 是 典 型 代 表 。在 转 盘 钻 井 方 法 的 基 础 上 产 生 了 井 底 动 力 钻 井 , 常 用 的 有 涡 轮 钻 具 、 螺 杆 钻 具 、 电 动 钻 具 。 井 底 动 力 钻 井 与 转 盘 钻 井 的 不 同 点 在 于 传 递 给 钻 头 的 旋 转 扭 矩 不 是 由 转 盘 通 过 钻 柱 提 供 的 , 而 是 由 加 在 钻 头 与 钻 柱 间 的 井 下 动 力 设 备 ( 如 涡 轮 、 螺 杆 钻 具 、 电 动 钻 具 ) 直 接 提 供 的 。 钻 井 时 钻 柱 是 不 旋 转 的 。随 着 科 学 技
16、 术 的 发 展 , 钻 井 方 法 也 有 了 新 的 发 展 , 目 前 国 外 正 在 试 验 和 探 索 中 的 钻 井 方 法 有 熔 化 法 、 热 膨 胀 法 、 化 学 法 等 等 。(2 ) 钻 井 过 程 一 口 井 从 准 备 钻 井 到 完 成 , 一 般 都 要 经 过 以 下 几 道 工 艺 程 序 。 准 备 工 作 。 又 称 钻 前 工 作 , 其 主 要 包 括 定 井 位 、 修 公 路 、 平 井 场 、 打 基 础 ( 或 摆 放 活 动 基 础 ) 、 搬 迁 和 安 装 钻 井 设 备 、 井 口 准 备 等 。 钻 进 。 包 括 以 下 三 个
17、 作 业 程 序 :a. 起 下 钻 。 为 了 更 换 已 磨 损 了 的 钻 头 或 其 它 原 因 , 需 要 将 井 内 的 钻 柱 起 出 到 地 面 , 这 叫 起 钻 ; 将 钻 柱 下 入 井 内 , 叫 下 钻 。 起 下 钻 时 一 般 不 是 以 单 根 钻 杆 或 钻 铤 为 单 位 进 行 接 、 卸 的 , 而 是 以 二 根 或 三 根 钻 杆 或 钻 铤 为 一 组 , 称 为 立 根 ( 或 立 柱 ) , 一 根 立 根 长 24 27m 左 1 右 。 起 出 井 的 钻 柱 以 立 根 的 形 式 斜 靠 在 井 架 的 支 梁 上 。b. 钻 进 。
18、是 指 钻 头 在 钻 压 和 扭 矩 的 作 用 下 , 不 断 旋 转 中 破 碎 井 底 岩 石 , 井 眼 随 之 加 深的 过 程 。c. 接 单 根 。 钻 进 中 随 着 井 眼 不 断 加 深 , 需 给 井 下 钻 柱 增 加 长 度 。 每 次 给 井 下 钻 柱 增 加一 根 钻 杆 或 钻 铤 的 工 作 叫 接 单 根 。 在 钻 进 中 , 接 单 根 是 频 繁 出 现 的 工 作 。 洗 井 。 是 钻 井 液 在 循 环 时 将 井 底 钻 头 破 碎 下 的 岩 屑 ( 又 称 钻 屑 ) 带 到 地 面 使 井 底 净 化 的 过 程 。 完 井 。 一
19、口 井 钻 达 目 的 层 前 或 后 , 就 该 进 行 完 井 工 作 。 完 井 主 要 包 括 固 井 、 钻 开 油 气 层 等 。二 、 采 油 在 石 油 工 业 中 的 地 位 、 采 油 基 本 工 艺 及 工 艺 过 程1. 采 油 在 石 油 工 业 中 的 地 位我 们 所 说 的 采 油 工 作 包 括 试 油 、 采 油 、 油 层 改 造 ( 注 水 、 压 裂 、 酸 化 ) 、 油 井 维 修 等 与油 、 气 生 产 直 接 有 关 的 工 艺 技 术 。在 区 域 勘 探 中 钻 了 许 多 探 井 , 找 到 了 含 油 气 的 构 造 , 但 这 些
20、含 油 气 构 造 有 无 工 业 性 油 、 气 流 , 含 油 、 气 面 积 多 大 , 储 量 多 少 , 油 、 气 层 物 性 如 何 , 油 、 气 层 压 力 多 大 , 有 多 大 产 能 等 等 , 必 须 由 试 油 回 答 这 些 问 题 。 因 此 , 试 油 是 证 实 勘 探 成 果 的 重 要 工 艺 技 术 。 同 时 它 为 编 制 合 理 的 油 田 开 发 方 案 和 生 产 井 的 科 学 开 采 提 供 了 重 要 的 依 据 。找 到 了 含 油 、 气 构 造 , 获 得 了 有 工 业 性 价 值 的 油 、 气 田 , 这 还 不 是 我 们
21、 的 最 终 目 的 。 我 们 的 最 终 目 的 是 要 充 分 利 用 埋 藏 在 地 下 的 这 些 宝 贵 资 源 。 因 此 , 科 学 地 从 地 下 把 油 、 气 开 采 出 来 , 不 断 提 高 采 收 率 , 用 最 低 的 成 本 , 获 取 最 多 的 原 油 和 天 然 气 , 是 石 油 工 业 中 一 个 最 重 要 的 环 节 , 也 是 勘 探 开 发 大 量 投 资 后 取 得 效 益 的 关 键 阶 段 。2. 采 油 基 本 工 艺 及 工 艺 过 程(1 ) 试 油 工 艺 所 谓 试 油 就 是 利 用 一 套 专 用 的 设 备 和 方 法 ,
22、 对 井 下 油 、 气 层 直 接 进 行 测 试 , 取 得 有 关 地 下 油 、 气 层 产 能 、 压 力 、 温 度 等 数 据 资 料 , 以 及 采 集 油 、 气 、 水 样 进 行 物 性 分 析 等 的 工 艺 技 术 。 试 油 分 为 中 途 测 试 和 完 井 测 试 两 种 。 在 油 、 气 勘 探 和 开 发 中 , 应 用 最 多 的 是 完 井 试 油 。 完 井 试 油 的 工 艺 程 序 一 般 为 : 通 井 洗 井 与 压 井 射 孔 诱 喷 放 喷 关 井 测 试 。 其 中 诱 喷 是 试 油 中 的 一 个 最 重 要 的 环 节 。(2 )
23、 采 油 工 艺 所 谓 采 油 工 艺 技 术 , 通 俗 地 讲 , 就 是 把 地 下 的 石 油 和 天 然 气 取 到 地 面 上 来 的 工 艺 技 术 。 由 于 油 、 气 采 出 井 的 方 法 不 同 , 可 分 为 自 喷 采 油 和 机 械 采 油 。(3 ) 油 气 层 改 造 及 油 井 维 修 在 采 油 过 程 中 , 为 了 保 持 油 层 压 力 稳 定 , 从 而 延 长 采 油 期 , 提 高 采 收 率 , 要 用 高 压 注 水 泵 将 经 过 水 质 处 理 的 水 注 入 油 层 , 这 个 工 艺 技 术 叫 注 水 。 注 水 井 与 采 油
24、 井 是 按 一 定 比 例 布 置 在 含 油 区 块 上 。为 了 提 高 油 、 气 层 的 渗 透 率 , 常 常 采 用 如 压 裂 、 酸 化 等 油 层 改 造 措 施 。 压 裂 是 用 压 裂 车 等 设 备 将 混 有 压 裂 砂 的 压 裂 液 泵 入 井 内 并 替 入 地 层 , 使 油 、 气 层 的 孔 隙 和 缝 隙 增 大 、 延 伸 , 甚 至 产 生 新 的 裂 缝 。 酸 化 是 将 特 制 的 酸 液 泵 入 井 内 , 用 酸 液 溶 解 堵 塞 在 油 、 气 层 孔 隙 中 的 污 染 物 , 恢 复 油 、 气 层 的 孔 隙 度 和 渗 透
25、率 。油 、 气 井 开 采 到 一 定 程 度 , 油 层 会 出 现 水 , 油 、 气 层 底 水 甚 至 会 淹 没 油 、 气 层 , 造 成 不 出 油 。 油 、 气 井 生 产 中 常 常 会 出 现 一 些 故 障 , 如 泵 工 作 失 效 , 油 管 蜡 堵 或 结 垢 、 井 口 工 具 落 井 、 抽 油 杆 折 断 、 套 管 因 腐 蚀 而 断 裂 等 。 为 了 维 持 正 常 生 产 , 必 须 及 时 排 除 上 述 故 障 或 事 故 , 这 就 需 要 对 油 井 维 修 , 简 称 修 井 。 修 井 分 油 气 井 小 修 和 油 气 井 大 修 。
26、 2 采 出 来 的 原 油 要 输 送 到 原 油 加 工 厂 炼 油 厂 或 石 油 化 工 厂 。 小 量 原 油 是 罐 车 运 输 ( 卡车 或 火 车 罐 车 ) , 大 量 的 是 采 用 管 道 输 送 。 管 道 输 送 时 原 油 的 流 程 是 :单 井 出 油 管 线 计 量 站 接 转 站 集 中 处 理 站 外 输 管 线 原 油 加 工 厂 。 在 原 油 的 集 输 过 程 中 , 还 须 加 热 和 加 压 , 加 热 加 压 是 由 泵 站 承 担 , 所 以 在 长 距 离 输 送 原油 时 , 中 间 要 建 立 若 干 个 泵 站 。三 、 本 课 程
27、 在 教 学 和 学 习 中 应 注 意 的 问 题 钻 采 概 论 是 一 门 实 践 性 很 强 的 专 业 课 程 , 因 此 , 学 习 中 应 力 求 理 论 联 系 实 际 , 注 重 现 场 参 观 和 实 物 教 学 , 从 基 本 工 艺 过 程 入 手 , 弄 清 基 本 工 艺 原 理 、 所 用 设 备 结 构 和 工 作 原 理 、 基 本 操 作 方 法 和 程 序 , 从 而 掌 握 基 本 工 艺 技 术 。 同 时 , 注 意 各 个 工 艺 过 程 之 间 的 内 在 联 系 , 使 所 学 的 知 识 有 机 地 联 系 成 一 个 整 体 。 3 上 篇
28、 石 油 钻 井第 一 章 钻 井 设 备第 一 节 概 述钻 井 设 备 是 一 套 为 钻 井 工 程 服 务 的 综 合 性 联 合 工 作 机 组 , 统 称 钻 机 。 它 由 动 力 机 、 传 动 设 备 和 工 作 机 三 大 部 分 组 成 。 为 满 足 钻 井 工 艺 的 需 要 , 钻 机 必 须 具 有 以 下 能 力 : 具 有 旋 转 钻 进 的 能 力 , 能 够 带 动 钻 头 旋 转 破 碎 岩 石 。 具 有 起 下 钻 具 、 悬 持 钻 柱 和 调 节 钻 压 的 能 力 。 具 有 循 环 钻 井 液 进 行 洗 井 的 能 力 。 具 有 复 杂
29、、 多 样 的 传 动 机 构 。 具 有 较 高 的 可 靠 性 和 适 应 性 。 具 有 高 度 的 运 移 性 , 易 于 拆 、 装 , 适 应 工 作 地 点 频 繁 的 更 换 。一 、 钻 机 的 组 成根 据 钻 井 工 艺 中 钻 进 、 洗 井 、 起 下 钻 柱 等 各 工 序 以 及 处 理 钻 井 事 故 等 的 需 要 , 一 套 钻 机 应 具 有 七 个 基 本 系 统 , 如 图 1 - 1 所 示 。 提 升 系 统 。 其 主 要 功 用 是 起 下 钻 柱 、 套 管 , 控 制 钻 压 ; 主 要 设 备 有 天 车 、 游 动 滑 车 、 大 钩
30、、 绞 车 和 井 架 。 旋 转 系 统 。 其 主 要 功 用 是 给 钻 柱 提 供 扭 矩 , 驱 动 钻 柱 旋 转 ; 主 要 设 备 有 转 盘 、 水 龙 头 。 循 环 系 统 。 其 主 要 功 用 是 给 钻 井 液 提 供 能 量 ,使 其 循 环 洗 井 。 主 要 设 备 包 括 钻 井 泵 、 地 面 高 压 管图 1 - 1 旋 转 钻 机 工 作 示 意 图1 天 车 ; 2 游 动 滑 车 ; 3 大 钩 ; 4 水 龙 头 ;5 方 钻 杆 ; 6 绞 车 ; 7 转 盘 ; 8 防 喷 器 ;9 钻 头 ; 10 钻 铤 ; 11 钻 井 液 ; 1 2
31、 钻 杆 ;13 井 眼 ; 14 表 层 套 管 ; 1 5 泥 浆 槽 ; 16 泥浆 池 ; 17 空 气 包 ; 1 8 钻 井 泵 ; 1 9 动 力 机汇 , 立 管 、 水 龙 带 、 水 龙 头 、 以 及 钻 井 液 净 化 设 备 如 振 动 筛 、 除 砂 器 等 。 动 力 与 传 动 系 统 。 其 主 要 功 用 是 提 供 动 力 , 传 递 和 分 配 功 率 , 目 前 钻 井 设 备 中 配 备 的 动 力 设 备 主 要 是 大 功 率 柴 油 机 , 其 次 是 电 动 机 。 在 海 洋 石 油 钻 井 中 用 的 动 力 多 为 柴 油 机 电 动
32、机 组 合 。 传 动 设 备 主 要 有减 速 箱 、 变 速 箱 、 变 矩 器 、 皮 带 及 链 条 传 动 机 构 。 控 制 系 统 。 其 主 要 功 用 是 控 制 各 工 作 机 起 动 、 停 车 和 变 速 。 目 前 广 泛 应 用 的 是 气 控 4 制 ; 主 要 设 备 有 空 气 压 缩 机 、 气 囊 离 合 器 、 气 控 阀 等 。 井 控 系 统 。 其 用 于 控 制 井 内 压 力 , 防 止 井 喷 ; 主 要 设 备 有 防 喷 器 、 节 流 与 压 井 管 汇 、 液 压 控 制 操 作 台 等 。 钻 井 仪 表 。 其 用 于 显 示 和
33、 记 录 钻 井 技 术 参 数 , 帮 助 操 作 人 员 判 断 井 下 情 况 ; 常 用 的 有 指 重 表 、 泵 压 表 、 转 盘 扭 矩 表 等 。此 外 , 一 套 完 整 的 钻 井 设 备 还 有 钻 机 底 座 , 以 及 供 水 、 供 电 、 供 暖 等 辅 助 设 备 。二 、 钻 机 的 分 类目 前 使 用 最 广 泛 的 是 旋 转 钻 机 , 又 称 转 盘 钻 机 。 随 着 自 动 化 技 术 的 发 展 , 又 研 制 出 了 柔 杆 钻 机 、 全 液 压 自 动 化 钻 机 等 。应 用 最 广 泛 的 旋 转 钻 机 按 其 钻 探 深 度 可
34、 分 为 大 型 钻 机 和 轻 便 钻 机 两 大 类 。1. 大 型 钻 机此 类 钻 机 使 用 89 140mm ( 即 3 1 5 1 ) 钻 杆 , 井 径 在 160 400mm 范 围 内 , 井2 2深 可 达 数 千 米 。我 国 将 大 型 钻 机 分 为 六 个 级 别 如 表 1 - 1 所 列 。表 1 - 1 钻 机 的 分 级级 别 名 义 钻 深 范 围 , m ( 使 用 5 钻 杆 )最 大 钩 载k N ( t )最 大 钻 柱 重 量k N ( t )15 9 0 0 1 50 0 9 00 (9 0 ) 4 9 0 ( 5 0)20 13 0 0 2
35、 00 0 1 3 50 (1 3 5 ) 6 8 6 ( 7 0)32 19 0 0 3 20 0 2 2 50 (2 2 5 ) 11 2 8 ( 1 15 )45 30 0 0 4 50 0 3 1 50 (3 1 5 ) 15 6 9 ( 1 60 )60 40 0 0 6 00 0 4 5 00 (4 5 0 ) 21 5 7 ( 2 20 )80 50 0 0 8 00 0 5 8 50 (5 8 5 ) 27 4 6 ( 2 80 )大 型 钻 机 是 油 田 普 遍 使 用 的 钻 机 , 用 于 钻 探 井 、 生 产 井 、 注 水 井 等 。 本 章 所 介 绍 的 均
36、以 大 型 钻 机 为 例 。2. 轻 便 钻 机这类 钻 机 大 多 为 车 装 钻 机 , 使 用 60 89mm ( 2 3 3 1 ) 钻 杆 , 井 径 不 大 于8 2150mm , 最 大 钩 载 在 300k N 以 下 , 钻 井 深 度 在 几 米 到 千 余 米 。 这 类 钻 机 多 用 于 地 质 勘 探 、 水 文 等 方 面 。三 、 井 场 布 局井 场 是 在 陆 地 钻 井 时 为 了 便 于 钻 井 施 工 , 在 井 口 周 围 平 整 出 来 的 一 块 平 地 , 其 面 积 根 据 钻 机 的 大 小 而 定 。 当 一 口 井 的 井 位 确 定
37、 后 , 必 须 根 据 所 定 井 位 的 地 形 条 件 平 出 井 场 , 布 置 好 井 场 以 便 进 行 钻 井 工 作 。1. 井 场 布 局 的 原 则 井 口 要 位 于 井 场 较 高 的 位 置 , 以 便 于 排 水 , 井 架 基 墩 不 得 放 在 填 方 处 。 井 架 大 门 方 向 应 考 虑 司 钻 工 作 的 方 便 , 尽 量 不 要 正 对 南 、 北 方 向 , 以 免 阳 光 直 射 司 钻 的 眼 睛 , 影 响 安 全 操 作 。 5 选 择 较 高 的 有 利 地 势 安 装 油 罐 、 水 罐 及 钻 井 液 储 备 罐 。 所 有 临 时
38、 房 屋 如 值 班 房 、 材 料 房 等 都 应 按 其 性 质 摆 放 在 适 当 位 置 。 钻 井 液 循 环 槽 、 沉 砂 池 、 泥 浆 池 ( 或 循 环 罐 ) 的 摆 放 应 考 虑 便 于 清 除 岩 屑 及 钻 井 液 净 化 工 作 。 井 场 供 水 管 线 的 安 装 应 满 足 固 井 时 的 需 要 。 供 电 供 暖 应 按 要 求 安 装 齐 全 。 少 占 耕 地 , 减 少 环 境 污染 。2. 井 场 布 局井 场 用 于 安 装 钻 井 设 备 , 存图 1 - 2 钻 井 井 场 布 局 示 意 图1 材 料 房 ; 2 值 班 房 ; 3 地
39、 质 房 ; 4 振 动 筛 ; 5 泥 浆 槽 ;6 岩 屑 坑 ; 7 动 力 机 组 ; 8 钻 井 泵 ; 9 钻 井 泵 上 水 池 ;10 钻 井 液 储 存 罐 ; 1 1 水 罐 ; 1 2 油 罐 ; 1 3 发 电 房 ; 1 4 钻 台放 钻 具 和 套 管 , 放 置 油 、 水 罐 和 材 料 房 , 以 及 值 班 房 、 发 电 房 等 , 同 时 需 满 足 搬 家 、 安 装 和 固 井 作 业 等 所 需 大 批 车 辆 的 进 出 、 摆 放 , 因 此 必 须 合 理 安 排 , 合 理 布 局 , 做 到 即 满 足 钻 井 各 工 序 之 需 要 ,
40、 又 少 占 耕 地 。 不 同 级 别 的 钻机 , 其 井 场 面 积 大 小 有 差 异 , 而 井 场 布 局 大 同 小 异 。 图 1 - 2给 出 井 场 布 局 的 示 意 图 。 在 海 洋 石 油 钻 井 中 , 则 由 钻 井 平 台 替 代 井 场 。第 二 节 钻 机 的 提 升 系 统钻 进 中 需 将 钻 头 送 至 井 底 , 并 带 动 其 旋 转 ; 随 井 眼 的 加 深 还 需 不 断 地 接 钻 杆 ; 为 了 更 换 钻头 , 还 需 将 井 内 钻 柱 起 出 来 , 而 井 内 钻 柱 长 达 数 千 米 , 其 重 量 已 达 几 百 千 牛
41、到 数 千 千 牛 。 因 此 钻 机 必 需 具 备 一 个 提 升 系 统 。钻 机 的 提 升 系 统 类 似 吊 车 , 是 一 套 起 重 量 较 大 的 起 重 设 备 , 它 由 井 架 、 天 车 、 游 动 滑 车 、 大 钩 、 钢 丝 绳 、 绞 车 等 组 成 , 如 图 1 - 1 所 示 。一 、 井 架井 架 是 由 管 材 或 角 钢 组 成 的 一 个 金 属 空 间 桁 架 结 构 。 高 度 在 40 53m 范 围 内 , 安 装 在井 架 底 座 上 。 其 主 要 作 用 是 安 放 天 车 、 悬 挂 游 动 滑 车 、 大 钩 及 吊 钳 等 井
42、 口 专 用 工 具 ; 承 受 钻 井 作 业 时 井 内 管 柱 的 全 部 重 量 ; 在 起 下 钻 过 程 中 , 用 以 存 放 从 井 内 起 出 的 钻 柱 等 。井 架 的 基 本 组 成 包 括 井 架 主 体 、 人 字 架 、 天 车 台 、 二 层 台 、 立 管 平 台 、 工 作 梯 等 。 井 架 按 整 体 结 构 型 式 的 主 要 特 点 可 分 为 三 类 , 即 塔 形 井 架 、 A 形 井 架 和 桅 形 井 架 。 二 、 天 车 和 游 动 滑 车天 车 和 游 动 滑 车 是 用 钢 丝 绳 ( 现 场 称 为 大 绳 ) 联 系 起 来 组
43、 成 一 个 复 滑 轮 系 。 天 车 为 定 滑 轮 组 , 游 动 滑 车 为 动 滑 轮 组 。 天 车 、 游 动 滑 车 、 钢 丝 绳 、 大 钩 统 称 为 游 动 系 统 。 现 场 常 用 的 游 动 系 统 中 复 滑 轮 系 用 34、 45、 56 等 表 示 。 前 一 个 数 字 表 示 游 动 滑 车 的 滑 轮 数 , 后 一 个 数 表 示 天 车 的 滑 轮 数 。 大 庆 - 130 钻 机 的 复 滑 轮 系 为 56 。 6 三 、 大 钩大 钩 是 提 升 系 统 的 主 要 设 备 , 又 是 连 接 游 动 系 统 和 水 龙 头 的 纽 带
44、。 其 主 要 功 用 是 : 钻 进 中 悬 挂 水 龙 头 和 井 内 钻 柱 ; 固 井 时 承 受 套 管 柱 重 量 ; 起 下 钻 柱 时 , 悬 挂 吊 卡 , 用 以 起 下 钻 柱 等 。目 前 国 内 油 田 使 用 的 大 钩 分 为 两 类 : 一 类 为 单 独 的 大 钩 ; 一 类 为 与 游 动 滑 车 做 成 一 个 整 体 的 游 车 大 钩 。 无 论 单 独 大 钩 还 是 游 车 大 钩 , 其 结 构 大 致 相 似 , 主 要 包 括 提 环 ( 游 车 大 钩 无 提 环 ) 、 钩 身 、 钩 杆 、 安 全 锁 销 、 轴 承 等 。四 、
45、绞 车绞 车 是 钻 机 提 升 系 统 的 主 要 设 备 , 是 组 成 一 部 钻 机 的 核 心 部 件 , 其 作 用 同 起 重 机 机 械 的 卷 扬 机 。1. 绞 车 的 功 用绞 车 的 主 要 功 用 有 : 提 供 不 同 的 起 升 速 度 以 满 足 起 下 钻 柱 、 下 套 管 等 作 业 的 需 要 。 悬 挂 钻 柱 、 送 进 钻 柱 、 控 制 钻 压 。 利 用 猫 头 上 、 卸 钻 具 螺 纹 , 起 吊 重 物 。 充 当 转 盘 的 变 速 机 构 或 中 间 传 动 机 构 。图 1 - 3 JC1 - 14.5 绞 车 传 动 示 意 图
46、7 采 用 整 体 起 升 式 井 架 时 , 用 来 起 放 井 架 。 完 成 其 它 辅 助 作 业 。2. 绞 车 结 构绞 车 的 结 构 和 我 们 常 见 到 的 起 重 机 大 致 相 同 , 它 可 分 为 三 部 分 即 传 动 部 分 、 制 动 部 分 和 控 制 部 分 。 以 大 庆 - 130 钻 机 所 配 备 的 JC1 - 14.5 型 绞 车 为 例 , 简 述 如 下 :(1 ) 传 动 部 分 绞 车 传 动 部 分 如 图 1 - 3 所 示 , 它 由 三 根 轴 , 即 传 动 轴 、 猫 头 轴 和 滚 筒轴 , 以 及 链 条 、 链 轮 等
47、 组 成 。 动 力 由 三 排 滚 子 链 条 传 递 给 传 动 轴 端 的 链 轮 ( Z = 40 ) , 带 动 传 动 轴 旋 转 , 传 动 轴 分 别 通 过 三 根 链 条 带 动 猫 头 轴 旋 转 。 即 它 有 三 个 正 挡 , 根 据 作 业 需 要 , 通 过 离 合 器 可 任 选 其 中 一 个 挡 。 动 力 通 过 猫 头 轴 传 递 给 滚 筒 轴 则 由 链 轮 齿 数 36 与 72 匹 配 来 实 现 。 也 可 由 链 轮 齿 数 43 与 33 直 接 将 动 力 由 传 动 传 递 给 滚 筒 轴 , 即 第 四 挡 , 现 场 又 称 高 速 挡 。 当 滚 筒 轴 旋 转 时 , 装 配 在 滚 筒 轴 上 的 滚 筒 随 着 旋 转 , 钢 丝 绳 在 滚 筒 上 绕 进 , 从 而 使 游 车 、 大 钩 上 行 , 完 成 起 升 工 作 。由 上 所 述 , JC1 - 14.5 型 绞 车 的 滚 筒 可 以 得 到 四 种 不 同 的 转 速 , 也
