海洋钻井工程-2(井口装置)

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海洋钻井工程
升 沉
平 移
摇 摆
固 定 钻 井 平 台
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浮 式 钻 井 平 台
水上井口装置
水下井口装置
海洋钻井工程 隔 水 管 系 统 防 喷 器 系 统
水下井口装置通常
是在地面上预制成三大 组合—导引系统，防喷 器系统和隔水管系统。 在海上作业时，用快速
连接器将两个组合连接
起来。 水下安装要有一套 远程遥控操作系统。必 要时还要有潜水作业装
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海洋钻井工程
通过球的转动来适应浮船的转动。一般允许转 动的角度是 10 度 ，许用载荷是 370t ，可与直径
406.4 ~ 609.6mm 直径的隔水管配合使用。压力平衡
式就是用海水压力或泥浆压力来平衡球接触面处所 承受的向下压力或向上拉力。海水或泥浆进人液缸 推动活塞、加压油液，送入球接触面处，既可实现 平衡，还可进行润滑。
1、水上井口装置与陆上井口装置的区别：
（1）水上井口装置有一个长长的隔水管， 穿过整个海水层 （2）水上井口装置的隔水导管上有一个 泥线支撑器（悬挂器），而陆上没有。
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线支撑器的作用:(固定平台钻井 ) 将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以
大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
压井和放
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喷管线，自四
通接出，一直 延伸到平台上。
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压井放喷
管线应该具有
补偿平台运动
的功能，所以 要有伸缩管或 高压软管部分。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
为起下方便，在
地面上将防喷器系统
的各部分组合成一个 整体。防喷器框架有 四个导向筒，四根永 久导向绳分别穿入其
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导引架安装过程
海洋钻井工程 永久导引绳的一端固定在导引 柱上，另一端固定在平台上。 由于平台随海水运动有上下升
沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。 松弛时显然起不到导引作用，张力 太大，又有可能将张紧绳拉断。所 以需要有恒张力装置来张紧导引绳。 导引绳也是利用气液弹簧原理提供 恒张力的。导引绳通过复滑轮系统 缩短气液弹簧的液缸活塞行程。
用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑
器以上的套管延长到平台上。
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海Байду номын сангаас钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线悬挂器的作用:(移动平台钻井 )
泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。每 层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。
悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延
长到平台上。在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来， 这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。钻完井后，平台 可以移走，泥线以上的海水中没有套管 。
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海洋钻井工程
（3）隔水管系统
隔水管系统处在防喷器系统的上面。
1)主要作用：
①引导钻具入井，隔绝海水，形成泥浆循环的回路。
②隔水管系统还要承受浮动平台的升沉和平移运动。
2)隔水管系统包括：
伸缩隔水管，隔水管，弯曲接头，张紧装置等。
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海洋钻井工程 伸缩隔水管： 处在井口装置的最
顶端，由内管和外管组
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海洋钻井工程
一般当工作水深超过 3l m 时，应有张紧器使其承受
拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超 过 250m 的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临 界压弯长度可按下式计算：
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海洋钻井工程
海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越 大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增 大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管 管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系 以铝制浮筒（筒内充以高压气体），以便增大在 海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。
此种挠性接头许用载荷可达 560t 。
专门用于工作水深达 1800m 的深 水中，允许转动角度10度 。
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海洋钻井工程
（4）快速连接器
快速连接器是连接水下井 口装置各大系统之间的重要工具。 由于这种连接是在水下，距离遥 远，所以要求结构简单，动作迅 速，连接可靠。如图所示为液压 卡块式连接器，由卡块、卡爪及 液压缸、活塞等组成。卡块与液 缸活塞连为一起，活塞上下运动
海洋钻井工程
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
第一节 海上钻井井口装置 海上井口装置的主要功用： 1、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和 压井； 2、将平台井口和海底井口连接起来，引导钻具 进入井眼，并隔绝海水，在钻柱外形成环形空间， 以便在钻进时循环钻井液。
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术 一、水上井口装置
则卡块也上下运动。卡块向下则
推动卡爪抱紧下连接件。
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海洋钻井工程
张紧器
一般均用液压张紧器，装在钻台腿上。有导向绳 张紧器及隔水管张紧器两种，分别用以张紧导向绳及隔
水管。利用高压气液储能器的液压推动活塞，随平台的
升沉而放长或收短钢丝绳，以保持导向绳及隔水管的张 力恒定。以下二图分别为导向绳张紧器及隔水管张紧器 的布置图。
配合连接，连接时只要将母接头套入公接
头并下压，公接头上的钢圈即可进入母接
头的槽内并互相锁紧。
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海洋钻井工程
隔水管的长度取决于海水的深度。显然在海 水很深的情况下，隔水管系统的重量将很大。在 自重作用下，隔水管可能被压弯；另外，隔水管 在海水中受到海水运动的作用，要承受很大的横 向力，也会使隔水管弯曲。所以隔水管系统需要 张紧。隔水管系统的张紧装置，原理上与导引绳 的张紧相同，但需要的张紧力更大。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程 半封闸板防 喷器是防喷器的 主要部分。 在出现井喷 溢流时，它可以 抱紧钻杆本体， 封闭钻杆外环形
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空间。通过上下 两个半封闸板防 喷器的配合，可 以在井喷溢流情 况下，强行起钻。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
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全封闸 板防喷器，
中，引导防喷器系统
准确地下放并与导引 系统上快速连接器连 接。
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防喷器系统
海洋钻井工程
防喷器系统的控制操作通常是用电力、气动和
液压系统组成。液压管线汇集起来形成“管束”，
捆绑在防喷器框架上，引向平台的软管绞车上。液
压能量由平台上的储能器提供。平台上的控制部分，
一般有电动和气动控制系统。电动控制简单、迅速， 所以一般情况下尽可能使用电动控制。在发生井喷 的情况下，不允许使用电的时候，就要使用气动控 制系统。
成。内管可在外管内轴 向滑动，从而补偿钻井
平台的升沉运动。一般
长约 15 ~ 16m 。伸缩行 程10m 。根据我国沿海 的潮差及波高情况，行 程以长 14m 为宜。
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海洋钻井工程
隔水管： 隔水管系统的主体，使用16-24英寸直 径的钢管做成，单根长度一般为15-16米， 两端有公母接头。单根之间依靠公母接头
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海洋钻井工程
弯曲接头： 挠性接头，球接头。弯曲接头处在隔水管系统
的最下端。
弯曲接头的作用 补偿钻井平台的平移和摇摆运
动。
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海洋钻井工程
球形挠性接头 此接头装在隔水管柱的下部，允许弯成一定角
度，以使隔水管适应浮动钻井平台或船的摇摆、平
移等运动。目前常用的有以下几种结构形式：
l ）压力平衡式球形挠性接头
塞与大钩则基本保持不动。这时、整个钻柱的重量由活 塞下面的液压所支承。液体压力可保持恒定，也可根据
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线支撑器与泥线悬挂器区别
1.泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬
挂器用于移动式钻井平台；
2.泥线支撑器的内层套管悬挂于外层套管的
座环上。两层套管之间的密封在平台上套管头处。
而泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，
而且两层套管之间的密封在悬挂器处。
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海洋钻井工程
架，框架的套管套
在导向绳 上.
水下井口防喷器组
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海洋钻井工程
最顶部是两个万能防 喷器(也称为多效能防喷器， 或球形防喷器)。 4
优点：万能防喷器可 以抱紧任何尺寸的钻柱， 可抱紧钻铤，钻杆本体或 接头，套管，电缆，钢丝 绳，甚至可以全封。
缺点：万能防喷器承 受压力的能力有限，不能 承受很高的压力。所以， 万能防喷器仅仅在闸板防 喷器不能起作用的时候使 用。
导 引 系 统
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置或水下机器人操作。
水下井口装置示意图
海洋钻井工程
2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统 (2)防喷器系统 (3)隔水管系统
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海洋钻井工程
2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统
导引系统包括： 井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。 导引系统是整个水下井口装置的基础。
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海洋钻井工程
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海洋钻井工程
2）多球式挠性接头 也是采用压力平衡原理．只是将单球改成三个 球。整个接头分成三段，每段一个球，允许转动角 度为3度，相对于钻杆的曲率半径约11m 。由于采
用多球，大大降低了每个球体的磨损。
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海洋钻井工程
3 ）万能挠性接头
上下各有一个轴承及转环 。 隔水管柱的拉力通过上转环，由 上轴承承受，压力由下轴承承受， 中间为球体。泥浆压力通过球体 可部分导给转环。球体本身不承 受轴向载荷，只起封严泥浆作用。
第二章 海上钻井工艺技术
二、水下井口装置 1、水下井口装置的使用背景及特点 2、水下井口装置的系统组成
3、本节重点
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海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
1、水下井口装置的使用背景及特点
井口装置具有补偿浮动钻井平台随海水运动产生的6
个自由度的运动。补偿升沉运动的伸缩部件，补偿平移和
摇摆运动的弯曲部件（挠性接头或球接头）。 伸缩部件和弯曲部件存在密封问题，只能承受低压。 防喷器系统必须放置在这些部件的下面，因为防喷器 关闭时防喷器以下将是高压。
可避免平台上升时提起钻艇，平台下沉时压弯钻柱。
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海洋钻井工程 伸缩钻杆存在的问题 （1）钻压不能调节 增加伸缩钻杆后，钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻铤 部分重量。因而不能随岩层的变化调节钻压。
（2）承载条件恶劣
伸缩钻杆既承受泥浆的高压，传递钻柱的扭矩；又承受 因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷，承载条件十分
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海洋钻井工程
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海洋钻井工程
第二节 海洋钻井过程升沉补偿装置
一、钻柱升沉运动的补偿措施
1、增加伸缩钻杆 这种办法是在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。 伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行程一 般为 2m 。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸 缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的 钻艇则基本不作升沉运动．因而可保持钻压恒定，同时还
井口盘是第一个
被安放在海底的圆饼
形部件。中心开孔，
孔内有与送入钻具配
合的“J”槽。用于确 定井位，并固定水下
井口。
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海洋钻井工程 井口盘上一般有两条临时
导引绳。
在平台上，将井口盘与其 送入工具连接，送入工具上接
钻柱，不断接长钻柱就可将井 口盘下放到海底，倒转钻柱可 退出送入工具，并起出钻柱。 井口盘依靠巨大的重量固定在 海底，这就确定了海底井口的 位置。
恶劣。
（3）不利于特殊作业 当不压井钻井时关防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻柱
随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反复摩擦，
对于作业不利。
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海洋钻井工程 2、增设升沉补偿装置
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海洋钻井工程
升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与 大钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连。当平台升沉
时，游动滑车带动液缸的缸体作周期性上下运动；而活
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是当井内没
有钻柱并需 要关井时使 用。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
剪切闸板防喷器的使用环 境： (1)在井内有钻柱，遇到 台风或其他紧急情况，需 要立即撤离平台，又来不 及起钻，这时使用剪切闸 板迅速将井内钻柱剪断， 平台即可撤离。 (2)发生井喷事故，井 喷流体从钻柱内孔喷出， 此时为了紧急控制，使用 剪切闸板迅速将钻杆挤扁， 封住内孔，制止井喷。
井口盘及送入工具
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海洋钻井工程
导引架结构：有四个 导引柱，每根柱上有一根 永久导引绳。 有的导引架上还固定 有水下摄影或水下电视系 统。导引架固定在导管上， 并随导管一起下入。下入 时，依靠井口盘上的临时 导引绳，准确进入井口盘 的内孔，并将导引架坐在 井口盘上。然后将井口盘 上临时导引绳割断。井口 盘和导引架固定后就成为 一口井永久组成部分。
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导引绳张紧系统
海洋钻井工程
（2）防喷器系统 防喷器系统是水下井口装置的核心部分。 包括： 万能防喷器 剪切闸板防喷器
半封闸板防喷器
全封闸板防喷器
四通及压井防喷管线
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防喷器控制操作系统等。
海洋钻井工程
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海洋钻井工程
防喷器组一般 采用 3~5 个防喷器 ，通过连接器与套 管连在一起。整个
防喷器组外面有框