石油钻井行业用电动钻机
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石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用摘要:随着中国对石油能源需求的增加,石油开采的环境变得越来越复杂,增加了石油开采的难度。
在石油开采过程中,交流变频电机的应用可以使石油开采更加简单高效,因此有必要加强对交流变频电机的分析。
关键词:石油钻机;交流变频电机;控制设备;被广泛应用于现代工业的交流变频电机,拥有无法被替代的优势,以该电机为研究对象,以石油钻机为切入点,围绕电机和控制系统的应用,展开了系统而深入的分析,内容涉及交流变频电机驱动的优点分析,交流变频电机控制系统分析等方面,望能够给有关人员以启发,使交流变频电机所具有的积极作用在钻井作业中得到充分发挥。
一、交流变频电动机交流变频电动机是一种特殊的变频电动机,交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点:(1)在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料,提高交变频电动机的性能。
(2)结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。
在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比,在钻井过程中,对交流变频调速技术进行合理应用,可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求,并且使钻机的机械结构得到了进简化,减少了对钻井机械的保养,使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。
此外,交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点,因此在石油钻井中需要加强对其的应用,提高石油钻井的工作效率。
二、交流变频电动机及其控制系统的应用1.交流变频石油钻机。
(1)石油钻机钻进原理。
石油钻机用于石油或天然气资源的钻采过程,运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进,辅助完成地下资源的开采。
现阶段,国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井,即将钻头旋转击碎岩石,形成钻井结构。
然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部,通过转盘或驱动装置带动钻头及钻杆旋转,钻井泵向井内输送钻井液,并将井底碎石带回到地面,再利用吊车等大型设备完成钻具安置。
(2)交流变频石油钻机。
网电钻机在油田的应用及发展前景作者:来源:《消费导刊》2011年第01期目前国内大部分油田使用的钻机是机械钻机和电动钻机,主要用柴油发电机给钻井系统提供动力,需要消耗大量的柴油,钻井成本较高,工人的劳动强度又大。
面对目前国家提出节能减排降耗的要求,打造绿色钻井,实现节能、清洁、高效生产已成为钻井行业发展的新目标。
随着电力技术的快速发展和电动机控制的日趋自动化,由电能作为动力源驱动钻机已成为今后发展的必然趋势。
一、网电钻机的应用领域陆上石油钻机以柴油机作为动力源,这种动力方式的能源利用率较低,而且会产生大量的有害气体排放和较大的噪音,对环境造成污染。
实行钻机网电改造,直接从工业电网上获得动力,提高了能源的利用率:提高了钻机控制系统的稳定性:降低了钻井过程中的噪声污染,实现了大气污染物的零排放:减轻了钻井工人的劳动强度,改善了钻井工人的作业环境:使钻井生产更加安全、高效、环保:节约了大量的燃油和维护费用,能产生显著的经济效益。
二、网电钻机的关键技术网电钻机供电系统控制及安全保护技术:网电钻机供电系统动态谐波抑制与无功补偿技术;石油钻机用大功率调速型液力耦合器技术:网电钻机在不同工况下各参数的实时监测技术:大功率电动机的软启软停技术:多台大功率调速型液力耦合器并车同步调速和闭环控制技术。
三、网电代替柴油机发电的研究过程(一)钻机的选择。
确定选择钻机类型。
根据国外油田网电代替柴油机发电的成功经验,结合实际,本着安全、平稳的原则。
(二)对网电改造基础技术的研究。
如对变电系统及电传动系统、网电交流变频驱动钻机控制系统、钻机电控系统、安全保护系统、无源滤波系统等方面的研究。
(三)在设计中必须考虑的因素。
谐波会反作用于电网,同样电网的谐波也会作用于井队的电器设备上,造成设备损坏,发生事故。
(四)涉及到的问题。
虽然使用网电进行钻井作业,在电网出现异常、供电故障不能排除的情况下,有可能发生断电。
四、网电钻机的性能指标系统运行稳定,满足钻机在各种工况下的要求:系统在抑制谐波、提高功率因数、降低噪声污染、减少有毒有害物质排放等方面效果明显,节能效果显著。
《装备维修技术》2020年第4期— 209 —石油钻井直流电动钻机绞车的故障和处理罗军(西部钻探吐哈钻井公司 新疆 鄯善 8382000)摘 要:随着油气能源开采力度加大,油气勘探开发向深海等难动用储量延伸,大功率直流电机具有调速性能优良的优点,被广泛应用于钻井平台拖动机械设备,电机调速系统是强弱电控制结合的系统,系统弱电部分检测工作转速,电机温度等信号,强电部分根据控制信号调节电机转速。
随着中国经济高速发展,我国已成为世界最大石油消费国。
我国海域油气资源丰富,需要加大海洋石油勘探开发力度。
随着石油钻探行业新工艺技术发展,电动钻机具有诸多优势得以广泛应用,电气传动系统是钻机核心控制部分,本文围绕西部钻探克拉玛依钻机公司某队采用直流调速器钻机电气传动系统研究,阐述故障处理工作,为相关工作开展提供借鉴。
关键词:石油钻井;直流电机;故障处理电机调速发展与电子技术发展相关,电机调速与电子技术相互促进,以弱电检测发出控制信息,现代电气控制技术是强弱电结合的技术。
石油钻井由多种机器设备组成的联合工作机组,主要功能是打通地下油气层井筒,整套钻机必须具备起升设备,旋转设备,传动系统等。
绞车是钻机工作机组之一,是钻井中的核心设备,用于起下钻具,钻井中控制专家等。
绞车是石油钻井等石油钻采机械核心部件,其可靠性直接影响系统安全性能。
随着油气能源开采力度加大,油气勘探向深地层等难动用储量延伸,致使钻机发展向大型化方向推进,引了发国内开发适合深井钻采设备热潮。
对直流电机绞车故障问题分析,对保证石油钻井电机正常工作,提高石油开采生产效率具有重要意义。
1 石油钻井直流电动钻机绞车结构简介石油钻机是由机电液气等设备组成的联合工作组,是油气田开发的专业设备,随着钻井作业要求发展不断进步。
石油钻机主体机械设备驱动形式包括液压驱动等,通过传动系统完成并车,换向等功能。
是由主体机械包括提升设备,旋转设备与循环设备。
电气控制系统完成对主体机械驱动钻机为电动钻机,随着科技的发展,大型钻机进入全面电气传动时代。
ZJ40D电动钻机介绍ZJ40D 电动钻机介绍ZJ40/2250DZ钻机是为满足油田勘探开发和出国承包钻井的要求,由中油特车有限公司设计并开发生产的直流电传动钻机。
钻机基本参数SY/T5609标准,主要配套部件API规范,满足钻井新工艺的要求,技术性能和可靠性达到国际九十年代的先进水平,该钻机还可配相适应的顶部驱动钻井装置。
本钻机有下列特点:1.采用当今世界先进AC-SCR-IGBT-DC电传动系统,绞车、转盘和泥浆泵均可实现无级调速,获得良好的钻井特性。
启动平稳、传动效率高、负荷自动均衡分配。
2.绞车采用低位安装,解决了钻机绞车上高台困难和不安全的问题,同时也增大了钻台的有效面积。
3.绞车采用开槽滚筒,配置了液压盘式主刹车、电磁涡流辅助刹车、自动送钻装置,钻井安全、省力、准确。
4.对井架、底座等部件进行了优化设计,重量减轻,承载能力强,井架满足安装顶驱的要求,底座可以实现模块化组装。
5.电控操作台、参数仪表、盘刹操作、液气路控制、监视仪等均进入司钻控制房,便于自动化操作,改善了操作人员的工作环境。
6.对于发电机机组、变频控制柜等关键部件采用进口件,保证了钻机运行可靠、平稳,减少了故障停机时间。
7.钻机底座、井架部分满足整体运输条件,搬迁安装方便、快捷、省时、省力,搬家车次少。
8.主要部件如天车、游车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵、井架、底座等制造和选用通过API认证的、质量可靠的成熟产品。
9.配备钢丝绳倒绳机、液压旋转猫头、液压大钳、液压升降机等辅助设备,减轻工人的操作劳动强度。
10.本钻机高配置、高性能、效率能够满足国内外油田钻井工艺要求,适应潮湿、高温的环境条件。
各系统简要说明钻台区该系统包括天车、井架、底座、游车、大钩、水龙头、转盘驱动装置、绞车、台面辅助设备、钢丝绳倒绳机和钻杆架等。
⒈旋吊系统天车是安装在井架顶部的定滑轮组,采用整体焊接结构,上部用螺栓分别与主滑轮轴座、导向滑轮轴座和滑轮轴座连接,下部用螺栓与井架连接。
分析石油钻机技术的现状及其研发思考摘要:自动钻井是世界上最先进的钻井技术,此技术的广泛应用,可以提升钻井人员的工作安全,是广大钻井工作者的共同去期待。
然而,我国石油钻井平台的自动化程度低,存在着钻井效率低,劳动强度大,安全隐患大的问题。
随着网络、计算机、自动控制、钻探等技术的不断发展,钻井自动化技术得到了越来越多的应用。
当前,钻探市场竞争日益加剧。
世界上许多国家的钻探企业都在致力于加快钻速、缩短钻机周期、保证安全、减轻工人的劳动强度。
因为大部分的钻机工人都是在高空工作,所以工作压力和身体负荷都很大,必须提高工作环境,提高工作的自动化程度。
为此,必须实现钻井的自动化与智能化。
关键词:石油;钻机技术;现状引言石油作为非常重要的资源之一,石油相关技术的应用是获取石油资源最有效的渠道。
开采石油一般会运用钻采设备,该设备的性能与自动化技术联系密切。
现如今,石油钻探技术逐渐具备了自动化特性,创新改进中运用智能控制模式,极大地提升了石油钻探技术的效率。
石油钻探技术在行业内的应用更加普遍,石油钻机结构、传输、运输的基本形式均发生改变。
为了进一步提高石油钻机性能,本文以石油钻机技术为对象阐述意义现状,并且提出其深入研发的建议。
1石油钻机技术应用的重要作用目前,我国开采石油资源的环境极具复杂性,为了使钻井可以有序运转,石油企业要增加投入,尤其是在生产经营环节。
对比产业部门,石油产业投资规模相对较大,而且承受负荷、风险也比较大。
为此,石油企业为了保证石油开采效率和安全性,实现开采经济效益最大化,区域经济、社会生活要求务必保证契合度。
结合实际需求升级相关技术、设备。
石油生产期间,钻机技术非常重要。
保证钻机技术稳定,可以为石油钻井的操作安全提供保障。
根据积累经验,石油钻机在规定时间范围内,可进一步提高石油钻井作业效率,节约生产成本与费用成本。
所以,基于目前石油开采发展形势,很多石油企业都认识到钻机技术的必要性,开始加大钻机技术研发力度。
交流变频电驱动石油钻机交流变频调速电驱动石油钻机(AC—GTO—AC石油钻机)是国外新发展起来的一种先进的电动石油钻机。
这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能。
这种钻机的核心技术就是采用了交流变频调速技术。
交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓朴理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术。
专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合,具有强大的生命力,是当代石油钻机的发展趋势。
近年来,由于上述技术和可自关断全控技术、脉宽调制技术(PWM)、电机控制技术、矢量控制技术及直接力矩控制技术的飞速发展和应用,促进了交流变频调速技术的迅猛发展,交流变频调遣陛能,已完全达到石油钻井工艺对钻机驱动传动系统调速性能的要求。
为了使油田电网供电的固定工频(50I--Iz)输出后成为可变频率,通常采用整流技术,把工频经过整流变为直流,再通过逆变技术,把直流变成可调的交流。
原来采用不可自关断的半控器件,需要强迫换流来实现逆变,而强迫换流则需要辅助直流电源。
用于换流的电源器件、电感及电容,造成逆变电路体积庞大、投资增大、换流损耗大、逆变效率低、可靠性差和由于半控器件开关频率低很难采用脉宽调制技术等问题。
应用可关断全控技术以后,由于可关断器件不需要辅助换流电路、全控器件开关频率高、可靠性高、电压控制、驱动功率小、驱动电路容易实现等优越性能,克服了采用不可白关断半控器件造成逆变电路的一系列问题。
PWM技术的应用,使电机力矩脉动减小,谐波分量减小,满足了交流电机的供电要求。
另外,PWM技术在调节频率的同时,通过控制输出电压脉冲的宽度,调节输出交流电压的幅值,实现在逆变桥同时调节输出频率及电压。
矢量控制技术通过对三相电机的3/2变换把三相的量,解耦成类似直流电机的励磁分量及转矩分量,并对其量独立控制,再经过2/3变换成交流供电的三相量来控制电机,保证了力矩控制的线性关系,从而达到了直流电机的控制特性。
概述石油钻机的四种驱动型式任何一种钻机其传动系坑的基本组成和所担当的任务具有共同性,即都是由并车、倒车、减速增矩、变速变矩及转换方向等几部分构成,将一台或几台驱动机组的动力及运动单独地或统一地传递给各工作机,以满意钻井工作的需要。
目前,石油钻机驱动型式主要有机械驱动、液压驱动、电驱动和混合驱动4种型式。
1)机械驱动型式(1)柴油机直接驱动石油钻机。
柴油机直接驱动就是利用柴油机产生动力,用机械传动来传递功率。
它的主要优点是不受地区限制,具有自持力量;产品系列化后,不同级别钻机可用增加相同机组数目的方法以增加总装功率,这样可削减柴油机品种;在性能上,转速可平稳调整,能防止工作机过载,避开发生设备事故;结构紧凑,体积小,重量轻,便于搬迁移运,适于野外流淌作业。
但作为钻机动力机,它也有不足之处,如扭矩曲线较平坦,适应性系数小,过载力量有限;转速调整范围窄;噪声大,影响工人健康;与电驱动比较,驱动传动效率低,燃料成本贵,维护使用费用比电动机驱动高。
(2)柴油机-液力耦合器驱动石油钻机。
液力传动的工作原理是主动轴经离心泵将能量传给了工作液,工作液又经涡轮将能量传给了从动轴,因此,液体是一种工作介质,通过它在离心泵和涡轮机中的循环流淌实现运动的连续传递和能量的连续转换。
柴油机-液力耦合器驱动的主要优点是:传动严厉,可汲取振动与冲击;涡轮轴可随外载变化而自动变速,可防止工作机过载,即使外载增加导致涡轮制动,动力机仍可以某一转速工作而不灭火。
但耦合器只能在高转速比工况下工作,否则效率过低,功率损失大;只能传递扭矩,不能变矩。
(3)集油机-液力变矩器驱动石油钻机。
柴油机-液力变矩器驱动的主要优点是:随外载变化能自动无级地变速、变矩,驱动绞车时,可明显提高钻机起升工效;使柴油机始终维持在经济合理的工况运行,即使外载增大导致涡轮轴处于制动状态时,柴油机也不会被憋灭火;机组适应外载变化力量大大加强,调速范围变宽;传动平稳严厉,汲取冲击振动,延长了机械设备寿命;削减并车损失。
石油行业中常见的钻井设备及作业流程钻井是石油行业中的一个重要环节,它涉及到石油的开采和探明储量。
在钻井作业中,常见的钻井设备有钻机、钻铤、岩石钻头等。
本文将介绍这些设备的功能和使用方法,并对钻井作业流程进行详细的探讨。
一、钻机钻机是钻井作业中最常见的设备之一,它具有将钻铤或岩石钻头推进到地下的功能。
钻机通常由钻井塔架、提升系统、旋转系统和钻井液循环系统组成。
钻机的运作原理是利用钻杆的旋转和下压力来推进钻铤或岩石钻头。
在钻井过程中,钻机将钻铤或岩石钻头连续地向地下推进,同时还会通过旋转系统对其进行旋转,从而加速钻进速度。
二、钻铤钻铤是一种用于切削和破碎地下岩石的工具。
它的形状通常是圆柱形,底部有齿轮或其他切削结构。
在钻井作业中,钻铤经常被安装在钻杆的末端,并通过钻机的旋转系统进行旋转。
钻铤的主要功能是将地下岩石切削或破碎成小块,以便于后续的钻井作业。
它的使用方法是通过钻机的下压力和旋转系统的旋转使其逐渐钻入地下,同时利用其齿轮或切削结构来切削或破碎岩石。
三、岩石钻头岩石钻头是一种用于切削地下岩石的工具,它的形状通常是圆锥形或圆柱形。
岩石钻头被安装在钻杆的末端,并通过钻机的旋转系统进行旋转。
岩石钻头的主要功能是切削地下岩石,使其变成碎屑并带出地面。
与钻铤相比,岩石钻头更适用于较硬的岩石层。
在钻井作业中,通常需要根据地质勘探结果选择合适的岩石钻头。
钻井作业流程钻井作业流程包括井口准备、套管下套、钻井阶段、取芯、测井、完井等几个主要环节。
井口准备是为了确保钻井作业的安全和顺利进行,包括搭建钻井塔架、安装钻机等工作。
套管下套是为了加固井壁,防止井壁塌方。
在这一环节中,钻机会安装套管,并通过旋转和下压力将其推入地下。
钻井阶段是钻井作业的核心环节,从地表钻入地下并取芯。
它的目的是探明石油储量,并为后续的工作提供数据支持。
取芯是指在钻井作业中获取地下岩石样品。
通过取芯,可以对地下岩石的性质、组成和储油能力进行分析。
常见工程钻机种类及工作原理工程钻机是指用于土木工程、矿业工程、建筑工程等领域的专用机械设备,其主要功能是钻孔。
常见的工程钻机种类可分为以下几类:1.手持式钻机:手持式钻机通常由电机、钻头和钻夹组成,可用于钻孔、攻丝、扩孔等操作。
其工作原理是通过电机驱动钻头进行旋转,进而实现钻孔操作。
2.固定式钻机:固定式钻机一般由主机、支架、油缸、输送机等部分组成。
主要用于岩土钻探、地基处理、地下矿山等工程。
其工作原理是通过驱动机构(如液压油缸)使钻杆进行旋转和上下运动,完成钻孔操作。
3.地质钻机:地质钻机主要用于地质勘探、石油勘探等领域。
其结构一般包括主机、柱塞式液压马达、转盘、传动系统等。
工作原理是通过液压系统提供动力,驱动钻杆进行旋转和下压,实现钻孔作业。
4.水井钻机:水井钻机主要用于钻取水井、煤矿巷道等地下空间。
其结构包括主机、驱动系统、钻杆等组成。
工作原理是通过驱动系统(如液压系统)提供动力,驱动钻杆进行旋转和下压,完成钻孔操作。
5.车载钻机:车载钻机主要用于道路建设、桥梁修建等工程。
其设计一般为移动式,方便在不同工作地点进行操作。
工作原理和其他钻机类似,通过动力系统驱动钻杆进行旋转和下压。
6.岩石钻机:岩石钻机适用于岩石勘探、爆破作业等。
其结构包括车架、组件装置、轴等。
工作原理是通过电动机或液压系统提供动力,驱动定义形状的钻头进行钻孔。
7.钻桩机:钻桩机主要用于建筑工程的桩基础施工,用于集团快速钻孔的专用设备。
可按需加载于挖掘机或装载机上进行施工,提高工作效率。
工作原理和其他钻机类似,通过驱动系统驱动钻杆进行旋转和下压。
总结来说,工程钻机种类众多,具体选择应根据不同的工程需求来决定。
工作原理基本类似,主要是通过动力系统驱动钻杆进行旋转和下压,从而实现钻孔操作。
《电驱动钻机》第二章石油钻机概论(中原油田石油工程专升本,第二次课2005.3.3)钻机是用于油气勘探、开发的一整套钻井设备。
第一节钻机的组成一、地面旋转设备主要组成:转盘、水龙头、钻具,顶驱钻机配备有顶驱装置。
作用:转动钻具,带动钻头破碎岩石。
1.转盘(参见图2-1)(1)转盘的作用钻进时—转动钻具;井底动力时—承受反扭矩;起下钻、下套管时—承托钻杆或套管重量;处理事故时,造扣、倒扣(上提)。
(2)转盘的结构①水平轴总成—传递动力水平轴;小伞齿轮;轴承;输入链轮;制动装置(制动棘轮)②转台总成—驱动方钻杆转台;大伞齿轮;主轴承;防跳轴承;方瓦;方补心;泥浆密宫密封装置。
③壳体—连接,储油润滑(靠小锥轮旋转带油)2. 水龙头(1)水龙头的作用①承重—承受钻柱重量②旋转—支承旋转的钻具③耐压—输送高压泥浆(2)结构组成与特点①承重部分:提环;壳体②旋转部分:中心管总成主轴承,防跳轴承;扶正轴承(2个)③轴承布置两扶正轴承分置于主轴承两边(图2-2正轴承间距大,扶正效果好)。
④耐压:鹅颈管;冲管总成冲管总成为快卸密封结构(易损件)浮动冲管(工作时不转动,有轴向窜动。
),Y形液压自密封、快卸结构(参见图3-14)。
二、循环系统设备主要有:钻井泵,钻井液净化、处理调配装置。
作用:清洗井底,携带岩屑,保护井壁,冷却钻头。
为井下动力钻具提供高压动力液。
三、起升系统设备主要有:绞车、天车、游车、大钩、钢绳、井架。
作用:起下钻具、下套管,控制钻压。
上述三大系统是钻机的三大工作机。
四、动力驱动系统有:柴油机组、发动机组、电动机组。
作用:提供动力。
五、传动系统设备联动机组—动力并车。
作用:传递、分配动力。
六、控制系统和监测仪表司钻台、液、气、电控制、仪表各种钻井仪表及随钻测量系统(MWD)。
七、钻机底座安装钻井设备。
钻台底座用于安装井架、转盘,放置立根盒及井口工具及司钻控制台,安装绞车,下方应能容纳必要的井口装置。
现代钻井机械新发展钻机是石油钻井用的成套重型机械设备,是油田上各种机械设备中最大、最重并具有不可或缺重大作用的装备.可以毫不夸张地说,钻机是油气田的设备之王.随着石油工业的发展,钻机也在不断发展,钻井能力越来越强,功率越来越大,传动越来越先进,机械化、自动化程度越来越高.为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发,美国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发可各种类型的石油钻机.其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位,所以与国际技术接轨,实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨.近年来国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快,交流变频电驱动已经广泛使用,顶驱发展也十分迅速.一、交流变频电驱动石油钻机AC-GTO-AC石油钻机交流变频电驱动石油钻机是国外新发展起来的一种先进的电驱动石油钻机.这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和交流电驱动钻机无可比拟的优越性能.1.核心技术——交流变频调速技术交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓扑理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术.专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合,具有强大的生命力,是现代石油钻机的发展趋势.2.发展情况早在1994年National公司生产了一台TAed000型交流变频驱动绞车.该绞车由1台2210kW交流变频电动机通过一个两速齿轮箱直接驱动绞车,省去了传动链、离合器、带刹车、超越离合器及电磁涡流刹车.其上配备的盘式刹车仅作为停住钻柱和紧急刹车使用.司钻通过计算机遥控钻机工作,可自动控制游车上、下行程,自动钻进及自动实现绞车各种保护.由于上述设计大大减少了绞车的空间尺寸及质量,使交流变频驱动绞车在海上得到广泛应用.后来,国外钻机承包商纷纷发展AC-GTO-AC石油钻机.11997下半年至1998年9月,英国北海油田的很多海上平台选用了交流变频石油钻机,而且把许多平台的直流驱动装置改造为交流驱动.21998年上半年,ALSTON在英国的子公司CEGELEC BAUTAIL DIVISION 就承接了斯伦倍尔石油公司5套石油钻机,同时还负责对北海平台AC-SCR-DC钻机进行改造.3在 TA-3000绞车基础上,TPC公司于2000年推出了包括动态钻井系统、扭矩安全系统、泵同步系统、起下钻能量监控系统、防倒扣系统在内的智能化电驱动钻机,是采用信息技术对传统电驱动钻机改造的典范. 3.突出特点1钻机的绞车、转盘可实现无级变速,调速范围宽;能以极低的速度恒扭矩输出,对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利.2可使电动机的短时增矩倍数达以上,大大提高了钻机的提升能力和处理事故的能力.3由于具有恒功率宽调速特性,故可大大简化钻机的机械结构.4具有限制钻盘钻速扭矩功能,可防止钻具或机件扭断.5交流变频技术对电机具有安全保护功能.6负载功率因数高,接近于1,具有软起动功能,可降低供电电源的容量.7在带载情况下,可平稳启动、制动和调速;在下钻时,可实现对电网能量反馈,减少制动装置损耗,节约能源.8交流电机体积小,单机容量大,价格便宜,没有碳刷换向器,不需制成防爆型,维护费用低,使用安全可靠,易于操作管理.9容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制.10安装、拆卸、搬迁方便灵活.二、激光石油钻机据资料介绍,美国计划在本世纪使用激光钻井技术.美国芝加哥天然气研究所GRI与美科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司、菲利普斯公司及美国空军和陆军合作,联合开展了一项激光钻机的研究计划.该项计划实验室研究中使用了美国国防部星球大战计划开发的两台强大、有效高能的激光器:1、中红外高级化学兆瓦级激光器MIRACL菲利普斯公司利用该激光器进行钻孔试验,激光束在1秒钟内可穿透600毫米厚的砂岩-页岩-砂岩夹层,其穿透速度至少是目前常规钻机的100倍.2、化学氧化碘激光器COIL该激光器用于深度超过4500m的钻井和完井,可以解决井控、侧钻和定向钻井等问题.特点:精度高,范围大,具有很高的输出功率,并能在光纤中耦合,且成本低.适用:钻很深的油气井GRI专家认为,对激光钻井的研究,将促进井下激光钻井机械、钻常规井和小井眼钻机的激光钻头、激光射孔工具、侧钻及定向激光钻具的发展. GRI的主要负责人理查德·帕克说:激光钻井将使21世纪的石油天然气钻井发生革命性变化.激光钻机将象20世纪初的旋转钻井替代顿钻一样带来彻底的技术突破.激光钻井技术的优点:降低钻井成本;提高机械钻速;改善井控;减少钻机平均工作天数和起下钻时间;减轻磨损;可以精确地控制井眼;可在井眼周围形成一层坚硬的玻璃化外皮;最大限度地减少或取消同心套管.三、新型液压石油钻机进人20世纪 90年代以来,随着大功率液压元器件可靠性的提高,特别是比例插装阀技术水平的提高,挪威MH公司采用其特长的液压技术,推出了全液压驱动的绞车、转盘、钻井泵.与此前已推出的全液压顶驱、管子排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器,构成了海洋钻机的机械化、智能化操作系统.1、组成双作用液压缸、游动轭轭主体、4个直径为的滑轮、2个导向座、提升钢丝绳8根长度固定、平行排列,一端接顶驱装置,一端接钻台上的平衡器总成、平衡器总成补偿液压缸动作的不平衡、液压缸导向架、顶部驱动装置、液压系统等部件.2、优点与机械驱动相比,液压驱动有着明显的优势.1重量大大减轻;2允许钻台台面升高,但并不影响总重量和重心,还可将钻杆立根盒移到钻台下面;3钻台载荷能力大,能支撑两个长液缸和转盘;4钻杆提升和排放都放在钻台上的槽里,此槽还具有鼠洞功能;5敞开取放钻杆,并可将立根盒排在钻台两边.比如,一台MH-500-20绞车输入功率为1985~2940kW,质量为,而National 公司与其相当输入功率为2210kW的绞车1625UE质量为 .一台输出功率为1420kW液压钻井泵质量为 ,仅为常规三缸泵的1/3.挪威MH公司最近生产的用液缸直接提升钻具,取代传统功能的绞车,将其装备在钻深能力为10000m的半潜式钻井平台上.液压驱动具有运动方式转换容易及体积小、质量轻的长处,在大功率液压元器件可靠性提高的情况下,在对钻机体积、质量要求严格的场合,如海上平台及高移运性钻机上成为一种发展趋势.四、连续柔管石油钻机连续柔管Coiled Tubing,又称挠性管或软管,简称CT,是一种高强度连续制造的钢管.目前制造的连续长度已达~7620m.1、发展进程20世纪50-70年代,国外开始研制软管钻机并应用连续管钻井技术钻井,而连续管钻井技术真正应用在工业上始于上世纪90年代初.近几年连续管钻井技术发展较快,在钻机、钻具、钻井液设计和钻井理论等方面都有很大的进展.这些新进展使连续管钻井技术向成熟化迈进了一大步,并进一步拓宽了连续管钻井的服务市场.2003年,全世界用连续管打了7000口井,每年约递增750~850口.用连续管打井最多的国家是加拿大.多数井是精密钻井公司打的,该公司拥有11台连续管钻机,年钻井能力为500~1000口.据3000口井的统计,加拿大常规钻井的成本为43美元/ft,而连续管钻井的成本为33美元/ft.另外,2002年加拿大用连续管对800口井的3200多层进行了压裂作业.美国利用连续管钻井的数量不到钻井总数的1%.其中阿拉斯加地区利用连续管钻井的数量最多,约占总钻井数量的4%.在阿拉斯加,连续管侧钻井的成本为利用常规钻井技术钻新井的1/3.而在美国的本土48州,用连续管共打了300口井.2、连续柔管钻井技术的优越性1节约费用,与常规钻机钻井相比可节约25%~40%.2节省钻井时间,加快钻井速度,缩短钻井周期,避免了因接钻杆可能引起的卡钻、井喷等事故,提高了钻井作业的安全性.原因:在正常钻井中不用停泵接钻杆,在起下钻过程中可连续循环钻井液3可内置电缆,改善信号的随钻传输,可以实现随钻测量和闭环钻井.4对老井重钻、加深钻或侧钻作业中,因柔管直径小可在不取出油管等设备的情况下边采边钻,节约作业费用5在欠平衡钻井作业中,可确保井下始终处于欠平衡状态,保证作业安全,减少钻井液漏失,防止地层伤害.6井场占地面积小,特别适合于海洋平台,地面条件受限制的边远地区勘探和边际油田开发.7由于柔管尺寸小,特别适合钻小井眼井.8井场地面设备占地少,钻井废弃物少,噪音小,有益于环境保护.9钻井设备安装、拆卸、搬运相对简便快速.连续柔管技术的应用还受到一些因素的限制.目前的连续柔管作业机还只能用于钻井,而钻井前期的准备阶段、下套管、下尾管、完井等都要用常规钻机.井眼尺寸小;连续柔管本身寿命较短.3、连续柔管钻井系统的组成包括作业机及其辅助装置、循环系统等地面设备、连续柔管和井下工具.1连续柔管作业机连续柔管注入头牵引起下设备:克服浮力和摩阻力将柔管下入井筒内;悬挂连续柔管并控制其下放和提升速度;底部装有载荷传感器,在控制台处显示柔管柱重量和提升力.卷筒:用于绕连续柔管,筒芯直径大小取决于要卷绕的柔管直径和长度.2连续柔管材料:碳钢、调质合金钢、钛钢967MPa、玻璃纤维、碳素纤维3井下钻具组合连续柔管钻井用钻头、井下动力钻具、钻铤与测量仪与常规钻井所用的相同,但连续柔管接头、定向工具、紧急断开接头等则是专门设计的工具.连续柔管接头用于联接连续柔管和井下工具组合,并避免井下钻具振动冲击对连续柔管造成损害.紧急断开接头的作用是:当钻头或钻铤在井眼中卡住时,能使连续柔管与井下钻具断开.4、近年来连续管钻井技术和设备的最新进展1数据和动力传输热塑复合连续管壳牌国际勘探和生产公司研制出数据和动力传输热塑复合连续管.这种连续管由热塑衬管和缠绕在外面的碳或玻璃热塑复合物层组成,并把光导纤维或铜导线埋在复合连续管的管体中.这种动力和数据传输连续管可负荷的电压,输出功率为20kW,输出距离为7km,耐温为150℃.2增加连续管钻井位移的新工具大位移技术公司研制成功降摩阻器.降摩阻工具是一种由机械阀驱动的双作用液压缸,这种降摩阻器可使钻具进行微小的往复运动.使用时把降摩阻器连接在钻具总成的上方.在降摩阻器的作用下使连续管产生纵向振动.活塞长度为50~100mm,振动频率为2~8Hz.产生振动的钻井液排量与活塞的长度成反比,一般为100~150L/min,使用旁通阀后可使排量大幅度上升.3混合钻机继Tuboscope’s CT/PC集团公司研制出混合钻机后,贝克休斯公司也研制出混合钻机.这种钻机在修井和安装套管时可以接单根.混合钻机具有自动控制系统.贝克休斯公司的混合钻机为模块结构,所以容易搬迁而且井场占地面积小.钻机配备了密闭的钻井液循环系统,可以使用常规的钻井液进行欠平衡钻井.4威德福公司的连续管钻井马达系列威德福公司为发展连续管钻井技术,最近研制出连续管钻井马达系列CTDR马达.系列中包括2 1/8in、2 3/8in 、2 7/8in和3 1/8in连续管钻井马达.这些马达的共同特点是可以增加钻压,进行磨铣和钻井作业.另外这些马达的输出功率大,钻速高.连续管钻井马达系列的问世使连续管钻具在尺寸、规格和性能上趋于完善.为连续管在钻井领域的应用和推广拓宽了道路.5贝克休斯公司的CoilTracR系统贝克休斯公司研制出的CoilTracR系统是连续管钻井和评价系统,它把LWD和闭环自动导向结合在一起.可以钻2 3/4~3 1/2in井眼.6斯伦贝谢公司的连续管补偿系统斯伦贝谢公司通过2年的努力研制成功CT TComp连续管补偿系统.在海上作业期间,CT Tcomp连续管补偿系统能补偿井口的水平和垂直运动,可以保护井口免受冲击和磨损.CT TComp连续管补偿系统的安装速度快.CT TComp连续管补偿系统可用于筒式平台和张力腿平台.据Spear&Associsates公司统计,除俄罗斯和中国外,目前投入服务市场的连续管钻机为800多台.而这些连续管钻机主要为美国和加拿大的一些大的技术服务公司拥有,其中斯伦贝谢公司拥有200台,哈里伯顿公司为105台.表1是美国和加拿大一些大石油技术服务公司拥有的连续管钻机数量.五、套管石油钻机套管钻井是一种全新的钻井工业技术,被誉为是21世纪的前沿钻井技术之一. 与套管钻井工艺相配套的套管钻机取消了常规的钻杆,用套管代替钻杆进行钻井.1、发展情况1995年,Tesco公司开始研制套管钻机,并于1998年6月用新型的套管钻机成功地进行了钻井试验,并获得两项美国专利.2、结构特点安装在拖车上,采用电—液驱动的顶驱装置,通过套管传递扭矩,并带动安装在套管底部钻具组上的钻头旋转钻进.钻头固定在一个专用钻具组的前部,钻具组锁定在套管的底部,并用钢丝绳与钻台上起下钻头的专用绞车相连,当需要更换钻头时,将锁定装置打开,利用绞车将钻具起出,更换新钻头后再用绞车将钻具送入井底,锁定在套管的底部,操作非常方便迅速.钻机的钻进过程也就是下套管的过程,套管下到井里不再提起,完钻后即可进行固井.3、优点1简化了钻机结构,减小了钻机尺寸,降低了钻机成本,钻机更轻便,且容易操作和搬迁.2节省了大量的钻井管材,节约了大量与钻杆、钻铤有关的采购、运输、检验、维护和更换的费用.3采用钢丝绳起钻,比传统的钻杆起钻快5-10倍,减少了起下钻时间.4由于套管自始至终留在井内,大大减少了地层膨胀、井壁坍塌等意外事故的发生,而且不再有抽吸作用和压力波动,从而使井控状况得到大大改善.5套管钻机钻井在起下钻或测井时,可继续循环钻井液,防止钻屑沉积,减少卡钻和井涌发生.6套管钻机钻井,可以使钻井液水力参数、环形空间上返速度和清洗井筒的状况得到大大改善.7可降低钻井成本,据估计,一口井深3000m的井,与常规钻机钻井相比,所需要的费用可节省30%,其经济效益十分明显.六、细井筒石油钻机国外研究细井筒小井眼钻井的技术比较早,但这一钻井技术真正引起世界石油界的普遍关注和对小井眼钻机的技术开发还是近十来年的事. 世界产油国家都面临已开发油田的老化,从而导致可采储量下降的局面.众多边际油田多属低渗透油藏,美国能源部主动出面组织、资助细井筒钻采工艺的研发,这确实是一项寓意深远的科技决策和能源发展战略.美国能源部预期,这套正在发展、改进和深化的工艺,将有望用于经济地开发美国本土剩余亿吨石油资源,其中有亿吨石油资源埋深不到1524米,正是这套工艺适应的油藏开发深度目标.1、细井筒定义细井筒的定义,目前各国尚无统一定论,美国细井筒的定义是:对直井来说,全井90%以上井筒的直径小于7in或70%的井筒直径小于5in的井称为细井筒井;对于水平井来说,水平段井筒直径小于6in的井称为细井筒井.细井筒钻采工艺则是指以连续柔管技术装备为中心发展起来的一套集钻井、测试、采油等功能装备和技术于一身的集成技术.2、结构特点细井筒工艺设备全部安装在一台双排轮的拖车上,由一台标准货运汽车牵引,连续柔管缠绕在滚筒上,在连续管的端部连接马达、钻头或井下工具.3、优点1减少材料消耗和经费支出;减少钻屑和场地;提高钻井和起下钻速度; 2可减少钻机的体积和重量,节省钢材,减少拆装、修路、运输等费用;整个系统占据空间只有常规钻机的1/20,重量为一般钻机的1/10,成本不到标准钻机的90%.3可大大减少在高风险、高成本作业情况下的资金投入;可发现老油层下面的新油藏;可降低投资成本;4装机功率和钻井泵功率小,燃油消耗和排放的废气少,对空气的污染和噪声级别小,所用钻井液、产生的钻屑和废物少.4、关键技术井下钻井系统、井下测井系统、完井设备、固相控制和连续油管装置.5、适用井类主要用于浅层开发井、油藏数据监测井和深探井尾部的钻井.第一轮接受资助的公司及正在研发的6套技术:①斯伦贝谢公司承担研发连续管用超小型钻机;②贝克休斯公司承担用于2 3/8in的小型地质导向工具;③西方井下工具公司承担研发往水平方向钻入的推拉机具;④班德拉公司负责开发的零排放泥浆系统;⑤斯托拉研究公司承担雷达导向系统;⑥采气专业公司负责研发的超小型电潜泵;6、已投入使用的小井眼钻机1Foraslim小井眼钻机1994年4月开始使用,在法国巴黎盆地和威沙里城堡的阿伯拉特姆钻了两批井,井眼直径为33/8 in.造价500万美元.2全液压小井眼钻机意大利Soilmec公司生产,已形成系列,共有9个品种3Kenting小井眼钻机美国20世纪90年代初研制,初期投资仅相当于常规钻机的20%,包括钻井泵和取心装置在内成本280万美元.参考文献:1.李继志.石油钻采机械概论.中国石油大学出版社.20052.张阳春等.国内外石油钻采设备技术水平分析.石油工业出版社.20013.陈朝达.顶部驱动钻井系统.石油工业出版社.20004.苏义脑.螺杆钻具研究及应用.石油工业出版社.20015.万仁薄.现代钻井工程.石油工业出版社.20006.刘海浪.小井眼和连续油管技术的进展与应用.石油工业出版社.19987.杨敏嘉.石油钻采设备系统设计.石油工业出版社.20008.郝俊芳.平衡钻井与井控.石油工业出版社.19929. 2007-2008年中国石油勘探业发展趋势与策略分析。
石油行业油井钻机操作说明书操作说明书操作说明书 for 石油行业油井钻机一、概述石油行业油井钻机是一种重要的设备,主要用于石油勘探与开发过程中的井筒钻探工作。
本操作说明书旨在向操作人员介绍该钻机的使用方法和操作要点,以确保安全高效地完成钻井任务。
二、安全操作1. 操作人员必须接受相关培训并具备相关资质,严禁未经授权的人员操作钻机。
2. 在操作前,请检查钻机是否处于正常工作状态,如有异常请及时通报维修人员。
3. 在操作过程中,应严格遵守所有安全规定,包括但不限于佩戴安全帽、防护眼镜,禁止穿着松散的衣物或携带易燃物品等。
4. 在钻井作业中,应定期检查钻机的各项安全设备,如紧急停机装置、火灾报警装置等,确保其正常运行。
三、钻机操作1. 启动钻机前,检查操作台控制按钮的功能是否正常,观察液压系统的压力是否稳定。
2. 将钻机的电源开关置于“ON”位置,并等待一段时间以确保各个系统正常运行。
3. 在开始钻井前,应根据地质勘探数据确定钻井参数,如井深、钻头直径等,并对钻机进行必要的调整。
4. 使用起钻器具(如钻铤)进行初次钻井前,应确保钻机升速缓慢,以避免工具和井筒出现意外碰撞。
5. 在钻井过程中,应定期检查钻机的润滑情况,如发现异常请立即采取相应措施。
6. 钻机操作人员应熟悉不同工况下的应急操作程序,并能熟练操作钻机的紧急停机装置。
7. 钻孔完成后,注意及时切断电源,关闭钻机的各项系统,并将钻铤拆卸下来。
四、日常维护1. 钻机在使用完毕后,应进行日常维护工作,包括但不限于清洁液压系统、检查润滑油、更换磨损件等。
2. 定期对钻机进行保养和维修,以延长其使用寿命。
3. 在维护和修理过程中,应使用符合标准的工具和备件,遵循相关操作规程。
4. 钻机在长时间不使用时,应妥善存放并进行防尘、防潮等工作,以确保设备的安全性和使用寿命。
五、故障排除1. 当钻机发生故障时,应立即切断电源,并通知维修人员进行检修。
2. 在维修期间,操作人员不得私自操作钻机或进行修理工作,以免引发更严重的问题。
石油钻井主要设备、设施及其使用安全技术要求发布时间:2010-02-07 05:35:36查看:5次字体:【大中小】石油钻井用的钻机是一套联合机组。
钻机由井架、绞车、游车、大钩、转盘、钻井泵、动力机组、联动机组全套钻井设备及井控、固控设备、发电机组、液压和空气动力等辅助设备等组成。
钻机的最大井深、最大起重量、额定钻柱重量、游动系统结构、快绳最大拉力及钢丝绳的直径、起升速度及挡数、绞车功率、转盘开口直径、转盘转速及挡数、转盘扭矩及功率、泵压、泵组功率和钻机总功率等钻机的基本参数,反映了全套钻机工作性能的主要数量指标,是设计和选择钻机类型的基本依据。
因为钻机从动力机到各个工作机或井底钻具之间有着不同的能量转换方式和传递路线,它的传动与控制系统比较复杂,因此,如何提高钻机操作的机械化和自动化水平一直是人们研究的一个重要课题。
在生产过程中,钻机一般是在旷野、山地、沙漠、沼泽及水上、海上进行流动作业,其工作场所多变,要求钻机要具有高度的运移性,即拆装容易、部件的尺寸、重量都要在通用的汽车和吊车的工作范围之内,并适应在野外检修和更换易损件的要求。
一、钻机的提升系统钻机的提升系统由绞车、井架、天车、游车、大钩及钢丝绳等组成。
(一)井架井架由井架的主体、人字架、天车台、二层台、工作梯、立管平台、钻台和井架底座等几个部分组成,主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。
目前,在国内外石油矿场上使用的井架种类繁多,但就结构型式来讲,一般可分为塔型井架和A型井架两种。
塔型井架是从井架底座往上分层一次性组装完成的,依其前扇结构是否封闭,又可分为闭式和开式两类。
闭式塔型井架的主要特征是:井架的横截面为正方形,立面是梯形。
为了工作方便,在井架的前扇下部装有大门,因而前扇下部不能封闭,但是整个井架主体仍是一个封闭的整体结构,所以它的总体稳定性好,承载能力大。
其缺点是拆装井架必须高空作业,安全系数小,拆装时间长。
石油钻井机械“电代油”配套技术研究摘要:国内石油钻探设备,主体上分为机械驱动钻机和电驱动钻机两种,机械驱动钻机以柴油机为动力源,通过机械传动装置驱动绞车、泥浆泵等设备运转;电驱动钻机以柴油发电机组作为动力源,发电机组产生的电能通过电传动装置驱动钻井设备,这两种钻机都必须消耗柴油。
而“电代油”技术是利用市电作为石油钻机的能源,是未来发展的必然趋势,一方面能避免废气污染,特别是消除柴油机巨大的噪音污染,有利于钻井工身心健康,二是市电驱动具有良好的经济和社会效益,有利于缓解经营压力。
关键词:石油钻井;钻井机械;市电;网电设备;电带油一、市电应用方案设计根据电网和负荷的实际情况,针对机械钻机和电动钻机分别研究设计利用工业电网的方案。
电动钻机、机械钻机是利用油田现有的6kV、10kV或国家电网的10kV或35kV工业电网作为动力源,通过变压器只给钻机的电器设备供电,即在钻机上不再使用柴油发电机组。
电动钻机使用箱变3150kVA的高压房把6/10kV变600V直接供电动钻机使用。
机械钻机的网电设备是将原来机房驱动并车传动装置的三台或四台柴油机其中的两台分别用两台1000kW的变频电动机代替(另外机位柴油机作为备用),再利用箱变2500kVA的高压房把6kV/10Kv/35kV变600V,输入VFD电控房,然后一部分驱动两台变频电动机,一部分通过600/400V降压后输入MCC房供井场其他用电。
二、高压房的配置高压房主要功能是将10kV电源降压至600V,并对电能质量处理,使钻机用电满足电网要求。
高压房组要由房体、10kV高压开关柜、电力变压器、无功补偿和有源滤波装置、低压开关柜等组成。
(1)房体。
尺寸(L×W×Hmm):7000×3000×2960mm,材料为碳钢,房体安装有高压开关柜、变压器、低压开关柜、无功补偿柜、有源滤波柜、空调,以及低压电缆、高压电缆、应急荧光灯、干粉灭火器、检修插座、加热器、排风扇等辅助材料和设备。
农村石油钻井技术方案背景与意义随着中国经济的不断发展,能源需求一直处于增长状态,在能源保障这一问题上,石油仍然是不可或缺的重要能源。
然而,我国的石油资源大部分存在于地下深部,而传统的开采方法已经无法满足巨大的需求,因此,石油钻井技术成为石油资源开发中的重要一环。
但是,在我国的农村地区,由于技术和设备的落后,使得这些地区的石油开采一直处于低水平、低效率的状态,这不利于充分发掘地方资源、增加农民的经济收入,并阻碍了当地经济的发展。
因此,要加快农村石油开采工作的步伐,提高资源的利用效率和经济效益是十分必要的。
技术方案介绍1.地震勘探技术地震勘探技术是农村石油钻井的必要前提。
地震勘探的主要作用是在推断出石油储层的存在和大致规模之后,提供地质情况及其静态资源量的依据,为确定钻井策略和方案提供依据,降低农村石油钻井的风险和成本。
2.新型钻头技术传统钻头的寿命较短,在农村地区,一套设备用不了几年就要更换。
新型钻头技术包括一种石墨烯钻头和多功能逆循环输液系统,它们能够更好地适应复杂地质条件,提高钻井效率,降低成本。
3.电动钻机技术传统钻机技术需要使用大量的燃油,这不仅生产成本高,而且还污染环境。
而采用电动钻机技术后,不仅能够大幅度降低运营成本,而且还较少污染。
4.互联网+云计算技术采用互联网+云计算技术,使农村钻井平台的数据交流、协作、管理和分析能力更高效,更方便。
这个技术可以提高钻井工程的计划、管理和执行的效率,提高钻井质量,优化整个钻井过程。
5.自动化装置技术自动化装置技术包括测井自动化、井下控制和化学分析自动化等。
通过自动化装置技术,可以实现钻井过程的自动化控制,从而减少劳动人数,提高工作效率和安全性。
实施步骤1.进行必要的地震勘探和化验检测,制定合理的钻井方案。
2.采用先进的钻井技术,包括新型钻头技术、电动钻机技术和自动化装置技术。
3.采用互联网+云计算技术,管理、分析并优化整个钻井过程。
4.积极引导投资人,大力推广新型技术,扩大新型钻井设备的应用范围。
《电动钻机》第一章钻井方法一、机械钻井法1. 顿钻钻井法破岩——用顿钻钻头,上下冲击。
排屑——用捞砂筒。
二者交替进行,钻进过程不连续。
特点:效率低,速度慢,设备简单,适于浅井,农用水井。
2.旋转钻井法(1)过程:破岩—用旋转钻头;排屑—用循环钻井液;(2)钻具组合:水龙头(输入泥浆)→方钻杆(传矩)→钻柱(钻杆:传矩、加长、循环;钻铤:提供钻压)→钻头。
(3)分类地面动力——转盘钻(常规)【钻头旋转,连续破碎岩层,用钻井液环带出岩屑,钻井效率高。
地上动力——顶部驱动(前景好)【水龙头+转盘,以立根钻井。
】井下动力——有涡轮钻具和螺杆钻具。
(斜井、水平井用)【钻井液经钻杆柱内腔泵入涡轮钻具中,驱动转子由主轴带动钻头旋转,实现破岩钻进。
】二、钻井工艺过程多道工序完成三件事:破碎岩石;取出岩屑、保护井壁;固井和完井,形成油流通道。
1.钻前准备①定井位;②平井场;③打基础;④备器材。
2.钻进(1)全井钻进过程①一次开钻,下表管。
②二次开钻,从表管内钻进。
③三次开钻,从技术套管内钻进。
(2)钻井作业①下钻—将钻具(由钻头、钻铤、方钻杆组成的钻杆柱)下入井底,准备钻进。
②正常钻进—又称纯钻进。
启动转盘(或井底动力钻具)通过钻柱带动钻头旋转,借助手刹车,给钻头施加适当的钻压以破碎岩石。
同时,开泵循环泥浆:冲洗井底,携出岩屑,保护井壁,冷却钻具。
③接单根—不断钻进,加长钻柱;每次接入一根钻杆,称为接单根。
顶驱时,每次接入一立根(由2到3单根组成)。
④起钻—换钻头时,取出钻柱,称起钻作业。
以立根为单位起卸。
⑤换钻头—起钻结束,卸下旧钻头,换上新钻头。
⑥循环工作:下钻→正常钻进→接单根(立根)→起钻→换钻头→下钻4.下套管固井套管与井壁的环空注入水泥浆封固,称为固井。
(1)套管-------套管是加固井壁形成井筒所用的钢管。
①套管材料:高合金钢,【含C,Mn,Mo,Cr,Ni,Cu,P,S,Si(硅)。
】②钢级:【API标准套管(API 5CT美国石油学会标准)】按强度高低分为不同钢级套管,有:H-40,J-55,K-55,C-75,N-80,L-80,C-95,P-105,P-110,C-125等。
字母:含不同化学成份的分类代号;数字:管材的最小屈服极限,单位是KSI()。
【1 PSi(2/英寸磅)=6.89kPa=0.00689MPa】③制造方法:无缝钢管套管,用热轧钢制造;焊接套管,用钢板卷筒直焊缝。
上海宝钢—热轧;宝鸡钢管厂—焊接④套管尺寸规格:均用外径表示。
(2)井身结构下不同层次的套管固结井壁就构成了井身结构。
(图参看P11,图1-15)①导管:防止表土坍塌,引入钻头,一口井中最大尺寸的套管(20~40m)。
②表层套管:加固上部疏松岩层的井壁;封隔浅层水;安装防喷器、套管头、采油树(30~100m)。
③技术套管:封隔上部油、水、气层;漏失层;坍塌层。
根据地质情况下n层技术套管。
④油层套管(生产套管):最后一层套管,形成井筒,使油气入内。
内放油管。
(3)固井注水泥下完套管后注水泥。
【普通井油层套管加固到油层100~200米以上,热采井加固到井口(防止热应力膨胀举升井口)。
】为了工作顺利,开钻方便,套管柱下部要有附加装置。
①套管柱下部结2/英寸千磅构★引鞋:在管柱最下端,锥形。
作用:防止套管下端插入井壁。
易钻材料(水泥)。
★套管鞋:在引鞋上部,一厚壁短节。
内下部有锥面,防止起钻时,钻头、钻杆拉住。
★回压阀:套管引鞋之上。
作用:防止泥浆倒流入套管内。
(下套管时起作用,可把泥浆挤出)★阻流环(承托环):承托下胶塞(或木制塞)。
(也承托回流阀中胶木球)。
注水泥时,要用下胶塞和上胶塞。
★下胶塞:中间为空,上部有一层隔膜,外层为橡胶`。
注水泥时,先(在套管内)放入下胶塞,再注水泥,下塞与水泥一起下行。
下塞遇承托环不动,压力升高使薄膜破裂,使水泥形成通道。
下塞可刮去管壁泥浆。
★上塞(实心)注足水泥后,放入上胶塞,上塞上方注泥浆,上塞下部注水泥。
上塞与水泥一起下行,上塞使水泥和泥浆分开。
上塞遇到下塞,将循环通路堵塞,泵压升高,称碰压,注水泥完成。
注完水泥后,套管内留10~20m水泥塞,如果不是油层套管要钻开。
★扶正器:弹簧钢片做成。
★泥浆刷:刮去井壁泥饼,提高水泥胶结强度。
②注水泥流程下套管后,循环水洗井壁;下放下胶塞,注水泥;注完水泥,下放上胶塞,替泥浆;替泥浆到上、下胶塞相碰结束。
路线:水泥混合—水泥泵—套管内—环空(几分钟到十几分钟完成(快凝水泥)。
③注水泥设备:水泥车、车装高压泵(需几部);灰罐车;混合漏斗。
④水泥用石灰石、粘土、页岩、铁矿石按比例混合,在1400~1600℃下烧成熟料,冷后磨细。
油井水泥使用最多的为硅酸盐水泥,凝速快,有较高早期强度。
耐地下腐蚀,射孔时不开裂。
5.完井钻井的最后一道工序。
主要用射孔完井法:用子弹射穿套管、水泥环和油层,使油层与井筒相通。
6.钻井事故的处理(1)井漏、井塌井漏—泥浆压力>地层压力时,使泥浆进入地层。
应加堵漏物封堵。
井塌—井壁坍塌,应加重泥浆。
(2)井喷地层压力>泥浆柱压力,井口都装防喷器。
(3)卡钻转不动、起下钻遇阻,由沉砂、落石造成。
三、钻井新技术(一)喷射式钻井采用喷射式钻头,钻井液通过具有特殊形状和结构的小尺寸喷嘴形成高速射流射向井底。
充分利用高速射流的水力作用,结合机械破岩,以提高机械钻速和钻头进尺,即喷射式钻井。
超高压喷射钻井是石油工业的前沿研究课题。
破岩压力:150~200Mpa(需增压)①美国94年前,尝试过地面增压,用铍铜合金管将高压液体传输井下,打井试验,效果很好,提高钻速3~5倍。
地面增压缺点:高压传输密封难保证(接头),沿程损失太大。
94年后,开始研究井下增压器,96年下井试验。
②中国92年构思“井下增压器”研究(由矿机教研室增压器科研组)。
94年石油总公司招标,由石大、勘探院分别进行可行性研究。
99年,单元、整机地面试验成功。
技术特点:利用地面泥浆,井下增压缸自动水力换向,产生高压射流。
难点超高压密封。
前景:试验成功是钻井的一场革命;增压技术可用于地面和井下增压注水。
喷射钻井的主要特点用超高压液体,高速冲击岩石,钻进快,钻头寿命长。
①射流喷射速度高,100~150m/s;②泵压高,20~35MPa;③喷射钻头压力降和水功率高喷射式钻井工作方式钻头喷嘴处射出的喷射流,用喷射速度、冲击力和水功率三个参数来表征。
(1)泵的水功率分配(N P=p P.Q)循环功率消耗(循环管路上N C)过钻头喷嘴压降(形成高速射流作用的水功率N b)喷嘴(Φ2~Φ3)压降:进、出口压差值。
钻井时,希望降低N C,提高N b;提高压降手段:减小喷嘴直径(直径小了,阻力大了,出口压力减小。
)提高压降的目的是:使射流获得很大喷射速度、很大的水马力,及动能;使射流到达井底有很大的冲击力。
通过压能与动能进行能量交换。
(2)射流定义:微孔喷出流体并非重力作用,而传播的现象称射流。
喷嘴直径:2~3mm,超高压喷嘴孔径<2mm。
水力学定义:液体的过流断面周界不与固体接触的液体流动称射流。
流态:层流(雷诺数非常小为层流)、紊流(喷射钻井)。
(3)射流结构-----------射流成喇叭形(速度递减)。
分三个区:(以喷嘴向外开始)A区——等速核长度区,喷速为定值。
(中心线喷速等于出口速度)B区——紊流混合区,喷度衰减。
C区——紊流形成区,喷度衰减显著。
(4)压降、射流、破岩的关系喷射破岩机理。
为何提高压力(增压)能提高破岩能力。
本章重点理解的问题从能量角度分析水功率:是单位时间内射流井底的动能(221mv)2)(21vQNjρ=Qρ—单位时间内液体质量(m),ρ—密度;Q—流量;v冲击力的变化(bI,动量mv)。
冲击力大破岩能力高。
0QvtmvIbρ==提高喷射速度途径其一,AQv=只有减小喷嘴孔径0d其二,提高喷嘴压力降,bp,进出口压差(21pp-)大。
从能量方程知:22212)(cvpppbρ=-=只有增压才能提高1p,即增压。
故,提高喷射压力,可提高射流水功率和冲击力,进而提高破岩能力。
用水力直接破岩,压力必须提高到一定值,即达到破岩的门槛(门值)值,约150~200Mpa。
(5)有效喷距从喷嘴到井底的距离。
一般保证在B区之内(紊流混合区)。
最佳喷射距离,与喷嘴直径、结构有关。
有圆弧、椭圆、圆锥、双圆弧形入口(目的减少入口损失)。
加长喷嘴就是根据最佳喷距而来。
喷嘴距井底太近:冲蚀体积过小,破岩效果差。
太远:喷速大大降低,破岩效果也差。
高压水射流研究内容:破岩机理;岩石性能、岩石力学;沉没流喷射破岩机理;射流流态分析;流体力学;喷射压力;喷嘴结构;喷距、喷嘴截面;喷射角优选。
】(二)平衡压力钻井1. 平衡压力钻井含义钻井用泥浆密度mρ正好等于平衡地层压力所需泥浆密度pρ,称为平衡压力钻井。
平衡钻井:是保持井内钻井液动压力与地层孔隙压力相等,即affpppp+=式中,fp p—地层孔隙压力(地层压力);fp—钻井液柱静压力;ap—钻井液循环时的环空压降。
可有效地保护地层,防止地层污染、井漏。
3. 实现平衡钻井的关键是选择合理的钻井液密度,使钻井液柱静液压力和环空压降之和同地层孔隙压力始终保持平衡。
平衡压力钻井技术保证安装井控设备,防止井涌导致井喷;配置先进的固控设备,以适时调、控配钻井液性能。
(三)欠平衡钻井欠平衡钻井是当今钻井新技术之一。
(钻井用泥浆密度mρ<pρ平衡地层压力所需泥浆密度时称为欠平衡钻井)1. 欠平衡钻井原理保持液柱静水头施加的井底压力低于井孔的地层压力;容许地层流体进入井内,循环出井,并在地面上得到处理和控制。
2.优点①有利于发现低压储层;②最大限度地避免对油层的损害;③减少昂贵清堵费用④提高钻速,降低钻井成本。
3. 适用于地层条件:①存在井漏(泥浆漏走)的油层;②液敏油层,【如对水基钻井液过敏的地层】;机械封堵引起的井壁堵塞的井;页岩水化引起的井壁堵塞;3低渗透油层、硬地层;4欠压或衰竭地层;5大裂缝(开度大于100⨯10-3)地层。
保持欠平衡钻井方法需配备注气设备,自地面由钻柱内向钻井液注入空气或氮气,以降低液柱静水头。
1需配备井控设备2.产出流体的地面处理设备3.随钻测量仪器设备。
(四)深、超深井钻井技术深井:4500~6000m;超深井:6000m以上。
目的:开发深部资源。
如四川盆地、塔里木盆地、准葛尔盆地。
1. 要研究和掌握的关键技术井眼稳定技术、井斜控制技术、高效破岩与洗井技术、固井技术、钻井液技术和管柱优化设计技术等。
2.特点深井、超深井钻井中,机械钻速低、钻头寿命短、起下作业频繁,建井周期长,费用很高。
3.对钻井设备和钻具要求(1)加速研制先进的深井、超深井钻机。