钻井工程-1-旋转钻机装备

纲
1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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三、钻机设备选择
钻机设备的选择标准与钻井的成本密切相关，必须与所
钻井眼的情况想匹配，达到最经济的目的，对钻机的评估包 括以下几大系统：
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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五、钻井液体系评价
1）钻井液体积
钻井液罐中钻井液的保持水平与一定深度井眼体积、
钻井液混合速度和钻井液处理能力有关 在钻井操作中，需要钻井液的地面体积除了填充井眼
天车所在位置
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四、旋转钻井系统
钻井液循环系统
流体循环系统的作用是允许钻井液从地面流到井底，然后再
返回到地面，系统的主要组成包括：
泥浆泵/空气压缩机 高压地面管汇
钻柱
环形空间 泥浆池 泥浆处理设备
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循环系统 示意图
提


纲
1.1 旋转钻井关键参数
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五、钻井液体系评价
固相控制设 备所在区域
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五、钻井液体系评价
3.1）振动筛
振动筛是固控设备的重要组成部分，满眼循环的振动筛 目数大于 120 目；在多目振动筛中，固相颗粒的分离效果 好坏与最下层的筛网有关
3.2）旋流除砂器
旋流除砂器包括除砂器和除泥器，一般用于处理大流量
提升系统
提升系统在作业中最基本的功能是提升和承载钻柱与套管， 它主要包括绞车、天车、游车、大钩、钻井大绳、吊卡等
提升系统 所在位置
滑轮组 简图
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四、旋转钻井系统
滑轮和钻井大绳

滑轮和大绳的基本作用是在提升和下入重载荷物体时有一个好的
机械效率。 美国石油学会（API）推荐使用“吨公里”的概念来评价
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五、钻井液体系评价
4）泥浆泵
泵入钻井液是钻井液循环的主要 过程，也可以说是钻井液水力系统的 核心 泥浆泵是钻井液反复循环的动
力设备，分为二级泵和三级泵 二级泵有两个缸，流体在其中是
双冲程运动；三级泵有三个缸，流 体在其中是单冲程运动
单冲程和双冲程往复运动泵
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五、钻井液体系评价
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提


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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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二、旋转钻机设备
旋转钻机是为了满足钻井和完 井的需要，分为陆地钻机和海上钻机， 两者的主要设计特点都为可移动性、 灵活性、可钻深能力 现代的陆地钻井设备采用嵌
外，还需额外增加100 bbl的体积；钻井液在泵吸入过程
中不能产生沉淀 钻井液需要在几个连续的钻井液罐里沉淀，所以在每
个单独的液罐里有定时喷射移除沉淀物的喷嘴
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五、钻井液体系评价
2）混合系统
混合系统通常包括高速离心泵、段塞罐、预混合罐
3）固相控制
不同地区和泥浆系统需要的固相控制设备差别很大， 对于非加重泥浆，通过稀释进行固相控制是很有效的方法。 最好的控制钻井液中固体的方法是使用有效的固相清除设 备，包括振动筛、水力旋流器和离心机等
动力系统
提升系统
钻井液循环系统


井控系统
数据的获取和监测系统
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三、钻机设备选择
钻机设备选择的其它标准有：
钻井承包商的安全记录


钻机移动和安装
钻井承包商的可靠性



合同费用（进尺费、日费、总包制）
所有钻井设备的状况
钻机设备的选择是在正式招标之前以及在所有钻井设计完
的钻井液
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五、钻井液体系评价
3.3）离心机
离心机一般用于处理小流量钻井液，处理能力为 60-80
gal/min，某些情况下可以达到150 gal/min 离心机一般在其它固相控制设备之后工作，而且不像振
动筛、旋流除砂器那样要对整个循环用钻井液进行处理，它 可以只处理一部分钻井液，通常为 5%-10%
1.内燃机驱动
① 内燃机带变速箱驱动
内燃机所 在位置
② 内燃机带液力变矩器驱动
2.电动机驱动
① 内燃机→直流发电机→直流电动机驱动(即内→直→直)
② 内燃机→交流发动机→（整流）→直流电动机驱动（即内→交→直）
③ 工业电网供电→（可控硅整流）→直流电动机驱动（即电网→直）
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提



另外一种井下动力钻具钻井，可以在大部分钻具不转动的
情况下，通过井下动力驱动钻头旋转（螺杆钻具、涡轮钻具或
电动机）
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一、 旋转钻井关键参数
3）钻井液循环
在钻井过程中，井下产生大量的岩屑和热量，通过钻井 液的循环作用，保持井底清洁，环空畅通无阻，同时冷却润 滑钻头和钻杆，保证钻井顺利进行
探井——用来发现和评价潜力油藏
开发井——为了在潜力油藏区域内充分开采
侧钻井——为了开采较深产层或从现有直井中开窗侧钻 加密钻井——替代衰竭井，或维持产量稳定
注入井——存储天然气等油气资源；回注不需要的产出水或
者通过注水、注蒸汽或天燃气提高采收率
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二、旋转钻机设备
旋转钻机驱动
5）地面高压管线
地面高压管汇包括水龙头、立管、水龙带、方钻杆和压力测量盒。水 龙带、立管和水龙头用于钻井和起下钻；压力测量盒可以缓冲泵产生的
压力；方钻杆允许钻柱旋转
6）钻具组合
钻具组合包括方钻杆、钻杆和钻铤，钻杆和钻铤通过钻具接头连接
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五、钻井液体系评价
7）钻头
钻头是一种切削工具，大致分为：牙轮钻头、刮刀钻头
放大后
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六、旋转系统


顶驱主要优点：
顶部驱动钻井不需要使用方钻杆与转盘，基本上不接单根，
也不需要鼠洞，立根作单根使用 ，节省很多时间

在起下钻任意时刻均可实现立即旋转钻具和循环钻井液，
可减少井下事故的发生，安全 在起下钻过程中遇阻时还可以实现上提和下放钻具进行扩眼、
划眼作业，解除遇阻现象
牙轮钻头
刮刀钻头
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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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六、旋转系统
旋转系统是指所有能够使钻
头转动的部件，具体包括钻杆、 钻铤、水龙头、转盘、方补心和 方钻杆 有些平台也配有顶驱替代传
统的转盘，在钻定向井时，会使
用井下动力钻具作为旋转动力
旋转系统简图
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六、旋转系统
旋转系统所
在位置区域
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六、旋转系统
顶驱
使用顶驱系统可以使钻井效率高、速度快、成本低、效益好，能
最大限度地满足钻井工艺的需要
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七、井控系统
闸板防喷器是一套通过液压驱动的井控装备，可以实现对钻具或套管环 空进行密封，剪切闸板一般在其它防喷器关井失败的情况下才能使用 钻井四通是用来连接相邻的两个闸板防喷器的贯通装置，在强行起下
钻作业中，可以通过节流和压井管线实现钻井液的循环
双闸板防喷器
钻井四通
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八、数据获取和监测系统
钻井问题，像井漏、井涌和卡钻都能够很容易的通 过监测设备检测到


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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一、 旋转钻井关键参数
无论是钻直井还是定向井，合理又经济的钻井参
数都是必须的，主要的三个参数为：
钻头钻压 钻头转速

循环钻井液的水力参数
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一、 旋转钻井关键参数
1）钻压
钻压是通过钻柱向钻头提供的沿井眼前进方向的力，钻压大小变化取 决于岩石的硬度和钻头的类型
钻井工程
旋转钻井钻机装备
中国石油大学（北京）
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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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钻井的定义
油气通道：地面到储层 提高采收率的关键
Leabharlann Baidu
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钻井方式：顿钻
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钻井方式：旋转钻井
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钻井
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井眼（wellbore)的定义
一开 二开 三开 环形空间 井身结构
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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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七、井控系统
井控系统的主要作用是在井涌发生时阻止地层流体进
入井眼
井控系统所 在的位置
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七、井控系统
井控设备的组成
（1）井口防喷器组 环形防喷器、闸板防喷器等； （2）控制装置 储能器装置 遥控装置； （3）节流与压井管汇，高压耐火软管； （4）钻具内防工具，方钻杆球阀，钻杆回压凡尔； （5）加重钻井液装置； （6）起钻灌浆装置 （7）钻井液气体分离器 （8）监测仪表泥浆罐液面监测仪、硫化氢检测仪等 防喷器装置图

入式结构和滑动式设计，便于钻
机设备的运输和搬迁
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二、旋转钻机设备
海上钻井平台的操作空间在海面之上，称为平台，分为移动式、固定 式。平台的选择取决于要进行的操作和海水深度
自升式钻井平台
固定式钻井平台
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二、旋转钻机设备
油田现场井的类型有探井、开发井、注入井、侧钻井 加密井
大绳的状态；为了使大绳均匀磨损，应该根据钻井条件有规律地更换
起始载荷点
钻井大绳 所在的位置
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四、旋转钻井系统
游车

游车和大钩的载荷能力用“吨”表示，额定值需要合适的安全系数
游车所在位置
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四、旋转钻井系统
天车

天车上的载荷远大于大钩载荷，在滑轮组系统中，在不考虑摩擦
力的情况下，每根绳上的应力相等。大钩载荷和滑轮组、大钩、其他 附属设备的质量平均分配到每根大绳上。另外，锚上的死绳和滚轮上 的快绳也有天车拉力作用
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六、旋转系统
顶驱主要缺点：


钻杆的磨损严重
增加维护费


降低井架承载能力
平台操作人员经验缺乏 顶驱失败换用常规转盘会增加更多的费用
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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统
之后进行的，所选设备尽可能符合钻井的实际需要
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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
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四、旋转钻井系统
直井中，钻铤等钻具的质量是施加在钻头上的主要力；定向井中，由于井 斜的作用，钻铤或加重钻杆等施加在钻头上的力只有一部分被变成钻压施加在 钻头上
钻井基本 过程
满眼钻具 组合
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一、 旋转钻井关键参数
2）钻头转速
不同于过去的顿钻钻井，旋转钻井是靠转盘或顶驱的旋转 带动钻具，把扭矩传递给钻头使钻头旋转、破碎和切削岩石
七、井控系统
井控设备应该具有以下功用：
预防井喷。保持井眼内钻井液静液压力始终略大于地层压力， 防止井喷条件的形成

发现溢流。对油气井进行监督，及早发现溢流和井喷前兆，
尽早采取控制措施 控制井喷。溢流、井涌、井喷发生后，迅速关井，实施压井
作业，对油气井重新建立压力控制 处理复杂情况。当油气井压力失控后，进行灭火抢险等处理
作业
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提


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1.1 旋转钻井关键参数
1.2 旋转钻机设备 1.3 钻机选择 1.4 旋转钻井系统 1.5 钻井液体系评价 1.6 旋转系统 1.7 井控系统


1.8 数据获取和监测系统
1.9 海上钻井系统
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八、数据获取和监测系统
数据获取和监测系统是指用来对整个钻井作业信息进行 监测、分析、显示、记录和检索的装置，监测系统是整个钻 井过程的心脏