石油鉆井工藝與設備概論主講：賈光政東北石油大學機電工程系一、鉆井工藝由地面向地下鉆一孔道，直達油層，叫鉆井。頓鉆鉆井法：沖擊鉆井法。1.鉆井方法旋轉鉆井法：轉盤旋轉鉆井法；井下動力鉆具旋轉鉆井法；頂部驅動旋轉鉆井法。

（1）破碎巖石；（2）取出巖屑；（3）固井和完井，形成油流通道。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合井身結構：指下入井中的套管層數、尺寸、規格和長度。包括導管、表層套管、技術套管和油層套管。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝導管表層套管技術套管油層套管D油D技D表D導油井井身地面井底（2）表層套管即第二層套管，防止地表土層垮塌，加固上部疏松巖層井壁和安裝防噴器，一般0~500米長度。2.鉆井的工藝過程井身結構一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合（1）導管即第一層套管，最外層，直徑最大，起導向作用，不固定，一般0~40米長度。（3）技術套管即第三層套管，用來隔離生產的上部油氣水，加固淺層疏松易塌井筒以防巖層噴、塌、漏、膨脹和安裝防噴器。技術套管要根據地層條件而定，中深井盡量不下技術套管，深井、地層復雜的井，下1~2層，在復雜地層的深井下2~4層。2.鉆井的工藝過程井身結構一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合（4）油層套管即第四層套管，油層套管用來形成堅固的井筒，用來射孔，也是最后一層套管。各層套管與井壁之間都注入水泥加固。井身結構2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合套管規格指根據地質條件、井身結構、鉆具來源等組成的鉆柱，包括：鉆頭、鉆鋌、鉆桿、方鉆桿及其配合連接的尺寸、規格和長度。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.1井身結構與鉆具組合鉆具組合鉆桿

鉆鋌

鉆頭

方鉆桿

（1）下鉆：

將鉆桿逐根連接形成鉆桿柱并下入井中，使鉆頭接觸井底，準備鉆進。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程鉆進作業過程的循環：下鉆→正常鉆進→接單根→起鉆→換鉆頭→下鉆→……。④緊扣，（拉貓頭或用大鉗）；⑤稍提鉆桿，移出吊卡；⑥用剎車控制下放速度，將鉆柱下放一立根距離；⑦將鉆柱輕坐在轉盤上，從吊卡上脫開吊環。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(1)下鉆①掛吊卡，以高速檔提升空吊卡至一立根高度；②二層臺處扣吊卡，將立根稍提移至井眼中心，對扣；③上扣，（拉貓頭或用旋繩器）；操作過程：

（2）正常鉆進：

啟動轉盤（或井底動力鉆具），通過鉆桿柱帶動井底鉆頭旋轉，借助剎車，給鉆頭施加適當的壓力（鉆壓）以破碎巖石。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(2)正常鉆進(3）接單根：每次接入一根鉆桿，來加長鉆桿柱的作業。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(3)接單根④從小鼠洞中提出單根移至井中鉆柱上方，對扣；⑤上扣，（拉貓頭或用旋繩器）；⑥緊扣，（拉貓頭或用大鉗）；⑦稍提鉆桿，移開吊卡或提出卡瓦；下放鉆柱至井底，繼續鉆進。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程①用吊卡或卡瓦上提鉆桿柱，全露方鉆桿，并將鉆柱坐在轉盤上；②卸開方鉆桿，并微提方鉆桿移至小鼠洞上方，與小鼠洞中的單根對扣；③上扣，（拉貓頭或用旋繩器）；操作過程：

(3)接單根(4）起鉆：

需更換鉆頭（或鉆井完成）時，將井中鉆柱全部取出的作業。操作過程：①用吊卡或卡瓦上提鉆桿柱，全露方鉆桿，并將鉆柱坐在轉盤上；②旋下方鉆桿，將方鉆桿和水龍頭移置大鼠洞中；③用吊卡或卡瓦提升鉆柱至一立根高度，并讓鉆柱坐在轉盤上；2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(4)起鉆④松扣，（拉貓頭或用大鉗、松扣氣缸）；⑤上鉗卡住接頭，轉盤正轉卸扣；⑥移立根入鉆桿盒和二層臺指梁中，摘開吊卡；⑦下放空吊卡至井口。重復上述起出一個立根的操作步驟，直至將井中鉆柱全部起出。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(4)起鉆（5）換鉆頭：起鉆末了，將鉆頭提出井口，用專用工具卸下舊鉆頭，換上新鉆頭。鉆進作業過程的循環：下鉆→正常鉆進→接單根→起鉆→換鉆頭→下鉆→……。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.2鉆進作業過程(5)換鉆頭(1）固井：在鉆井的井眼內下入一串軸心線重合的套管柱，并在套管柱與井壁的環形空間里注入水泥進行封固。2.鉆井的工藝過程一、鉆井工藝2.3固井與完井（2）完井：固井后，采用射孔槍發射子彈射穿套管、水泥環、油層，使油層和井筒連通。一、鉆井工藝思考題：鉆井方法有幾種？鉆井的工藝過程包括什么？井身結構的概念？鉆具組合的概念？鉆進作業過程分幾個步驟？描述每個步驟的具體操作過程。固井的概念？完井的概念？二、鉆井設備1.鉆機組成起升系統、旋轉系統和循環系統這三大系統設備是直接服務于鉆井生產的，是鉆機的三大工作機組。鉆機是一套由多臺設備組成的大功率聯合機組，包括八大系統：起升系統、旋轉系統、循環系統、動力系統、傳動系統、控制系統、底座、輔助系統。1.1起升系統1.鉆機組成組成：絞車、輔助剎車、游動系統（天車、游動滑車、大鉤及鋼絲繩）、井架、井口工具及機械化設備（吊卡、吊環、卡瓦、動力大鉗、旋繩器、立根移運機構等）。作用：在起、下鉆作業中起、下鉆具；在完井作業中下套管；在正常鉆進時控制鉆壓、送進鉆具。二、鉆井設備1.2旋轉系統組成：轉盤、水龍頭、鉆具。作用：驅動鉆具旋轉，帶動鉆頭破碎巖石。1.鉆機組成二、鉆井設備1.3循環系統

組成：鉆井泵、地面管匯、鉆井液池和鉆井液槽、鉆井液凈化設備和鉆井液調配設備等。作用：提供高壓鉆井液，以清除井底已破碎的巖石，保證繼續鉆進；同時冷卻鉆頭，防止井噴、井塌；傳遞動力驅動井下動力鉆具（渦輪、螺桿動力鉆具）。1.鉆機組成二、鉆井設備1.4動力驅動設備

組成：內燃機及其供油設備，或者交流、直流電動機及其供電、保護、控制設備等。作用：供給三大工作機組及其他輔助機組動力。1.鉆機組成二、鉆井設備柴油機

1.鉆機組成二、鉆井設備1.5傳動系統設備組成：減速、并車、倒車、變速及換向機構等，有機械傳動、液力傳動、液壓傳動、電傳動等形式。作用：連接發動機與工作機，實現從驅動設備到工作機組的能量傳遞和分配及運動方式的轉換。1.鉆機組成二、鉆井設備單獨驅動方案動力動力動力1.鉆機組成二、鉆井設備統一驅動方案1.鉆機組成二、鉆井設備分組驅動方案1.鉆機組成二、鉆井設備1.6控制系統和監測顯示儀表

作用：控制系統用來指揮各機組協調地進行工作；監測顯示儀表用來測量井底參數、監測顯示地面有關系統設備的工況。

組成：控制系統有機械控制、氣控、電控、液控和電、氣、液混合控制；監測顯示儀表有指重表、鉆井泵壓力表、鉆井八參數儀（大鉤負荷、鉆進速率及井深、泵壓、轉盤扭矩、吊鉗扭矩、轉盤轉送、泵沖次、泵出口排量）、隨鉆測量系統。1.鉆機組成二、鉆井設備控制系統

1.鉆機組成二、鉆井設備1.7鉆機底座

組成：鉆臺底座、機房底座、泥漿泵底座。作用：安裝井架、轉盤、放置立根盒及必要的鉆井設備和工具。1.鉆機組成二、鉆井設備鉆機底座

1.鉆機組成二、鉆井設備1.8輔助設備

作用：保證正常鉆進和安全鉆井。組成：空氣壓縮設備、輔助發電設備、井口防噴器、供水供油系統等。1.鉆機組成二、鉆井設備井控裝置

1.鉆機組成二、鉆井設備ZJ15DX2.1鉆機型號表示根據GB1806-86規定，我國石油鉆機型號意義如下：ZJ——鉆機代號；15——鉆機級別，以100m為單位計的鉆機名義鉆深范圍的上限；2.鉆機型號二、鉆井設備D——鉆機特征，L表示鏈條并車鉆機，J表示三角帶并車鉆機，C表示齒輪并車鉆機，D表示電驅動鉆機，Z表示自行式車裝鉆機，T表示拖掛車裝鉆機。X——廠家代號及改型序號，廠家代號用一個漢語拼音字母表示；改型序號用阿拉伯數字表示。GB1806-86將我國鉆機規定為6級：ZJ15，ZJ20，ZJ32，ZJ45，ZJ60，ZJ802.鉆機型號二、鉆井設備2.1鉆機型號表示2.2鉆機總體參數反映一部鉆機主要技術性能的參數，稱為鉆機的總體參數。鉆機總體參數有三個：名義鉆深范圍、最大鉤載荷、最大鉆柱重量。2.鉆機型號二、鉆井設備起升系統的組成主要包括井架、絞車總成、游動系統總成等。此外起升系統還包括起下鉆操作所需的各種工具，如吊鉗、吊卡、卡瓦、安全卡瓦、旋繩器、和立根移運機構等。3.1起升系統組成

3.鉆機起升系統二、鉆井設備4.４轉盤

功用：正常鉆進時，帶動井中鉆具旋轉，傳遞足夠大的扭矩和必要的轉速；起下鉆和下套管時，承托井中全部鉆桿柱或套管柱重量；卸扣、卸鉆頭和處理事故時，完成倒扣、進扣等輔助工作；采用井底動力鉆具時，制動上部鉆桿柱，以承受反扭矩。（1）轉盤的功用及使用要求

4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備使用要求：轉盤的主軸承有足夠的強度和壽命；轉臺和錐齒輪能夠傳遞足夠大的扭矩，并能倒轉，能可靠的制動；密封性好，嚴防外界的鉆井液、油水污液滲入轉盤內部。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備（2）轉盤的結構組成和特點水平軸總成：水平軸內側裝著小錐齒輪，外側裝法蘭（萬向軸傳動時）或鏈輪（鏈傳動時）。軸通過一對雙列調心軸承和套筒坐在殼體中，套筒的作用是使水平軸能進行整體式裝配。軸中部有制動棘輪，通過殼體上的棘爪和錐齒輪傳動可實現轉臺的制動。水平軸下方殼體構成一獨立油池，使水平軸得到良好的潤滑。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備轉臺總成：轉臺用鑄鋼制成，借助主軸承座在殼體上；下部的輔軸承防止轉臺傾斜和向上振跳。轉臺中心通孔內裝著方補心和方卡瓦，兩者通過鎖銷鎖在轉臺體上。轉臺臺肩上靜配合裝著一個大錐齒輪；轉臺上部靜配合裝著一個迷宮式密封圈，防止泥漿污水漏入轉盤油池中。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備主輔軸承：主、輔軸承均為向心推力球軸承。主軸承起承載和承轉作用；輔軸承起徑向扶正和軸向防跳作用。殼體：轉盤殼體是結構比較復雜的鑄鋼件，內腔形成兩個油池；外形便于安裝固定和運輸，便于工人進行井口操作。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備4.５水龍頭

功用：懸持旋轉著的鉆桿柱，承受大部分以致全部鉆具重量；向轉動著的鉆桿柱內引輸高壓鉆井液。

（1）水龍頭的功用及使用要求

4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備使用要求：水龍頭的主軸承必須具有足夠的強度和壽命；高壓鉆井液密封系統必須可靠，壽命長，更換快速、方便；機油密封良好，能自動補償工作過程中密封元件的磨損；各承載零件，如提環、殼體、中心管等應具有足夠的強度和剛度。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備（2）水龍頭的結構組成和特點承載系統：中心管及其接頭、殼體、銷軸、提環和主軸承；鉆井液系統：鵝頸管、鉆井液沖管總成；輔助系統：扶正軸承、防跳軸承、機油密封盒組件及上蓋等。4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備頂驅裝置

4.鉆機旋轉系統二、鉆井設備循環系統主要包括鉆井泵、泵出口管線、立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆頭、環形空間、鉆井液管匯、鉆井液池等。５.1循環系統組成

5.鉆機循環系統二、鉆井設備５.2循環系統工作原理

鉆井泵把鉆井液從鉆井液池吸入泵中，鉆井泵的機械能轉變為液體能，獲得能量的高壓鉆井液經過泵出口管線、立管、高壓水龍帶、水龍頭，進入轉動的方鉆桿、鉆桿、鉆鋌的內孔中，通過鉆頭上的水眼噴射到井底，輔助鉆頭鉆進。井底的鉆井液把鉆頭切削下的巖屑通過由鉆桿柱和井壁組成的環形空間，帶至地面的鉆井液管匯中，進入鉆井液池；鉆井液經過凈化設備凈化后，又進入鉆井泵中重新循環流動。5.鉆機循環系統二、鉆井設備５.3循環系統工作參數

鉆井泵出口壓力P泵；鉆井泵排量Q泵；

鉆井泵功率N泵