UBD钻井设备调研

UBD钻井设备文献综述第一部分旋转控制头(RBOP/RCH)和防喷器1.1旋转防喷器由主机(旋转控制头)和控制系统组成。研制旋转防喷器有几大难点，主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承，各自的寿命满足实际应用是保证钻井施工安全的关键。通过大量的元件选型、设计、制造和试验的工作，特别是出厂前的大量模拟欠平衡试验，解决了这些关键问题。选用高技术含量的元件才能设计生产出高技术产品。费时费钱的大量的试验是该旋转防喷器获得初步成功的前提。1.2旋转防喷系统的结构和工作原理旋转防喷系统主要由旋转防喷装置、润滑/冷却动力装置和远程检测控制装置组成。井眼环空与钻柱之间起封隔作用，并提供安全有效的压力控制，同时具有将井眼返出流体导离井口的作用。1.3国内外主要旋转控制头技术性能表1-1国内外主要被动式旋转控制头技术性能产地厂家型号动压静压最大转速rpm高度mm轴承润滑轴承冷却锁紧装置胶芯数量英国GRANT公司DHS1400型1.755.6100876润滑油无手动锁紧卡箍1或2英国GRANT公司高压型10.5211001422高压油润滑无手动锁紧卡箍1或2美国Williams9000型3.57100927低压油润滑无手动锁紧卡箍1美国Williams7000型10.5211001600高压油润滑水冷单缸液动卡箍2美国Williams7100型17.5351001600高压油润滑水冷双缸液动卡箍2中SLXFD17.5351501870高压油油冷2国润滑中国四川局FX35-10.5/21型10.5211001560连续润滑水冷手动锁紧卡箍2表1-2国内外主要主动式旋转控制头技术性能产地厂家型号动压静压最大转速rpm高度mm轴承润滑轴承冷却锁紧装置胶芯数量美国Shaffer低压型3.57200914低压脂润滑无丝扣圈、锁销1美国Shaffer高压型PCWD21.0/17.535100/2001244高压油润滑油冷/水冷丝扣圈、锁销1美国Sea-Tech型10.5141001447高压油润滑风冷手动丝扣锁紧胶囊加拿大RPMsystem300型14.0211001016高压油润滑水冷液动锁紧胶囊加拿大RBOP5K24351401130高压油润滑油冷胶囊中国（重庆）FS70/200型5.01001100低压脂润滑无丝扣圈、锁销1加拿大NEOppg型14.0211001448高压油润滑无丝扣2国产旋转防喷器一、FX28-35型旋转防喷器（四川钻采院）主要参数（1）封井最高工作压力旋转钻进状态：最高17.5MPa静止封钻杆状态：35MPa封零状态：17.5MPa(2)工作转速最高100r/min(3)易损密封件寿命密封胶芯使用一口井以上旋转动密封连续工作120小时以上。设备分布：新疆塔河工区和四川盆地川西工区。二、XZ—11—05型旋转防喷器（胜利油田）大修用井口密封设备，可以实现井口密闭循环，防止污油污水人井对地层造成伤害，并能有效防止井喷事故。主要参数1.主要结构参数防喷器高度：525mm；防喷器外径：470mm；适用井口法兰外径：380mm；井口法兰密封垫环：RX-54(参见SY5279.3一91)；防喷器质量：290kg2.主要性能参数最大静密封压力：11MPa；最大动密封压力：5MPa壳体最大承压能力：588kN；适用钻杆直径：73mm；适用方钻杆：89mmx89mm；胶心最大过径：110mm.三、XK系列旋转控制头(旋转防喷器)XK系统（中国，四川石油管理局）技术参数适用钻具127、89、73mm钻杆及相应的六方、四方方钻杆适用介质空气、泡沫及其他各种钻井液可通过最大钻具尺寸196.8mm适用井口温度100℃主通径350、280、230mm侧通径180mm工作压力动压10.5MPa；静压21.0MPa最高转速100r/min总体尺寸旋转防喷器总高1580mm；旋转总成外径518mm表1-3XK28(35)-17.5/35旋转控制头主要规格及技术参数型号XK28-17.5/35XK35-17.5/35壳体通径280mm(11in)350mm(13-5/8in)底法兰连接280mm(11in)-35MPa6B型法兰350mm(13-5/8in)-35Mpa6BX型法兰侧出口连接7-1/16in-35MPa6B型法兰连接侧进口连接52mm(2-1/16in)-35MPa6B型栽丝法兰转油管扣(用户可选用油管扣或由壬)中心管通径182mm工作压力最大动压17.5Mpa最大静压35Mpa最大转速100r/min.可封钻具5-1/4in方钻杆+5in钻杆，4-1/4in方钻杆+3-1/2in钻杆，3-1/2in方钻杆+3-1/2in钻杆，3in方钻杆+2-7/8in钻杆。工作介质空气、泡沫和各种钻井液总体尺寸总高：1778mm；旋转总成外径：440mm。壳体高度：930mm。表1-4XK28(35，23)-10.5/21旋转控制头主要规格及技术参数型号XK28-10.5/21XK35-10.5/21XK23-10.5/21壳体通径280mm(11in)350mm(13-5/8in)230mm(9in)底法兰连接280mm(11in)-35MPa6B型法兰350mm(13-5/8in)-35Mpa6BX型法兰230mm(9in)-35MPa6B型法兰侧出口连接7-1/16in-21MPa6B型法兰连接侧进口连接52mm(2-1/16in)-21MPa6B型栽丝法兰转油管扣(用户可选用油管扣或由壬)中心管通径190mm工作压力最大动压10.5Mpa最大静压21Mpa最大转速100r/min.可封钻具5-1/4in方钻杆+5in钻杆，4-1/4in方钻杆+3-1/2in钻杆，3-1/2in方钻杆+3-1/2in钻杆，3in方钻杆+2-7/8in钻杆。工作介质空气、泡沫和各种钻井液总体尺寸总高：1480mm；旋转总成外径：514mm。壳体高度：765mm。表1-5XK28(23)-7/14旋转控制头主要规格及技术参数型号XK28-7/14XK23-7/14壳体通径280mm(11in)230mm(9in)底法兰连接280mm(11in)-35MPa6B型法兰230mm(9in)-35MPa6B型法兰侧出口连接103mm(4-1/16in)-21MPa6B型法兰侧进口连接52mm(2-1/16in)-21Mpa6B型栽丝法兰或2-3/8in平式油管扣中心管通径182mm工作压力最大动压7Mpa最大静压14Mpa最大转速100r/min.可封钻具5-1/4in方钻杆+5in钻杆，4-1/4in方钻杆+3-1/2in钻杆，3-1/2in方钻杆+3-1/2in钻杆，3in方钻杆+2-7/8in钻杆。工作介质空气、泡沫和各种钻井液总体尺寸总高：925mm；旋转总成外径：374mm。壳体高度：640mm。表1-6XK28(18)-3.5/7旋转控制头主要规格及技术参数型号XK28-3.5/7XK18-3.5/7壳体通径280mm(11in)180mm(7-1/16in)底法兰连接280mm(11in)-35MPa6B型法兰180mm(7-1/16in)-35MPa6B型法兰侧出口连接103mm(4-1/16in)-21MPa6B型法兰侧进口连接52mm(2-1/16in)-21Mpa6B型栽丝法兰或2-3/8in平式油管扣中心管通径182mm工作压力最大动压3.5Mpa最大静压7Mpa最大转速100r/min.可封钻具5-1/4in方钻杆+5in钻杆，4-1/4in方钻杆+3-1/2in钻杆，3-1/2in方钻杆+3-1/2in钻杆，3in方钻杆+2-7/8in钻杆。工作介质空气、泡沫和各种钻井液总体尺寸总高：925mm；旋转总成外径：374mm。壳体高度：640mm。表1-7XK540-AD194与XK350-AD194空气钻井用旋转控制头主要规格及技术参数型号XK540-AD194XK350-AD194壳体通径540mm(21-1/4in)350mm(13-5/8in)底法兰连接540mm(21-1/4in)-14MPa6B型法兰350mm(13-5/8in)-35Mpa6BX型法兰侧出口连接ANSI16.510in-400型法兰连接或10in卡箍连接中心管通径194mm工作压力最大动压1.75Mpa最大静压3.5Mpa最大转速100r/min.可封钻具6in方钻杆+5-1/2in钻杆，5-1/4in方钻杆+5in钻杆，4-1/4in方钻杆+3-1/2in钻杆，3-1/2in方钻杆+3-1/2in钻杆。工作介质空气、泡沫和各种钻井液总体尺寸总高：1296mm；旋转总成外径：440mm。壳体高度：698mm。总高：1343mm；旋转总成外径：440mm。壳体高度：930mm。四、NorthlandRBOP系列（主动式）表1-8NorthlandRBOP系列（主动式）型号最大静压力（MPa）钻进时最大压力（MPa）下套管时最大压力（MPa）最大旋转速率（RPM）总高度（M）最大外径(M)贯穿孔(M)安装重量(kg)2kRBOP13.810.36.91001.50.9828026365kRBOP34.524.117.21401.130.912804227五、FS系列国产旋转防喷器表1-9FS系列国产旋转防喷器型号公称通径动密封压力静密封压力密封机理轴承冷却润滑方式FS156/3.51563.57弹性密封和井压助封（见说明）强制水冷却与润滑油润滑FS12/5120510.5FS23-35/7B230\280\350714FS23-35/7.5B230\280\35010.521说明：动密封压力为10.5MPa的旋转防喷器采用双胶心，上部胶心采用主动密封，下部胶心采用弹性密封和井压助封。《欠平衡钻井技术与煤层气开发》1.4几种高压旋转防喷系统的性能比较对比分析了PCWD、RBOP、RCH7100、SLXFD等几种常用高压旋转防喷系统的结构、工作原理、发展现状及关键技术，结合现场使用情况，分析了各系统的优缺点，最后结合胜利油田的SLXFD系统和四川石油管理局的XK系统，论述了高压旋转防喷系统研制的必要性、可行性及广阔前景。性能对比表明，国产高压旋转防喷系统的性能已达到进口产品水平，有些性能指标已超过进口产品，开发国产低价位、智能型的高压旋转防喷系统已成为大势所趋。几种高压旋转防喷系统的优缺点比较：PCWD系统（美国）优点：PCWD系统的主动密封方式是理想的旋转密封方式，能够实现常规防喷器的功能，当钻机底座高度较低时利用该系统可以省去环形防喷器；密封胶芯能够密封各种形状的钻具，甚至能密封空井；只要遥控开启胶芯就可以起下钻头等复杂形状的钻具，操作简单。缺点：PCWD系统设计时，试图利用复杂的电、液控制实现完全自动控制，结果导致系统结构复杂且繁琐，如果存在现场电源电压不稳等不利因素PCWD动力站的电路控制系统、液压系统都容易出现问题；另外，现场换胶芯时外界杂质容易进入润滑油系统，影响系统的可靠运转。RBOP系统（加拿大）优点：RBOP系统设置有两级润滑油循环、控制系统，第2级润滑油的压力是第2级压力的35%~5%，有利于提高旋转密封圈的工作可靠性。缺点：RBOP中设计有2种压力的润滑油，3套高压旋转动密封圈，6套滚动轴承，结构复杂，维修、维护工作复杂。RCH7100系统（美国）优点：RCH7100的轴承总成和SLXFD的旋转密封总成是独立的、密闭的整体，不容易被外界杂质侵入，更适合在现场长时间工作。缺点：RCH7100系统利用循环冷却水冷却高压旋转密封圈，再利用低压密封圈对循环水进行密封由于水本身不是润滑剂，现场使用时这种低压旋转密封圈容易失效，导致上部旋转动密封出现泄漏冷却水的问题，无法正常使用；另外该系统还需要与环形防喷器配合使用。SLXFD系统（中国）优点：SLXFD系统设计时综合考虑了PCWD系统和RCH7100系统的优点，并结合了技术人员长期的现场经验和我国钻井工业的实际情况，因而可靠性较高；另外，SLXFD系统的关键部件在设计中采用了冗余技术，提高了