石油钻采机械

第一节石油地质常识一地壳1.地壳的组成地球内部分为三个圈层地壳有岩石组成，岩石可分为：火成岩，变质岩，沉积岩；2.沉积岩种类及特点沉积岩可分为：沙岩，泥岩，石灰岩三种3.地质构造（1.背斜构造（2.向斜构造（3.单歇构造（4.断层第二节钻井工艺概述本节概略介绍常规钻井（通常指钻直井）的钻井方法，钻井工艺，钻井参数，井斜及其控制方面的基本知识和定向钻井的概念。一钻井方法从地面钻一孔道直达油气层，即钻井。钻井的实质就是要设法解决破碎岩石和取出岩屑，保护井壁，继续加深钻进方面的问题。两种钻井方法：顿钻钻井法，旋转钻井法()VmWWo第三节常规钻井技术一喷井式钻井喷射式钻井采用喷射式钻头，钻井液通过具有特殊形式和结构的小尺寸喷嘴，形成高速射流，射向井底．主要是利用水的高压作用．喷射式钻井工作方式取决于钻头喷嘴处射出的喷射流，主要用喷射速度，冲击力和水功率三个参数来表征的．这三个参数是影响钻速的关键因素．也不是这三个数越大越好，要经济合理．必须配备大功率的高压钻井泵及高压闸门，高压管汇，水龙带，水龙头，配备完善的固控设备．二平衡压力钻井平衡压力钻井是指钻井过程中保持钻井液动压力与地层空隙相等，即fpfaPPP第四节钻井技术的新发展一欠平衡钻井技术当今新兴的钻井技术之一．保持钻井液柱静水头施加的井底压强低于井孔的地层压强，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．二深井，超深井钻井技术４５００-６０００m称为深井，６０００m以上称为超深井．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．三水平井技术是石油工业油气勘探的一次技术革命．我过也在７０年代以来，先后在吉林，大庆和新疆等地用常规钻机打了８００余口小井眼井．国产小井眼钻机的研制工作已提上日程，期望在２１世纪能见到具有现代化水平的国产小静眼钻机投入使用．３.小井眼钻井系统典型的小井眼钻井系统有３种型式．转盘钻进，连续取心钻进和井下马达钻进系统．共同特点：采用小钻机，小直径钻具（钻头，钻杆柱，井下马达）和高速钻进，比常规钻井系统可节约钻井成本４０％-７０％．（１，转盘钻井系统才用小直径钻杆和高速度的金刚石钻头．（２，连续取心钻进系统（３，井下动力钻具钻进系统（４，小井眼水平钻井系统第二章采油工程基本知识石油开发的基本目的是尽可能将储存在油、气层深处的油、气开采出来，提高采收率(油田开发结束后，累积的采油量与实际的储油量之比，称作采收率)，降低成本。因此，钻井完井之后，油田主要的和大量的工作就是实施各项完善的采油工艺，集中解决如何将井下的原油提升到地面并向外输送，以及如何使地层中的原油流向井底两大问题。本章将就诸如自喷井采油、机械采油、油田增产措施、第三次采油、油水井维护与修理等技术问题作概要的介绍，使读者对采油工程工艺技术建立起必要的总体概念，初步了解完成这些工艺所应用到的主要采油设备，为进一步学习、研究相关的工艺和设备奠定必要的基础。第一节自喷井采油开采原油的方法有自喷井采油法和机械采油法两大类。白喷井采油法就是利用地层本身的能量由井底向地面举升原油，称作自喷井采油。其工艺和设备比较简单．一、油井自喷基本原理1．自喷的诱导钻井作业完成以后，由于井简内充满着钻井液，液柱作用于井底的压力一般大于油、气层压力，加上钻井和射孔过程中污染物的堵塞和阻碍，油、气一般不能流入井筒内，更不能自动喷到地面。因此，采油之前一般要降低井简内的液性压力，清除堵塞油层的污物，使油、气能够畅流到地面。这种诱导作业过程称作诱喷或诱流。方法：替喷法，抽及法，气举法，提捞法分层配产管拄由套管、油管、封隔器、工作简配产器、锚类及油嘴等组成，各组成部分问通过螺纹连接。分层配产管柱根据油井内各油层的性质，用封隔器将各油层分隔开，选择不同大小的油嘴，控制生产压差，使各层段按照其自身特占讲行生产。井口装置的组成井口装置一般由套管头、油管头和采油树等部分组成。（１，套管头安装在井口装置的最下方，其作用是固定整套井口装置，连接井下各层套管柱，使各层套管间的环形空间相互密封。目前下人油井的套管栓多达5层，故套管头有单层、双层及多层之分。（２，油管头位于套管头的上方，由油管头四通和油管悬挂器等组成；其功能是悬挂油管柱，密封油管与生产套管之间的环形空间，并可进行各种工艺作业。（３，采油树安装在油管头的上部，作用是引导油并喷出的油气通向地面的输油管线，控制和调节油井的流量和井口压力，必要时可关闭油井。第二节机械采油随着自喷油井油层压力的逐步降低，流到井底的油气所有的剩余能量不足以将油液喷到地面时，或者在低渗透、低压力油层，其原始能量不能将油液自喷到地面时，通常要应用专门的抽油装置，特油井中的油浓举升到地面，以便保持并底和油层之间油浓流动的压力差，保证油气源源不断地流向井底。这种采油方式称作机械采油或人工举升采油。按照抽油装置动力传递方式的不同，机械采油要分为有杆泵采油、无杆泵采油和气举法采油等多种类型。一、宵扦聂采油有杆泵采油是机械采油方法中应用最广的一种，在前苏联大约占77％，美国占81．5％，我国则占90％以上。设备包括3部分：地面部分——游梁式、链条式或液压式抽油机；井下部分——抽油泵．又称深并泵；抽油机与抽油泵连接部分——抽油杆。习惯上将有杆泵上述3部分称作“三抽”设备。动力机通过减速箱、曲柄连杆机构和游粱等，将高速旋转运动变为抽油机驴头的低速上下往复运动；井通过悬绳器、光杆和抽油杆带动有游动阀的柱塞，在深井泵筒中上下往复运动，实现抽油．抽油泵总是下放到液面以下的某一深度，故当柱塞上行时，游动阀受油管内液校的压力自动关闭，随着校塞的上行，油管上部的一部分液体排出地面；与此同时，柱塞下部泵筒空间内压力降低，井内液体在压差作用下顶开安装于泵筒上的固定阎阀球，进入泵筒，抽油泵处于吸人过程，直至栓塞到达上死点为止。当拄塞下行时，泵筒内液体受压缩，压力升高．达到与泵筒外环形空间液拄压力相等后，固定阀阀球靠自重下落，使固定阀关闭；校塞继续下行，泵内压力进一步升高，当超过油管内液柱压力时，泵筒内液体即顶开游动阀阀球并进入油管，抽油泵开始排出过程．直至校塞到达下死点，如此循环不已。地面柱塞泵将处理合格的动力液增压后、经过地面管网和井口四通阀，沿中心油管注入并内，驱动井下液马达工作；液马达的话塞带动抽油泵的校塞作往复动，使抽油泵的固定阀和游动阀交替打开和关闭，实现吸油和排油动作；液马达的乏动力液和抽汲的原油，一起从油，套管环行空间排到地面，通过井口四通阀进入地面输油管道．5．涡轮驱动沼油泵采油上部为轴流涡轮级，下部为轴流泵级，共同固定在一根轴上，其问有止推轴承和密封装置。地须提供的高压动力液通过井口阀和中心油管进入井下机组的中间部位，从涡轮级的下方向上流动，推动涡轮级带动离心泵级转动，抽出地层液。采出液自下向上流动，与乏动力液混合，一起进入泊套管环形空间排出。井下部分由油管和气举(单硫)阀等组成的气举装置，其类型一般也相应地分为开式、半封闭式和全封闭式3种。))(4/(22dDhQ式中h——冲程长度；D、d——下、上柱塞直径；校塞下行时，固定阀关闭，游动阀打开，液体进入泵腔；与此同时，两柱间的腔体增大，一部分液体储存在腔内，另一部分液体沿空心抽油扦排出。这种技术主要适用于小井眼、单井产量较低、原油粘度低和含水较高的油井．第三节油田增产工艺技术为了提高油层的产量和采收李，我国各油田广泛采用多种增产技术措施，包括油田注水、压裂和酸化、剖面调整、防砂及大修等作业.一、油田注水工艺技术一般说来，油田开发初期，因地层压力较高，原油所受的驱动力较大。但随着原油不断被采出，地层压力逐渐降低。为了保持和提高油层的压力，进面保证油田稳产高产，并提高最终采收率，从油田开发初期起，除了钻出大量的采油井外．还要钻出一批注水井，专门用于从地面向油层注入高压水，以补充采油过程中不断消耗的天然能量。这种作业过程称油田注水。体即压裂液，通过液体的传压作用，在油层中扩大或造成裂缝，改善油层的渗透性和油气的流动状态，提高油井的油气产量；对于注水井，则是提高油层的吸水性，增加注水效果。第四节高新采油技术知识经过白喷井采油、机械采油和通常的注水和压裂等提高采收串措施后，总的采油星加在一起，一般不超过原始地质储量的40％，大量的石油仍然埋藏在地下。因此，进一步提高原始地质储量的采收率，特别是复杂油藏的原油最终采收率，潜力很大．成为石油工作者最大的追求目标。目前广泛采用的许多高新采油技术或统称“三次采油”，取得了很好的效果。本节将就相关的内容作简要介绍。一，微生物采油技术将经过选择的微生物及其代谢产物注入油层，利用其在油藏内增殖产物的激励和运移作用，增加二次采油后枯竭的油井产量，减少二次采油后留在地层中的残余石油以提高采收率的技术，称微生物采油技术。微生物采油的关键是必须保证微生物的生命活动，井使其在地层中繁殖。在其生命过程中，首先要求有有利于微生物生长的环境，同时必须不断地从外界环境吸收各种营养物质，以便在培养微生物过程中提供其生命的能源和碳源、氯源、无机盐、生长因子及水等。第五节油、水并的维护与修理在油井自喷、抽油和注水过程中、由于地质、工程和人为等因素，常会有一些影响生产的情况发生，有时还会出现油、水井或设备故障。因此，必须建立一套系统的维护和修理工艺程序，并配备相应的设备。一、油井清蜡及降粘技术我国有些油田生产的原油含蜡量很高，开采过程中，无论蜡在油层内还是在油管、集输管内析出．都会增加油流阻力，甚至堵塞油层影响生产。因此，在开采过程中，油井清蜡、防蜡和降粘是开采含蜡原油的主要措施之一。清蜡和防蜡技术由初期的机械清蜡、热载体循环清蜡，已发展到电热清蜡、化学清蜡、微生物清蜡等，并且做到清、防结合，以防为主，效果很好。1．机械清蜡以机械刮削方式清除油管、抽油杆及输油管中沉积的蜡物质，称机械清蜡。如图2—50所示，由地面绞车滚筒缠绕钢丝或钢丝绳，通过滑轮、防喷管将加重铅锤、副蜡片、麻花钻头、矛刺钻头等刮蜡器具下入油管，在油管结蜡部位上、下活动，刮碎管壁上的结蜡，并被油流带出地面。如图2—50所示，由地面绞车滚筒缠绕钢丝或钢丝绳，通过滑轮、防喷管将加重铅锤、副蜡片、麻花钻头、矛刺钻头等刮蜡器具下入管，在油管结蜡部位上、下活动，刮碎管壁上的结蜡，并被油流带出地面。机械清蜡的优点是操作简便有效，成本较低，缺点是清下的结蜡块容易落人井底，堵塞射孔孔眼，加剧设备磨损。第六节油气集输油田上的油井分布很广，从地下开采的产出液都需有一个收集、输送、储存和计量的过程；与此同时，井下产出液中，除原油外，同时伴有大量的天然气、水、砂子、盐类及其它杂质，在送往炼油厂及共它用户之前，还必须经过初步的净化处理等一系列工作。这些工作一般也属于采油工程的范畴，油田上统称油气集输，实质是多相流体的混合输送与分离工作。一，集油和集气这项工作的目的是将各油井产出的原油和天然气等汇集起来，经过计量，输送到集油站(联合站或处理场)，进行分离、脱水等净化处理。对于高粘度、高凝固点的原油，还要采用加热、化学或物理等方法进行降粘、降凝处理，以保证在允许的输送压力下能够将原油输送到集油站，而不至于凝固在管道内。第三章石油钻机总论及旋转设备石油钻机或油、气钻机是指用来进行油气勘探、开发的成套钻井设备，通称钻机。陆用转盘钻机是成套钻井设备中的基本型式．即通常所说的钻机，也称常规钻机。为适应各种地理环境和地质条件，为加快钻井速度，降低钻井成本，提高钻井综合经济效益．近年来相继研制了各种具有特殊用途的钻机，如沙漠钻机、丛式井钻机、斜并钻机、顶驱钻机、且升飞机吊运的钻机、小井眼钻机、连续柔管钻机等，可称为特种钻机。整套钻机包括驱动与传动、旋转、起升、循环等系统设备，以及辅助设备与测量仪表等。本章简要介绍钻机的组成、类型、基本参数与标准系列、主要国产机械驱动与电驱动钻机传动方案、特点以及旋转设备。第一节石油钻机概述一，石油钻机组成石油钻机属于重型矿业机械，是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合工作机组。为满足钻井工艺要求，整套钻机必须具备下列八大系统设备。(1)旋转设备为