1、 石油鉆采機(jī)械石油鉆采機(jī)械 共共3232學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 鉆井機(jī)械部分鉆井機(jī)械部分 （石工、海油、海工（石工、海油、海工1212級用）級用） 講課教師：講課教師：高學(xué)仕高學(xué)仕 工作單位：工作單位：機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電系機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電系 20152015年年3 3月月 引引 言言 石石油工程：油工程：包括鉆井工程（工藝），采油工包括鉆井工程（工藝），采油工程（工藝）。程（工藝）。即如何打井，怎樣采油。即如何打井，怎樣采油。 石油裝備：石油裝備：是鉆井、采油機(jī)械的概括是鉆井、采油機(jī)械的概括。裝備裝備可認(rèn)為是機(jī)械工程（機(jī)械系統(tǒng)），并應(yīng)包括電器可認(rèn)為是機(jī)械工程（機(jī)械系統(tǒng)），并應(yīng)包括電器設(shè)備。設(shè)備。 本課程講授內(nèi)

2、容：本課程講授內(nèi)容： 鉆井技術(shù)；鉆機(jī)總論；機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；鉆井技術(shù)；鉆機(jī)總論；機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；電驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)鉆機(jī)；頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；采油機(jī)械。；采油機(jī)械。 教材：教材：石油鉆采機(jī)械概論石油鉆采機(jī)械概論 本課程用電子文檔形式講課，本課程用電子文檔形式講課，聽課筆記聽課筆記注意注意只只記標(biāo)題、彩色標(biāo)識(shí)字體。記標(biāo)題、彩色標(biāo)識(shí)字體。 第一章第一章 鉆井工藝技術(shù)鉆井工藝技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)一、套管一、套管套管是加固井壁所用的套管是加固井壁所用的鋼管鋼管。1. 1. 套管材料：套管材料：高合金鋼高合金鋼，【含【含C C，MnMn，MoMo，CrCr，NiNi，CuCu，P P，S

3、S，SiSi（硅）。】（硅）。】2.2.鋼級：鋼級：【API API （美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)套管】（美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)套管】套管按套管按強(qiáng)度高低分級強(qiáng)度高低分級，有：，有：H-40H-40，J-55J-55，C-75C-75 ，N-80N-80，P-110P-110等。等。字母字母：含：含化學(xué)成份化學(xué)成份的分類的分類代號代號；數(shù)字?jǐn)?shù)字：最小：最小屈服極限屈服極限，單位：，單位：KSIKSI（ ）。）。【1 PSi1 PSi（ ）=6.89kPa=0.00689MPa=6.89kPa=0.00689MPa】3.3.制造方法：制造方法：無縫套管無縫套管，用，用熱軋熱軋，上海寶鋼；，上海寶鋼；

4、 焊接套管焊接套管，用鋼板卷筒，用鋼板卷筒直焊縫直焊縫，寶雞鋼管廠。，寶雞鋼管廠。4. 4. 尺寸規(guī)格：用尺寸規(guī)格：用外徑外徑表示。表示。2/英寸磅2/英寸千磅生產(chǎn)直徑生產(chǎn)直徑400mm400mm以上的中大口徑無縫管坯以上的中大口徑無縫管坯 無縫管：無縫管：先穿孔。穿孔是靠外徑布置的軋輥和心塞頭的作用來實(shí)現(xiàn)的。先穿孔。穿孔是靠外徑布置的軋輥和心塞頭的作用來實(shí)現(xiàn)的。直焊縫套管直焊縫套管（用鋼板卷成管子，接縫焊接。）（用鋼板卷成管子，接縫焊接。）石油套管石油套管5.5.套管螺紋連接套管螺紋連接主要有：主要有：三角螺紋連接；三角螺紋連接；偏梯形螺紋連接；偏梯形螺紋連接；特殊螺紋連接。特殊螺紋連接。偏

5、梯形螺紋偏梯形螺紋套管端套管端接箍端接箍端 5. 5. 套管螺紋連接套管螺紋連接（1 1）三角螺紋連接）三角螺紋連接承載面承載面：齒側(cè)角：齒側(cè)角3030；在軸向拉力下，產(chǎn)生較大徑向分力。；在軸向拉力下，產(chǎn)生較大徑向分力。連接強(qiáng)度：連接強(qiáng)度：為管體強(qiáng)度的為管體強(qiáng)度的606075%75%。密封方式：密封方式：齒間干涉及絲扣油堵塞，密封性差。齒間干涉及絲扣油堵塞，密封性差。 （2 2）偏梯形螺紋連接）偏梯形螺紋連接承載面：承載面： 3 3；導(dǎo)向面：導(dǎo)向面：1010；增強(qiáng)了齒形，減少了徑向力。增強(qiáng)了齒形，減少了徑向力。連接強(qiáng)度：連接強(qiáng)度：為管體強(qiáng)度的為管體強(qiáng)度的85%85%。密封方式：密封方式：齒間干

6、涉和絲扣油堵齒間干涉和絲扣油堵塞，密封性差。塞，密封性差。軸向拉力軸向拉力套管接頭扣牙套管接頭扣牙（3 3）套管接）套管接頭螺紋受力分頭螺紋受力分布規(guī)律布規(guī)律在軸向拉力作在軸向拉力作用下，近似于用下，近似于拋物線拋物線，接頭，接頭螺紋兩端扣牙螺紋兩端扣牙受力大，中間受力大，中間部位大多數(shù)扣部位大多數(shù)扣牙受力很小。牙受力很小。二、二、井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)下不同層次的套管下不同層次的套管固結(jié)井壁就固結(jié)井壁就構(gòu)成了構(gòu)成了井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)。（參看圖（參看圖1-161-16）1.1.導(dǎo)管：導(dǎo)管：防止表土坍塌防止表土坍塌，引入鉆頭引入鉆頭。 【一口井中一口井中最大尺寸最大尺寸套管（套管（20-40m20-40

7、m）】。）】。2.2.表層套管：表層套管：加固加固上部上部疏松巖層疏松巖層井壁。井壁。封隔封隔淺層水淺層水；【；【安裝防噴器、套管頭、采油樹安裝防噴器、套管頭、采油樹（3030100m100m）】。）】。3.3.技術(shù)套管：技術(shù)套管：封隔封隔上部上部油、水、氣層、油、水、氣層、坍塌層。【坍塌層。【根據(jù)地質(zhì)情況下根據(jù)地質(zhì)情況下n n層技術(shù)套管】。層技術(shù)套管】。4.4.油層套管（生產(chǎn)套管）：油層套管（生產(chǎn)套管）：最后一層最后一層套管，形成井筒，使油氣入內(nèi)。內(nèi)放套管，形成井筒，使油氣入內(nèi)。內(nèi)放油管。油管。三、下套管固井三、下套管固井套管與井壁的環(huán)空注水泥封固，稱為固井。套管與井壁的環(huán)空注水泥封固，稱為

8、固井。 下完套管后注水泥下完套管后注水泥。【普通井油層套管加固到油層上【普通井油層套管加固到油層上100100200200米，熱采米，熱采井加固到井口（防止熱應(yīng)力膨脹舉升井口）。】井加固到井口（防止熱應(yīng)力膨脹舉升井口）。】為了工作順利，開鉆方便，套管柱下部要為了工作順利，開鉆方便，套管柱下部要有附加裝置。有附加裝置。 套管柱下部結(jié)構(gòu)套管柱下部結(jié)構(gòu)引鞋：引鞋：在管柱最下端，錐形。在管柱最下端，錐形。作用：作用：防止防止套管下端套管下端插入井壁插入井壁。易鉆材料（水泥）。易鉆材料（水泥）。上接套管柱上接套管柱套管鞋：套管鞋：在引鞋上部，一厚壁短在引鞋上部，一厚壁短節(jié)。內(nèi)下部有錐面，防止起鉆時(shí)，節(jié)。

9、內(nèi)下部有錐面，防止起鉆時(shí)，鉆頭、鉆桿拉住。鉆頭、鉆桿拉住。回壓閥：回壓閥：套管引鞋之上。套管引鞋之上。阻流環(huán)阻流環(huán)（承托環(huán)）：承托下膠塞（承托環(huán)）：承托下膠塞注水泥時(shí)，要用下膠塞和上膠塞。注水泥時(shí)，要用下膠塞和上膠塞。注完水泥后，套管內(nèi)留注完水泥后，套管內(nèi)留101020m20m水泥塞，如果不是油層套管要鉆水泥塞，如果不是油層套管要鉆開。開。扶正器：扶正器：彈簧鋼片做成。彈簧鋼片做成。泥漿刷：泥漿刷：刮去井壁泥餅，提高水泥膠結(jié)強(qiáng)度刮去井壁泥餅，提高水泥膠結(jié)強(qiáng)度。下膠塞：下膠塞：中間為空，上部有一層隔膜，外層為橡膠中間為空，上部有一層隔膜，外層為橡膠 。注水泥時(shí)，先（在套管內(nèi)）放入下膠塞，再注水泥

10、，下塞與水注水泥時(shí)，先（在套管內(nèi)）放入下膠塞，再注水泥，下塞與水泥一起下行。下塞遇承托環(huán)不動(dòng)，壓力升高使薄膜破裂，使水泥一起下行。下塞遇承托環(huán)不動(dòng)，壓力升高使薄膜破裂，使水泥形成通道。泥形成通道。上上膠膠塞塞（實(shí)心）（實(shí)心）注足水泥后，放入上膠塞，注足水泥后，放入上膠塞，上塞上方上塞上方注泥漿注泥漿，上塞下部是水泥。上塞與水，上塞下部是水泥。上塞與水泥一起下行，泥一起下行，上塞使水泥和泥漿分開上塞使水泥和泥漿分開。上塞遇到下塞，將循環(huán)通路堵塞，。上塞遇到下塞，將循環(huán)通路堵塞，泵壓升高，稱碰壓，注水泥完成。泵壓升高，稱碰壓，注水泥完成。注水泥流程注水泥流程 下套下套管后，循環(huán)水管后，循環(huán)水洗井洗

11、井壁；壁； 下下放下放下膠膠塞塞，注水泥注水泥； 注完水泥，下注完水泥，下放上放上膠膠塞塞，替泥漿替泥漿； 替泥漿到替泥漿到上、下上、下膠膠塞相碰結(jié)束塞相碰結(jié)束。路線路線：水泥混合：水泥混合水泥泵水泥泵套管內(nèi)套管內(nèi)環(huán)空環(huán)空（幾分鐘到十幾分鐘完成（幾分鐘到十幾分鐘完成（快凝水泥快凝水泥）。）。注水泥設(shè)備：水泥車、車裝高壓泵；灰注水泥設(shè)備：水泥車、車裝高壓泵；灰罐車；混合漏斗。罐車；混合漏斗。水泥水泥用用石灰石、粘土、頁巖、鐵礦石按比例混石灰石、粘土、頁巖、鐵礦石按比例混合合，在，在1400140016001600下下燒成燒成熟料，冷后磨熟料，冷后磨細(xì)。細(xì)。固井用水泥為固井用水泥為硅硅酸鹽水泥酸鹽

12、水泥，凝速，凝速快，有較高早期快，有較高早期強(qiáng)度。耐地下腐強(qiáng)度。耐地下腐蝕，射孔時(shí)不開蝕，射孔時(shí)不開裂。裂。第二節(jié)第二節(jié) 鉆井方法鉆井方法一、機(jī)械鉆井法一、機(jī)械鉆井法 1. 1. 頓鉆鉆井法頓鉆鉆井法 破巖破巖用頓鉆鉆頭用頓鉆鉆頭，上下沖擊。上下沖擊。 排屑排屑用撈砂筒用撈砂筒。 二者交替進(jìn)行，鉆進(jìn)過二者交替進(jìn)行，鉆進(jìn)過程不連續(xù)。程不連續(xù)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：效率低，速度慢，效率低，速度慢，設(shè)備簡單，適于淺井，設(shè)備簡單，適于淺井，農(nóng)用水井。農(nóng)用水井。 2 2 旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井法（1 1）過程：）過程：破巖破巖用旋轉(zhuǎn)鉆頭用旋轉(zhuǎn)鉆頭； 排屑排屑用循環(huán)鉆井液用循環(huán)鉆井液；（2 2）鉆具組合：）鉆具組合：水

13、龍頭水龍頭（輸入泥漿輸入泥漿）方鉆桿方鉆桿（傳矩傳矩）鉆柱鉆柱（鉆桿：鉆桿：傳矩、加長、循環(huán)；傳矩、加長、循環(huán)；鉆鋌：鉆鋌：提供鉆壓提供鉆壓）鉆頭鉆頭。 地面動(dòng)力地面動(dòng)力轉(zhuǎn)盤鉆轉(zhuǎn)盤鉆（常規(guī)）（常規(guī)） 【鉆頭旋轉(zhuǎn)，連續(xù)破碎巖層，用鉆井液環(huán)帶出巖屑，鉆井效率高。】【鉆頭旋轉(zhuǎn)，連續(xù)破碎巖層，用鉆井液環(huán)帶出巖屑，鉆井效率高。】 地上動(dòng)力地上動(dòng)力頂部驅(qū)動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)（前景好）（前景好） 【水龍頭轉(zhuǎn)盤，以立根鉆井。】【水龍頭轉(zhuǎn)盤，以立根鉆井。】 井下動(dòng)力井下動(dòng)力渦輪或螺桿鉆具渦輪或螺桿鉆具。（斜井、水平井用）（斜井、水平井用） 【鉆井液經(jīng)鉆桿柱內(nèi)腔泵入渦輪鉆具中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子由主軸帶動(dòng)鉆頭旋【鉆井液經(jīng)鉆桿柱內(nèi)腔泵

14、入渦輪鉆具中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子由主軸帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)破巖鉆進(jìn)。】轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)破巖鉆進(jìn)。】 方鉆桿方鉆桿方鉆桿方鉆桿鉆鋌鉆鋌鉆桿鉆桿 將鉆井液的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種井底動(dòng)力機(jī)，簡稱將鉆井液的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種井底動(dòng)力機(jī)，簡稱渦輪鉆。渦輪鉆。 渦輪鉆鉆探是一種先進(jìn)的鉆探方法，工作時(shí)鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪鉆鉆探是一種先進(jìn)的鉆探方法，工作時(shí)鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，用于打斜井、水平井。用于打斜井、水平井。螺桿鉆具螺桿鉆具 二、鉆井工藝過程二、鉆井工藝過程 多道工序完成三件事：多道工序完成三件事： 破破碎碎巖巖石；石； 取取出出巖巖屑屑、保護(hù)井壁；、保護(hù)井壁； 固井和完井固井和完井，形成油流通道。，形成油流通道。 1 1鉆前準(zhǔn)

15、備鉆前準(zhǔn)備 定井位；定井位；平井場；平井場； 打基礎(chǔ)；打基礎(chǔ)；備器材。備器材。 2 2鉆進(jìn)鉆進(jìn) （1 1）全井鉆進(jìn)過程）全井鉆進(jìn)過程 一次開鉆，下表層套管。一次開鉆，下表層套管。 二次開鉆，從表層套管內(nèi)鉆進(jìn)。二次開鉆，從表層套管內(nèi)鉆進(jìn)。 三次開鉆，從技術(shù)套管內(nèi)鉆進(jìn)。三次開鉆，從技術(shù)套管內(nèi)鉆進(jìn)。 （2 2）鉆井作業(yè)）鉆井作業(yè) 下鉆下鉆將鉆具將鉆具（由鉆頭、鉆鋌、方鉆桿組成的鉆桿柱）（由鉆頭、鉆鋌、方鉆桿組成的鉆桿柱）下入井下入井底，準(zhǔn)備鉆進(jìn)。底，準(zhǔn)備鉆進(jìn)。 正常鉆進(jìn)正常鉆進(jìn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤（或井底動(dòng)力鉆具）（或井底動(dòng)力鉆具）通過鉆柱通過鉆柱帶動(dòng)鉆頭旋帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，借助手剎車，給鉆頭，借助手剎車，給鉆頭

16、施加施加適當(dāng)?shù)倪m當(dāng)?shù)你@壓鉆壓以以破破碎碎巖巖石。石。 同時(shí)，開泵同時(shí)，開泵循環(huán)泥漿循環(huán)泥漿：沖洗井底，攜出巖屑，保護(hù)井壁，沖洗井底，攜出巖屑，保護(hù)井壁，冷卻鉆具冷卻鉆具。 接單根接單根不斷鉆進(jìn)，加長鉆柱；不斷鉆進(jìn)，加長鉆柱； 每次接入每次接入一根鉆桿一根鉆桿，稱為接，稱為接單根單根。 起鉆起鉆換鉆頭時(shí)，取出鉆柱，稱起鉆作業(yè)。換鉆頭時(shí)，取出鉆柱，稱起鉆作業(yè)。 以立根為單位起卸。以立根為單位起卸。 換鉆頭換鉆頭起鉆結(jié)束，卸下舊鉆頭，換上新鉆頭。起鉆結(jié)束，卸下舊鉆頭，換上新鉆頭。 循環(huán)工作循環(huán)工作：下鉆下鉆正常鉆進(jìn)正常鉆進(jìn)接單根接單根起鉆起鉆換鉆頭換鉆頭下鉆下鉆工人們正在起下鉆作業(yè)工人們正在起下鉆作業(yè)（用吊鉗緊、松扣）（用吊鉗緊、松扣）液壓大鉗液壓大鉗吊鉗吊鉗卡瓦卡瓦拉鉗繩拉鉗繩起下鉆作業(yè)起下鉆作業(yè)（液壓大鉗上扣）（液壓大鉗上扣）液壓大鉗液壓大鉗3 3固井固井套管與井壁的環(huán)空套管與井壁的環(huán)空注水泥注水泥，稱為固井。，稱為固井。 4 4完井完井鉆井的最后一道工序。鉆井的最后一道工序。主要用主要用射孔