钻井结构（精选十篇）
钻井结构 篇1
陆地能源危机, 促进者海洋油气资源的开发技术的不断提升, 以及促进海洋工程装备制造业蓬勃兴起。而海洋经济的发展也加快了海洋工程装备的国产化率, 提高了关键技术以及产品的更新换代。
1国内海洋工程装备市场现状及趋势分析
我国海岸线全长1.8万公里, 综合评估我国海域共有油气资源量总共可达350-400亿吨。但开采率和开采成都程度和平均探明率都非常低, 海洋油气开发技术以及装备还远远落后于其他先进国家。随着我国综合国力的提升和最海洋石油勘探开发技术的重视, 中国制造或改造了很多高端海洋工程装备, 并投入使用或已交付国际客户, 例如各种半潜式平台、自升式平台、FPSO、FSO、海洋工程特种船将;中国扶植海工装备制业的政策扶植力度也不短加大, 造海洋工程装备具有广阔的市场前景。全球首艘兼具钻井功能的FPSO (Floating Production Storage and Offloading的缩写, 即浮式储油卸油装置, 可对原油进行初步加工并储存, 被称为"海上石油工厂") 已交付, 将开启FPSO市场的新的篇章。
2、海洋钻井平台的发展历程
海洋能源的开发过程, 从近海到远海、从浅海到深海。一开始由于技术的局限性, 只能开采从海岸直接向浅海延伸的油气资源。睡着能源危机的家具和技术进步, 近海石油勘探技术飞速发展, 海洋石油的开采开始想远海、深海进军。海上钻井平台技术的提高也标志着海底油气开发技术的进步。
海上钻井平台有两种:固定式钻井平台和移动式钻井平台。之后又开发出的多种移动式钻井平台, 解决了钻井平台的移动性和深海钻井问题, 主要包括:沉垫式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船等, 其中工作稳定性良好, 对水深适应性强, 发展较快是自升式钻井平台, 约占海上移动式钻井平台的一般以上。
二、自升式海洋石油钻井平台的发展
1、自升式钻井平台的结构和作业范围
是自升式钻井平台的关键。自升式钻井平台具有定位能力强、作业灵活、可移动性能好等特点, 在未来海洋油气勘探开发中将会扮演着越来越重要的角色。由于自升式钻井平台最大的作业水深受到制约, 作业范围限于大陆架200m水深以内。
2自升式平台在我国的应用
上世纪50年代, 世界上第一艘自升式钻井平台诞生, 我国第一艘自升式钻井平台"渤海一号"1972建成交船使用, 是我国自升式钻井平台技术开始。此后, 渤海石油公司在"渤海一号"的基础上, 设计了40m自升式钻井平台:"渤海5号"和"渤海7号"。成为渤海石油公司的主力平台, 已成功地打了多口井, 其中对升降机构作了技术上的重大改进, 双移动环梁插销式升降机构应运而生, 解决了之前"渤海一号"在液压升降机构上不同步问题。
中国海洋石油总公1982年成立后, 引进美国ETA公司设计, 新加坡和日本分别建造的罗布雷 (Robinloh) 300型平台, 现共有"南海1、3、4号""渤海4号"以及原地矿部海洋地质调查局的"勘探2号"5艘钻井平台。我国自主创新设计建造了"港海一号"。"港海一号"自升式钻井平台, 具有吃水浅等特点。平台66m长, 36m宽, 型深4 m, 吃水仅1.5, 作业水深0~2.5m。
3自升式平台的最新发展
中国石油集团2004年11月成立海洋工程有限公司, 并立即部署打造新的钻井平台计划。2006年8月开工建造作业水深4.5~40m的自升式钻井平台"中海油5、6平台"两艘, 2007年完成交船。并在投入冀东南堡油田使用勘探后, 又相继开工建造"中油海7、8平台"。
2006年5月, 目前具备当代世界先进水平的自升式钻井平台"海洋石油941", 由中国海洋石油总公司建造完成。引进美国F&G (Friede&Goldman) 公司设计的JU2000型平台, 并相继建造第二艘平台。
4现状分析
我国三大石油集团目前仅有20艘自升式钻井平台正在使用, 其15艘已经使用已超过20年。"勘探二号"和"南海一
三、新一代自升式钻井平台的建造
随着能源危机和人们对能源需求不断增长之间的矛盾日益加深, 新一代自升式钻进平台技术面临着巨大挑战。
自升式钻井平台的建造包括:
1自升式钻井平台的建造:建造一个自升式钻井平台的时间大概是24个月。建造加工过程为桩靴的安装、双层底的安装、桩脚井的安装、内隔壁及外板的安、平台甲板板的安装、辅助设备和用品的吊装上层支架、提升装置、桩腿的安装等不同阶段。
2模块化技术与造船:设计根据原材料和配套设备的标准化工况确定船体构件和舾装单元的标准尺寸和标准构造。我国海洋工程界在固定式石油平台的设计和建造中也引进了"平台模块"。自升式钻井平台在结构上分为主船体部分、生活楼部分、悬臂梁部分, 桩腿和上下基础以及井架部分。分段建造是现代船舶与海洋工程结构物制造工业中普遍采用的建造方法。同时便于进行壳舾涂一体化等现代化的工艺。
3桩腿的建造:钻井船最重要的部件之一是桩腿。桩腿建造关键在于控制其焊接质量的和尺寸精度。桩腿主弦管、主要支撑管的质地材料的碳当量均较大, 是超高强度调质钢, 焊接性能比较差。应严格控制焊接工艺、焊接温度、焊接变形、焊接顺序、焊工管理、焊缝外观等方面。桩腿的尺寸的精度控制是建造最大难点。设计中对桩腿的精度要求都非常高, 应认真测量监控来料尺寸、胎架工装、焊前尺寸、焊接过程中尺寸、焊后尺寸。
结语
海洋工程是我国想建设世界造船大国和强国的重要环节, 海洋工程的发展必须坚持科学发展, 以引进和创新为技术提升的必要手段, 提升使我国海洋工程装备开发设计和制造技术水平, 这样才能逐步缩小和世界先进水平的差距。
摘要：随着国际油价的进一步攀高, 油气资源已经出现供不应求的局面, 这也成为阻碍经济发展的重要因素。提高油气资源的产量, 加快海洋石油的开发, 已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。同时, 海洋油气开发也对海洋工程装备提出了新的要求。
关键词：海洋平台,海洋工程装备,自升式平台
参考文献
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[2]周珊海, 王才良.海上钻井装置的发展历程[J], 石油科技论坛, 2004 (4)
钻井结构 篇2
摘 要：自升式钻井平台升降基础分段的结构形式复杂且空间紧密，板材厚，全部为全焊透结构，建造难度大。本文利用Solidworks软件对升降基础分段的各个零部件进行建模，根据建造流程策划对升降基础分段进行虚拟装配，并通过制作动画对建造流程进行仿真分析。根据仿真结果对流程进行优化，得到最优化建造流程，提前预知建造过程的难点，制定合理施工步骤，确保升降基础分段的建造质量。
关键词：自升式钻井平台；升降基础结构；Solidworks软件；建模；建造流程仿真
中图分类号：U671.4 文献标识码：A
Abstract：The structure of gear unit support foundation on the Jack up drilling unit is complex， the inside space is very small， the plates of gear unit support foundation are relatively thick and the well seams are full penetration welded， therefore it is very difficult to complete the structures construction. In this paper， the structures 3D modeling is established with the 3D CAD software olidworks， the virtual assembly for gear unit support foundation block is completed and the animation is made to carry on the simulation analysis of the whole construction process. Through the analysis， the most optimized construction process is obtained to visually describe the whole construction process， guide site construction and to ensure the construction quality of the structure.
Key words： Jack up drilling unit； Structure of Gear Unit Support Foundation； Software Solidworks； Modeling； Construction Process simulation
1 前言
升降基础结构是自升式钻井平台的关键结构，是升降装置和缩紧装置的载体，为桩腿升降提供导向，起到连接桩腿和主船体的作用。基于它的特殊用途，其板材多为高强度厚板，结构复杂，形式紧密。升降基础分段的建造是整个平台建造的难点和关键，需要根据其结构特点进行建造流程策划。由于其结构复杂，空间狭小，单纯的根据二维图纸对建造流程进行策划难度很大，而且也容易出错。另外，虽然通过CAD绘图方法能将二维再转成三维，可以直观地观察升降基础的结构特点，但由于不能进行仿真，故容易犯同样的错误。
本文以R-550D自升式钻井平台的升降基础为载体，采用简单便捷的三维建模方法对升降基础分段的各个零部件进行建模，利用其仿真功能校验初步策划的建造流程，对可行的流程进行优化，从而确定最优化的建造流程，通过三维视图等轴的形式，直观地描述整个建造流程，指导建造实施。
2 升降基础分段建模
2.1 仿真要求下solidworks建模的原则
要对升降基础分段的建造进行仿真，首先需要在Solidworks软件内建立升降基础分段的模型。在Solidworks软件内，建模对象分为零件与装配体。零件是最基本的模型单元，装配体由多个零件组成，单个零件不能单独移动，单独移动的操作对象仅为装配体。升降基础分段的结构复杂，零部件繁多，考虑到仿真的需要，在建立模型时每个零件应作为单独的装配体进行建模，以实现仿真时的独立移动。
2.2 升降基础分段的建模
R-550D自升式钻井平台升降基础分为下基础分段和上基础分段，下基础分段结构形式相对简单，上基础分段结构形式紧密且复杂，仿真的对象重点在于上基础分段。
在初步策划升降基础分段建造流程时，下基础分段分成下导向结构、下箱形结构、中间导向结构和上箱型结构四个中组件进行建造；上基础分段分成锁紧装置区域结构、齿轮箱和上导向结构三个中组件进行建造。根据以上策划，在建模时下基础分段分成四部分建模仿真，上基础分段分成三部分建模仿真，通过Solidworks软件建立的下基础分段和上基础分段如图1、图2所示。
对狭窄区域的结构，需要开设作业工艺孔以满足施工的要求，因此工艺孔的位置也应在建模的过程中体现在模型内，以检查工艺孔的设置是否合理。
对于结构复杂的上基础分段，各中组件的模型如图3、图4、图5所示。
3 建造流程仿真
3.1 Solidworks仿真的原理
在Solidworks软件中，对于已建立的模型可以通过设置爆炸视图和建立运动算例来实现仿真。通过爆炸视图的功能，按照策划的建造流程的各个步骤，逐步反推每个装配体（即各个零件）的发散顺序，合理设置每个装配体的移动距离，使整个模型发散变成由装配体组成的状态，然后通过运动算例，使各个装配体按照设想的顺序逐一组装在一起，从而实现仿真，检查建造流程中各个组装步骤的正确与否进而优化。
3.2下基础的仿真endprint
在下基础分段内，较复杂的结构为下导向结构和中间导向结构，其空间狭小且完工后密闭，需要对建造流程进行模拟仿真。
对于下导向结构，在组件建造过程中是单面开口的箱型结构，其内部被5档竖隔板分隔，考虑到该结构在安装到平台上后会形成密闭空间，对于该结构的建造流程仿真，主要是考虑建造流程是否对焊接顺序、施工空间、建造精度及方便性有利。基于以上要求，在4档竖隔板上设置工艺孔，先安装竖隔板于水平封板上，然后安装四周的围壁板。
对于中间导向结构，是全封闭的箱型结构，相对于下导向结构，在部件建造阶段增加了一块水平封板，其建造流程与下导向结构差别不大。
3.3 上基础的仿真
上基础分段的三个中组件均为复杂紧密结构，对施工顺序有严密的要求，需要通过仿真动画对建造流程的每一步进行反复的论证，找出可能导致无法施工的位置，通过优化调整确定适合现场施工的建造流程。
齿轮箱结构是整个升降基础最复杂的部分，与其他位置的结构不同，齿轮箱结构在相同的高度空间内分成了两层空间，后壁板与中壁板之间形成了一个高度仅为431 mm的全密闭空间，而且该空间内存在大量的焊接工作，如果建造顺序不合理会产生大量无法焊接的位置，导致该结构的强度无法满足要求，故而齿轮箱结构的建造流程仿真过程是：将齿轮箱结构合理的分解成各个装配体，必要时可增加结构焊缝，以优先满足该狭小密闭空间的焊接要求。初步确定以齿轮箱后壁板为基面，先确定加强筋、方套、肘板等易于焊接的其他装配体的发散顺序，再按照可焊接的顺序，依次调整后壁板与中壁板之间的各个结构的发散顺序，然后通过算例进行动画组合，找出不合理的顺序再进行调整优化，如此反复，得出最合理的建造流程，以保证完成该狭小密闭空间内的焊接工作。
锁紧装置区域结构，在安装锁紧装置位置处的跨度尺寸较大，容易产生各种变形，在与齿轮箱结构相接处位置也存在狭小空间，不利于焊接施工，对建造流程的要求主要是便于精度控制，满足狭小空间施工。基于以上要求，在该结构的建造流程仿真中重点对锁紧装置安装位置的结构及狭小空间的结构处的建造流程进行检验，以后壁板为基面，先确定狭小空间处封板的装配顺序，再确定前壁板及左右壁板的装配顺序，最后确定各水平横档结构的装配顺序。
对于上导向结构，在组件建造过程中也是单面开口的箱型结构，与齿轮箱大组立后也会形成密闭空间，其建造流程与下导向结构差别不大。
根据仿真分析的结果，相应调整需要优化的步骤，形成最优化的建造流程，然后根据建造流程逐步制定相应的建造工艺，通过三维视图直观地表达每一个建造步骤，以指导现场施工。在实际施工过程中，仿真分析得出的建造流程为现场施工提供了指引，保障了升降基础分段建造的顺利开展。图6为上基础分段结构。
4 结论
钻井结构 篇3
支持平台辅助钻井技术始于20世纪中期,是一种新的钻井模式,支持平台辅助钻井单元由支持平台和钻井包组成,为固定式平台和浮式平台(SPAR、TLP)等井口平台提供钻井作业。目前,国内在支持平台钻井包设计制造方面刚刚起步,BT3500支持平台钻井包是宝鸡石油机械有限责任公司与大连船舶海工公司联合开发的国内首套支持平台钻井包。该支持平台钻井包的主要特点是:1)采用支持平台吊机进行海上吊运安装;2)钻井所需的动力、泥浆、水泥、海水、淡水、压缩表1BT3500支持平台钻井包主要技术参数空气等由支持平台提供;3)由多个结构模块组成,所有设备全部集成到结构模块中,模块间采用螺栓或销轴连接[1,2,3,4]。该钻井包的主要技术参数如表1。
1 结构设计
BT3500支持平台钻井包采用模块化设计,考虑支持平台吊机最大起吊能力175 t(工作半径42 m)的要求,将钻井包分为18个吊装模块,钻井包总体形式如图1所示,子模块的结构形式如图2所示。
1)井架模块。为了满足海上整体吊运安装,井架模块采用上下两段伸缩式结构,通过销轴安装在绞车房模块上。井架整体通过油缸完成从水平到竖直的起升,井架上段通过两台液压绞车、钢丝绳以及动定滑轮组实现起升、下放操作。
2)绞车房模块。绞车房模块通过销轴安装在钻台钢结构模块上,用来支撑井架模块,设计为上中下三层框架结构,上层为井架卧装平台;中间层布置井架起升油缸、液压绞车、倒绳机、死绳固定器、杂用绞车、载人绞车等设备,其中杂用绞车位置与液压绞车位置互用,井架上段起升前先安装液压绞车,待上段起升到位后拆除液压绞车安装杂用绞车;下层布置钻井绞车以及电缆转接箱等。
3)大底座模块。大底座模块采用门式结构,主要由V大门侧滑移基座梁、绞车侧滑移基座梁、司钻侧连接梁、司钻对侧连接梁、司钻侧主撬、司钻对侧主撬、水平连接架以及钻台钢结构模块组成。大底座模块安装在井口平台导轨上,其连接处安装顶升滑移装置,实现钻井包整体滑移。钻台钢结构及其上部模块可在棘爪式滑移装置的作用下,实现钻台面滑移。
司钻侧主撬与司钻对侧主撬采用组焊箱型梁结构,前后两端分别设计有悬臂支撑结构,用来支撑通用模块、岩屑处理模块。在模块吊装时,悬臂可绕安装销轴旋转到竖直状态方便海上吊运。
V大门侧滑移基座梁和绞车侧滑移基座梁通过销轴与司钻侧连接梁和司钻对侧连接梁组成下层框架结构。司钻侧主撬和司钻对侧主撬采用水平连接架连在一起,下部四个支腿分别通过螺栓与两个滑移基座梁紧紧相连,此外还采用了四个撑杆将主撬与滑移基座梁相连,增加大底座结构的稳定性。在两个主撬的上平面设计有棘爪孔,钻台钢结构模块可通过棘爪式滑移装置在其上部滑移。
V大门侧和绞车侧滑移基座梁上布置的设备主要有用于钻台面下部井口操作的多功能吊机、杂用绞车和载人绞车、用于BOP存储与测试的BOP滑车及测试桩等。两个主撬上部横梁下底面安装BOP/CTU处理装置,满足BOP/CTU在大底座所覆盖的井位间吊移。
4)框架类模块。a.司钻侧飘台。司钻侧飘台为单层框架结构,通过四个挂点悬挂在钻台钢结构模块的司钻侧。其顶部布置本地仪表房,下部框架内布置司钻控制房,且设计有供司钻控制房前后移动的滑移导轨,满足调整井口操作视野的需要。司钻控制房的后部设计有电缆挂架,可在绞车侧与V大门侧两个方向来回滑动,满足钻台钢结构模块纵向滑移时电缆收放的需要。b.通用模块。通用模块为单层框架结构,安装在门型主撬绞车侧的悬臂上。该模块的主要功能是为所有液压设备提供动力,同时兼备井控的功能。布置的设备有液压动力单元(HPU)、BOP控制单元、电池组、钻井包滑移操控箱等。c.固相控制模块。固相控制模块为双层框架结构,安装在岩屑处理模块顶部。该模块主要用来进行泥浆的净化和计量,上层布置泥浆分配器、振动筛、一体机、真空除气器等,下层布置螺旋输送机、卧式砂泵、泥浆仓、计量罐等。d.岩屑处理模块。岩屑处理模块为单层框架结构,与通用模块呈对称布置,安装在主撬V大门侧的悬臂上。该模块主要用来进行岩屑的甩干、打包、集中回收处理,同时可进行污水回收以及来自支持平台的压缩空气的缓存等。布置的设备主要有螺旋输送机、干燥机、螺杆泵、离心机、岩屑罐以及污水罐和污水泵、压缩空气储气瓶等。
5)管柱处理模块及管汇模块。a.V大门坡道。V大门坡道采用三角形悬臂结构,外挂在钻台钢结构模块的V大门侧,可随钻台面一起移动,主要为管柱处理提供通道,并设计有可调节式钻杆框,满足Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类钻杆的处理要求,适应性强。b.猫道机支架及其支腿。猫道机支架为窄长形框架结构,外挂在钻台钢结构模块的V大门侧,与V大门坡道共用连接接口,其另一端下部用支腿支撑,为隔水管猫道机提供运行通道进行隔水管输送作业。c.管汇模块。管汇模块为不规则的框架结构,一端与V大门侧滑移基座梁相连,另一端与井口平台导轨相连,可随钻井包整体滑移,主要为钻井包作业所需的动力、泥浆、水泥、海水、淡水、压缩空气等提供传输通道,同时还为猫道机支架支腿提供支撑。
2 结构分析计算
根据钻井包的作业特点,以及作业区域西非海域的海洋环境条件,对主结构模块进行多种工况的计算和优化。根据API 4F规范第四版,钻井结构工况计算主要进行了操作工况、预期风暴工况、非预期风暴工况、起升工况的计算,如表2所示。
钻井作业前,钻井包模块需通过支持平台拖航至井口平台附近,再通过支持平台吊机吊运到井口平台上进行组装,因此除进行钻井结构整体计算外,还需进行单个模块结构的分析计算,主要包括拖航工况、吊装工况,如表3所示。
依据支持平台模块钻机的结构特点,有限元分析主要以梁单元、壳单元、质量单元为主,共计算了70余种工况。
根据API Spec 4F和AISC《钢结构手册》中的有关规定,对杆单元按AISC《钢结构手册》中轴心压/拉弯组合的规定校核;对壳单元计算等效应力进行校核。经过整体以及单个模块多种工况的分析计算,结果表明钻井包模块整体结构的强度、刚度、稳定性满足西非海域钻井使用要求,同时单个模块结构的强度、刚度和稳定性满足海洋环境条件的吊装和拖航要求。
3 模块海上吊装设计
钻机模块封固在支持平台上,由驳船拖航至井口平台附件后,由支持平台自带的吊机进行吊运安装。结构模块对吊点和直接与吊点连接的结构件设计考虑2.0的动力载荷系数;对其它传递载荷的结构设计考虑1.35的动力载荷系数[5]。
下面以钻台钢结构模块吊装设计为例。由于模块重心与中心未重合,且四个吊点未在设计在同一水平面内,所以每根吊绳承受的载荷不同,设计时针对不同的吊点选择不同的吊索具,其吊装设计主要技术参数如表4所示。其吊装图如图4所示。
4 结语
BT3500支持平台钻井包属于一种新型海洋模块化钻机,其模块结构简单、重量轻、拆装方便。该类型模块钻机可多次重复利用,通过支持平台及其吊机可实现钻井模块在固定平台、浮式平台(SPAR、TLP)平台间的快速搬迁。BT3500支持平台钻井包是我国首次设计、制造,为我国在支持平台辅助钻井技术研发领域积累了宝贵经验。同时,该支持平台钻井包模块的设计技术及方法可用于指导其它海洋模块钻机的研究设计。
参考文献
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[4]王定亚,莉萍.海洋钻井平台技术现状与发展趋势[J].石油机械,2010(4):71-73.
钻井结构 篇4
关键词：地热钻井；碎裂钻井；原理；优缺点；前景
一、碎裂钻井技术的产生
钻井工程的传统方法包括硬质合金钻进、金刚石钻进、 牙轮钻进等常规等机械碎岩钻井方法。
（1）硬质合金钻进：指把不同几何形状和一定尺寸的硬质合金按着钻进的要求固定在钻头体上，并在一定的钻进规程下破碎岩石的钻进方法。
（2）金刚石钻进：金刚石钻头的组成由金刚石、胎体、钻头体三个部分组成，在现行钻井工程中具有较高的效率，但是钻头的损坏率较高，使用寿命较短。
（3）牙轮钻进：多用于大型露天情况，其主要的缺点是劳动强度大、自动化水平低。
在地热钻井工程中，这些机械钻井方式普遍都具有以下 2 个缺点：
（1）进尺慢：常规钻井方法在钻进油气钻井中表现较好，因为，油气钻井面对的底层多为松散、 沉积地层。然而地热开采过程中要面对的岩层则多是花岗岩、 铁燧岩等坚硬岩层， 常规的钻井方法在面对这样强度的岩层时，进尺速度会受到很大的影响，速度降低十分明显。
（2）费用高。首先，常规钻井方法的钻头的损耗率通常很高，而地热开采的条件相较于油气开采条件要苛刻的多，无论是在钻井深度方面还是在开采是环境的温度和压力方面，这样高温高压的操作条件更是加剧了钻头的损耗，使得地热开采过程中钻头的更换十分频繁，大大增加了地热开采的成本。另外，由于进尺速度慢，使得开采的周期大大延长，无疑加大了投资成本。而且随着钻井深度的加大，成本会随之加大，尤其是对于井深超过 4000 m 地热资源的钻井， 常规钻井方式的钻井周期长、 成本高的缺点就显得尤为明显， 这对地热资源的开发利用非常不利。
基于以上传统钻井技术的明显的缺点，人们迫切需要改变这一现象，需要一种非传统的新型钻井技术来代替这些传统钻井技术，由此碎裂钻井技术应运而生，碎裂钻井技术是利用物理场能量来破碎岩石的钻井的新方法，其在研究上已经取得很大的进展，目前可以进入可实施阶段。可以预见，碎裂钻井技术加入地热资源的开发，对于地热资源的利用将有巨大的影响，相信未来地热资源的开发成本会随之的推广越来越低。
二、碎裂钻井技术的原理
碎裂钻井技术与常规钻钻井技术有很大的区别。（1）首先在能量传输方面，常规钻井利用的是机械作用，是利用钻机的驱动力使转盘、 钻柱等高速旋转将能量传递到井底；而碎裂钻井则是利用化学制品如燃料、氧气，使之接触产生高温火焰并迅速将热能传输到井底。（2）岩石的破碎方式，与二者的能量传输方式对应，常规钻井技术是利用机械力使岩石破碎——例如牙轮或切削钻头对井底岩层的破碎作用；而碎裂钻井技术则是通过巨大的温差和不均匀的膨胀作用力使井底岩层破碎——由于燃烧产生巨大的高温，使得岩体表面的温度大大高于岩层内部的温度，产生巨大的温度差，同时由于岩石的膨胀系数有所差异使得岩石在高温作用下受到不均匀的膨胀作用力，基于这两点，从而使得井底岩层被破碎。（3）岩屑的清理方式不同，常规钻井技术利用的是钻井泥浆和压缩空气对岩屑进行清理；而碎裂钻井利用的是燃烧作用和压缩空气对岩屑进行清理。（4）在井控和井底稳定性的维持方面，常规钻井技术需要利用防喷器和泥浆的自重、静水压以及通过各种化学试剂进行维持；而碎裂钻井技术则只通过防喷器进行井控。
总而言之，碎裂钻井技术是利用高温火焰灼烧岩体局部表面，使岩层表面受到高温火焰的灼烧，从而使之受到温度差和不均匀的热膨胀而碎裂成薄片并脱离母岩，如此便大大降低了钻井的强度，同时有利于进尺速度的提高。相关数据表明，采用碎裂钻井技术进行钻井，其速度是常规钻井方式的5倍以上，最大可达常规方法的十倍。以下将详细介绍其区别于其它钻井设备的最重要的结构——燃烧器，同时将就碎裂钻井技术的钻进机理进行论述。
（一）燃烧器的结构及特点
碎裂钻井系统包括（1）管道：共有三条管道，分别负责输送冷却水、氧气和燃料。（2）燃烧室：氧气和燃料通过各自的管道被输送到燃烧室，在此接触燃烧。（3）喷嘴：燃烧室中产生的火焰通过其底端的喷嘴喷发，对岩层表面进行灼烧。（4）冷却水出口，在燃烧器的中的井下燃烧器就像是一个喷气发动机， 在其内部产生的高侧面设有冷却水出口。
通过燃烧器产生高温火焰灼烧岩层表面使得表面与深层岩石产生一定的温度差从而使岩石发生碎裂；同时，由于不同岩石膨胀系数不同，在高温效果下膨胀效果不一样，从而使使得岩石发生碎裂。由于燃烧器在工作过程中距离岩层是有一段距离的，因而避免了与岩层接触而造成的磨损，增加了该设备的使用寿命，大大降低了成本。但是，由于火焰流单一，造成热能的集中，容易产生事故，针对该种现象，研究者对其进行了改进，增加了喷嘴的数量，使得火焰流增加，灼烧的点分散。
（二）碎岩机理
根据普雷斯等人对碎岩机理的研究，可知碎岩基本条件有两个一是温度梯度，二是应力。要达到这两个条件，要做到，加热面积足够小，加热速度足够块。
作用机理：当对井底岩石表层的局部进行迅速的高温加热将导致应力集中，并作用于靠近井底岩层表面的微小裂隙处， 使裂隙沿着平行井底岩层表面的方向发展， 形成附着于岩层表面的薄片并逐渐隆起， 到达一定程度后应力会突然释放， 导致薄片迅速地弹出岩层表面。若是已知岩石特性，可根据相关应力-温度公式估算出岩石碎裂所需要的温度。
在普雷斯等人研究的基础之上，特斯特、韦伯等人提出了解释碎岩机理的公式。
特斯特等人提出平行于岩石表面的压应力（σxx 和 σyy ）随温度的改变而改变， 二者关系如下式所示：
σxx= σyy= βr EΔT/（1 - v） （1）
式中：βr — — —岩石的线性膨胀系数；E— — —岩石的线性模量；ΔT— — —温度变化量；v— — —泊松比。
从上式可以看出，压应力与温度变化成正比例的关系，但是岩石碎裂的关键条件并未给出。而韦伯等人则给出了岩石碎裂的多种条件——微小裂隙的分布、 作用于裂隙处的应力大小、 应力作用面的面积等。同时提出了累积失效概率分布公式。
（2）
式中：σ— — —岩石中的压应力；σ0 — — —岩石抗压强
度；m— — —均匀因数；V— — —应力作用下的样品体积。
上式对于岩石碎裂的条件进行了描述，但是压应力和均匀系数均需通过实验测得。因而特斯特等人又针对此种问题进行研究解决了以下问题。
（1）确定了式（2）中压应力：通过岩石表面温度曲线确定压应力的分布，再通过式（1）求得压应力。
（2）得到相关参数的通式：
（3）
（4）
其中，式（3）为热通量公式，式（4）岩石碎裂时温度公式。在纵横比 C L 确定的情况下可以根据岩石特性求得相关参数。一般来说，纵横比 C L 的值是可以假设，大约在8--15之间，根据不同的岩石可以确定纵横比的大致范围。据特斯特等人的计算，岩石碎裂时的温度大约在400 ～550 ℃之间。
三、碎裂钻井技术的优缺点
（一）优点
（1）进尺速度快。（2）设备磨损少。由于燃烧器在工作过程中距离岩层是有一段距离的，因而避免了与岩层接触而造成的磨损；同时钻杆柱没有旋转， 因而相对来说磨损有所降低。
（3）能够灵活地改变孔径大小。（4）控制井斜。碎裂钻井的钻杆柱不需要旋转，而且井下燃烧器承受的压力小，所以大大减少了井斜现象的发生。
（二）缺点
（1）受地形限制，适用范围相对较小。（2）管道相对较多（包括氧气管道、燃料管道、冷却水管道），使得燃烧器结构较为复杂。（3）相较于常规犯法，碎裂钻井技术发生火灾的可能性更大。
四、结语
通过以上分析，我们了解了目前地热资源开采一些现状，即传统钻井技术周期长、成本高，当前地热开发项目亟需引入新的技术来改变目前的局面以提高地热资源的利用率，提高开发工程的经济效益。关于碎裂钻井技术的缺点，目前研究者们也在努力寻求解决方案，相信未来，我们的工作人员会突破这些局限，将碎裂钻井技术进一步完善。
参考文献
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钻井结构 篇5
关键词：钻井机械,故障诊断,数据挖掘系统结构
数据的挖掘技术是采用一些技术由比较大型的数据库或者是仓库里面找到比较有价值的信息与知识, 而这些信息与知识大多数的时候都是隐藏的。这些有价值的信息或是知识可以通过概念、条例以及规律等方式来进行表示。
1 数据的挖掘方式与钻井设备故障判断的含义
1.1 设备故障的判断技术
设备故障的判断技术主要是为了测量提取设备在运转中或者是处在静止状态中的信息, 经过测量后信号的分析与研究, 再将判断对象的以往情况相结合, 从而通过订立设备的设备和零件的实际技术的情况, 预测与故障状况相关的技术情况, 再找到解决问题的措施。
1.2 数据挖掘的技术
数据的挖掘技术是采用一些技术由
比较大型的数据库或者是仓库里面找到比较有价值的信息与知识, 而这些信息与知识大多数的时候都是隐藏的。这些有价值的信息或是知识可以通过概念、条例以及规律等方式来进行表示。经过很多年数据挖掘的技术研究, 用在数据的集中分析与提取的信息。从整体来说, 数据挖掘的技术主要包括两种类型:探索性的数据挖掘与预测型的数据挖掘。探索性的数据挖掘技术主要是在不知道又什么模式出现的状况中通过数据来找寻模型的技术, 主要包含了分群与管理的分析, 频度的分析等, 而预测型的挖掘技术主要是通过数据来找寻一定的变量和跟别的变量关系的技术。预测型的挖掘技术通常使用的是分类与聚类的技术, 数值的预测技术。数据挖掘的技术所采用的计算方式有很多种, 其中包含了统计方面的分析、设备的学习等。
2 钻井设备故障的判断数据挖掘体系的结构
钻井器械的故障判断数据挖掘体系可以提供一些访问安放钻井器械与故障数值的数据库、平面的文件和一些外部的接口。通过使用接口, 数据挖掘的工具能够经过很多的途径来得到所需要的数据。进行数据的提取时, 一定要对数据实行预期的处理, 为了确保在数据库中寻找数据正确与统一。
挖掘库主要是数据挖掘的工具中的中心环节, 在挖掘库里放置的使用数据挖掘的技术实行的钻井故障判断所需要数据、计算库以及信息库。计算库是用作储存放置能够实行的挖掘计算的方法门信息库是用作储存并且能够进行合理管理通过挖掘的引擎所形成的, 通过模块明确评估的信息。数据挖掘的引擎主要通过规范的引导, 全面地采用各种数据挖掘的工具, 针对数据来源的至少实行整体的研究与深层次的发掘, 采取有实际意义的方式, 并且对评估的模块实行评估。
挖掘的截面是用作挖掘时候的交互与挖掘完成的可视性。经过交互让使用者对挖掘的程序实行了控制, 如, 挖掘的命令、对数据的挑选、数据的输入和计算方法的使用等。数据挖掘使用者并不是电子设备与数据库的专业技术工作者, 他们是维护工作者。所以, 为了使用者的方面操作, 系统一定要提供比较合理的界面。通过时间的展开、空间的分辨以及运动发展等一些方式给使用者提供挖掘的结果。
3 根据神经网络对钻井器械故障判断的研究
3.1 神经网络的模型
神经网络是比较新型模拟人智能的一种方式与技术。跟以往的研究方式与专家体系不一样, 它不但能够解决好已经知道的计算方式问题, 还能够经过自身的组织与学习解决未知技术方式的问题。进行钻井设备故障的判断过程里, 使用四层的神经网络, 学习计算方法是误差的反方向的传播计算方式, 也就是BP计算方法。
3.2 构建神经网络
如果系统简单的判断模型只有六种故障的特点, 两种故障以及三种威胁的方式, 对网络训练的例子需要挑选出比较适合钻井机械并且好符合以下的三方面的信息:
(1) 故障的特点:对待每一个特点只需要收集有、无和没有记录的三种类型;
(2) 故障:对于每一种故障也只可以收集有、无和没有记录的三种类型;
(3) 维修的方法:对于每一种维修方法都只需要收集是或否两种类型。
3.3 根据神经网络进行推理
根据神经的网络推理是经过网络的技术来实行。将使用者所给出的原始证据用来输入网络, 经过网络进行计算, 从而获得输出的结果。
4 钻井机械故障判断
因为地处具有复杂和隐蔽性, 而钻井机械的搬迁的频率也比较大, 户外的工作环境也很恶劣等特征, 钻井机械故障的判断难度就会随之而增加。故障判断的本质就是进行故障特点与原因分析, 从故障特点来推理出来产生故障的原因, 从而明确故障的种类, 找到解决的方案。
在没有进行挖掘计算方法前, 实行了多维的分析, 经过人与计算机交换的操作, 使用者可以在整个搜索的空间里控制搜索的程序, 并且可以获得模式, 最后产生知识。如, 如果钻井机械的故障特点是由钻井的数据苦等数据里面通过计算而获得的钻井及其或者产生故障的时候故障的特点。
5 总结
综上所述, 通过对钻井机械故障判断的数据挖掘系统结构的分析, 主要阐述了数据挖掘系统与钻井机械故障的含义, 数据挖掘系统的结构以及钻井机械故障判断的分析和研究等问题。主要是采用了数据的挖掘方式, 分析一些比较复杂的有关钻井方面的机械故障判断问题, 并且给出了有关钻井设备故障的判断有关数据挖掘的结构, 还分析了钻井设备故障判断的网络, 提供了可以供参考的系统模型。
参考文献
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深水钻井井身结构设计参数的选取 篇6
关键词：深水钻井,井身结构,钻井液密度窗口,套管下深,钻井液密度
随着世界石油工业技术的发展,石油的勘探开发逐步走向深海领域。由于地质及海洋环境的特殊性,深水钻井面临着许多不同于陆地及浅海的钻井难题,增加了深水井井身结构设计的难度。目前国内井身结构设计的研究重点主要集中在三个压力剖面预测和风险评估方面,忽略了井身结构设计参数的重要性,设计参数选择保守会增加套管层次,提高钻井成本,选择的过于大胆则会加大钻井作业风险。我国现行采用的设计参数是陆地钻井的经验值,缺乏对深水作业特点的考虑,国外公司对这些设计参数技术保密,因此十分有必要研究这些设计参数对于深水钻井的适用性,从而避免因设计不合理而造成的井下事故与复杂。在“六五”和“七五”期间中原油田分别与石油大学和西南石油大学合作,对波动压力系数进行了定量研究,并给出了推荐值[1,2]。20世纪90年代初,国外许多学者讨论了井涌余量对套管下深设计的影响[3—5]。文献[6]对压差卡钻临界值做了研究,指出了影响压差卡钻的主要因素。文献[7,8]研究了漏失压力剖面对井身结构设计的重要意义。文献[8—10]等外文资料讲述了井身结构的设计方法及步骤。在前人研究的基础上针对深水作业的特点,结合理论分析与计算,给出了井身结构设计参数的选取方法及推荐值。与陆地井身结构设计方法相比,深水井身结构设计还要重点考虑深水作业过程中隔水管解脱的工况,以及当量循环密度、井涌允许值等参数的影响。研究内容对陆地及浅海钻井井身结构设计也具有一定的借鉴作用。
1 深水井身结构设计系数取值
1.1 波动压力系数
井深和环空间隙是影响抽吸压力的主要因素,通过国内外文献的调研发现,深水井的井眼尺寸和环空间隙一般都比较大,小的环空间隙满足不了深水固井的要求,因此深水井上提管柱产生的波动压力相对较小。为了得出适于深水钻井的波动压力系数推荐值,首先要选择深水井作业的极端工况,表1是南海已钻深水井的井身结构数据:
注:1 in=0.025 4 m。下同。
在上面六口深水井中,LW3-1-1所使用的钻井液性能最差(计算波动压力的角度),因此钻井液的相关参数按照该井来取值。基于表1的数据,本文选择的极端作业工况数据如下:
波动压力随着作业水深和井深的增加而增大,本文作业水深选择3 000 m,钻杆外径6-5/8″in,钻铤外径8 in,起钻速度0.152 m/s。根据上面的数据及已有的计算模型[11]可以算出:17-1/2″井段的抽吸压力系数小于0.017 9 g/cm3,12-1/4″井段的抽吸压力系数小于0.024 g/cm3。下套管时产生的激动压力系数相对较大,17-1/2″井段的激动压力系数小于0.035 9 g/cm3,12-1/4″井段的抽吸压力系数小于0.047 9 g/cm3,8-1/2″井段抽吸压力系数可能会超过抽吸压力系数的推荐值0.035 9 g/cm3。因此本文建议抽吸压力系数应根据不同的井段选取不同的推荐值,17-1/2″和12-1/4″井段抽吸压力系数推荐取值0.017 9 g/cm3和0.024 g/cm3,而对于更深的井段应根据实际情况具体计算,采用原有的统一推荐值存在设计保守或风险。
1.2 隔水管安全余量
当隔水管意外解脱时泥线以上的液柱压力由钻井液液柱压力变成海水液柱压力,井底压力小于地层孔隙压力就会发生井涌,影响作业的正常进行。如果此时地层孔隙压力与总液柱压力平衡则有:
式(1)中,D为本井段任意一点的垂深,m;ρp为D处的地层孔隙压力当量密度,g/cm3;RKB为补心海拔,m;ρw为海水密度,g/cm3;ρm为钻井液密度,g/cm3;Dw为海水深度,m。
因此深水井井身结构设计时钻井液密度应在大于ρp的基础上附加一定的余量,即隔水管安全余量:
式(2)中,Dml为泥线到转盘的高度,m。该参数与地层孔隙压力梯度、井深和水深等参数有关。由于深水钻井安全作业窗口窄的客观条件,不能附加隔水管安全余量,但应当注意到这个风险。当不考虑隔水管安全余量时套管校核应考虑隔水管解脱的工况[12],以应对可能的风险。
1.3 井涌余量
井涌余量一般用来衡量井涌的大小,用泥浆等效密度差来表示,该值多用于压井计算和井身结构设计,另一种计量方法是以进入井眼的流体的总体积来表示,多用于报警[1]。设发现溢流时的泥浆增量为Vk,假设地层溢出的是气体,略去气体重量产生的压力,则关井所允许的最大井底压力Pbmax为
式(3)中,Pamax=min[PBOP,(ρf-ρm)g Ds];Ds为上层套管鞋深度,m;ρf为套管鞋处破裂压力当量密度,g/cm3;PBOP为防喷器额定工作压力,MPa;L为溢出气体的最大长度,m。设Lk为溢出气体在井底时的长度,Ls为气体上移到套管鞋时的长度,由气体状态方程可得:
气体上移体积膨胀,但气体的长度不一定增加,因为气体在井底时横截面积是钻铤与井眼间的横截面积,上移到套管鞋处,横截面积可能是钻杆与井眼间的横截面积,即横截面积增大,因此在实际计算过程中需要进行判断,算出溢出气体的最大长度。
对渗透性或裂缝性地层,当井内有效压力小于地层压力(负压差)时,在负压差作用下,地层流体会侵入井眼,当发现有井涌征兆时应停止钻进并进行关井,此时地层压力与循环过程中产生的有效井底压力相当[9],则有:
目前井涌余量的定义还存在很多分歧[3—5],当用于井身结构设计时井涌余量可定义为:在关井和处理溢流过程中,允许的最大井底压力当量密度与钻进时钻井液密度的差值,表达式为:
最大井底压力Pbmax是指在整个钻井过程中作用于井底的最大允许压力,为保证钻井的安全进行,整个钻井过程中可能存在的最大井底有效压力(或地层孔隙压力)必须小于Pbmax,由式(5)可得:
由式(6)和式(7)可以得出:
式(8)中,ΔECD=ECD-ρm。可以看出Ks的选取与ΔECD的大小有关,因此建议Ks根据设计的ΔECD大小来选取。如果ΔECD>0.059 9g/cm3(Ks一般取值),仍然按照原参数来设计将存在风险。相反则会减小套管下深,增加套管层次。深水钻井安全作业窗口窄,如果Ks取值过大,将无法进行深水井身结构设计。
1.4 地层破裂压力安全余量
井身结构设计常常用坍塌压力梯度、孔隙压力梯度与破裂压力梯度构成可用钻井液密度区间,从而形成安全钻井液密度窗口。这三条曲线构成的安全窗口并不能完全预防相应的井下复杂事故,尤其是井漏事故的发生。漏失压力梯度应加入到安全钻井液密度窗口分析中去,可替代破裂压力曲线[7]。地层的漏失压力常比破裂压力小,在漏失压力梯度与破裂压力梯度之间存在一个漏失区域,而且深水岩石的交结强度较低[13],因此使用坍塌压力梯度、孔隙压力梯度和漏失压力梯度确定安全密度窗口更加合理安全。目前深水地层的漏失压力主要是参考最小水平地应力比较保守,因此不需要再考虑破裂压力安全余量Sf,国外的井身结构设计方法[8—10]应证了这一结论。
1.5 压差卡钻值
钻井液压力与地层孔隙压力的差值过大,除使机械钻速降低外,也是压差卡钻的直接原因。下套管过程中,会增加卡套管事故,使已钻成的井眼无法进行固井和完井作业。发生压差卡钻的压差临界值是一个与井深、地层渗透性、钻井液性能以及井眼状况等多种因素有关的一个变量[6],其中压差和钻井液性能是主要的影响因素。由于深水作业窗口窄,钻井液柱压力和地层孔隙压力的压差与陆地钻井相比更小,加之深水钻井的钻井液性能相对较好,因此与陆地钻井相比深水钻井发生压差卡钻的概率更小,因此采用目前的压差卡钻值足以确保深水钻井安全。
2 深水井身结构设计程序
2.1 计算流程
井身结构的设计和计算较繁琐,利用微机进行设计可提高效率和精度。中原油田钻井研究所编制了微机设计程序[1]。但该程序没有充分考虑井涌对井身结构设计的影响,存在一定的设计风险。本文弥补了这一缺点,并利用数据库的结构化查询语言提出了一套新的井身结构设计程序。井身结构设计程序主要目标是确定套管下深和钻井液密度。深水钻井表层套管的下深设计与其他套管有较大不同,表层套管的下深要重点考虑地质因素,如果表层套管下深过大26″井段作业时间增长,如超过坍塌周期会造成井壁坍塌等井下复杂,除此以外表层套管的下深还要考虑作业窗口以及下一井段作业时产生的循环压力。当表层套管的下深确定后,利用自上而下的设计方法,后面各井段套管的下深及钻井液密度可通过如下程序计算:
(1)将三个压力剖面数据读取到数据库中,取初始深度Di为表层套管鞋的深度,即Di=Dscs。
(3)在数据库中查找Di以下ρp+Sb或ρc大于ρi的点,确定该点深度D,(若查询不到,则D取目标层段的深度)。
(4)假设在D处发生井涌(井涌流体假设为气体),计算溢出气体在井底时长度Lk,根据状态方程计算气体上升至套管鞋处时气柱长度Ls,将Lk和Ls的最大值赋给L。
(5)求出最大的井底压力当量密度ρbmax(即D深度的最大压力当量密度),如果ρbmax-ρi<Ks(表示井涌关井时会发生井漏),将ρi减小Δρ(可根据设计精度自行选择),转到(3),否则,转到(6)。
(6)判断以ρi钻进是否会发生压差卡钻,如果会发生压差卡钻ρi减小Δρ,转到(3);否则,转到(7)。
(7)如果该井段存在必封点,判断D是否大于必封点的深度,如果大于则D取必封点深度。
(8)输出ρi为该井段的钻井液密度上限,D为该井段的深度。
(9)判断D是否到达目标层段,如果到达目标层段计算结束,否则取Di=D,转到(2)。
其中,Di为表层套管鞋以下第i井段顶部的深度,m;Dscs为表层套管鞋深度,m;ρi为钻进第i井段可用的最大钻井液密度,g/cm3;ρc为坍塌压力当量密度,g/cm3;Sb为抽吸压力系数,g/cm3;Sg为激动压力系数,g/cm3;D为用钻井液密度ρi钻进时所能钻达的最大井深,m。
2.2 计算结果对比
以我国南海已钻的一口深水井为例:该井是直井,作业水深1 479 m,根据已钻深水井的经验及初步计算,井段的Ks分别取值(根据ΔECD)为0.041 9 g/cm3、0.047 9 g/cm3。的Ks仍按照原来的取值0.059 9g/cm3。必封点3 160 m,以下是井身结构设计结果的对比:
从表3的设计结果对比可知,井身结构设计参数的选取对最终的设计结果有较大影响,原有的设计系数因取值过大而无法进行井身结构设计,按照本文的方法来进行井身结构设计,其最终的设计结果与国外公司的设计结果具有较好的一致性。
3 结论
(1)深水钻井的波动压力系数应根据井段的不同选取不同的推荐值,对于较深井段应通过计算来选取波动压力系数,采用原有的统一推荐值存在设计风险或保守。还给出了隔水管安全余量的计算公式,当井身结构设计时没有考虑隔水管安全余量时,套管校核应考虑隔水管解脱的工况。
(2)目前采用的压差卡钻值足以确保深水钻井的安全,使用漏失压力来确定深水钻井的安全密度窗口更加合理,而且不用再考虑Sf。Ks对于确保钻井安全至关重要,应根据ΔECD的大小进行选取,在设计套管下深时还要考虑井控能力以及井眼和钻杆尺寸等参数的影响。
直线型钻井液振动筛结构设计 篇7
振动筛是目前常用的机械设备之一, 主要用于脱泥、脱水、筛分、物料输送等, 在选煤、石油化工、矿山、冶金、水利水电等生产部门应用广泛[1,2]。油田钻井作业过程中, 振动筛通过激振电机强迫筛箱振动, 并通过筛箱中的筛网过滤回收钻井液中的液相, 实现钻井液的循环利用[3]。本文利用三维建模软件CATIA对振动筛的总体结构及其重要零部件进行设计, 旨在设计出一种结构合理、适合于我国使用的钻井液振动筛。
1 振动筛振动类型的确定和实现
本文设计的振动筛为双电机自同步直线型钻井液振动筛, 它具有钻井液的处理量大、工作效率高等特点[4]。直线振动筛振动工作原理如图1所示。直线型振动筛使用两台激振电机, 激振轴分别为O1、O2, 其偏心块质量相等, 即m1=m2=m;偏心半径相等, 即r1=r2=r。在坐标系Oxy中, 设原点O为参振部件的质心。工作前, 两偏心块在O1, O2的连线上;工作时, 两电机同步反向转动, 经t时刻后, 两个偏心块转过的角度都为ωt。
对两振动电机进行受力分析, 因偏心质量和偏心距相等, 故两电机技术参数相同。根据单个电机激振力Fm=mrω2可知, 两电机的激振力时时相等。偏心块从起始位置转过ωt后, 两激振器在y方向产生的激振力分力相加, 在x方向的激振力互相抵消。因此, 两激振电机产生的合力始终垂直平分于O1与O2的连线上, 使激振力合力通过参振部件质心, 实现了振动筛参振部件在该方向的直线运动。图2中给出了4个特殊工作位置处偏心块瞬时工作位置示意图, 可以看出存在的合力始终保持在y方向上。
该产品设计使用的电机型号为MVE3500/15L, 其技术参数见表1。由如表1所示的电机技术参数和在CATIA中得到的参振部件的总质量, 可计算出振动筛的振幅[5], 计算公式为:
其中:s为振幅;ω为角速度, ω=2πn/60, n为转速;F为电机激振力;M为参振部件总质量。
在三维软件中对模型称重可得到振动筛筛框质量约为581kg, 设筛箱中正在处理的钻井液质量为100kg, 因双电机激振, 振幅计算如下:
由此可见, 振幅为0.0052m=5.2mm。工作中, 参振部件受减振部件影响, 实际工作振幅比计算值略小, 取振幅为5mm。
2 振动筛主要部件结构设计
振动筛主要由进料斗、筛箱、漏斗、减振系统、筛箱角度调节装置、激振器、筛网、筛网张紧机构等组成。
2.1 进料斗
进料斗设计为堰式进料斗, 结构如图3、图4所示。钻井液流入进料罐后缓慢地漫过溢流堰, 均匀分布于筛箱的筛网上;体积重量偏大的颗粒流入进料罐后无法漫过溢流堰, 实现大颗粒一级筛分。进料罐底部设计有排空堵头, 以排除沉积的大颗粒固相。
1-进料罐;2-出料罐;3-溢流堰;4-排空堵头
2.2 减振系统
减振系统支撑参振筛箱, 衰减非参振部件的动载荷冲击[6]。该减振器为4组悬挂式橡胶复合弹簧, 两个为1组共8个, 如图5、图6所示。其优点是:①具有辅助筛面倾角的调节;②可设计三维空间刚度, 实现三维减振效果;③内摩擦阻力大, 振动筛启动和停止时共振区振幅小、噪声小。根据装配需要, 在静止状态下, 设计橡胶弹簧减振器的预剪切变形量约为Δx=20mm。设橡胶弹簧减振器的剪切刚度为ks, 则有:
由式 (3) 可得:
式 (4) 中M和Δx已知, 经计算, 减振器需满足ks=680N/cm±68N/cm。
2.3 筛网张紧机构
筛网张紧机构主要有两个作用:①给筛网施加所需绷紧力;②保证筛网具有适度的疲劳强度和动、静强度。筛网张紧机构结构如图7、图8所示。其工作原理为:调节张紧螺母2使调节螺栓1受到向外顶出的轴向力, 进而压缩板弹簧3, 让板弹簧有适当的压紧力, 使安装在卡指4上的筛网有适度的绷紧力。
1-减振器螺母;2-天然橡胶;3-金属连接板
1-调节螺栓;2-张紧螺母;3-板弹簧;4-卡指
2.4 筛箱
该筛箱结构如图9和图10所示。筛箱结构设计的核心是确保筛箱的实际重心与设计重心重合, 因此在CATIA软件中首先找出其三维模型的质心位置, 即图9中点O处, 然后利用几何作图法得到激振力作用方向。设图9中的质心与激振力作用线在x方向上的距离为a, 当a>0时, 电机座往x正向移动;当a<0时, 电机座往x反向移动。采用这种逐步逼近法迫使激振力与质心距离a等于或接近零, 满足设计需求[7]。
3 振动筛整体结构设计
振动筛整体结构设计在CATIA的装配设计中进行。整体结构装配前, 首先在CATIA的零件设计中将所有的零件模型建好, 然后将建好的零件模型导入到装配设计界面, 对部件进行装配;接着将所有装配好的部件再次导入到装配设计中进行整机装配, 整机所需要的标准连接件和紧固件 (螺栓、螺钉、螺母、垫片等) 在3Dsource零件库CATIA客户端中可直接调用。装配好的振动筛三维模型如图11所示。
1-张紧机构;2-筛框;3-电机座;4-电机
4 小结
本文针对国内钻井液振动筛情况, 设计出一种新型直线钻井液振动筛。首先采用逐步逼近法设计振动筛筛箱的质心;用三维建模软件CATIA对振动筛的进料斗、筛箱、筛网张紧机构、减振器等主要零部件进行设计, 最后在装配设计中对整机进行装配, 完成了直线型钻井液振动筛的设计。
摘要：确定了钻井液振动筛的振动类型、振动参数;对振动筛的进料斗、减振器、筛网张紧机构及筛箱等部件的结构进行了设计, 并利用CATIA对其零部件进行建模、装配。该设计方法简化了设计流程, 尤其为筛箱的质心位置设计提供了一种有效方法。
关键词：振动筛,结构设计,质心
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钻井结构 篇8
复杂结构井是代表当代钻井水平和发展方向的前沿技术,它具有三维立体结构、井身剖面复杂,井眼轨迹必须严格控制、准确中靶。钻井过程需要使用多种高性能仪器在井下随钻实时采集所钻井眼穿越地层的地质和油藏参数、所钻井身的工程和井眼参数等,并与地面综合录井、泥浆录井等获取的信息进行综合,再通过井场及后方的钻井技术人员与专家协同进行决策分析,形成决策指令,进而实现钻井过程随钻控制和优化钻井作业。但由于钻井过程存在大量复杂和不确定性因素,传感器所采集的信息往往是不精确的、模糊的或不确定的,直接利用这些信息建立精确的数学模型进行决策十分困难。有经验的钻井专家决策时通常是根据以往类似问题决策的经验和结果来求解当前所面临的问题,例如,当遇到新的钻井事故时,首先会联想以前处理过的与当前有相似情节的事故,取其成功或失败的经验来解决当前新事故,以高效地作出最佳决策。而基于实例推理CBR(Case-Based Reasoning)是利用以往求解类似问题的以实例形式表示的经验知识进行推理,从而获得当前问题的求解结果的一种推理模式[1]。它符合钻井专家决策时的认知过程,非常适于求解钻井决策问题。为此,本文提出基于CBR技术构建钻井过程决策支持系统。
1 系统的总体结构
系统的开发目标是根据井下测量信息及地面综合录井、泥浆录井信息等,辅助钻井人员解决地质条件的随钻实时确定、井下复杂情况的诊断与处理、钻进过程的控制等决策问题。其总体结构如图1所示。
(1) 信息融合处理
由于各传感器在不同时间与空间上采集的数据信息及地面测量信息存在不同的特征:时变的或非时变的、实时的或非实时的、模糊的或确定的、相互支持的或冲突的,为获得对井下被测对象完整、准确和一致性的解释与描述,该模块运用时频分析、傅立叶变换、卡尔曼滤波等信息融合技术进行数据配准(即将数据时间对齐、坐标转换、标定与校准),并利用最近邻法则对多传感器信息按观测对象进行关联与集成,从而消除信息之间存在的冗余和矛盾,提高其可信度与精度,减小推断的模糊性。
(2) 实例库
存放钻井过程各种决策问题的经验知识,以实例形式表示。
(3) 推理机
是系统的核心,它针对用户提供的决策问题与录入的参数,根据CBR的推理机制及规则库中的知识分类规则从实例库中选择有关知识进行推理求解,直到得出相应的结论。
(4) 知识获取与维护
包括实例库、规则库中实例及规则的获取与维护。
(5) 规则库
存放用于实例修正及实例库中知识分类的有关规则。
(6) 工程计算
包括钻井水力参数优选、固井设计及模拟分析、测斜数据处理、事故处理的卡点计算、解卡剂用量计算等。
(7) 推理解释器
告诉用户系统得出结论的依据,以达到系统的透明性。
(8) 黑板
即存放中间结果的存储区,为推理机提供一个工作过程的“记录区”。
2 基于CBR的钻井过程智能决策模型设计
2.1 实例表示
一个实例通常由问题的特征属性与解决方案组成[2]。对于钻井决策问题(以“井下复杂情况的诊断与处理”问题为例),通过深入全面地分析与专家咨询,得出表征问题的特征属性包括:
(1) 井号、油田名称、事故发生时钻深、事故发生时钻遇地层、事故发生时间。
(2) 基础数据:包括 ①套管数据(包括套管名称、顶部深度、外径和套管鞋深度);②钻井液性能参数(包括密度、粘度、切力、滤失量、滤饼、含砂量、PH值)。
(3) 事故发生征兆:包括 ①事故发生时的工作方式;②事故发生前的征兆;③事故发生后的征兆。
(4) 事故发生经过。
问题的解决方案包括:①事故诊断类型;②事故预防措施;③事故处理方案;④专家分析意见。
实例表示采用框架表示法[3]。表1至表3是井下复杂情况诊断的一个实例,其中“事故发生经过”、“事故预防措施”、“事故处理方案”以及“专家分析意见”等采用文本方式描述,由于内容较多,表中略。
2.2 实例的组织
实例的组织是为了更好地应用实例,根据实例的特征和检索的需要,对实例进行整理和归类。考虑到钻井过程决策问题复杂,实例繁多,为了提高实例检索的效率,本系统将实例按决策问题的类型进行分类组织,每一类构成一个较小的子实例库,并在其中选出一个典型实例作为对该类实例的索引,所有类的典型实例构成一个典型实例库。因此,系统中实例库被组织成两层结构:第一层为典型实例库,第二层为被分类的子实例库。子实例库的实例采用数据库技术存放于一系列相互关联的数据表中,以实例号为主关键字。如“井下复杂情况与事故诊断与处理”实例库主要由以下数据表组成:
(1) 实例主表
包括实例编号、井号、油田名称、事故发生时钻深、事故发生时钻遇地层、事故发生时间、事故发生经过、事故类型、事故预防措施、事故处理方案及专家分析意见。
(2) 基础数据表
包括实例编号、套管名称、顶部深度、外径和套管鞋深度;钻井液密度、粘度、切力、滤失量、滤饼、含砂量和PH值。
(3) 事故发生征兆表
包括实例编号、事故发生时的工作方式、事故发生前的征兆类型、征兆值、事故发生后的征兆类型、征兆值。
2.3 推理模型的设计
本系统推理机的工作过程是先进行实例检索(即根据实例检索策略从实例库中检索出与当前问题最相似的旧实例),再比较检索结果,若旧实例和新问题完全匹配,则重用旧实例的解决方案作为新问题的解,否则根据规则库中的领域知识及新问题的特点对此解决方案进行修正,得到适合新问题的解。故实例检索是系统推理的关键部分。实例检索策略采用最近相邻法,先按实例表示方式描述新问题实例。检索时,先根据规则库中的分类规则进行推理,从典型实例库中找到最相近的典型实例来确定新问题所属子实例库,然后从对应的子实例库中按下述相似实例检索模型进一步检索,找出与当前问题实例最相似的实例。
设某子实例库中的实例集合为CB={C1,C2,…,Ck},需决策分析的新问题实例为C0,决策问题有n个特征属性A={A1,A2,…,An }。实例的相似性采用实例间共有的特征属性间的相似度来衡量。
2.3.1 实例属性间的相似度计算模型
传统的实例特征属性之间的相似度计算模型一般要求有确定的属性值[4]。然而,在复杂结构井钻井决策问题中,由于信息的不完全性或不精确性,对问题的描述不仅包含有确定性属性,还包含不精确特征属性,为了保证推理的有效性,本系统针对不同类型的属性提出了一种相似度综合计算模型。
(1) 确定数值型属性之间的相似度计算模型
确定数值型属性的取值是连续数值(如钻井液密度为1.15g/cm3)。单个属性间的相似度定义为:
NSimij= 1-d(a0j,aij)= 1-dij,其中:
式中a0j是问题实例C0的第j个属性的值,aij是实例库中第i个实例Ci的第j个属性的值,{aj}表示第j个属性的所有值,相似度NSimij∈[0,1],反映了第i个旧实例Ci与问题实例C0中第j个属性的相似程度。
(2) 枚举型属性之间的相似度计算模型
枚举型属性是对属性的定性描述。两个属性间相似度定义为:
其中a0j 和aij 的含义同上。如“工作方式”(包括“钻进”、“起钻”或“下钻”)属于此类。
(3) 不精确属性之间的相似度计算模型
不精确属性的属性值是一模糊数,常用一个区间数表示[5],如钻具悬重约521～1000KN。二个区间[a1,a2]和[b1,b2]之间的相似度定义如下:
式中a1,a2,b1,b2∈[α,β],α,β分别为区间的下界和上界,将Sim(x,y)按式(1)计算,则式(3)变换为:
考虑到式(4)计算相似度的对称性,当a1≤b1时,式(4)的积分只与a2的取值范围有关,a2有3种取值范围,即a2≤b1,b1<a2≤b2或b2<a2。根据此关系,式(4)可求解得:
当a1>b1时,分别交换a1、b1以及a2、b2的值后,可用式(5)计算出[a1,a2]与[b1,b2]之间的相似度。
2.3.2 实例间的相似度计算模型
两个实例之间的相似度为各特征属性相似度加权和,公式为:
其中Simi指实例库中第i个旧实例与新问题实例C0间的相似度,ωj(j=1,2,…,n,0≤ωj≤1,且ω1+ω2+…+ωn=1)为第j个属性在参与相似检索的属性中所占的比重即权重,其值可由领域专家给定。Simij是第i个旧实例的第j个属性与新问题实例C0的第j个属性的相似度。
将问题实例C0与该子实例库中的实例逐个进行比较,按上述方法分别计算其相似度,从中选择相似度值最大的实例,若最大相似度δmax≥τ(τ为相似阈值,通常由专家经验确定),则将该实例作为相似实例。
3 结 论
由于复杂结构井钻井过程存在大量复杂和不确定性因素,建立精确的数学模型来解决钻井过程中的决策问题十分困难,本文提出了一种基于实例推理的智能决策方法,该方法具有与人类钻井专家决策思维的一致性。实例的组织和相似度综合计算模型的设计是在传统的方法基础上,充分考虑了本决策问题的特点。构建的决策支持系统具有很强的应用背景,可为钻井技术人员在地质条件的随钻实时确定、井下复杂情况的诊断与处理、钻进过程的控制等方面提供高效的决策支持。本系统已在辽河油田、大庆油田等得到了实际应用,由于效果良好,现正在向其它油田推广应用。限于篇幅,应用详例略。
摘要：由于复杂结构井钻井过程存在大量复杂和不确定性因素,建立精确的数学模型来解决钻井决策问题十分困难,提出了基于实例推理技术构建钻井过程智能决策支持系统。在传统的实例相似度计算模型基础上,针对不同类型的属性设计了一个相似度综合计算模型,有效地解决信息的不精确性。详细描述了系统的总体结构、实例表示与组织以及推理模型的设计。
关键词：实例推理,复杂结构井钻井,决策支持,实例检索,相似度
参考文献
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[3]杨晔,刘晓东.基于案例的推理在增值税纳税申报系统中的应用[J].计算机应用,2004,24(1):11-13.
[4]Ilang Dieter Burkhand.Similarity and distance in case based reasoning[J].Fundamental informatics,2001(17):201-205.
钻井工艺技术研究 篇9
【关键词】大庆油田，钻井设备；钻井液；钻井新技术
1.钻井设备
1.1 提升系统设备
钻井提升设备是一套大功率的起重设备。主要由钻井绞车、游动系（钢丝绳、天车、游动滑车及大钩）、悬挂游动系统的井架及起升操作用的工具（如：吊钳、吊环、吊卡、卡瓦及上扣器等）组成。它的主要作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及进行井下特殊作业等。
1.2 泥浆循环系统设备
泥浆循环系统设备主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成。它的主要作用是清洗井底、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中，还起到传递动力的作用。
1.3 地面旋转钻进设备
地面旋转钻进设备主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不断地破碎岩石,加深井眼及处理井下的复杂情况等。
1.4 动力驱动设备
动力驱动设备属于钻机的动力机组,是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备。钻机用的动力设备主要是柴油机,其次是交流或直流电动机。
1.5 传动系统设备
传动系统设备属示钻机的传动机组。其主要作用是联结动力机与工作机组,并将动力传递到各工作机组。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、传动链轮及并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动。
1.6 控制系统设备
控制系统设备属于钻机的控制机组。控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等, 绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向等。控制的方式有机械、气动、液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异。控制系统的主要作用是远距离操作指挥和协调各机组正常工作。
1.7 钻机底座
钻机底座属于钻机的辅助机组,包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分。
1.8 辅助设备
辅助设备属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等。它是为整套钻机服务的,是钻机不可分割的部分。
2.钻井工艺技术及流程
钻井是一项复杂的系统工程，包括钻前工程、钻井工程和固井工程三个阶段，其主要施工工序一般包括：定井位、井场及道路勘测、基础施工、安装井架、搬家、安装设备、一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、中途测试、完井、电测、下套管、固井施工等。
2.1 钻井工程
一开钻进的工作内容及要求：
（1)进尺工作：是指井眼不断加深的工作，包括纯钻进、接单根、划眼、起下钻、循环钻井液等工序；（2)辅助工作，处理钻井液，检查保养设备等工作；（3)下表层套管，钻完表层后，按工程设计要求下表层套管；（4）注水泥固井，表层套管下完后，进行注水泥固井作业，通过固井设备，注入到套管与地层的环形空间去，把套管和地层固结在一起；（5）候凝。
二开钻井，二开钻进是指从表层套管内下入小一级的钻头往下钻进的过程。根据地质设计和地下情况，可以一直钻进到完钻井深，然后下入油层套管完井。
（1）二开前的准备工作，安装井控设备，放喷管线，试压，组合钻具。钻水泥塞，磨阻流环式浮箍、浮鞋；洗井到开钻水平。二开钻进需要钻开地层、油层，在油气层中钻井要放喷、防漏、防塌、防斜等，预防井下复杂情况，保护好油气层。
（2)井口放喷器和配套的井控系统应符合钻井设计要求，压力等级应和地层压力匹配，放喷器芯子尺寸必须与井内钻具一致。
（3）井控设备的安装质量必须满足油气层安全钻进需要。
（4）钻具组合：钟摆钻具，钻头：PDC。
（5）钻进施工严格按照钻进设计执行，钻井参数主要包括：钻头类型及参数、钻井性能、钻进参数、水力参数；钻进参数主要包括：钻压、转速、排量、立管泵压；水力参数主要包括：上返速度、喷射速度、钻头压降、环空压耗、钻头水功率等。
（6）辅助工作：定点侧斜，处理钻井液，修理设备。
（7）钻进中应进行油气层压力监测工作，遇到钻速突然加快、防空、憋钻、跳钻、油气水显示等情况，应立即停钻循环观察，有外溢现象要关井观察。
（8）钻开油气层前，要提高钻井液密度至设计上限（加重泥浆）。
（9）钻开油气层要保护好油层，处理好钻井液，下钻速度要慢，防止压力激动导致井漏，上提钻柱不要过快，防止抽喷。
（10）钻开油气层要做好放喷演习，设专人观察溢流。
2.2 固井施工
（1）固井前准备
A.下套管就是为了使井内油气能够得到有效的开采，在钻完一口井后，用管线封隔地层并将油气层深处引导至地面的施工工程。
B.处理钻井液至固井要求。
（2）固井
固井就是向井内下入套管管柱，在套管柱与井壁的环形空间注入水泥浆进行封固，以在套管外壁和井壁之间形成坚固的水泥环，防止井壁垮塌；同时在套管内形成一个从地面至井下由钢管做成的油气通道的过程。
（3）常规注水泥方法工艺流程
循环洗井——停泵——卸循环接头——装水泥头——注隔离液——下胶塞入井——注水泥浆——上胶塞入井——注隔离液——碰压——试压——施工结束。
3.保护油气层的钻井工艺技术
钻开油气层钻井液不仅要满足安全、快速、优质、高效的钻井施工需要，而且要满足保护油气层的技术要求。通过多年的研究，可归纳以下几个方面：
（1）采取近平衡或欠平衡压力钻井。
（2）合理降低钻井液密度，满足不同压力油气层钻井。
（3）采用优质钻井液体系，降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害。
（4）降低油气层裸眼浸泡时间。
（5）搞好井控、防止井喷、井漏等对油气层的损害。
（6）采取有效的钻关措施，降低油层的层间压差。
钻井结构 篇10
滨41井的邻井在钻探过程中多次出现溢流、井涌、而且在加重过程中产生井漏, 地层安全密度窗口窄, 造成井下情况复杂, 歧北次凹34*1井东岩性圈闭构造沙河街地层泥岩水化膨胀导致井壁不稳定产生掉块, 井下复杂且处理时间较长、钻井液密度高、机械钻速慢等情况严重制约着油气勘探开发的速度。
2 控压钻井技术简介
(1) 控压钻井定义。IADC将MPD定义为:控制压力钻井是一种用于精确控制整个井眼环空压力剖面的自适应钻井过程, 其目的是确定井下压力环境界限, 并以此控制井眼环空液柱压力剖面。控压钻井方式避免地层流体连续侵入井筒, 任何偶尔侵入井眼的液体将通过适当的方法安全的处理掉; (2) 控压钻井原理。对井底压力实现精确控制, 保持井底压力在安全密度窗口之内。井底压力等于静夜柱压力, 环空压力损耗和井口回压三者之和。静液柱压力主要受钻井液密度影响, 通常不能快速改变环空压力损耗受钻井液排量井身结构钻具组合、钻井液性能, 岩屑含量, 钻具转速多方面影响, 保持井底压力恒定, 必须改变井口回压以补偿环空压力损耗的改变。Weatherford微流量控压钻井技术是根据钻井液进出口流量的变化, 判断井下状况, 自动节流管汇根据出口流量的变化, 自动调节节流阀的开、关度, 降低或增加井口回压, 来达到井底压力稳定。在控压钻井过程中设定出口流量连续15s变化量达到15L以上, 自动节流管汇立刻报警并开始动作; (3) 控压钻井实施的依据。本井三开井段采用MFC控压钻井方式钻进, 初衷是歧北次凹34*1井东岩性圈闭存在异常高压地层, 而且邻井出现异常高压后压井过程中又出现井漏, MFC控压钻井方式是通过应用旋转控制设备, 建立起闭环循环系统, 将钻井液密度尽可能地降低至接近地层孔隙压力系数进行钻井作业。MFC控压钻井系统不但对溢流和漏失的监测精度非常高 (流量的千分之一) , 而且可以迅速通过自动节流管汇做出反应, 及时控制溢流和漏失, 减少因此而产生的非生产时间。
3 现场应用及效果分析
3.1 滨41井基本数据
井别:预探井井型:直井地理位置:河北省黄骅市张巨河村西约4.1km构造位置:歧北次凹滨34×1井东岩性圈闭目的层:沙三段。岩性:深灰色泥岩、泥质粉砂岩浅灰色灰质粉砂岩。三开日期:2011年9月19日, 完钻日期:2011年10月5日钻井液体系:硅基防塌钻井液, 钻井液密度:1.32-1.48g/cm3控压钻井井段:3390-4450m进尺:1060m平均机械钻速:4.23m/h。完钻层位:沙三段
完井井深:斜深4450m
3.2 控压钻井的准备工作
(1) 井口封井器组合:ST35-70+2FZ35-70+FZ35-70+FZ35-70+FH35-35+7100RCH; (2) 控压钻井的工艺流程:钻井液经过立管、到达井底、经过环空到达井口, 经过旋转防喷器的三通到达控压管汇、走自动节流管汇进入液气分离器到达循环罐; (3) 钻具组合的优选。控压钻井工艺钻具组合:马达动力钻具, 因为接立柱时采用井底恒压模式所以, 井筒内得承受由于停泵造成的压力损失, 所以内防喷工具使用两个箭型止回阀加一个浮阀确保井控安全。
3.3 控压钻井施工工艺过程
(1) 第一趟钻主要施工过程。钻具组合:Φ215.9mm钻头+Ф172mm马达+Ф165mm箭形止回阀×2只+Ф210mm扶正器+MWD+Ф165mm无磁钻铤×1根+Ф127mm加重钻杆×5柱+Ф127mm钻杆×若干。主要施工过程:滨41井于2011年9月19日23:15从3390m开始控压钻进, 钻井液密度1.32 g/cm3, 控压50psi。9月20日06:30钻至井深3432m时, 控压钻井系统检测到溢流显示, 溢流38L, 控压钻井系统自动施加回压, 由50psi提高至400psi, , 全烃值最高25%, 8:00全烃值下降为7%, 控压改为手动控制, 从400ps逐步降为100psi, 恢复正常控压钻进。
9月22日00:30系统出现溢流警报, 溢流量87L, 控压最大625psi, 全烃值3.7%, 9月22日00:30-1:45控制井口回压逐步降低为100psi, 钻井液密度1.32g/cm3, 全烃值最高3.7%。
9月23日3:45钻到深度3724.40米, 威德福控压系统检测到有溢流, 溢流量220L, 全烃值最高到13.03%, 3:55点火成功, 火焰高度5米, 宽2米, 橘黄色火焰, 有黑烟。威德福控压系统自动控制控压到900psi, 全烃值维持在6%到10%之间, 5:00将控压改为手动控制, 增加控压到1000psi, 继续保持循环, 全烃值维持在5%到7%之间。6:30甲方现场监督在向领导请示后, 决定控压1000psi继续钻进。系统设定为自动控制, 地面控压在1000psi, 火焰在7:35熄灭。8:00采取边加重边钻进方式控压钻进。15:30控压由1000psi逐步降低为100psi, 钻井液密度由1.32 g/cm3提高到1.38g/cm3, 系统处于稳定状态, 正常控压钻进。
(2) 第二趟钻主要施工过程。钻具组合:Φ215.9 mm钻头+Ф171mm马达+Ф165mm箭形止回阀×1+Ф165浮阀×1只+Ф165mm箭形止回阀×1只+Ф165mm无磁钻铤×1根+Ф212mm扶正器×1根+Ф127mm加重钻杆×5柱+Ф127mm钻杆×若干。主要施工过程:9月27日8:00钻井液密度1.42 g/cm3, 控压由400psi, 降至300psi, 8:45井深3961.8m, 控压钻井系统检测到溢流显示, 溢流量140L, 8:48开始循环, 8:53全烃值由1.59%-1.74%, 8:58控压最高升高到780 psi, 溢流停止, 9:33控压降至400 psi, 9:39控压降至300 psi, 9:43控压升至350 psi, 循环到9:46开钻钻进, 9:52出现控压钻井系统发现溢流显示, 溢流量60l, 系统自动控制溢流, 10:43井深3963米, 控压500psi, 当量密度1.55 g/cm3, 钻井液密度1.42 g/cm3, 11:07井深3968米, 控压650psi, 当量密度1.58 g/cm3, 11:07开始加重 (准备从泥浆密度1.42g/cm3提高至1.45 g/cm3, 14:30泥浆密度提高至1.45 g/cm3, 15:00井深3974, 降至300psi, 当量密度1.55 g/cm3, 正常控压钻进。
摘要：控压钻井是解决窄安全窗口钻井问题的有效手段之一, 能够提高钻井时效。控压钻井是用于精确控制整个井眼压力剖面的自适应钻井程序, 其目的在于保持井底压力在设定范围内。其概念表明了装备是关键、工艺是核心的技术理念。Weatherford主要是通过实时监测进出口钻井液的微小压力, 质量流量, 当量循环密度, 流速等参数, 快速改变井口回压, 能在小于80L时监测到溢流, 并在2min内控制溢流, 使总溢流体积小于800L。
关键词：控压钻井,压力控制,监测,流量
参考文献
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