钻井液力对抗器设计.doc

西安石油大学本科毕业设计（论文） 液力对抗器摘要：随着世界上石油勘探开发技术的发展，特别是由于近些年来研究和推广定向井、丛式井和水平井技术的需要，井斜控制的理论和技术正日益引起各国石油界的极大关注。国外不少石油公司的科研部门纷纷投入较多的人力、物力，以提出自己的理论分析和开发实用的硬件与软件系统。因此，设计了钻井液力对抗器，以解决钻井过程中的井斜控制问题。重点对对抗器的结构和液囊进行了设计，选择了合适的材料及动力设备，以提高它的工作效率。关键词： 井斜，控制，稳定，效益 re DesignAbstract: With the world oil exploration and development of the development of technology, especially because in recent years, research and extension deviated horizontal Wells and technology of cluster of need, well deflection control theory and technology is has evoked the enormous attention. Oil Foreign many oil company research department invest in more human, material, in order to put forward its own theory analysis and develop useful hardware and software system. Therefore, designed the drilling hydraulic against gauges to solve the well drilling process inclined control problem. Focus on the structure and against device design sac, chose the right materials and power equipment to improve its efficiency. Key wards: Well deflection ，control， stability ，benefits 目 录（目录项为自动生成，不用修改，只需刷新）1 绪 论11.1 钻井设备的国内外现状21.2 钻井设备的发展方向42 井斜的原因112.1.地质因素对井斜的影响112.2下部钻柱弯曲对井斜的影响132.3.其他因素的影响133 井斜控制技术143.1空气锤防斜143.2钟摆钻具组合防斜143.3螺杆钻具组合防斜143.4刚性满眼钻具组合防斜技术153.5其他防斜技术154 井斜控制技术的发展趋势164.1 大钻压法降斜164.2 多功能防斜钻具组合164.3 复合导向钻井技术164.4 闭环控制导向钻井165 对抗器的结构设计175.1对抗器的主要参数175.2外径175.3地面泥浆泵185.4下部钻具组合185.5 其他计算条件195.6 液力对抗器的工作原理196 对抗器的计算与校核226.1 对抗器工作压力（水力压力）计算226.4 对抗器受力分析及强度校核236.2 受力分析247 液囊的强度计算307.1液囊的受力分析307.2液囊的设计32总结35致 谢36参考文献37381 绪 论俗话说“钻头不到，石油不冒”，钻井是石油工业的龙头，钻井工程是油气勘探开发的主要手段，钻井工程的实施对于油气勘探开发的成败起着决定性的作用。 作为勘探开发的重要一环，合理的钻井工艺、适用的钻井技术和完井方法是提高油气勘探成功率、发现油气田、提高产量、提高采收率，推动并实现油气田勘探开发经济目标的重要保证。然而，钻井工程自身所具有的资金、技术密集，高投资、高风险的特点，又为钻井工艺技术的研发创新带来了前所未有的挑战. 在“稳定东部、加快西部、发展南方、开拓海外”的资源发展战略的指导下，钻井系统坚持以油气勘探开发需求为目标，依靠科技进步，加强技术攻关，积极引进国外先进技术与装备，注重技术集成与配套应用，钻井技术整体上得到稳步提高，逐步发展并完善了具有中国石化特色的、适应不同类型油气藏勘探开发的钻井工程技术系列，为油气储量产量稳定增长、增加效益、降本增效起到了重要的促进和工程技术支撑作用。 “十五”以来，随着一批成熟技术的不断推广应用，大大提高了钻井技术水平，扩大了勘探领域，提高了勘探开发效果。优快钻井技术广泛应用，提高了钻井速度；定向井、丛式井钻井技术成为常规技术，在生产中广泛应用；规模应用复杂结构井钻井技术尤其是水平井技术，提高了油气产量，降低了开发成本；欠平衡压力钻井配套技术的推广应用，引进配套了20多套欠平衡装备并实现了国产化，编制了我国第一部欠平衡钻井行业标准欠平衡钻井技术规范；深井钻井技术获得长足进步，复杂深井钻井速度加快；钻井液技术进步明显，油气层保护技术不断创新完善；固井完井技术不断提高；钻井装备、工具、测量仪器研发技术更加成熟。 同时，一些攻关技术取得突破性进展，初步显示了良好的应用前景。通过多年的攻关研究并引进先进工具，分支井钻井技术得到了初步应用；大位移井钻井技术取得突破，具备了钻探水平位移达40005000米大位移井的能力；气体钻井试验取得良好效果；地质导向钻井配套技术研发获得成功；超深井钻井和实体膨胀管技术取得突破性进展；钻井信息技术也初见成效。 另外，套管钻井技术先导性试验、旋转导向钻井技术、自动垂直钻井技术、全过程欠平衡钻井技术等4项前沿技术攻关，取得了实质性进展。我国第一套自主研发的机械式自动垂直钻井工具在雷北1井的试验成功，标志着自动垂直钻井技术达到国内领先水平；在大牛地气田大平3井实现了静止欠平衡作业，自主研发的井下套管阀，性能指标已达到国外进口产品水平，具备了现场试验的能力。 “十五”以来，钻井工程技术取得了长足进步，但在旋转导向钻井技术、垂直钻井技术、高温高压及复杂地层的深井超深井钻井技术、大位移井技术、分支井技术、难动用储量高效开发技术、气体（气雾）钻井技术、欠平衡压力钻井配套技术、深水钻井技术和装备以及电驱动深井钻机等先进钻井装备研制、配套等方面还落后国外先进水平。 在装备方面，目前钻井设备的数量及其先进程度，无法满足集团公司勘探开发及外部市场开拓的需要。钻机配置不合理，标准化程度较低。固井设备和海上钻井平台设备老化严重，而且深水平台缺乏。测量仪器与国外相比差距较大，高温、高压测量、电磁波测量等方面仍处于空白。 在技术方面，现有钻井技术与国外存在差距。如何满足老油田勘探开发的需求，进一步提高完井固井质量，加快钻井速度，降低勘探成本；如何满足国内外探区错综复杂的地质条件，应用钻井新技术快速安全钻达目的层位；如何加快钻井装备的更新和新技术的发展，不断提高工程管理水平，尽快与国际钻井市场接轨等方面的课题亟待解决。1.1 钻井设备的国内外现状钻井是石油工业的“龙头”，钻井的投资占整个石油工业上游投资的一半左右。钻井工程技术水平直接关系到石油勘探开发的成败，决定着石油上游业务的发展潜力和竞争能力。 自20世纪90年代初开始，世界钻井技术进入快速发展期，主要以研发成功MWD/LWD、井下遥控可变径稳定器和自动垂直钻井系统等新技术为标志，进入了旋转钻井的信息化、自动化、智能化新时期。钻井技术已不仅仅只是为打开和建立油气通道，已经成为提高油气井产量、提高采收率等增储上产的新途径和主要手段。纵观世界钻井技术发展，总体来讲呈现出五大发展趋势。 近年来，国外石油钻机能力不断增加，自动化配套进一步完善。为适应深部、深海油气藏和更大位移井的需要，石油钻机设备趋向大型化和自动化。高性能的机、电、液一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。 钻机整体向着交流变频调速电驱动石油钻机（ACGTOAC）方向发展。为提高作业效率，同样钻深能力为1215千米的钻机，绞车功率从原来配置4000马力增大至50006000马力；转盘最大开口尺寸由原来491/2英寸增大至601/2英寸；钻井泵单台输入功率由1600马力升至20002200马力。海洋钻机钻井泵单台输入功率已有3000马力的样机。 20世纪90年代中期出现了交流变频驱动、液压传动的大功率绞车，并成为发展趋势。挪威MH公司为海上开发了Ram鄄rig（油缸）钻机。德国Bentec和美国TPC等公司先后开发了用于电驱动钻机的智能化产品，减轻了操作人员的劳动强度，提高了钻井作业效率。如自动送钻装置、软扭矩系统、钻井泵同步装置等。顶部驱动装置应用越来越普遍，正成为深井钻机的标准配置。 国际上钻井技术的发展趋势已经由传统的建立油气通道发展到采用钻井手段来实现勘探开发地质目的，提高单井产量和最终采收率。水平井、分支井、鱼骨井技术、最大储层接触井等特殊工艺井技术由于进一步提高了油藏暴露面积，有利于提高采收率、降低吨油开采成本而得到推广应用。水平井等特殊工艺井得到规模应用，美国和加拿大年水平井数分别占总井数的9%以上，大位移井的水平位移超过了1万米。 为提高储层钻遇率从而提高单井产量，地质导向钻井、旋转导向钻井技术在国外也已经进入大规模商业化应用阶段，成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻多分支井油藏开发的重要手段。采用连续油管技术进行水平井钻井，已成为提高单井产量、油田增产和开发难动用储量的主导技术。 国内外钻井行业围绕降低钻井成本、发现和保护油气层、提高单井产量为目标，迅速发展钻井技术。防斜打快技术向准确控制井斜、大幅度提高机械钻速方向发展，地质导向技术向提高特殊工艺井轨迹控制精度方向发展，大位移井向1万米及以上的水平位移方向发展，分支井向六级以上分支井的施工方向发展，小井眼钻井正向着微井眼方向发展。 在降低钻井成本方面，国外公司先后开发了Verti-Trak和PowerV直井钻井系统。利用该项技术，井斜最小可以保持在0.1度以内，机械钻速可以提高23倍。较好地解决了易斜地层和极特殊条件下的自动垂直钻井难题，具有明显的经济效益；依托随钻测井和随钻地震技术的NDS无风险钻井技术，达到了优化钻井过程、缩短钻井工期的目的；膨胀管专利技术，主要用于封隔复杂井段，减少井眼尺寸，也用于套管补贴、多分支井建井。减少井下复杂，降低钻井成本。 在发现和保护油气层方面，针对中、低压油气藏难以经济有效开发，探索利用气体等作为循环介质钻井，获得了成功。即通过往钻井液中注入降密度剂，从而达到降低钻井液密度，实现欠平衡钻井，达到发现和保护油气层的目的。 近年来随钻测量、随钻测井技术处于强势发展之中。随钻测井系列不断完善，已研制了适用于各种井眼尺寸的MWD/EMWD、LWD工具。其测量参数已逐步增加到近20种钻井和地层参数，仪器距离钻头越来越近。 与前几年的随钻测井相比，现在的随钻测井仪器更靠近钻头，近钻头传感器离钻头只有12米的距离。可靠性高、稳定性强，可更好地评价油、气、水层。随钻测井为用户实时提供决策信息，有助于避免井下复杂情况的发生，引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。 连续管钻井是国外20世纪90年代发展起来的一项新技术，也是国外大力研究和发展的热门钻井技术之一。连续管钻井可通过最大限度地降低钻井液浸入和随之而来的地层损害，以提高储层的产能。另一个优势是在钻机空间或噪音受到限制时，使用连续油管钻机比使用常规钻机更为有利。由于连续管操作简便，施工安全，污染小和占地少，操作人员仅需34人，作业效率很高，施工效果好，从而备受欢迎。 进入21世纪来，我国钻井技术得到快速发展，常规钻井技术得到进一步强化，特色钻井技术优势明显，钻井装备与工具发展迅速；深井钻井、欠平衡和气体钻井、水平井等方面取得了技术突破，整体技术水平得到很大的提升，与国外差距不断缩小。成功研制出具有自主知识产权的12000米大型成套钻机及其配套装备，自主知识产权的CGDS-1地质导向钻井系统研制成功，使我国成为世界上继美、法之后第三个掌握此项高端技术的国家。欠平衡/气体钻井提速和保护油气层技术得到广泛应用，成功研制出具有自主知识产权的气体钻井空压机、膜制氮装置及长寿命空气锤等配套装备与工具，实现了气体钻井技术装备的国产化。膨胀管、波纹管、套管钻井、电磁波测量、自动垂直钻井系统正逐步进入试验和应用阶段，大大提升了我国钻井的整体实力，使我国由钻井大国逐步向钻井强国发展。1.2 钻井设备的发展方向钻井作业是一项投资巨大的风险性工程，钻井装备的优劣直接影响着钻井速度、钻井安全和钻井经济效益。目前，我国石油钻井技术水平与国外先进水平相比尚有较大差距，而制约钻井技术发展的关键因素之一就是装备落后。为实现“十一五”钻井技术的发展目标，及时、全面了解国内外钻井装备最新发展动态，对比国内外钻井装备现状，找出差距尽快提高我国钻井装备水平，无疑是缩短与国外钻井技术差距、尽快走向和占领国际市场的必备条.目前，国内外已建立起一套更科学、更先进、更完善的设计思想、设计理论、设计方法和设计软件，引进了相关学科的高新技术与设备，进一步提高了石油钻机的整体设计和制造水平。近年来，石油钻机的发展呈以下新趋势：型式更趋于多样化钻机品种更趋向多样化、系列化，研制出了适用于不同地区、不同环境条件，能满足不同钻井工况、不同钻井工艺、不同井深和不同井型要求的专业化特种钻机，形成了石油钻机的多样化，进一步提高了钻机的适应能力，扩大了作业范围，提高了钻井效率。技术更趋于先进化通过交流变频、液压驱动、自动控制和人工智能等先进技术的交叉结合，并随着计算机、通讯和网络技术的广泛应用，钻井装备的机械化、自动化、智能化发展显示出更大的优越性。钻机技术的集成化、信息化、智能化、自动化及完善的钻井专家系统，有可能从根本上改变钻井方式，大幅度提高钻井效率。设计更趋于人性化薪型钻机充分体现以人为本的思想，特别注重HSE(健康、安全、环保)方面的考虑，最大程度地满足环保、安全等要求，设计更精细，最大程度地采用遥控设备，通过钻机的自动化设计，尽量避免人工作业和高空作业。另外，通过提高钻机的移运性和模块化水平，尽可能减少运输车次，降低安装难度。交流变频调速电驱动石油钻机具有机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性，其核心就是采用了交流变频调速技术。专家认为，交流变频电驱动是目前石油钻机最好的驱动方式，具有广阔的发展前景和强大的生命力，代表了当今石油钻机的发展趋势。美国的NOV公司、IRI公司，加拿大Dreco公司，挪威Hitec公司，德国Wirth公司等均研发了交流变频电驱动钻机。目前，交流变频钻机正朝着系列化、大功率方向发展。美国NOV公司、德国Wirth公司等的绞车功率形成5224474kw系列，钻机钻深能力突破了万米r2。在控制技术方面已经实现人机一体化、自动化、智能化控制，结合在线网络和专家系统，可以进行远程作业指导和诊断。“十五”期间，我国已成功研制出1000-9000m全数字交流变频电驱动钻机并形成系列，特别是宝鸡石油机械有限公司研制出的我国第一台拥有自主知识产权的zJg0DB型9000m超深井交流变频钻机，获得了5项专利授权，在我国石油钻井装备开发史上具有里程碑意义。在此基础上，2007年该公司又研制成功拥有自主知识产权的、钻深能力达12000m的电驱动钻机。13液压钻机l3液压钻机以液缸作为提升机构，以液压顶驱钻井装置取代传统的绞车、井架和游车等设备。液压钻机结构简单，系统质量小，承载能力高，钻台底座可利用空间大，功率利用率高，钻井成本低，且容易实现自动化作业。近几年来，加拿大、德国、意大利、美国和挪威等国许多以液压技术见长的公司，研制出多种类型(有的已形成系列)的液压驱动钻机并不断加以创新、改进、完善。液压驱动具有运动方式转换容易等优点，在大功率液压元器件可靠性不断提高的前提下，在对钻机体积和质量要求严格的情况下(如海洋平台、高移运性钻机)，液压驱动石油钻机已成为一种主要的发展趋势。目前，除了加拿大Tesco公司的套管钻井钻机、挪威海事液压公司的Ram钻机等普遍采用全液压驱动形式外，意大利Drillmec公司推出的HH系列全液压钻机已形成9802942kN钩载系列产品。美国Schramm公司于2006年8月推出了首台伸缩桅杆的TXD系列静液传动无绞车型动力头钻机，目前TXD系列钻机已有T90XD型、T130XD型和T180XD型3种规格，提升能力分别为4005、5785和8010kN。由于具有兰搬迁孳速竺度快石竺苎、成本低、节省拆装时间及有效人工劳动强度低等优势，近年来研发速度加快，具有较大的发展潜力。目前是新一轮钻机制造高峰期，一个重要的、具有驱动力的设计理念就是控制风险和提高可靠性。在这方面，美国NOV公司做了大量创新性工作，先后研制成功了多种先进的快速移运钻机。其中“快速”型钻机(RapidRig)达到2500kN的钩载，适用于浅井至中深井钻进。该钻机独特的小型化和自动化配置设计，使其易于运输和便于在井场快速安装。该钻机只用1台专用升降叉车，无需起重机和安装扒杆即可快速完成安装。钻台的自动化程度高，配有革命性的管子处理系统，可大大减少操作人员数量(只需3人操作)和事故发生概率_l5。我国南阳二机石油装备(集团)有限公司经过多年的研究和技术创新，目前已形成了10004000m车装钻机、10004000m拖挂钻机和10005000m模块化撬装钻机3大系列。其他快速移运钻机有兰石国民油井石油工程有限公司的5000m“理想钻机”、江汉第四石油机械厂和Ioadmaster公司联合研制的5000m“Bigeasy”钻机、四川宏华石油设备有限公司开发的4000和5000m快速移运钻机、宝鸡石油机械厂研制的ZJ30DBT型和ZJ40DT型钻机等。最近，兰石集团有限公司已生产出了全球第三台、亚洲第一台直升飞机吊装钻棚。小井眼钻机质量小、占地面积小、钻机配备功率低，尤其是采用模块化设计后，其搬迁和安装也非常简便。近年来，瑞典、美国、英国、意大利、德国和加拿大等国的制造商专门设计了小井眼钻机并逐步形成系列。1)瑞典Microdrill公司是最先设计小井眼钻机的公司，已设计了80O、1500、1700m 3种规格，其中MD一1500型钻机的井架高l1m，最大钻深1 500 m。2)Amoco公司和Nabor公司联合研制的Nabor170型小井眼钻机，井架高26m，最大钻深3600m，配有两台239kw的柴油机，比常规钻机装机功率减小8O。3)美国CBC公司的CS系列小井眼钻机钻井深度10004000m，其中CS一4000型钻机可进行连续取心钻井。1目前，连续管钻井技术的发展与应用继续保持着比较强劲的增长势头，世界上连续管钻井的数量、连续管钻井的应用领域和技术优势不断增加。国外专家在分析钻井技术发展趋势时指出，在众多类型的钻机中，连续管钻机日趋成为最受欢迎的钻机类型之一。随着配套装置和工具的发展，连续管钻机越来越表现出广泛的适应性和卓越的性能。目前，国外在用连续管钻机超过800台，并以超过常规钻机一倍的速度在发展。近年来，新型复合式钻机的问世进一步增强了连续管钻井的适应能力，利用这种机既可操作油管、套管作业，也可操作连续管作业，两种方式之间的转换在几分钟之内就能完成。复合材料连续管、连续管注入头、数据采集系统、过程控制系统、电缆安装系统以及专用工具的改进也取得了可喜的进展，使连续管钻机进一步向数字化、智能化方向发展。2新型顶部驱动钻井装置迄今为止，全球在用的和正在生产的顶驱装置有液压驱动和电驱动两大类型3。在电驱动顶驱中，又有ACSCRDC直流电驱动和交流变频电驱动两种形式。在交流变频电驱动顶驱中，根据电动机类型又可分为交流变频感应电动机驱动、交流变频永磁电动机驱动两种形式。21.1交流变频电驱动顶部驱动钻井装置近年来，随着交流变频大功率电动机技术的日益成熟，已有越来越多的顶部驱动钻井装置采用交流变频电驱动方式。专家分析认为，交流变频感应电动机驱动顶驱钻井装置功率利用率最高，动力消耗少，钻井成本低，具有良好的钻井性能，是目前顶驱中最经济的驱动型式，是顶部驱动钻井装置的发展方向。211 NOV公司的交流变频电驱动顸驱L7美国N0V公司目前生产16种规格的电驱动顶驱，其中大多数采用ACSCRDC直流电驱动，有3种顶驱采用交流变频电驱动单速齿轮传动机构，其中TDS一8型适用于所有海上钻机和大型陆地钻机，具有良好的钻井性能；TDS一10型适用于中小型陆地钻机、海上平台钻机和自升式平台钻机；TDS一1000型是专门为深井钻机研制的。3种顶驱的主要参数见表2.1。表 1.2.1212 Canrig公司的交流变频电驱动顶驱_加拿大Canrig公司生产的交流变频电驱动顶驱有4O17AC一122、6027AC、8050AC一712、1250AC一681和1275AC-6815种型号，其中后3种采用美国GEB-20交流电动机，配备变速、矢量传动装置，在钻进时可以输出平衡的扭矩，在单速传动顶驱中能获得较宽的调速范围，表现出较好的钻井性能，并能更好地利用工作转速和工作扭矩。这3种顶驱的主要参数见表1.2.2。表 1.2 .2 213我国的交流变频电驱动顶驱2004年4月，中国石油北京石油机械厂和中国石油勘探开发研究院采用交流变频驱动、PIC可编程控制器和现场总线控制等成熟可靠的先进技术，联合研制出了DQ70BS顶部驱动钻井装置。随后，北京石油机械厂又研制出了DQ90BS型交流变频电驱动顶驱，最大提升能力6615kN，为ZJg0DB型9000m超深井钻机配套，目前正在油田现场进行工业性试验。22液压顶部驱动钻井装置液压顶部驱动钻井装置能在较大范围内实现无级调速和自动恒功率调节，具有运行平稳、无冲击、运动惯量小、易于防止过载、操纵性好等优点，种规格的液釜压顶驱长的钻井装备制造公司生产出多。221 Tesco公司的液压顶驱以液压技术见长的加拿大Tesco公司生产了HMIS475、HCI750、HCI1205和HS75011004种型号的液压顶驱。HMIS475型液压顶驱为结构紧凑的轻便型顶驱，适用于小井架，具有浅井钻机和修井机所要求的工作特性和管子处理功能；HCI750型和HCI1205型液压顶驱为多用途、高性能顶驱，结构设计紧凑，适用于大多数安装双桅杆式和三桅杆式井架的陆地钻机以及海洋钻机；HS 7501100型液压顶驱为该公司最初设计的轻便式液压顶驱，适用于大多数钻机作业。这4种顶驱的主要参数见表1.2.3。 表 1.2. 3 222 NOV公司的液压顶驱美国NOV公司目前生产TD120P、TD150P、TD250P和TD350P 4种规格中小型液压顶驱，其主要结构特点是：采用液压驱动方式，两台定排量活塞式液压马达同时驱动钻柱旋转进行钻井作业。液压系统由柴油机、液压泵、液压管线、热交换器、油箱和控制系统等组成。NOV公司的液压顶驱质量小、结构紧凑、安装方便、操作安全，其核心就是已被工业界充分验证的、最耐用的Bowen动力水龙头。这4种顶驱的主要参数见表2.4。表1. 2.4 3新型钻井泵为了适应石油钻井新工艺、新技术的迅速发展，满足石油钻机开发创新和更新换代的需要，近年来，国内外注重大功率钻井泵、液压钻井泵及其他新型钻井泵的研制与应用。31新型大功率三缸钻井泵三缸单作用钻井泵在陆地和近海深井、超深井、水平井钻进中起到越来越重要的作用。为了适应深井、超深井、水平井钻井的需要，世界上一些主要钻井装备制造公司，如美国的NOV公司、德国的Wirth公司等，都在致力于提高钻井泵的功率和工作压力，并在钻井泵的结构设计、材料选择、制造工艺等方面进行了明显的改进_5。目前，美国LEWCO公司研制的W一3000型钻井泵的最大输入功率已经达到2205kW(3000hp)，泵压提高至517MPa，最大排量658Lsl1。开发大功率、高泵压钻井泵是必然的发展趋势。新型大功率钻井泵具有以下特点：1)泵压提高至517MPa；2)液力端采用L形结构，以便于维修和更换易损件；3)当液力端的泵压超过42MPa时，因传统橡胶活塞不能承受过高的压力，须采用柱塞、盘根形式；4)由于液力端的压力较高，泵头均选用抗疲劳的高强度材料，并在工艺上进行自增强处理；5)因大功率钻井泵大都在海洋钻井装置上使用(一般配3台，其中1台备用)，由于受平台质量平衡的限制，钻井泵的质量要尽量减小；6)一些先进的技术与设备，如早期故障诊断的监控等，在大功率钻井泵上得到应用。国外主要厂家大功率钻井泵的性能参数见表2.5表 1. 2. 5 我国宝鸡石油机械厂研制的F一1600HL型钻井泵，泵压从350MPa提高517MPa，最近又开发出F一2200HI新型三缸钻井泵。这两种泵的动力端与常规三缸泵相同，但液力端采用I形结构，由吸入液缸、排出液缸、整体排出管和排出五通组成。F一2200HI型是F系列中功率最大的泵，额定功率为l617kW(2200hp)，额定冲次105min，冲程为356mm，最大工作压力517MP 32新型液压钻井泵4结论与建议继挪威MH公司利用液压驱动技术的特长研制出著名的Mudmaster液压钻井泵并获得良好的应用效果之后，为了进一步发挥这种新型钻井泵的优势，也为了更好地与液压驱动石油钻机配套，美国、挪威和瑞典等国都有厂家致力于这种钻井泵的开发与应用。与机械式钻井泵相比，液压钻井泵主要具有以下优点：1)输出压力稳定，不需要安装空气包；2)液力端活塞采用液压平衡，油润滑，延长了其与缸套的寿命；3)长冲程，低冲次，水容积效率高；4)无级调节排量，实现自动调节(恒功率、恒压、恒排量)；5)空载启动，缓慢起压工作，起压无振动，力矩小，开泵、停泵方便；6)结构简单，质量小(只有相同功率机械泵的1312)；7)液压控制系统几乎没磨损，可以长期、可靠使用，并具有各种自动保护功能；8)总工作效率高，可达85以上，而且制造容易，相对成本低；9)无需机械及电器方面的无级变速，可增加钻机整体性能，确保钻机安全。32新型六缸钻井泵美国NOV公司近几年推出的HexPump150新型六缸钻井泵，具有输出压力脉动小、活塞和缸套磨损轻、结构紧凑、质量小、工作性能好、效率高等特点。该钻井泵采用6个垂直布置的柱塞，通过柱塞上方的一个特殊形状的凸轮旋转来使柱塞产生抽吸运动，精确的传动机构最大程度地减弱了输出脉动。该钻井泵的功率为11025kW，最大冲次212min，泵压517MPa时的流量为522Ls。与传统钻井泵相比，新型六缸泵的体积减少45，质量减小35，振动和噪音降低，柱塞的运动更加稳定，而且大大减弱了输出的压力脉动l1。据悉，NOV公司还在研制更大功率(1764kW)的六缸钻井泵，尺寸与150型相同，主要结构不变，但采用了更大功率的交流电动机，某些部件的强度也要升级。2 井斜的原因 按照设计轨道的不同，井可以分为两大类：直井和定向井。对于直井来说，设计轨道都是一条铅垂线，不需要进行特殊的设计。但钻井历史表明，实际井眼轨迹存在偏离铅垂线的现象。人们将井眼轨迹相对于铅垂线的偏离现象称为井斜。井斜的危害很大，有时会造成严重的恶果。井为什么会斜呢？钻井实际证明，造成井斜的主要原因有地质因素、下部钻柱弯曲和设备安装及操作技术的因素。2.1.地质因素对井斜的影响人们提出了许多理论，来解释地质因素导致井斜的原因。其中。最本质的地层的各向异性和地层的倾斜。（1）倾斜的层状地层对井斜的影响当钻头在倾斜的层状地层中钻进时，钻至每个层面的交界处，地层上倾一层的岩石因不能长时间支撑所加的钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易被钻掉。相反，在井眼下倾一侧却残留一个小斜台，这一岩块起变向器的作用，给钻头一个横向力将其推向井眼上倾一侧，从而造成井斜。这样，当钻头钻至每个层的交界面时都会出现上述现象，如图3.1所示，地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，井斜也就越大。此外，这种作用处造斜成井外，还会减小井眼的有效尺寸，引起其他事故发生。地层倾角对井斜的影响规律可认为：地层倾角小于45时，井眼一般沿地层上倾方向偏斜；地层倾角大于60时，井眼将沿地层下倾方向偏斜；地层倾角在45-60之间时，属于不稳定地区。若单从地层因素考虑，井斜角最大也不会超过地层倾角。 图 2.1 倾斜层状地层井斜原因（2）地层的各向异性对井斜的影响大量的钻井资料证明，在一些具有明显层理的岩层中钻进时，在平行于层理的方向上岩石破碎比较困难，在垂直于层理的方向上岩石破碎比较容易。这种在不同方向上地层强度上的相对差异，称为地层的各向异性。钻井时钻头将沿着破碎容易的方向前行，因而发生井斜。图 2.2 钻头在不同方向上的破碎速度图3.2 a 中，1、2、3三个方向上的速度是V1V2V3 .由于地层水平，井眼不发生倾斜。b中，地层倾斜，钻头趋向于垂直地层层面方向偏斜。C中，地层呈垂直状态，由于垂直于层面的强度小，所以井壁岩石不容易破碎。钻头稳定性差，钻进时容易井斜。且方位不稳定。（3）岩石软硬交错对井斜的影响 岩性变化影响的趋势见图。图3.3（a）为钻头从软地层进如硬地层时，在A侧首先接触到硬岩石，而B侧还在软岩石内。这样，在钻压的作用下，由于A侧的岩石硬，可钻性小，钻头刀刃吃入地层少，钻速慢；而在B侧的岩石软，可钻性大，刀刃吃入地层多，钻速快。这样钻出来的井眼自然会倾斜。也可以说是由于钻头两侧受力不均，在A侧的井低反力的合力比B侧大，将产生一个弯距M，扭转钻头使其沿着地层上倾方向发生倾斜。图3.3（b）为钻头从硬地层到软地层井眼的倾斜趋势。开始由于A侧地软，钻头吃入多，钻速快，B侧地层硬，钻速硬，井眼有向下倾方向的趋势。但当钻头快钻出地层时，此处岩石不能再支撑钻头的负荷，岩石将沿着垂直于层面方向发生破碎，在硬地层一侧留下一个台肩，迫使钻头仍回到地层上倾方向发生倾斜，且往往再界面处形成狗腿。图 2.32.2下部钻柱弯曲对井斜的影响钻进时靠下放部分钻柱重量给钻头施加钻压。在直井中，钻压较小时下部钻柱保持直线稳定状态。当钻压增值某一临界点时，下部钻柱发生失稳弯曲并于井壁产生切点，钻头及其相连接部分钻柱的中心线偏离井眼轴线而使钻头偏转一个角度发生倾斜。钻头倾斜后最井低产生不对称切削，这是产生井斜的重要因素。随着钻压的进一步增大，切点下移，钻头偏转角度增大，对井斜影响更大。2.3.其他因素的影响实践证明，影响井斜的因素的除地质因素和下部钻柱弯曲之外，还有工程施工质量和操作技术水平等因素。如天车、转盘和井口不在同一铅垂线上，方钻杆弯曲，接头丝扣歪斜，送钻不均匀等等。所有这些因素均属于人为造成的，在施工中应给予充分注意。 3 井斜控制技术3.1空气锤防斜由于空气锤破岩机理主要是冲击破碎,所需钻压仅仅是为了克服空气锤在促使活塞下行时在气缸内所产生向上推举力。因此,空气锤钻井钻压一般较小(25 t)。空气锤正是利用小钻压有利于减小钻头偏转角、增大钟摆力来防斜打快。同时,空气锤靠纵向冲击破岩,横向切削作用很弱,与牙轮钻头相比,其结构都更利于向前即沿轴向钻进,钻头各向异性指数(Ib)趋近于1。因此,与牙轮钻头相比,空气锤更有利于防斜。采用空气锤防斜打快的井,防斜效果显著,井斜基本都控制在3以内,见图4.1。 图 3.1 空气锤和钟摆钻具防斜效果图3.2钟摆钻具组合防斜钟摆钻具防斜是利用钻柱下部悬臂自重产生的钟摆力,制约钻头上受到的横向造斜力的作用,从而控制井斜角5。光钻铤钻具是最简单的钟摆钻具,但其防斜作用有限,一般配合空气锤钻头使用。而最普遍而又是最有效的措施是在适当高度安放扶正器作支点,提高钟摆降斜力。稳定器的理想安放高度根据井眼尺寸、钻铤尺寸、稳定器直径、井斜角、钻压等参数确定。在L G1井3 601.324 049.16 m试验了双稳定器钟摆钻具组合防斜技术,井斜角基本控制在3以内。3.3螺杆钻具组合防斜螺杆钻具具有转速高的特点,从而可以降低钻压、减小钻头偏角,达到防斜打快目的。七北102井气体钻井钻至3 083 m,井斜较大为4.9,此时试验了空气螺杆防斜技术,进尺为254.4 m,降斜为1.65,降斜效果明显,但空气螺杆本身的可靠性还需提高。3.4刚性满眼钻具组合防斜技术 该技术是20世纪60年代行成的一类防斜技术。基本原理时通过提高底部钻具组合的刚性，减小钻具与井眼的间隙，提高底部钻具组合的抗弯曲能力，减小钻头倾角和钻头横向力，抵消底部钻具弯曲产生的增斜作用，达到防止井斜的目的。该技术只适用于小井斜条件，在高陡构造斜地层和大井斜的情况下，不易采用，否则，井斜会越来越大。3.5其他防斜技术除上述技术，还有其他技术。如西安石油学院余志清教授研制的水利防斜技术；长庆钻采院龚伟安研制的压不弯钻挺装置、重锤式纠斜器。4 井斜控制技术的发展趋势4.1 大钻压法降斜 防斜打快已成为钻井技术发展的方向之一，离心力偏心、纠斜和利用钻具弯曲防斜、纠斜等大钻压法防斜、纠斜技术，由于其成本低、效果好，且有利于提高钻井效率，仍是常规勘探、开发直井井斜控制技术的发展方向。4.2 多功能防斜钻具组合 多功能防斜钻具组合主要由变径稳定器和单弯螺杆的组成，是常规防斜钻具的重要升级和发展，具备常规钟摆钻具和满眼钻具的功能。4.3 复合导向钻井技术 复合导向钻井技术在定向井、水平井中的普遍应用，证明该技术时控制井斜的一个好方法。其在直井中应用的难点时成本高，如果能进一步提高井下马达的寿命、降低适用成本，配套合适的钻头，这该技术也将是防斜打快的一个发展方向。4.4 闭环控制导向钻井SDD自动垂直钻井系统可应用于地层造斜能力很强的地质条件。从理论上讲，可将全井井斜控制在0，并且适用中取得的效果液证明了这一点。这一类直井钻井专用井下工具是解决井斜问题的嘴有效手段，时防斜打快的必然趋势。5 对抗器的结构设计5.1对抗器的主要参数本计算包括过流截面的计算、液囊压力传递的计算等。这些都是对抗器设中主要的水力学设计计算，因此决定了液力对抗器的主要参数。从对抗器的结构图可以看出，传液管通过的对抗器体部分，螺纹连接部分、螺纹退刀槽部分、需进行强度校核计算。而部分标准可以从相关手册中查到标准值，故不包含在本计算中。名义尺寸 in 外径 114.3mm内径 69.8mm壁厚 22.2mm 横截面积 6427 连接形式 NC46抗拉强度 管体 2440KN 接头 4560KN抗扭强度 管体 55.2KN 接头 52.6KN紧扣扭矩 29.56KN管体加重钻头重量 61.0Kg/m5.2外径 158.5mm总长 2877mm工作介质 清水工作压力 8.38Mpa工作流量 24L/s泥浆工作介质密度 1.2-1.5g/钻头尺寸 in适应井深 4000m压力 25Mpa适应钻机 2J40 大庆I-130温度梯度 35C/Km上接头螺纹 NC46下接头螺纹 4REG5.3地面泥浆泵 型号 F-1000三缸泥浆泵 台数 2台 选用缸经 5寸 选用冲数 150次/分泵的额定压力 29.8Mpa 排量 1448L/min（即24L/s）5.4下部钻具组合 三牙轮钻头 in + 对抗器（）+ 钻铤（m）+加重钻杆（）+钻杆（52740m）+ 方钻杆（略去扶正器、减震器的装置） 其中：对抗器参数： 外径 158.7mm 内经 78mm长度 2877mm钻铤参数：钻铤是钻柱的重要组成不分，作用是给钻头提供钻压，同时使下部钻具组合据有较大的刚度，从而是尊头工作稳定，并有利于克服井斜问题。螺纹类型 NC46外径 158mm内径 71mm长度 9.1m或9.4m重量 123.6kg/m紧扣扭矩 最小 30.00 Knm 最大 33.00 Knm单根 9.45m/根方钻杆参数：方钻杆位于钻柱的最上端，器主要作用是传递扭矩。由于壁厚比钻杆大三倍左右，并用高强度的合金钢制造，固有较高的抗拉强度和抗扭强度。内空直径 71.4mm 加重钻杆参数：加重钻杆的特点是壁厚比普通的钻杆增加了2-3倍，器接头比普通钻杆接头长，中间还有特质的磨锟，主要用于一下几个方面：（1） 用于钻铤与钻杆的过度区，缓和两者的弯曲刚度的变化，以减少钻杆的损坏。（2） 在小井眼重代替钻铤，操作方便。（3） 在定向井中代替大部分钻铤，以减少扭矩和黏附卡钻等的发生，从而降低陈本。 5.5 其他计算条件（1）对抗器处于深潜状态，且处于一个实际的连通器中，故各运动部件为各同相应力状态；（2）在一般的计算中可略去运动机件间的摩擦阻力，泥浆的浮力计入其影响；（2）井下温度梯度为35C/Km，不考虑温度对泥浆粘度值、压力值的影响。5.6 液力对抗器的工作原理 如图 5.1 所示，液囊-耐磨片的液力对抗器结构与工作示意图。 图 5.1 图中对抗器体2由于之相连接钻铤柱同样公称尺寸的一节钻铤制成，它的上不装有保护街头1 ，其作用是连接钻铤柱同时可对上液囊固定卡子3、 4 予于保护，避免其磨损。对抗器体 2 的上部装有上液囊 8 、上防沙瓦27和耐磨片9，它们都用上液囊固定卡子3、 4 ，以及螺栓22，单舌放