钻井系统简介[特选应用]

1、 钻井系统简介钻井流体的重要性和它的属性泥浆，通常在钻井系统的设计和操作中扮演着重要的角色，它主要有以下几个作用：1 在钻井过程中带走切下来的岩屑。2，防止在钻井过程中外部的油，气，和水进入井中。3，冷却钻头和钻杆4，防止井口塌陷。要达到以上的要求必须使泥浆的黏度，比重，强度，失水性满足钻井的要求。通常的要求是：A，黏度足够低能够被泥浆泵容易泵送，足够高能够把岩石屑带回地表。当黏度不满足上述要求时，可以通过稀释，机械分离，化学方法处理之。B，比重需要足够的高以阻止流入物进入井中。比重可以通过增加一些比重比较大的物质，如陶土等增加或者通过机械分离出一些比重比较大的物质，加水稀释来减小比重。C，失

2、水性，可以通过添加一些添加剂使失水达到最低水平。泥浆循环系统：泥浆泵是整个钻井系统的心脏。泥浆泵在很高的马力下从泥坑中吸入泥浆，泥浆被泵送到钻井平台上的立管中，经过软管进入TOP DRIVER ，钻杆，最后到达钻头。在喷射状态下从钻头上的孔中喷出，携带被钻头切下的岩屑从环形空间返回地面。它们将会再经过油气分离器除去泥浆中带出的油气，振动筛除去里面的比较大的岩块，除沙器除去沙子，等一系列过程，直到泥浆再次回到泥坑。在这个循环过程中，泥浆的一些特性会发生变化，泥浆然后被泥浆混合泵泵送到混合斗，在这里一些比重比较大的物质如陶土，重晶石等被添加到里面，或者通过机械分离的方法除去里面比重比较大的物质。或

3、者进入泥浆处理房添加一些添加剂，从而得起初的特性以便再次循环泥浆设备的操作特性和要求泥浆泵：高压高速多作用往复泵，泥浆泵可产生高达5000磅的压力使泥浆得以循环，排出总管的设计压力7500磅，在深水钻井中甚至达10000磅。管子和管路附件一般要用SCH160或者XXH strong类型，阀一般要用DEMCO或者CAMRON 1500# 等级的闸阀。在泥浆泵的进出口装有空气室或压力波动缓冲装置（往复泵的特性要求），为了帮助泵吸入，在泥浆泵的前面装有增压泵。在设计泥浆泵的进出口管线和泵的选择中，应考虑到泥浆在钻井过程中扮演的角色，有以下三个方面影响到钻井的穿透性：1，钻头上的重量2，旋转的功率。3

4、，钻头上的液压力。对于前两个方面，钻头上的重量的增加，旋转功率的增大，都会提高钻井的穿透性。但要么成本过高，要么会加大钻杆各连接处的振动。而对于钻头上的液压力，取决于泥浆泵的容量，钻杆尺寸，钻头孔眼的大小。这就要求泥浆泵能够产生足够高的压力，克服循环过程中的摩擦损失，以高速从钻头孔眼喷出，带走切屑。立管，软管： 在进入钻井管线之前，泥浆首先进入立管，软管是运动管线和静止管路的连接部分。立管和软管可以经受7500磅的测试压力。立管和其附件需要SCH160或者XXH nature。钻井管线，包括钻杆，套管(COLLARS)，钻头。钻杆通过隔水套管（RISER）一直延伸到海床，下面连接钻头，因此在钻

5、杆和隔水套管之间会形成一个环形的空间。它是泥浆的回流路线。泥浆回流管路：油气分离器，振动筛，除沙器， DESILTER，泥坑。油气分离器分离出泥浆中携带的油气，排放到大气中。泥浆中过多的油气会导致泥浆的喷发。钻架顶部的透气管需要足够的大，使气体能在较小的背压下燃烧，高度足够高以保证安全。油气分离器通常装有一个泵，它从返回泵中吸入泥浆，高速流动的泥浆通过油气分离器中的挡板，在这里，泥浆和油气被分离出来，以不同的方向排出。油气分离器在振动筛房(SHAKER HOUSE)的顶部，这样泥浆就可以以较小的压力流到振动筛振动筛：由马达驱动的一个筛子。通常一个钻井平台上有多个振动筛，因此泥浆在流入它之前有一

6、个分配器，用于分配到达每个振动筛的泥浆量。，振动筛主要是从泥浆中分离出体积较大的切屑，分离出来的切屑进入cutting blower 进行处理，然后再进入切屑处理系统。除沙器：除沙器用于除去泥浆中体积比较小的切屑，它和后面提到的DESILTER都是采用了水力旋流器的原理。泥浆通过一个离心泵从振动筛的SUMP(坑)吸出，以切线方向高速进入除沙器，流体在里面旋转起来，比重大，体积大的杂质因为离心力的作用被甩到靠近壁的外部空间。沿外壁流到下面的盘中。相反地，比重小的泥浆和一部分体积很小的杂质就会集中在中间的空间，沿中间的管上升排出，进入DESILTER进行进一步的分离。DESILTER：和除沙器的原

7、理一样，但是它的CYCLONE只有4” ，而除沙器是6” 。因此能分离更加细小的杂质。最后分离后的泥浆返回到泥坑中重新利用或者进行处理。泥坑和泥浆处理系统（低压）上面已经提到，当泥浆从返回时，它会失去先前的特性，因此，在它再次循环之前，需要进行处理。泥浆混合泵就是起这个作用的。它主要有以下几个作用：1， 增加必需的泥浆的比重。泥浆被泥浆混合泵从泥坑里面泵出来经过一个混合斗，在这里比重比较大的陶土，重晶石等被添加进去，它的原理就是喷射泵，泥浆作为引射流体进入混合斗下面的类似喷射泵的装置中，形成局部真空。混合斗中的比重较大的物质在大气压的作用下被吸入，并且在这里和泥浆混合在一起。2， 混合泥浆或者

8、泥粉加水以补充泥浆量，泥浆从一个方向被添加到旋流器，与此同时，从泥粉储存压力罐中的泥粉在气动控制系统的作用下，从相对的方向进入。由于喷嘴是相对设计的。因此，当其中的任意一个工作的时候，都会产生一个旋转运动。这样，泥粉和水或者泥浆就容易混合。旋流器通常挂在泥坑的顶部，这样混合的泥浆靠重力就可以流回到泥坑。3， 添加一些化学控制添加剂，泥浆被输送到处理房，在这里化学添加剂被加到泥浆里面。4， 泥浆进入到一个机械离心分离装置，产生旋转运动，大比重的重晶石等物质就会被分离出来。泥浆从泥浆处理系统返回到泥坑中后，为防止比重大的物质沉淀下来，就要用到泥浆搅拌器。由机械动力驱动的叶片不停地在每个泥坑中搅拌，

9、以保证泥浆密度的均匀性。泥粉和水泥处理系统固态粉末状的泥粉和水泥是由气动处理系统完成的。每个平台上通常有6到8个储存罐，2-3个用于水泥，其余的用于储存泥粉。固态的泥粉和水泥由驳船上的压力罐，通过主甲板上的装卸站，在压缩空气的驱动下送到平台上的储存罐里面，或者送到压力调节罐中，或者送到高速混合器（high rate mixer）里面，用于泥浆的混合。通常压缩空气的压力大约在40磅左右。当进行CEMENTING操作的时候，水泥粉在压缩空气的驱动下，进入水泥储存罐，再进入BBL batch mixer 里面，在这里，钻井水（drill water）和水泥混合成水泥浆，进入CEMENTING UNI

10、T ，建立高达10000磅的压力。进入水泥总管（cementing manifold） 节流和压井管汇(choke /kill line),和泥浆一样通过立管，软管进入钻杆，最后到达海底，用于固井。节流和压井管汇的作用：钻井过程中往往会遇到海底浅层油气，大量的高压的油气会进入回流泥浆，造成井喷（blow out），如果井口破坏，大量油气在平台下部积聚，海水浮力减小，甚至造成整个浮试平台的倾覆。为控制井喷的发生，在BOP （blow out preventer）上接有节流，压井管汇。一旦BOP关闭时，泥浆就从节流，压井管汇，在很高的背压下，缓慢流回地表。节流/压井管汇和BOP一样，基本结构是一个

11、高压阀组。它们的设计压力为15000磅。防喷器的结构和作用：防喷器一般由闸板防喷器，环形防喷器(annular ram)组成，通常闸板防喷器有多组，剪切封闸板防喷器(shearing ram) 和全封闸板防喷器（blind ram）等。各个防喷器就是一个个闸阀，当然环形防喷器例外。它们的开关由液压管线控制（bop control line）。在深海钻井中，防喷器和井口盘由液压连接器联结起来，坐在海床上面。在BOP的上面通过液压连接器和隔水套管（riser）相连。在防喷器的下部，连接有节流和压井管汇。防喷器通常被安装在一个框架结构里面，因此，它也叫BOP STACK 。由于它是重要的井控设备，因

12、此它的安装和测试也非常严格。分流器（diverter）:分流器看以看成一个简单的环形防喷器，当压力相对较低的浅层油气沿泥浆通道经过分流器时，分流器通过两条通径达18”的管，把含气泥浆排放到平台两侧舷外，避免倾覆。同时分流器也是返回泥浆的通道，通过这里泥浆返回到SHAKE HOUSE 或者GUMBO BOX 。管路通过刀阀在连接在分流器上面。刀阀应该尽量水平安装，以避免切屑驻留在阀体内。返回泥浆管线应不小于5的倾斜度布置。每个刀阀的开关均由液压控制，通常和BOP用同一个控制系统。统称为DIVERTER&BOP CONTROL SYSTEM 。液压控制管路的压力在1500磅左右。隔水套管张紧系统：在浮试钻井平台中，由于海况的变化，会导致平台产生摇摆和上下起伏的运动。而隔水套管需要在一个相对静止的状态下工作，否则无法建立从水面到海床的封闭空间。隔水套管张紧系统就是用来解决这个问题的。通常一个平台上装有46个张紧器。整个系统包括多个汽缸活塞组，蓄能瓶，张紧器连接环（tension-ring）,以及控制系统等。最上面的23节隔水套管是滑动连接的（slip joint）。从而保证了它有伸缩的空间。在这节隔水套管上面固定着张紧器连接环，汽缸活塞组的通过连接环掉着隔水套管。汽缸被活塞分割成2个独立的空间，一个空间充有液压油和另外一个