石油钻井循环系统培训ppt课件

1、 1.1 1.1 钻井液固相控制循环系统钻井液固相控制循环系统 钻井液，是钻井过程中运用的循环的流体，是液体、固体和化学处置剂的混合物。钻井液的循钻井液，是钻井过程中运用的循环的流体，是液体、固体和化学处置剂的混合物。钻井液的循环，是钻井液经钻井泵加压获得水压头后，经过高压管汇、水龙头保送到钻杆内腔，沿钻杆内腔流环，是钻井液经钻井泵加压获得水压头后，经过高压管汇、水龙头保送到钻杆内腔，沿钻杆内腔流到地下，从钻头喷嘴放射出来，将钻头在地层下破碎的岩屑沿钻杆外的环形空间带回地面，经过振到地下，从钻头喷嘴放射出来，将钻头在地层下破碎的岩屑沿钻杆外的环形空间带回地面，经过振动筛、除砂器、除泥器和离心机

2、等净化设备将钻井液中的岩屑按从大到小的顺序逐级分别得以净化动筛、除砂器、除泥器和离心机等净化设备将钻井液中的岩屑按从大到小的顺序逐级分别得以净化，净化后的钻井液流入钻井液罐待钻井泵汲取再循环。在此过程中随钻头打钻深度添加，地层疏松，净化后的钻井液流入钻井液罐待钻井泵汲取再循环。在此过程中随钻头打钻深度添加，地层疏松程度、气体分布、岩石巩固情况、等复杂的地层情况随时发生变化，需求及时向钻井液添加一些改程度、气体分布、岩石巩固情况、等复杂的地层情况随时发生变化，需求及时向钻井液添加一些改动性能的资料如堵漏剂、重晶石粉等，改动钻井液的性能参数，积极应对地层变化，保证钻进动性能的资料如堵漏剂、重晶石粉

3、等，改动钻井液的性能参数，积极应对地层变化，保证钻进的平安顺利的进展。所以，需求一套完好的设备和检测仪器：如钻井液罐、振动筛、除砂器、除泥的平安顺利的进展。所以，需求一套完好的设备和检测仪器：如钻井液罐、振动筛、除砂器、除泥器、除气器、离心机、混合漏斗、离心泵、搅拌器、液位检测仪、密度计、粘度计等，这些设备和器、除气器、离心机、混合漏斗、离心泵、搅拌器、液位检测仪、密度计、粘度计等，这些设备和仪器以一定的方式结合运用，对循环中的钻井液在地面的钻井液罐上进展净化、化学药剂资料的添仪器以一定的方式结合运用，对循环中的钻井液在地面的钻井液罐上进展净化、化学药剂资料的添加和检测，构成钻井液固相控制和循

4、环系统。加和检测，构成钻井液固相控制和循环系统。1.2 钻井液功能及作用钻井液功能及作用 1 冷却和光滑钻具。冷却和光滑钻具。 2 清洗井底，携带岩屑，并能在地面沉除岩屑和砂子。清洗井底，携带岩屑，并能在地面沉除岩屑和砂子。 3 在井壁构成巩固的非浸透性的泥饼，维护井壁。在井壁构成巩固的非浸透性的泥饼，维护井壁。 4 停顿循环时悬浮岩屑和加重剂。停顿循环时悬浮岩屑和加重剂。 5 协助录井提取所钻地层的资料。协助录井提取所钻地层的资料。 6 抑制地层压力，在钻井过程中防止井喷、井漏抑制地层压力，在钻井过程中防止井喷、井漏 井塌和卡钻等事故。井塌和卡钻等事故。 7将水马力传送到钻头。将水马力传送到

5、钻头。 8 接受钻杆和套管的分量。接受钻杆和套管的分量。 9 发现和维护油层。发现和维护油层。 10 维护和防止钻杆受腐蚀。维护和防止钻杆受腐蚀。 钻井液固相控制的方法通常有四种：即稀释、交换、机械去除和沉淀。大多数以机械去除最有钻井液固相控制的方法通常有四种：即稀释、交换、机械去除和沉淀。大多数以机械去除最有效、最经济的固相控制方法。效、最经济的固相控制方法。 国内外统称钻井液未国内外统称钻井液未“泥浆。钻井过程中，从井底前往地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，泥浆。钻井过程中，从井底前往地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过泥浆池的自然沉降，因泥浆的粘度和比重较大，其中的固相颗粒只能稍稍的减

6、少，继续运用这经过泥浆池的自然沉降，因泥浆的粘度和比重较大，其中的固相颗粒只能稍稍的减少，继续运用这种泥浆，必然会有一些岩屑和砂粒随泥浆进入泥浆泵，被再次送入井底，呵斥泥浆泵易损件和钻头种泥浆，必然会有一些岩屑和砂粒随泥浆进入泥浆泵，被再次送入井底，呵斥泥浆泵易损件和钻头寿命的大大缩短，钻头进尺减少，钻速降低，大量的岩屑和砂粒破坏了泥浆的造壁性能，甚至呵斥寿命的大大缩短，钻头进尺减少，钻速降低，大量的岩屑和砂粒破坏了泥浆的造壁性能，甚至呵斥井塌、卡钻等事故。因此，采用振动筛、除砂器、除泥器等泥浆净化设备进展机械分别，尽能够降井塌、卡钻等事故。因此，采用振动筛、除砂器、除泥器等泥浆净化设备进展机

7、械分别，尽能够降低泥浆中的固相含量，去除掉岩屑颗粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、胶体等有用成份低泥浆中的固相含量，去除掉岩屑颗粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、胶体等有用成份。使泥浆净化，对于改善泥浆泵、钻头、钻具任务条件具有非常重要的意义。使泥浆净化，对于改善泥浆泵、钻头、钻具任务条件具有非常重要的意义。 钻井实际阐明，当泥浆中固相颗粒减少钻井实际阐明，当泥浆中固相颗粒减少1%时，钻头的寿命延伸时，钻头的寿命延伸710%，钻速提高，钻速提高29%。井口泥浆泵振动筛除砂器除泥器离心机混浆系统 从井筒中前往的钻井液经溢流管进入振动筛，筛除较大的固相颗粒。筛分后的钻井液聚集于振动筛罐

8、的锥形沉砂仓，依次流入除气仓、除砂仓、除泥仓和离心机仓。 在除气仓，当钻井液遭气侵性能改动时，需启动除气器将除气仓内的含气钻井液进展脱气处置，处置后再排入除砂仓。假设钻井液性能良好，没有气侵，不用进展除气处置，锥形仓的钻井液直接流入除砂仓。 在除砂仓，除砂器供液泵汲取钻井液供应除砂器，经过除砂器将钻井液中大于44 74m的固相颗粒去除，除砂后的钻井液排入除泥仓。 在除泥仓，除泥器供液泵汲取钻井液供应除泥器，经过除泥器将钻井液中大于1544m的固相颗粒去除，除泥后的钻井液排入离心机仓。 在离心机仓，离心机供液泵汲取钻井液供应离心机，经过离心机将钻井液中大于215m的固相颗粒去除后排入吸入罐或贮藏

9、罐，这样就完成了钻井液四级净化工艺。 完成净化的钻井液流入吸入罐、中间罐、混浆罐和贮藏罐。两台钻井泵经过钻井液吸入管汇可分别从吸入罐、中间罐、混浆罐和贮藏罐中汲取钻井液打入井筒。类型： 按筛箱的振动轨迹分为圆形轨迹圆振筛、直线 形轨迹直线筛、椭圆形轨迹椭圆筛。性能参数： 1 投掷指数D 岩屑加速度垂直于筛面分量与重力加速度垂直于筛面分量之比。投掷D指数综合了颗粒跳离筛面的投掷角、振幅、频率和筛面倾角的关系。普通在4至6之间 2 处置量l/s 单位时间透过筛面的钻井 液体积。 在钻井过程中，由于地层压力较高，气体被溶解在钻井液中，当在钻井过程中，由于地层压力较高，气体被溶解在钻井液中，当钻井液前

10、往地面，压力减小，被溶解的气体膨胀为大小不等的气泡钻井液前往地面，压力减小，被溶解的气体膨胀为大小不等的气泡存在于钻井液中这种含有气体的钻井液称为气侵钻井液。存在于钻井液中这种含有气体的钻井液称为气侵钻井液。2.3.1 气侵钻井液的危害：气侵钻井液的危害：1 钻井液被天然气或空气侵入后，密度降低，粘度升高。井筒环钻井液被天然气或空气侵入后，密度降低，粘度升高。井筒环空钻井液密度降低，导致静液柱压力减小低于地层压力，有能空钻井液密度降低，导致静液柱压力减小低于地层压力，有能够引起井喷、井塌等恶性事故。够引起井喷、井塌等恶性事故。2 使砂泵、泥浆泵吸入不良，戎机效率降低，不能正常任务，引使砂泵、泥

11、浆泵吸入不良，戎机效率降低，不能正常任务，引起设备振动。起设备振动。3 部分有害气体如部分有害气体如H2S溢出钻井液，引起操作工人中毒，也溢出钻井液，引起操作工人中毒，也能够引起火灾。能够引起火灾。4 钻井液气侵后，粘度变大，使机械钻速降低。钻井液气侵后，粘度变大，使机械钻速降低。因此，运用除气器对气侵钻井液进展除气，恢复钻井液密度和粘因此，运用除气器对气侵钻井液进展除气，恢复钻井液密度和粘度。度。2.3.1 组成构造组成构造derrick Flo1200真空除真空除气器由罐体、真空泵、气器由罐体、真空泵、电控箱、喷管和砂泵等电控箱、喷管和砂泵等组成。组成。 普通情况下，当钻井液中的气泡直径大

12、于普通情况下，当钻井液中的气泡直径大于4mm时，能在浮力作时，能在浮力作用下很快溢出外表而破裂，直径小于用下很快溢出外表而破裂，直径小于1mm的气泡被包在钻井液中，的气泡被包在钻井液中，出现钻井液密度下降、粘度升高的气侵景象。利用真空泵使除气罐出现钻井液密度下降、粘度升高的气侵景象。利用真空泵使除气罐构成一定真空度，循环罐中气侵的钻井液，在真空所呵斥的压差作构成一定真空度，循环罐中气侵的钻井液，在真空所呵斥的压差作用下被吸入除气罐内。在真空环境下，使钻井液外表的压力低于大用下被吸入除气罐内。在真空环境下，使钻井液外表的压力低于大气压，从而降低了小气泡升至外表所受的压力，较迅速升至液面破气压，从

13、而降低了小气泡升至外表所受的压力，较迅速升至液面破裂而被排出。裂而被排出。 2.3.2 除气器任务原理除气器任务原理 1 ) 钻井液以较大的速度撞击叶片和罐壁，使钻井液中的气体钻井液以较大的速度撞击叶片和罐壁，使钻井液中的气体破碎释放；破碎释放； 2 ) 降低内压，是钻井液迅速流入气罐薄片；降低内压使真降低内压，是钻井液迅速流入气罐薄片；降低内压使真空使钻井液气泡变大，因此气泡更容易从泥浆中分别出来。空使钻井液气泡变大，因此气泡更容易从泥浆中分别出来。 3 ) 钻井液薄层流过外表，流动阻力能够产生紊流，将这些气钻井液薄层流过外表，流动阻力能够产生紊流，将这些气泡带到外表从而分别。泡带到外表从而

14、分别。除砂清洁器和除泥清洁器是水力旋流器与振动筛除砂清洁器和除泥清洁器是水力旋流器与振动筛的组合，由于除砂器底留物中含有较多的水分和的组合，由于除砂器底留物中含有较多的水分和比重较大如重晶石等有益的固相颗粒，经过比重较大如重晶石等有益的固相颗粒，经过其细目振动筛加以回收。其细目振动筛加以回收。 除砂器、除泥器和微型旋流器统称水力旋流器。除砂器、除泥器和微型旋流器统称水力旋流器。 进口管溢流口排砂口水力旋流器规格水力旋流器规格300250250150125100 50定定 名名 除砂器除砂器 除泥器除泥器微型旋流器微型旋流器锥体角度锥体角度度度 2035 20 10处置量处置量m3/h12010

15、030201510 5分别粒度分别粒度m 44 74 15 44 5 10 离心沉淀原理是水力旋流器的根本任务原理。悬浮在钻井液中的固相颗粒随钻井液在压力作用下，从旋流器蜗壳进液口切向高速流入圆柱蜗壳内壁，高速旋转的钻井液绕锥筒中心旋转产生极大的离心力。由于钻井液的液体和固相颗粒存在着密度差，使固相颗粒分别出来而接近锥壁，并在重力作用下向锥筒底部旋流，从底流口排出，密度较小的钻井液在旋流器中心高速旋转，同时随着固相颗粒沿锥筒壁下移至底部，锥筒底部压力越大，旋流器中心的钻井液不能从底部流出，在底部压力作用下从顶部的溢流口流出。进液口底流口溢流口 离心机实现固液分别主要由旋转分别机构完成。从图可知

16、，本机有两个旋转总成：转鼓7和螺旋推料器4。主电机经三角胶带和主带轮2拖动转鼓高速旋转；与其相联的差速器壳体和差速器输入轴的旋转运动由辅电机拖动经过行星齿轮传动的差速器合成一个新的转速传给螺旋推料器，使推料器获得一个滞后转鼓的差转速，于是转鼓与螺旋推料器构成了一副具有微小差转速、同向高速旋转的分别保送机构。 当钻井液从进料管1被延续送入机内时，经加速从进料孔进入转鼓内，在比重力大几百甚至上千倍的离心力作用下，转鼓内构成一环形液池，固相颗粒沉降到转鼓内壁构成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被推进到转鼓的小端从排渣孔12排出。内环被廓清的液相那么经过螺旋形通道经溢流管11排出，从而实现固液

17、相延续分别的消费过程。注：被分别的物料在离心场中所受的离心力与它在重力场中所遭到的重力的比值，称为注：被分别的物料在离心场中所受的离心力与它在重力场中所遭到的重力的比值，称为分别要素分别要素Fr。 此式阐明分别要素实践上是离心加速度与重力加速度此式阐明分别要素实践上是离心加速度与重力加速度之比值。之比值。 使钻井液中的固相颗粒悬浮，是钻井液搅拌器的主要功能。搅拌器在加速钻井液资料如膨润土、重晶石、化学添加剂的反响、溶解和润湿方面起着非常重要作用。岩屑是有害固相，必需将它们悬浮起来，才干被砂泵吸入，注入除砂器、除泥器和离心机进展净化。所以 需求搅拌器延续进展搅拌任务。2.7.2.1 离心泵的功能

18、离心泵的功能 保送液体。泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传送给保送液体。泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传送给所保送的液体，使液体的能量所保送的液体，使液体的能量(压能、位能和动能压能、位能和动能)添加的机械。添加的机械。泵可以分成动力式和容积式两大类。泵可以分成动力式和容积式两大类。 叶轮泵是经过转动的带有叶片的叶轮使水或其它液体的压能叶轮泵是经过转动的带有叶片的叶轮使水或其它液体的压能和动能都得到提高的机械。它是一种还击式水力机械。叶轮泵又和动能都得到提高的机械。它是一种还击式水力机械。叶轮泵又可分为离心泵、混流泵及轴流泵。可分为离心泵、混流泵及轴流泵。 在钻井液固相控制与循环系统中，离心泵主要用于除气器、在钻井液固相控制与循环系统中，离心泵主要用于除气器、除砂器、除泥器、离心机、混浆系统、补给系统的动力源。除砂器、除泥器、离心机、混浆系统、补给系统的动力源。 在钻井液系统中，聚合物或粘土应提早充分地剪切以后，再进入钻井液系统，才干充分发扬其成效，改善钻井液性能，假设没