第二章海洋钻完工艺系统

1、1井 架泥浆泵绞 车天 车游 车水龙头大 钩柴油机发电机泥浆池防喷器套 管钻 柱钻 头23绞 车4天车和游动滑车5天车和游动滑车6游 车大 钩水龙头顶部驱动装置7 循环系统和钻井液8泥浆泥浆池池泥浆泥浆泵泵顶驱顶驱井下钻井下钻具具钻井绞钻井绞车车转盘转盘9泥浆泵10振动筛11防喷器121314陆地钻井钻机小型车载钻机15海上钻井钻机（浅水用）16海上钻井钻机（中深水用）半潜式钻井平台流花11油田南海挑战号 17海上钻井钻机（深水用）张力腿式深水平台干拖18重力基础平台钻井船海上钻井钻机（深水用）19钻井驳船（江河湖泊用）20南海钻井船数量及类型南海钻井船数量及类型21南海四号自升式悬臂梁钻井平

2、台南海四号自升式悬臂梁钻井平台22南海二号半潜式钻井平台南海二号半潜式钻井平台23南海五号半潜式钻井平台南海五号半潜式钻井平台24南海六号半潜式钻井平台南海六号半潜式钻井平台海洋石油海洋石油931931自升式钻井平台自升式钻井平台262728自升式钻井平台导管架方式钻井自升式钻井平台导管架方式钻井东方东方1-11-1气田气田29NH4 & W12-1ANH4 & W12-1BNH4 & W11-4B30半潜式钻井平台预钻井半潜式钻井平台预钻井3132 钻机钻机 钻头钻头 钻具钻具 钻柱钻柱 钻井液钻井液 钻压钻压 转速转速 排量排量 接单根接单根33（二）钻柱的作用（二

3、）钻柱的作用(1)(1)提供钻井液流动通道；提供钻井液流动通道； (2)(2)给钻头提供钻压；给钻头提供钻压； (3)(3)传递扭距；传递扭距； (4)(4)起下钻头；起下钻头； (5)(5)计量井深。计量井深。(6)(6)观察和了解井下情况；观察和了解井下情况；(7)(7)进行其它特殊作业；进行其它特殊作业；(8)(8)钻杆测试钻杆测试 。一、钻柱的组成与作用一、钻柱的组成与作用（一）钻柱的组成（一）钻柱的组成 钻柱是钻头以上，水龙头以钻柱是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称下部分的钢管柱的总称. . 它包括它包括方钻杆方钻杆、钻杆钻杆、钻钻挺挺、 各种各种接头接头及及稳定器稳定器等井等

4、井下工具。下工具。34 影响钻井过程（钻速）的因素影响钻井过程（钻速）的因素 地层岩性地层岩性 强度、硬度、研磨性、可钻性强度、硬度、研磨性、可钻性 钻井液性能钻井液性能 密度、固相含量、粘度、失水密度、固相含量、粘度、失水 钻头钻头 类型及结构类型及结构 水力参数水力参数 泵压、排量、喷嘴直径泵压、排量、喷嘴直径 钻井机械参数钻井机械参数 钻压、转速钻压、转速35 条件：条件： 保证井下安全、一定机泵条件、优质泥浆保证井下安全、一定机泵条件、优质泥浆 措施措施 按井段采用不同的返速，优选排量、喷嘴直径、按井段采用不同的返速，优选排量、喷嘴直径、和喷嘴布置方案和喷嘴布置方案 目的：目的： 在较

5、高泵压下，使泵功率充分发挥，合理分配。在较高泵压下，使泵功率充分发挥，合理分配。使喷射速度、井底水力能量的到优选，从而提高使喷射速度、井底水力能量的到优选，从而提高钻速。钻速。36 建立钻速方程 建立机械钻速模型，该钻速模型与岩石的可钻性、井深、岩石的致密性、井底压差、钻压、转速、水力参数、牙齿磨损 建立钻头磨损模型，该模型与钻压、钻速有关 目标函数372022-6-30PaPdPpPd+Php=PpPa+Pha=Pp38固井固井-常规注水泥工序常规注水泥工序下完套管装上水泥头，充分循环泥浆，带出砂子，同时作好注水下完套管装上水泥头，充分循环泥浆，带出砂子，同时作好注水泥的准备工作，见图，注水

6、泥施工工序如下：泥的准备工作，见图，注水泥施工工序如下： （1）打隔离液；）打隔离液； （2）注水泥浆；）注水泥浆； （3）开挡销顶胶塞；）开挡销顶胶塞； （4）替钻井液；）替钻井液； （5）“碰压碰压”，关井，关井候凝。候凝。3940在钻井过程中，由于钻井液的类型选择不当在钻井过程中，由于钻井液的类型选择不当或性能不良，井身质量较差，或者由于检查或性能不良，井身质量较差，或者由于检查不周，违章操作，处理井下复杂情况的措施不周，违章操作，处理井下复杂情况的措施不当及疏忽大意而造成的不当及疏忽大意而造成的钻具折断钻具折断、顿钻顿钻、卡钻卡钻、井漏井漏及及井喷井喷失火等恶果，通称为失火等恶果，通称

7、为钻井钻井事故事故。钻井钻井其它作业其它作业主要指主要指取心钻井取心钻井、套管开窗侧套管开窗侧钻钻等。等。 41钻头事故三牙轮钻头掉牙轮或整个钻头落井等钻具事故钻铤螺纹折断；钻杆本体折断；钻具脱扣 滑扣；钻杆刺漏等.卡钻事故压差卡钻；落物卡钻；键槽卡钻；井眼坍 塌卡钻；套管变形卡钻等.尾管事故中途座挂；挂不住；下入工具倒不开；下 入工具与钻杆被水泥浆固死（插旗杆）； 尾管鞋替空和“灌香肠”等套管落井事故顿钻事故井喷事故和井漏事故测井仪器遇卡事故42 完井工程包括的内容：完井工程包括的内容： （1）钻开生产层：钻井完井液设计、平衡压力钻井）钻开生产层：钻井完井液设计、平衡压力钻井 （2）完井井底

8、结构设计和完井方法选择）完井井底结构设计和完井方法选择 （3）安装井底：包括下套管固井或下入筛管、割缝衬管）安装井底：包括下套管固井或下入筛管、割缝衬管 （4） 连通井眼与产层（射孔、裸眼等）连通井眼与产层（射孔、裸眼等） （5）防砂措施）防砂措施 （6）安装井口，完井测试）安装井口，完井测试 完井：完井：从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、射孔到试采等一系列生产过程的总称。射孔到试采等一系列生产过程的总称。 43 完井工程的原则和要求：完井工程的原则和要求： （1）有效地保护油气层，尽量减轻或避免对产层的污）有效地保护油气层，尽量减轻或避免对产层的污染

9、。染。 （2）建立产层与井眼之间的良好通道，使油气流入井）建立产层与井眼之间的良好通道，使油气流入井阻力最小，提高产能。阻力最小，提高产能。 （3）有效地封隔油、气、水层和不同压力的地层，防）有效地封隔油、气、水层和不同压力的地层，防止层间干扰。止层间干扰。 （4）有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油气）有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油气井长期稳产。井长期稳产。 （5）井底结构能够满足开采、注水、井下作业等工艺）井底结构能够满足开采、注水、井下作业等工艺要求。要求。 （6）工艺简单，成本低。）工艺简单，成本低。44完井技术完井技术二、钻开储集层二、钻开储集层 1. 钻井作业对储集层

10、性质的影响钻井作业对储集层性质的影响（1）压差的影响）压差的影响 正压差使钻井液中的液相和固相侵入储层孔隙或裂缝，污染储集层。正压差使钻井液中的液相和固相侵入储层孔隙或裂缝，污染储集层。 1）水侵使储集层中的粘土成分膨胀，使孔隙度减小，渗透率降低；）水侵使储集层中的粘土成分膨胀，使孔隙度减小，渗透率降低； 2）水侵破坏孔隙内油流的连续性，增加油流阻力；）水侵破坏孔隙内油流的连续性，增加油流阻力； 3）水侵产生水锁效应，增加油流阻力；）水侵产生水锁效应，增加油流阻力； 4）泥侵堵塞储集层孔隙通道。）泥侵堵塞储集层孔隙通道。（2）化学物质不配伍的影响）化学物质不配伍的影响 产生化学反应，生成沉淀物

11、堵塞孔隙；产生化学反应，生成沉淀物堵塞孔隙； 腐蚀岩石，破坏岩石的胶结，使岩石坍塌或膨胀，使岩石渗透率降低。腐蚀岩石，破坏岩石的胶结，使岩石坍塌或膨胀，使岩石渗透率降低。 （3）浓度差的影响）浓度差的影响 钻井液和地层流体中的化学物质的浓度差，引起化学物质的渗透现象。钻井液和地层流体中的化学物质的浓度差，引起化学物质的渗透现象。452. 对钻开储集层的技术要求对钻开储集层的技术要求 1）有效地控制油气层压力，安全钻开储集层；）有效地控制油气层压力，安全钻开储集层； 2）有效地保护油气层，防止钻井液的污染。）有效地保护油气层，防止钻井液的污染。完井技术完井技术二、钻开储集层二、钻开储集层 1.

12、钻井作业对储集层性质的影响钻井作业对储集层性质的影响 （4）应力状态变化的影响）应力状态变化的影响 钻开储集层形成井眼，井壁周围岩石的应力状态发生变化，引起岩石的钻开储集层形成井眼，井壁周围岩石的应力状态发生变化，引起岩石的变形，使岩石的孔隙度和渗透率降低。变形，使岩石的孔隙度和渗透率降低。3. 防止和减少储层损害的方法防止和减少储层损害的方法 （1）选用适宜的完井液（指钻进、压井、试油、射孔以及一些增产措施中用于选用适宜的完井液（指钻进、压井、试油、射孔以及一些增产措施中用于生产层的液体）生产层的液体） （2）平衡压力钻井或欠平衡压力钻井）平衡压力钻井或欠平衡压力钻井 （3）控制起下钻速度，

13、减小波动压力对油、气层的损害控制起下钻速度，减小波动压力对油、气层的损害 （4）采用屏蔽暂堵等保护油气层技术）采用屏蔽暂堵等保护油气层技术 （5）选择合理的完井方法）选择合理的完井方法 46（一）裸眼完井法（一）裸眼完井法完井技术完井技术三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法 1.1.先期裸眼完井先期裸眼完井钻至油、气层顶部后，下套管固井，然后再钻至油、气层顶部后，下套管固井，然后再钻开油、气层。钻开油、气层。 优点：优点：（1）油、气层暴露面积大，油、气油、气层暴露面积大，油、气流入井内的阻力小流入井内的阻力小。 （2）排除了上部地层干扰，可采用与产）排除了上部地层干扰，可采用

14、与产层配伍的完井液，也可采用平衡压力、欠平层配伍的完井液，也可采用平衡压力、欠平衡压力钻井方法打开油气层，产层污染轻。衡压力钻井方法打开油气层，产层污染轻。 （3）避免了固井作业对产层的污染。消）避免了固井作业对产层的污染。消除了高压油气对固井质量的影响。除了高压油气对固井质量的影响。 （4）缩短了钻井液的浸泡时间。）缩短了钻井液的浸泡时间。 （5）钻开油、气层时，如遇井下复杂情钻开油、气层时，如遇井下复杂情况，可将钻具提至套管鞋以上进行处理况，可将钻具提至套管鞋以上进行处理 。 先期裸眼完井后期裸眼完井47 2.2.先期裸眼完井的先期裸眼完井的缺点缺点 （1）不能防止生产过程中的井壁坍塌和油

15、层出砂。）不能防止生产过程中的井壁坍塌和油层出砂。 （2）不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰）不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰 。 （3）钻开油、气层时，如遇到复杂情况，由于井眼尺寸较小，会给继续钻进带来）钻开油、气层时，如遇到复杂情况，由于井眼尺寸较小，会给继续钻进带来一定的困难。一定的困难。 3. 适用条件适用条件 （1）油、气层情况掌握准确）油、气层情况掌握准确 （2）岩性稳定）岩性稳定 （3）无油气水夹层的单一油气层和一些油气层性质相同的多油气层的井。）无油气水夹层的单一油气层和一些油气层性质相同的多油气层的井。 我国碳酸盐裂缝性油、气藏使用该法较

16、广泛。我国碳酸盐裂缝性油、气藏使用该法较广泛。 （一）裸眼完井法（一）裸眼完井法完井技术完井技术三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法48（一）裸眼完井法（一）裸眼完井法完井技术完井技术三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法 1.1.后期裸眼完井后期裸眼完井后期裸眼完井法是在钻穿油、气层后，将油后期裸眼完井法是在钻穿油、气层后，将油层套管下至油、气层顶部固井。层套管下至油、气层顶部固井。 优点：优点：可以确保油层套管下在油、气层顶部。可以确保油层套管下在油、气层顶部。缺点：缺点：（1）泥浆对油气层的浸泡时间长，易损害）泥浆对油气层的浸泡时间长，易损害油气层；油气层；

17、（2）同时也会受到水泥浆对油气层的损害）同时也会受到水泥浆对油气层的损害，如油气层压力大时固井质量也不易保证，如油气层压力大时固井质量也不易保证。这种完井法一般是在地层情况掌握不够的探这种完井法一般是在地层情况掌握不够的探区采用。区采用。先期裸眼完井后期裸眼完井49（二）射孔完井法（二）射孔完井法应用最广泛的方法应用最广泛的方法三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法完井技术完井技术尾管射孔完井法示意图尾管射孔完井法示意图 射孔完井法示意图射孔完井法示意图 钻穿油、气层之后，钻穿油、气层之后，下油层套管至油、气下油层套管至油、气层底部固井。然后再层底部固井。然后再用专门的射孔器在油

18、用专门的射孔器在油、气层部位射孔，射、气层部位射孔，射穿套管和水泥环并进穿套管和水泥环并进入地层一定深度，油入地层一定深度，油、气通过这些孔道进、气通过这些孔道进入井内。入井内。或下入尾管后射孔。或下入尾管后射孔。 50 主要优点：主要优点： （1）能有效地封隔不同压力的油、气、水层，消除互相干扰。可以进行分层测试、）能有效地封隔不同压力的油、气、水层，消除互相干扰。可以进行分层测试、分层开采、分层注水等作业。分层开采、分层注水等作业。 （2）能有效地防止油、气层的垮塌。）能有效地防止油、气层的垮塌。 （3）可以根据取心、测试等资料确定油层套管是否下人和下入深度，消除下油层）可以根据取心、测试

19、等资料确定油层套管是否下人和下入深度，消除下油层套管的盲目性。套管的盲目性。 （4）有利加深井眼。）有利加深井眼。 主要缺点：主要缺点： （1）打开生产层和固井的过程中，钻井液和水泥浆对生产层的侵害较严重。）打开生产层和固井的过程中，钻井液和水泥浆对生产层的侵害较严重。 （2）由于射孔数目、孔径、孔深有限，油气层与井眼连通面积小，油气入井阻力）由于射孔数目、孔径、孔深有限，油气层与井眼连通面积小，油气入井阻力较大。较大。 适用适用条件条件 适用于各种产层。适用于各种产层。（二）射孔完井法（二）射孔完井法三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法完井技术完井技术51（三）防砂完井法（三

20、）防砂完井法三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法完井技术完井技术 1. 衬管或筛管完井衬管或筛管完井 衬管完井法是将油层套管下到油、气层顶部固衬管完井法是将油层套管下到油、气层顶部固井，然后再钻开油、气层。在油、气层部位下井，然后再钻开油、气层。在油、气层部位下入预先钻好孔的衬管，衬管通过其顶部的悬挂入预先钻好孔的衬管，衬管通过其顶部的悬挂器悬挂在油层套管上，并把套管与衬管的环空器悬挂在油层套管上，并把套管与衬管的环空密封起来。油、气通过衬管上的孔进入井内，密封起来。油、气通过衬管上的孔进入井内，如图如图7-28所示。所示。 衬管类型：绕丝、割缝、多孔材料烧结衬管类型：绕丝、割

21、缝、多孔材料烧结。由于衬管完井法是利用油层沙自然形成砂拱来由于衬管完井法是利用油层沙自然形成砂拱来起防砂作用，所以不易人为控制。另外在裸眼起防砂作用，所以不易人为控制。另外在裸眼井内下衬管完成的井内，无法封闭油、气水层井内下衬管完成的井内，无法封闭油、气水层。因此可采用把衬管下入射孔完井的井内，这。因此可采用把衬管下入射孔完井的井内，这虽可消除油、气、水层互相干扰，但增加了油虽可消除油、气、水层互相干扰，但增加了油、气流人井内的阻力。、气流人井内的阻力。 图图7-28 7-28 衬管完井法示意图衬管完井法示意图1-1-油层套管；油层套管；2-2-封隔器；封隔器；3-3-衬管衬管52（四）防砂完

22、井法（四）防砂完井法三、完井井底结构和完井方法三、完井井底结构和完井方法完井技术完井技术 2. 砾石充填完井砾石充填完井在衬管与井壁之间充填一定尺寸的砾石在衬管与井壁之间充填一定尺寸的砾石，使之起防砂和保护油气层的作用。，使之起防砂和保护油气层的作用。 裸眼砾石充填裸眼砾石充填 套管内砾石充填套管内砾石充填 砾石直径：砂粒中径的砾石直径：砂粒中径的68倍。倍。砂粒中径是指对砂粒进行筛分后，累砂粒中径是指对砂粒进行筛分后，累计重量为计重量为50%的砂粒对应的直径的砂粒对应的直径。砾石充填法充填的砾石和带割缝的衬管砾石充填法充填的砾石和带割缝的衬管可以起双层防砂的作用，防砂能力强。可以起双层防砂的

23、作用，防砂能力强。砾石又可起支撑井壁的作用，适用于疏砾石又可起支撑井壁的作用，适用于疏松和出砂较严重的油井。松和出砂较严重的油井。 53重庆科技学院石油工程学院四、完井方法选择四、完井方法选择完井技术完井技术储层的类型及其均质程度储层的类型及其均质程度、岩石的粒度组成岩石的粒度组成、井底附近地带、井底附近地带岩层的稳定性岩层的稳定性、产层、产层附近附近有无高压层有无高压层、底水或气顶底水或气顶、产层的渗透性产层的渗透性等，是选择完井方法的主要依据。等，是选择完井方法的主要依据。 541 油管悬挂器；油管悬挂器；2 油管头；油管头；3 油管油管；4 套管悬挂器；套管悬挂器；5 套管头；套管头；6

24、 油层套管油层套管；7 技术套管技术套管；8 密封圈；密封圈；9 套管悬挂器；套管悬挂器；10 套管头；套管头；11 表层套管表层套管。五、完井井口装置五、完井井口装置完井技术完井技术5556陆上井口装置陆上井口装置海上井口装置海上井口装置（水上井口）（水上井口）海上井口装置海上井口装置（水下井口）（水下井口）与陆上井口装置相比，海上井口结构复杂，多了隔离海水和防止升降运动的设备防喷防喷器组器组防喷防喷器组器组575859 60616263固定钻井平台浮式钻井平台水上井口装置水上井口装置水下井口装置水下井口装置升沉平移摇摆64 水下井口装置通常水下井口装置通常是在地面上预制成三大是在地面上预制

25、成三大组合组合导引系统，防喷导引系统，防喷器系统和隔水管系统器系统和隔水管系统。在海上作业时，用快速在海上作业时，用快速连接器将两个组合连接连接器将两个组合连接起来。起来。 水下安装要水下安装要有一套有一套远程遥控操作系统远程遥控操作系统。必。必要时还要有潜水作业装要时还要有潜水作业装置或水下机器人操作。置或水下机器人操作。导引系统防喷器系统隔水管系统水下井口装置示意图水下井口装置示意图65(1)导引系统导引系统(2)防喷器系统防喷器系统(3)隔水管系统隔水管系统66(1)导引系统导引系统导引系统包括：导引系统包括： 井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。导引

26、系统是整个水下井口装置的基础。导引系统是整个水下井口装置的基础。67 井口盘是第一个井口盘是第一个被安放在海底的圆饼被安放在海底的圆饼形部件。中心开孔，形部件。中心开孔，孔内有与送入钻具配孔内有与送入钻具配合的合的“J”槽。用于确槽。用于确定井位，并固定水下定井位，并固定水下井口。井口。68 井口盘上一般有两条临时井口盘上一般有两条临时导引绳。导引绳。 在平台上，将井口盘与其在平台上，将井口盘与其送入工具连接，送入工具上接送入工具连接，送入工具上接钻柱，不断接长钻柱就可将井钻柱，不断接长钻柱就可将井口盘下放到海底，倒转钻柱可口盘下放到海底，倒转钻柱可退出送入工具，并起出钻柱。退出送入工具，并起

27、出钻柱。井口盘依靠巨大的重量固定在井口盘依靠巨大的重量固定在海底，这就确定了海底井口的海底，这就确定了海底井口的位置。位置。井口盘及送入工具井口盘及送入工具69导引架安装过程导引架安装过程70 永久导引绳的一端固定在导引永久导引绳的一端固定在导引柱上，另一端固定在平台上。柱上，另一端固定在平台上。 由于平台随海水运动有上下升由于平台随海水运动有上下升沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。松弛时显然起不到导引作用，张力松弛时显然起不到导引作用，张力太大，又有可能将张紧绳拉断。所太大，又有可能将张紧绳拉断。所以需要有恒张力装置来张紧导引绳。以需要有恒张力装置来张紧导引绳。导引

28、绳也是利用气液弹簧原理提供导引绳也是利用气液弹簧原理提供恒张力的。导引绳通过复滑轮系统恒张力的。导引绳通过复滑轮系统缩短气液弹簧的液缸活塞行程。缩短气液弹簧的液缸活塞行程。导引绳张紧系统导引绳张紧系统71 （2）防喷器系统）防喷器系统 防喷器系统是水下井口装置的核心部分防喷器系统是水下井口装置的核心部分。 包括：包括： 万能防喷器万能防喷器 剪切闸板防喷器剪切闸板防喷器 半封闸板防喷器半封闸板防喷器 全封闸板防喷器全封闸板防喷器 四通及压井防喷管线四通及压井防喷管线 防喷器控制操作系统等。防喷器控制操作系统等。 7273 防喷器组一般防喷器组一般采用采用 35 个防喷器个防喷器，通过连接器与套

29、，通过连接器与套管连在一起。整个管连在一起。整个防喷器组外面有框防喷器组外面有框架，框架的套管套架，框架的套管套在导向绳在导向绳 上上.水下井口防喷器组水下井口防喷器组74防喷器系统各组分部件防喷器系统各组分部件11234475防喷器系统各组分部件防喷器系统各组分部件11234476防喷器系统各组分部件防喷器系统各组分部件11234477防喷器系统各组分部件防喷器系统各组分部件11234478112456防喷器系统各组分部件防喷器系统各组分部件79防喷器系统防喷器系统808182一般一般长约长约 15 16m 。伸缩行。伸缩行程程10m 。根据我国沿海。根据我国沿海的潮差及波高情况，行的潮差及

30、波高情况，行程以长程以长 14m 为宜。为宜。838485 一般当工作水深超过一般当工作水深超过 3l m 时，应有张紧器使其承受时，应有张紧器使其承受拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超过过 250m 的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临界压弯长度可按下式计算：界压弯长度可按下式计算：868788 一般均用液压张紧器，装在钻台腿上。有导向绳一般均用液压张紧器，装在钻台腿上。有导向绳张紧器及隔水管张紧器两种，分别用以张紧导向绳及隔张紧器及隔水管张紧器两种，分别用以张紧导向绳及隔水管。

31、利用高压气液储能器的液压推动活塞，随平台的水管。利用高压气液储能器的液压推动活塞，随平台的升沉而放长或收短钢丝绳，以保持导向绳及隔水管的张升沉而放长或收短钢丝绳，以保持导向绳及隔水管的张力恒定。以下二图分别为导向绳张紧器及隔水管张紧器力恒定。以下二图分别为导向绳张紧器及隔水管张紧器的布置图。的布置图。 张紧器张紧器8990第三节第三节 海洋钻井过程升沉补偿装置海洋钻井过程升沉补偿装置一、钻柱升沉运动的补偿措一、钻柱升沉运动的补偿措施施 这种办法是在这种办法是在钻柱的钻铤上方钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。加一根可伸缩的钻杆。伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行程一伸缩钻杆由内、外管

32、组成，沿轴向可作相对运动，行程一般为般为 2m 。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的钻艇则基本不作升沉运动因而可保持钻压恒定，同时还钻艇则基本不作升沉运动因而可保持钻压恒定，同时还可避免平台上升时提起钻艇，平台下沉时压弯钻柱。可避免平台上升时提起钻艇，平台下沉时压弯钻柱。 1、增加伸缩钻杆、增加伸缩钻杆91（1）钻压不能调节）钻压不能调节 增加伸缩钻杆后，钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻铤增加伸缩钻杆后，钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻铤部分重量。因而

33、不能随岩层的变化调节钻压。部分重量。因而不能随岩层的变化调节钻压。 （2）承载条件恶劣）承载条件恶劣 伸缩钻杆既承受泥浆的高压，传递钻柱的扭矩；又承受伸缩钻杆既承受泥浆的高压，传递钻柱的扭矩；又承受因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷，承载条件十分因内外管周期性轴向运动所引起的交变载荷，承载条件十分恶劣。恶劣。 （3）不利于特殊作业）不利于特殊作业 当不压井钻井时关防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻柱当不压井钻井时关防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻柱随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反复摩擦，随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反复摩擦，对于作业不利。对于作业不利。伸缩钻杆存在的问题

34、伸缩钻杆存在的问题 922、增设升沉补偿装置、增设升沉补偿装置93 升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与大钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连。当平台升沉大钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连。当平台升沉时，游动滑车带动液缸的缸体作周期性上下运动；而活时，游动滑车带动液缸的缸体作周期性上下运动；而活塞与大钩则基本保持不动。这时、整个钻柱的重量由活塞与大钩则基本保持不动。这时、整个钻柱的重量由活塞下面的液压所支承。液体压力可保持恒定，也可根据塞下面的液压所支承。液体压力可保持恒定，也可根据需要调节，以控制钻柱的拉力，随时调节井底钻压。需要调节，以控

35、制钻柱的拉力，随时调节井底钻压。 94二、升沉补偿装置的结构类型与工作原理二、升沉补偿装置的结构类型与工作原理 （1） 结构结构 l）液缸液缸 两个液缸用上框架与游动滑车相连，随平台升沉而上两个液缸用上框架与游动滑车相连，随平台升沉而上下运动。下运动。 2）活塞活塞 两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框架连接，大钩载荷由架连接，大钩载荷由 活塞下面的液压所支承。活塞下面的液压所支承。 1、 游动滑车与大钩间装设的升沉补偿装置游动滑车与大钩间装设的升沉补偿装置953 ）储能器）储能器 储能器与液缸相通。储能器中有活塞，其下端的液储能器与液缸

36、相通。储能器中有活塞，其下端的液体通过软管与液缸相通；其上端的气体通过管线与储气罐体通过软管与液缸相通；其上端的气体通过管线与储气罐相通。这样，液缸中液体压力由储能器中气体压力所决定。相通。这样，液缸中液体压力由储能器中气体压力所决定。调节气体压力即可以改变液体压力。调节气体压力即可以改变液体压力。4）锁紧装置）锁紧装置 用以将上下两个框架锁紧成一体，从而使游动滑车与用以将上下两个框架锁紧成一体，从而使游动滑车与大钩连接在一起，进行起下钻工作。大钩连接在一起，进行起下钻工作。 962、天车上装设的升沉补偿装置、天车上装设的升沉补偿装置 （1） 结构结构（1）浮动天车浮动天车 （2）主气缸主气缸

37、 它是支持浮动天车用的，相它是支持浮动天车用的，相当于大型弹簧，共四个。当于大型弹簧，共四个。（3）液缸液缸 共两个。共两个。 （4）储能器）储能器 它安装在井架上，有管路与它安装在井架上，有管路与四个主气缸相通，用以调节主气四个主气缸相通，用以调节主气缸中的气体压力。缸中的气体压力。97（2）工作原理）工作原理 l）补偿升沉由浮动天车来实现补偿补偿升沉由浮动天车来实现补偿 当浮动平台上升或下当浮动平台上升或下降时井架沿轨道上下运动，主气缸中气体压缩或膨胀，降时井架沿轨道上下运动，主气缸中气体压缩或膨胀，相当于一个大弹簧，而天车及大钩基本保持不动，于是相当于一个大弹簧，而天车及大钩基本保持不动

38、，于是升沉运动得以补偿。升沉运动得以补偿。2）控制钻压控制钻压 司钻利用甲板上的调压阀，控制自空气罐司钻利用甲板上的调压阀，控制自空气罐至主气缸系统的空气压力，使井底钻压调至合适值至主气缸系统的空气压力，使井底钻压调至合适值 3）自动送进自动送进 正常钻井时，将气缸中气压调节到略低于正常钻井时，将气缸中气压调节到略低于大钩上载荷，于是，浮动天车在大钩载荷带动下，沿轨大钩上载荷，于是，浮动天车在大钩载荷带动下，沿轨道下行，实现自动进尺。当浮动天车下行至最低点时，道下行，实现自动进尺。当浮动天车下行至最低点时，司钻即放松绞车滚筒上钢趁绳使浮动天车上行司钻即放松绞车滚筒上钢趁绳使浮动天车上行至最高点

39、，然后再继续自动进尺。至最高点，然后再继续自动进尺。984）防止事故防止事故 当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时，当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时，可借助液缸支持着钻柱重量，并使其减速，以防止事故，可借助液缸支持着钻柱重量，并使其减速，以防止事故，保证安全。保证安全。 5）绳索作业绳索作业 绳索作业时，可另加一根传感绳，使其一端绳索作业时，可另加一根传感绳，使其一端固定在隔水导管上，另一端自井架外边引至浮动天车上，固定在隔水导管上，另一端自井架外边引至浮动天车上，经滑轮后，再连到钻台的滚筒上。这样，传感绳随钻台运经滑轮后，再连到钻台的滚筒上。这样，传感绳随钻台运动而放松或缠紧。浮动天车在

40、恒定气压下随之相应地补偿动而放松或缠紧。浮动天车在恒定气压下随之相应地补偿运动，即可实现绳索作业时的升沉补偿。运动，即可实现绳索作业时的升沉补偿。6）起下钻作业起下钻作业 起下钻时，用锁紧装置将浮动天车锁住，起下钻时，用锁紧装置将浮动天车锁住，使浮动天车不随起下钻柱而上下滑行。使浮动天车不随起下钻柱而上下滑行。993、死绳上装设的升沉补偿装置、死绳上装设的升沉补偿装置（1） 结构结构 1）定滑轮组）定滑轮组 2 ）动滑轮组）动滑轮组 3 ）液缸）液缸 4 ）高压储能器）高压储能器 5 ）低压储能器）低压储能器 6 ）控制台）控制台 100（2）工作原理）工作原理 借助调节储能器中气压来改变死绳

41、拉力。借助调节储能器中气压来改变死绳拉力。再通过死绳上拉力的改变来调节及保持井底钻再通过死绳上拉力的改变来调节及保持井底钻压。此外，还可通过液压推动活塞移动来调节压。此外，还可通过液压推动活塞移动来调节钢丝绳的有效长度。钢丝绳的有效长度。101102第四节第四节 海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题v一、保持定位一、保持定位问题问题 （1）锚泊定位）锚泊定位 （ 2）动力定位。）动力定位。 v二、升沉二、升沉运动补偿问题运动补偿问题 在海上进行浮动钻井在海上进行浮动钻井 时，钻井船除时，钻井船除 前后左右发生摇摆前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动，导致井架及大钩外，还将产生上下升

42、沉运动，导致井架及大钩 悬吊着的整悬吊着的整个钻柱周期性地上下运动。不利个钻柱周期性地上下运动。不利 于于 钻进因此，必须解决钻进因此，必须解决钻柱上下运动的补偿问题。钻柱上下运动的补偿问题。 103 海上钻井采用水下井口时，井口在海底，需要在海底海上钻井采用水下井口时，井口在海底，需要在海底井口与水井口与水 上上 甲板间装设套隔绝海水、适应摇摆、控制井口甲板间装设套隔绝海水、适应摇摆、控制井口的装置，这套装置统称为钻井用水下井口设备。的装置，这套装置统称为钻井用水下井口设备。v三、装三、装设钻设钻井用水下井口井用水下井口设备问题设备问题 海洋钻井设备处于海上腐蚀性强的大气中，还有一海洋钻井设

43、备处于海上腐蚀性强的大气中，还有一部分构件浸人海水中，由于海水对它产生强烈电化学和部分构件浸人海水中，由于海水对它产生强烈电化学和化学腐蚀，因此浸入海水中的构件的寿命显著降低。化学腐蚀，因此浸入海水中的构件的寿命显著降低。v四、防止海水腐四、防止海水腐蚀问题蚀问题104我国常用的耐海水腐蚀的金属材料是：我国常用的耐海水腐蚀的金属材料是： （1 1）高合金钢）高合金钢 （2 2）低合金钢）低合金钢 （3 3）复合合金钢）复合合金钢目前主要防腐措施有：目前主要防腐措施有：1 选择耐腐蚀的材料选择耐腐蚀的材料2 设计合理的结构设计合理的结构 如将外形设计成流线形，易腐蚀处适当如将外形设计成流线形，易

44、腐蚀处适当加厚；尽量采用等强度设计；采用不同材料加厚；尽量采用等强度设计；采用不同材料的铆接件及焊接件，以消除有害的阴极接触的铆接件及焊接件，以消除有害的阴极接触等。等。 105 （1 1）外加金属镀层的保护层。）外加金属镀层的保护层。 （2 2）外加非金属涂层作为保护层。）外加非金属涂层作为保护层。 （3 3）电化学防腐。常用阴极保护法。）电化学防腐。常用阴极保护法。3 采用先进的防腐工艺采用先进的防腐工艺我国常用的防腐工艺是：我国常用的防腐工艺是： 海洋钻井装备与结构承受严重的波浪力，风力、海洋钻井装备与结构承受严重的波浪力，风力、海流力和冰力等海洋环境载荷的作用，因此在强度设海流力和冰力

45、等海洋环境载荷的作用，因此在强度设计，设备选择，估算寿命时，均需考虑这些承载特点。计，设备选择，估算寿命时，均需考虑这些承载特点。 v五、抵抗海洋五、抵抗海洋环环境境载载荷荷问题问题106 前两种是导航定位，后一种是防止平台漂移采取的前两种是导航定位，后一种是防止平台漂移采取的方法是锚泊定位或自动动力定位。方法是锚泊定位或自动动力定位。 107。在工作期间，必须做到在工作期间，必须做到5，最好做到，最好做到10%时，钻井平台必须与隔水管、井口装置脱开，处时，钻井平台必须与隔水管、井口装置脱开，处在撤离状态在撤离状态。 浮动平台定位的方法有两种：锚泊定位，自动动力浮动平台定位的方法有两种：锚泊定

46、位，自动动力 定位定位。108 （1） 海上钻井平台必须采用海上钻井平台必须采用不不同方向扩展同方向扩展。这种系泊方法。这种系泊方法。 常见的扩展锚系型式：常见的扩展锚系型式：。109 所有锚系锚缆分布相对于平台纵轴是对称的。所有锚系锚缆分布相对于平台纵轴是对称的。对来自两侧方向的风浪的抵抗。对来自两侧方向的风浪的抵抗能力较弱，而且平台两侧的挡风面积也较大，所以能力较弱，而且平台两侧的挡风面积也较大，所以。 还有一种扩展锚系，还有一种扩展锚系，所有锚缆都集中缠绕，所有锚缆都集中缠绕在井口的专用转盘上，称为旋转锚系。钻井平台可以旋转而不在井口的专用转盘上，称为旋转锚系。钻井平台可以旋转而不影响锚

47、索。这样钻井平台就可以随时旋转到使船头始终对准风影响锚索。这样钻井平台就可以随时旋转到使船头始终对准风向或有利的海况方向。向或有利的海况方向。 110 动力定位系统是依靠平台上的动力系统抵抗外力动力定位系统是依靠平台上的动力系统抵抗外力的影响，自动地保持平台在海上的位置。的影响，自动地保持平台在海上的位置。 初期动力定位做法是人工观察或雷达监测平台位初期动力定位做法是人工观察或雷达监测平台位移，人工手动操作推进器。现已发展为从测量位移到移，人工手动操作推进器。现已发展为从测量位移到操作推进器，实现完全自动化。操作推进器，实现完全自动化。 111 动力定位系统由三部分组成：动力定位系统由三部分组

48、成： 。 位置测量系统的作用，是测量平台相对于海底井口的位置位置测量系统的作用，是测量平台相对于海底井口的位置变化；变化； 计算机系统根据测量的位置变化，计算并确定推进器的工计算机系统根据测量的位置变化，计算并确定推进器的工作方案，并发出控制指令；作方案，并发出控制指令； 推进器系统的任务是依照计算机的指令推动平台回到原始推进器系统的任务是依照计算机的指令推动平台回到原始位置。位置。112113114115116117118119120121 油井井口装置包括：油井井口装置包括： 套管头、套管四通、油管头、油管四通、生产主阀、地面安全主阀套管头、套管四通、油管头、油管四通、生产主阀、地面安全主阀、生