第三章-修井设备及工具

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重庆石油高等专科学校石油工程系1祝大家中秋愉快！全家幸福！2第三章修井设备及工具

本章主要内容：修井机及动力设备液压与气控系统井架循环冲洗设备指重表海上修井机具修井工具等3修井机

修井机包括：XJ350型修井机；LTO—350型修井机；英格索兰修井机；盘管〔连续油管〕修井机等LOWERSTABILIZERJACKS

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4LTO—350型修井机这是一种钻与修两用的修井动力设备。其特点是负荷大，机械化程度高。但其传动结构复杂，维修保养要求严格。因此，要想使此设备在修井机作业中发挥作用，要求操作者必须全面了解设备结构原理、各种参数及一般性能、常见故障处理和简单维修保养知识，并熟记作业中的操作规程和具体规定，才能充分利用此种设备。

5LTO—350型修井机设备参数①大钩负荷：〔在6股绳的情况下〕额定负荷为90t；②修井深度：3650m，③钻井深度：1800m；④大修作业深度：300m〔指解卡、钻磨等〕；⑤打捞深度：4400m；⑥外形尺寸：长X宽X高：17mX2．5mX4.2m；⑦总重量：37t；⑧适用温度：一40℃一57℃〔当一20℃以下时不能起放井架〕。6LTO—350型修井机结构与作用：主要有：柴油机、传动箱、齿轮箱、捞砂滚筒、主滚筒、水刹车、绞车猫头、指重表、液压与气控系统、游动滑车、液压大钳、电气系统、操作台等〔作用见培训教材〕7LTO—350型修井机液压系统作用是供井架的起放、伸缩、锁定，供液压绞车、猫头绞车、液压找平千斤及供液压大钳用。液压系统是由油箱、齿轮泵、定压阀、换向阀、油缸、油马达、滤清器及管线路接头等零部件组成，其主要参数如下：工作压力：最大为21MPa；油箱容积：325加仑〔1230L〕；过滤精度：进油143目，回油200目；主泵排量：200l/d；主泵转数；2100r／min，主泵压力：210kg／cm2。8LTO—350型修井机气控系统

此系统主要控制主滚筒、捞砂滚筒离合器、液泵、转盘离合器、刹车装置、气动卡瓦以及其它一些执行机构的气缸等。气控系统主要包括气控阀、油门控制阀、空压机、快放阀、单向阀以及气缸、管阀接头等零部件。其主要参数是：工作压力：0.87～0.91MPa；压力机排量：0.6m3／min；压气机转数：2100r／min。

9盘管〔连续油管〕修井机盘管修井机是60年代初期开展的一种新型修井设备，主要用于循环操作。当配备小直径的迪纳钻具时，可进行小扭矩的旋转操作。目前已经广泛地应用于陆地与海上修井，但由干其使用的局限性，仍不能取代普通修井机。又由于它节省作业时间，能在较小直径的油管中进行修井作业，可以在不压井情况下操作，容易实现操作自动化10盘管〔连续油管〕修井机VERTICALHORIZONTALHoleSizeMaximum 6-1/8〞 4-3/4〞Minimum 3-1/2〞3-1/2〞Future 2-3/4〞 2-3/4〞

Depth 4000m3500mCasingSizeMaximum9-5/8〞7〞Minimum4-1/2〞4-1/2〞11井架井架的用途主要是装置天车支承整个吊升设备，如钢丝绳、游动滑车、大钩等，以便进行起下作业。修井时除大修用钻井井架外，一般常用的是轻便井架。井架的种类井架种类很多，有固定式井架和可移式井架两种。从结构上分，有单桅杆式、两腿式、三腿式、四腿式。由于固定式井架的利用率较低，因而现场已逐步用活动井架代替国定式井架。活动井架有修井机自带和背架车携带。12井架井架的使用要求井架的承受载荷是有限的，因此作业中应根据施工的负荷选择适当型号的井架，不容许超负荷使用井架，以防止造成井架变形、拉倒事现井架天车应按期加注润滑油，保持天车轮运转正常，如天车轮转不动，那么应更换后再使用。井架各连接处应按期检查，必须牢固可靠。井架体不准有腐蚀或变形。井架绷绳位置符合要求，绷绳牢固可靠，松紧调整适当，各绷绳受力均匀，井架稳固。应注意在吊升大负荷时，两腿前倾斜井架不仅要加大向前倾斜，而且还将使井架产生一定的弯曲变形，这时的侧向应力在井架中部最大，因比在提升大负荷前，应将井架后第二道绷绳适当调松一些，以防在井架受力前倾、弯曲时造成井架〔压杆〕稳定性破坏。13循环冲洗设备在井下作业修井过程中，循环冲洗设备的主要作用是向井内打入各类液、剂，实现循环和洗井工艺，完成井下作业和修井施工中的压井、冲砂、替喷〔诱喷〕洗井、改造措施中的向井内泵送酸液和压裂液，及水力喷砂等项工作。循环冲洗设备主要包括泵、洗井车、高压洗井管线、水龙头、水龙带、弯头及管汇等。14循环冲洗设备泥浆泵在修井时，用泵将水泥、水、原油和泥浆打入井内，进行循环冲洗、压井或挤炮眼等作业，见图3—6。通常用于修井的泵，大都是卧式活塞型的双作用泵。这种泵的结构分两局部——动力端与液力端。带动泵的动力有电动机或内燃机15循环冲洗设备洗井车〔水泥车〕水泥车是专洪油、气井进行循环、洗井、压井、注水泥和进行其它挤注工作使用的特种车辆。上面装有活塞泵、柱塞泵、带标尺的水箱、管线、混合漏斗以及附加动力设备和变速箱等。作用是完成上述的循环洗井等项作业；注水泥时水泥浆全部由它配制和泵送。目前，现场上常用的水泥车有SNC—H300型和AC—400型、万国CPT986型等几种16四、海上修井机具海上油井井口分为水上井口和水下井口两种。水上井口的修井，根本上用陆上修井机进行，但为适应海上工作待点，总体方案有所不同。对于水下井口的修井方法，大体可分为两类。1．

将水下井口变成水上井口的修井法2．通过出油管线修井法17四、海上修井机具1、将水下井口变成水上井口的修井法通常是从水面上把隔水管、导管等接到水下采油树上，有的也用沉箱沉入海底，并用单向阀或水泥塞堵住井口，撤除套管头后，将管子接到出油管，再从沉箱内引出到水面以上，这样即可把水下井口延伸到水面以上，用一般陆上修井机进行修井。18四、海上修井机具2．通过出油管线修井法这种方法是采用一种特殊的修井工具，将出油管线下到水下井口以进行各种修井作业。修井工具可以靠自重或用钢丝绳下入，也可用液压输送；起出时，可用绳索打捞工具，也可用反循环泵送，采用泵送起下的修井工具称为泵送工具，这时除了出油管线外，还必须装有第二条管线通至集油站。19四、海上修井机具海上修井机分为：1〕普通平台修井机2〕与辅助船配合使用的修井机3〕修井船A、装有液压起下装置的自升式修井船B、装有软管修井机的修井船20四、海上修井机具普通平台修井机这类修井机的全套机组采取橇装、积木式的集成组合方案。它适用于完井25口以上大型海上固定采油平台。还能进行注水泥、试井、酸化、塑料固结等作业。这种修井机，有的用重型驳船整体运载，有的分成几个大机组或单机用直升飞机等运载；还有的外形象一个龙门起重机，天车可在天车梁上移动以适应不同井位，称为龙门式平台修井机21四、海上修井机具〔2〕与辅助船配合使用的修井机1〕局部设备装在辅助船上的修井机对于各种小型采油平台〔完井在16口以下的〕，一般只能支承小型修井机。如常将400马力的小型液压修井机放在平台上，而将400马力的两台柴油机及其所驱动的两台200马力变量泵和另一台370马力的泵放在辅助船上。2〕全部放在辅助船上的绳索修井机这套系统，目前至少可用于水深100米的海底油井的维修。它采用了一个标准的防喷管，因而可将一般陆上的绳索修井技术直接引用到海上修井作业中，但仍须潜水员协助进行水下井口的某些连接工作。

22四、海上修井机具对于那些近海不带平台的卫星井或平台很小的单井卫星平台，因无法安装一般的修井机，应用具有自航能力的自升式修井船。1．装有液压起下装置的自升式修井船全套作业设备是由液压起下装置、三滚筒绞车组和高压泵系统三局部组成。全部船面设备都采用液压传动。23四、海上修井机具2〕装有软管修井机的修井船安装在修井船上，可对水深75米、水下完井的油井进行修井。装在船上的修井设备主要由软管卷筒、升沉补偿系统和绳索作业绞车三局部组成，修井船用动力定位。升沉补偿系统主要是通过补偿钢丝绳来保持软管的拉力，使软管隔水管的顶端在风浪较大时也相当稳定。由于船的水平运动和海流的作用，软管往往形成一条曲线，特别是在其上下两端。为此，在这两点上各装一个大曲率半径的导向罩，以控制绳索工具和软管内外表的间隙。24四、海上修井机具2．泵送工具泵送工具一般可以完成海上油井的各种日常维护工作和冲砂、酸化、射孔、塑料人工井壁以及生产井段的挤压作业〔挤油、挤水泥等〕。在钻井船离开井位以后，还可进行某些完井作业。〔1〕一地面设备地面设备主要由三局部组成。1〕泵其水马力一般约150马力。2〕管汇和仪表滑橇包括一个控制油流的阀箱，一个和井口上一样的可变油嘴，一个回压调节器及必要的仪表。3〕防喷管其作用是使工具能在压力下进入油井，一般采用卧式，右图25四、海上修井机具完井设备泵送修井用的井口装置如右图所示，通过阀门弯管，接通出油管。弯管在相交处与油管中心线相切。这套井口装置装上堵塞后，可适用于泵送修井操作，而撤除堵塞后，也可适用于一般垂直起下的修井作业。在采用泵送工具修井时，工具可通过井口装置上两条弯曲半径不小于1.5米的出油管线泵入井下或返回水面，这两条管线在接近井底的地方相通，因而可循环液压介质。26四、海上修井机具〔3〕修井工具包括维修、清蜡、射孔、冲砂、地层封堵用工具和井底压力弹。维修工具通常由起下工具和震击工具等组成。起下工具可以通过远距离操作和另一个泵送部件连接或脱开。图3—14是通过起下工具泵送井下油嘴的情况。井底压力弹用于测试井底压力。27四、海上修井机具〔4〕水下控制设备它主要包括有平安阀、固定阀以及循环控制阀〔右图〕等。28五、指重表

指重表是井下作业中的重要仪表。通过它，可以把井下钻具悬重和钻压反映到地面。根据指重表针的变化判断井下情况，能保证快速、优质地完成井下作业任务。指重表的种类很多，常用的有以下几种：1．液压式指重表2．电子指重表29五、指重表1．液压式指重表常用的YHB—2型液压式重表如右图所示，由传压器、灵敏表、直接读数压力表、自动记录的压力表、手压泵和贮液杯等组成。使用时将传压器固定在钢丝绳端。传压器将钢丝绳死绳所受的拉力传给压缩液体，受压缩的液体通过连接管线同时送到各仪表的波登管里，并通过各仪表机构的作用在表盘上指示出这一拉力数值来。

30五、指重表液压式指重表目前常用的另一种液压指重表是与修井机配套使用的JX—15型指重表，其结构见图3—16所示。它具有结构简单，使用方便等特点。当大钩受载荷时，死绳拉力〔死绳最大拉力为5000公斤〕变大，使液压缸内活塞受力上行，液体压力增大。根据压力表上读得的数据可以算出大钩负荷。31五、指重表2．电子指重表电子指重表的优点是精度高，灵敏度高，使用方便。传感器和指示仪系统误差为1％。在=290毫米刻度盘上，传感器受力每变化12.5公斤仪表指针移动10毫米。在一个表盘内有三个指针，可分别指示钻柱的总重、悬重和钻压。电子指重表工作可靠，不受外界温度、振动、碰撞的影响；可预报卡钻等事故，以便及时采取措施排除事故；讯号可以远距离传送，实现遥控。

32六、井控设备工作原理及维护

1、油气井压力控制的根本方法：油气井压力控制的根本方法有三种，即初次控制、二次控制、三次控制。初次控制：采用适当的修井液密度，建立足够的液柱压力平衡地层压力的工艺技术。二次控制；当初次控制失去平衡时，采用井内液柱压力和井口装置所建立起来的回压〔套压〕平衡地层压力的工艺技术。三次控制：当二次控制失效后，所采取的各种紧急措施。三次井控应尽量防止使用。33六、井控设备工作原理及维护2、井控装置修井井控装置的类型主要有封井器、闸板防喷器、旋转防喷器及辅助设备等。〔1〕．自封封井器由壳体、压盖、压环、密封圈和胶皮芯子组成，如右图。它的作用原理是靠井筒内油套环形空间的压力及胶皮芯子自身的伸张力与收缩性，使下井工具及全部管柱能顺利的下入和起出，并起到密封的作用。因此，自封封井器在井下修井过程中主要作用是密封油管和套管环形空间。它主要与油管工作筒、堵塞器配套用于小修作业。34六、井控设备工作原理及维护〔2〕．胜272型两用闸板防喷器右图是胜272型两用闸板防喷器是将半封封井器和全封封井器合理结构简化为一体的轻便型两用防喷器，如图主要由壳体、半封芯子总成、止推轴承、半封芯子丝杠、导键、全封丝堵总成、密封垫和全封丝杠等组成。作用原理是左右丝杠转动时带动半封芯子总成移动，便起到半封封并器的作用。当需要全部封住井口时，先将中间丝杠推进，使半封芯子卡住全封丝堵，即到达全封的目的。35六、井控设备工作原理及维护FZ18—21单闸板防喷器是由壳体、闸板总成、侧门、手控总成及密封装置等组成工作原理是通过手控总成中的丝杠带动闸板包住钻柱以到达密封。手动控制装置既是闸板开关的传动机构，也是到达封闭管柱的自锁机构。闸板总成采用单向密封式闸板。36六、井控设备工作原理及维护FS12—5旋转防喷器主要由外壳与旋转总成两局部组成。旋转总成由自封头〔密封胶芯〕、人字盘根、承压轴承等组成，如图。④旋转防喷器的安装〔1〕旋转防喷器一般安装在井控系统的最上部，如需要安装防顶装置那么将手动平安卡瓦安装在旋转防喷器的上部〔2〕安装前底法兰及钢圈槽、螺栓等均应清洗干净，如果要单独使用旋转防喷器，应通过配合三通将旋转防喷器与井口联接起来。〔3〕安装时，钢圈等联接件均应涂润滑脂，螺栓对角上紧。〔4〕安装完毕后，对井口作一次试压5MPa的密封试压，稳压5min不漏为合格。37六、井控设备工作原理及维护5．井控辅助工具①油管密封局部及辅助工具不压井不放喷井口装置的油管密封局部是靠堵塞器工作筒来完成的，如图。使用时，工作筒随下井管柱下入井内，如需密封住油管通道那么将堵塞器装入或投入工作筒内即可到达；如果需要敞开油管通道，只要将堵塞器从工作筒内取出即可。38六、井控设备工作原理及维护1〕工作筒：工作筒是由上、下接头和密封短节组成。上接头为母扣，下接头为公扣，分别用以和油管相连接。密封短节那么与堵塞器配合起密封作用。由于所用井段不同或其它特殊要求，在井下的堵塞器工作筒不只一级，也有下两级的。所以其标准也有所不同，按其密封段最小直径分为55.5mm、50mm及42mm三种。2〕堵塞器：主要由打捞头、提升销钉、支撑卡体、调节环、密封圈、密封圈座、心轴、轴母及导向轴母组成，如上图。它的作用是按照组合尺寸与它的配套井下工作筒配合对油管通道起密封作用，起出时便解除密封作用。堵塞器与工作筒相配套亦分内径55.5mm、50mm、42mm三种。39六、井控设备工作原理及维护3〕打捞器：主要用于不压井不放喷施工作业之后，将下入井内工作筒中的堵塞器打捞上来，以便翻开油管通道，进行洗井投产等下步工序。打捞器的种类很多，按打捞部件的特点分为爪块式、弹簧式、卡瓦式几种，其各自的技术标准及适用于打捞头的直径也不同。因此，在打捞堵塞器之前，必须要对所要打捞的堵塞器的技术标准特别打捞头的尺寸大小要了解清楚，才能恰当的选用适当的打捞器，图3一23所示为卡瓦打捞器，它是由压紧接头、盘根、弹簧、卡瓦筒、弹簧坐、卡瓦片组成。40六、井控设备工作原理及维护②钻具回压阀钻具回压阀是一种主要的钻杆内防喷工具，又被称为钻具内防喷器。其结构形式主要有闸板形、浮球形、箭形和投入式止回阀四种。使用方法也各有不同，但目的一样，都是密封钻具水眼，阻止流体从钻具内喷出。在修井施工常用的是箭形止回阀。41六、井控设备工作原理及维护③井口试压工具井口试压工具有几种，目前用得最多的是F型皮碗试验器，如下图。它的上下接头均为钻杆扣，可接在钻柱上任一位置，下到井内任一深度，对井口或井内套管鞋内某处进行试压。42七、修井工具1、井下工具分类及型号编制方法〔见书P52-55〕2、常用修井工具〔1〕铅模1〕用途：铅模是探视井下套管损坏类型、程度和落物深度、鱼顶形状、方位的专用工具，根据印痕判断事故的性质，为制定修理套管和打捞落物的措施及选择工具提供依据。2〕结构：常用铅模有平底铅模和锥形铅模两种，分别用于探视套管内径与鱼头。3〕使用技术要求：①下井前必须认真检查连接螺纹、接头及铅壳镶装程度。②铅模打印的规定：打印铅模，一般选用比欲测内径小4~5rnm的铅模。铅模只许打印一次，不能重复。铅模印痕的描绘与解释要做到实事求是，细致认真，周密考虑。铅模印痕描述及事故判断处理例析见下表。43七、修井工具44七、修井工具45七、修井工具2．公、母锥1〕公锥是一种专门从管类落物内孔进行造扣打捞的工具。其结构〔如下图〕是一节通心的圆锥体，一端加工成母螺纹或公螺纹，使之与钻杆或油管连接，另一端加工成特制螺纹，用于造扣打捞。当鱼顶是接箍、接头和钻杆加厚局部时，使用公锥比较适宜。公锥有正扣和反扣两种。正扣公锥用于造扣直接打捞落物，反扣公锥用于造扣倒扣打捞落物46七、修井工具2〕母锥是一种专门从管、杆类落物外壁进行造扣打捞的工具〔如图3—26所示〕。其结构是一节锻制的短钢管，一端加工有母螺纹，使之与钻杆连接，另一端加工有锥度的造扣打，母锥也有正扣和反扣两种。正扣母锥用于造扣直接打捞落物，反扣母锥用于造扣倒扣打捞落物。3〕公、母锥作用原理：无论是公锥还是母锥其工作原理都是依靠打捞螺纹在钻具压力与扭矩作用下，吃入落物内壁或外壁造扣将落物捞出。

47七、修井工具3．捞矛1〕滑块卡瓦打捞矛是从管于内壁打捞管类落物的一种专用工具。如所示。工作原理：捞矛接头与油管或钻杆连接，在矛杆的中下部刨有斜面，斜面中间沿轴向有一条键，在键上装有一个可以上下滑动的卡瓦牙块，卡瓦牙块向上滑动直径变小，并受矛杆的切台限制；向下滑动直径变大，最后受挡键限制。卡瓦牙块外部有齿尖向上的梳形牙齿，当打捞落物时，捞矛插人管子内腔，下放钻柱卡瓦牙向上滑动，直径变小，滑至限制台阶止。然后上提钻柱，这时由于卡瓦牙块的牙齿已卡住管子内壁，矛杆上提，相对卡瓦向下滑动，直径变大，卡瓦牙块齿尖向上的牙齿便牢固地卡住落井管子内壁，起出钻柱即捞出落物。48七、修井工具2〕螺旋可退式打捞矛也是从鱼腔内进行打捞落物的工具。如下图，主要由接头、芯轴、圆卡瓦、释放环和引鞋组成。这种捞矛无论落物处于自由状态还是遇卡状态均可使用。工作原理：①打捞：自由状态下圆卡瓦外径略大于落物内径。当工具进人鱼腔时，圆卡瓦被压缩，产生一定的外胀力，使卡瓦贴紧落物内壁。随着芯轴上行和提拉力的逐渐增加，芯袖和卡瓦上的锯齿形螺纹相吻合，卡瓦产生径向力，使其咬住落鱼实现打捞。②退出：一旦落鱼卡死，无法捞出，而需退出时，只要给芯轴一定的下大力，就能使卡瓦与芯轴的内外锯齿形螺纹脱开〔此下击力可由钻柱本身重量或使用下击器来实现〕，再正转钻具2～3圈〔深井可多转几圈〕，圆卡瓦与芯轴产生相对位移，促使卡瓦沿芯轴锯齿形螺纹向下运动，直至卡瓦与释放环上端面接触为止〔此时卡瓦与芯轴处于完全释放位置〕，上拉钻具，即可退出捞矛。49七、修井工具4．捞筒可退式卡瓦捞筒：是从管子外部进行打捞的一种工具。可从外部打捞各种长圆柱状落鱼，并可自由退出落鱼。其结构有篮式和螺旋式两种。篮式卡瓦打捞筒主要由上接头、壳体总成、篮式卡瓦、控制环、内密封圈、O型圈、引鞋组成，如下图；50七、修井工具螺旋式卡瓦打捞筒主要由上接头、壳体总成、密封圈、螺旋卡瓦、控制环和引鞋组成，如所示。工作原理：当可退式卡瓦捞筒捞获落鱼后，上提钻具，卡瓦外螺旋锯齿面与筒内相应的齿面有相对位移，从而依靠筒体锥面与卡瓦锥面的滑移，使卡瓦内径变小，卡住落鱼而捞出。51七、修井工具5．平安接头平安接头有多种类型，在修井作业中，常用的有锯齿螺纹型、波纹型和VR〔哈里巴顿〕型平安接头。波纹型平安接头主要由上接头、下接头、密封盘根组成，如下图。用途：在处理事故或带有大直径多种井下工具进行某项施工时，为了防止管柱被卡或使事故复杂化，一般都在下井管柱接近井下工具上部连接平安接头，当工具或测试仪器被卡住时，利用平