第一篇：西門子控制系統在石油鉆井設備上的應用

西門子控制系統在石油鉆井設備上的應用

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摘要(Abstract)：本文結合石油鉆井設備控制系統的具體實例，概括了利用西門子SIMATIC 300進行系統集成的設計方法。該系統使用STEP 7軟件進行編程和調試，通過PROTOOL軟件來實現現場的可視化，通過WINCC軟件實現數據采集、歷史歸檔和報表打印，實現了冗余備份和遠程維護功能。

關鍵詞(Keywords)：數據采集 歷史歸檔 冗余備份 遠程監控 引言

該項目使用SIMATIC控制系統應用在ZJ30DB、ZJ50DB變頻電動鉆機上。我公司為由四家企業組成的中外合資企業。公司以科技為先導，主要生產石油鉆井設備及其配套設備、電氣控制系統、工程環保項目等。

選用西門子SIMATIC 300系列CPU作為變頻電動鉆機的控制核心，PLC與變頻器的通訊采用Profibus總線。由于高可靠性及野外操作對維修帶來的復雜性要求，系統具有冗余備份和遠程監控功能。系統介紹

該鉆井設備布置分為五個區域:鉆臺區、泵房區、動力及電傳動區、固控區、油罐區。鉆臺區布置有絞車、轉盤、頂驅、司鉆室、司鉆偏房等，為危險作業區，整個區域的電氣均要求防爆。泵房區布置有泥漿泵組、電動灌注系統及鉆井液管匯;動力及電傳動區布置有柴油發電機房、氣源凈化裝置房、輔助發電機房和電控房;固控區布置有泥漿循環罐、泥漿凈化設備及套裝水罐;油罐區包括油罐、泵、管線。由于鉆臺區為危險防爆區域，按照國際及國家有關標準，其他區域距離井眼的長度至少在50米以上。整套PLC控制系統分別布置在電控房和司鉆室，其中電控房內包括兩臺相互冗余的CPU和一套ET200M，司鉆室包含一套ET200M。電控房內布置有:PLC控制柜、發電機柜、整流柜、VFD柜及MCC柜。司鉆室集鉆機機電、氣、液控制于一體，除了包含一套ET200M的電控柜外還包括主控制臺和輔助控制臺，具有鉆機操作和鉆井參數實時顯示、電氣系統運行監控與顯示、聲光報警、故障指示等。控制系統可以完成對5臺600kW以上電機(其中包括3臺泥漿泵電機、1臺絞車機和1臺轉盤電機)的控制和相互之間的聯鎖控制;還包括對發電機柜、整流柜及鉆臺傳感器的數據采集、控制和報警、故障顯示。在鉆井過程中，對絞車和轉盤的可靠性要求較高，如果絞車或轉盤發生故障，在短時間內不能修復，則有可能造成井壁坍塌的大事故，因而系統具有冗余備份的功能。控制系統構成

控制站具有冗余備份功能，由兩個SIMATIC CPU 315-2DP模塊構成;采用ET200M將現場輸入輸出點通過Profibus總線連接到控制站，并通過Profibus總線與5臺ABB變頻器通訊;經理室采用SIMATIC WINCC 軟件通過S7協議與控制站通訊;并在控制站通過MPI口外接SIMATIC TC35T以實現遠程維護。系統功能

整套鉆機的鉆井工藝概況如下:

絞車裝置主要用于起升、下放井架、底座、大鉤及鉆桿;轉盤裝置用于鉆桿的上扣、下扣以及旋轉鉆桿帶動鉆頭切削巖石;泥漿泵裝置將高壓泥漿通過管匯注入鉆頭，不僅起潤滑、冷卻鉆頭的作用，還將夾雜著巖石碎屑的泥漿帶回泥漿凈化系統以便重新使用。

整個鉆機系統的功能主要包括:

(1)通過Profibus總線，實現S7-300 CPU與ABB變頻器之間的通訊，以完成對相應電機的控制。根據傳遞參數數量確定PPO類型, 編寫相應的通訊程序。對關鍵鉆井工藝過程實現安全聯鎖，若發生故障，在操作臺面板上給出聲光報警, 并在MP370顯示面板上給出報警或故障提示。

(2)泥漿泵控制:操作員操作司鉆室的面板通過ET200M的Profibus-DP將信號傳遞到控制站S7-300 CPU模塊，控制三臺泥漿泵的風機、噴淋泵、泥漿泵主電機的啟動、停止、速度給定以及相關的聯鎖保護。由于電機功率較大，要求強制風冷。泥漿泵風機啟動后，當其風壓開關閉合即建立風壓時，方可啟動泥漿泵主電機。

(3)絞車控制:使用脈沖編碼器通過FM350模塊計算大鉤高度，對最高位、最低位進行限位，防止“上碰下砸”;具有“自動控制”功能，可根據速度給定手柄的位置確定是否處于自動區域(手柄全行程的0～20%，80%～100%)，處于自動區域可自動控制大鉤的運行速度以及停止位置;可選擇高速、低速、超低速三種速度選擇范圍以適應不同工況;在起升、下放井架、底座時由于負載重量比較大，使用“超低速”速度選擇方式(0～60rpm)，而且在起升、下放時，系統具有能耗制動功能，使得操作平穩、可靠。

(4)轉盤控制:采用Profibus-DP協議通訊，可控制轉盤變頻器的速度給定值、扭矩限定值，并給出變頻器過流、過壓報警。

(5)軟件冗余:當由于供電單元、背板總線、主站、硬件或軟件引起的CPU發生故障、冗余備份總線電纜、冗余從站接口通訊中斷或冗余從站接口發生故障時，通過SIMATIC Software Redundancy軟件-簡單的軟件機制就可使一個發生故障的主CPU由冗余CPU接管過來，這對主備系統切換時間要求不高、而采用冗余備份系統或其他特殊高可靠性系統不是絕對必要(從性價比方面考慮)的系統是比較適合的。采用這種軟件冗余備份方法，可有效地提高系統的可靠性;

(6)遠程監控:通過GSM無線通訊網絡可實現遠程監控。由于石油鉆井設備應用現場的特殊性(可靠性要求高，生產現場比較偏僻、環境惡劣)，現場服務不可能迅速快捷，維修成本相應較大。在遠程終端通過SIMATIC TELESERVICE 軟件，可在線實時分析故障原因并實現遠程軟件升級。這樣可更有效地使用資源、提供快捷服務、大大較少維修費用和維護時間、增強了設備的經濟性;

(7)人機界面:兩個人機界面顯示面板分別設置在電控房和司鉆室。通過PROTOOL軟件組態, 顯示設備運行狀態以及各個電機的運行邏輯狀態，監控現場設備的運行，設有故障頁顯示, 便于故障定位和維護。

(8)歷史歸檔及報表打印:由設置在經理室的PC機完成。采用SIMATIC WINCC軟件編制，使用Microsoft公司的SQL SERVER作為數據庫管理的工具，VISUAL C實現對歷史歸檔數據的查詢、動態畫面的組態，可實現報表、趨勢、報警打印功能，為管理人員分析數據提供幫助。結束語

整套系統實現了鉆井設備的分布式集中控制。設置在電控房內的S7-300 CPU，通過現場的分布式I/O模塊采集設備狀態、控制現場設備的運行，具有復雜程序控制和常規聯鎖保護功能，并通過兩臺顯示面板實現現場設備的運行狀況的可視化，系統還具有歷史歸檔和報表打印功能，使整個系統具有較強的技術優勢和競爭力。

由于方案是初次使用西門子公司的PLC控制系統，整個系統的通訊采用Profibus電氣網絡，系統中的司鉆室距離電控房較遠(60m)，系統初始設置通訊速率為1.5Mbps，但在現場調試過程中發現設置在司鉆室的分布式I/O從站時常有通訊中斷現象，而按照設計要求位于總線終端的中繼器和總線連接器的終端電阻都置于“ON”位置。這讓現場調試、故障查找及排除花費了較長時間。但按照手冊查找，通訊速率應可達12Mbps，系統中設置通訊速率為1.5Mbps通訊應該可靠，但將波特率降低至500kbps，系統長時間運行安全可靠，再無通訊故障現象發生。這說明系統的通訊質量存在問題。經分析，從電控房到司鉆室的通訊線受到動力線的干擾較大。

如何根據網絡的拓補結構、總線的硬件連接情況確定系統可靠安全運行的通訊速率以及如何優化，這些困擾擺在我們面前。目前，西門子公司已推出用于檢測Profibus 系統通訊質量的專用儀器，根據監測結果來改善拓補結構和硬件接線，便于設備安裝、調試、故障定位與維護;另外，從性價比方面考慮，采用光纖通訊也是一種可行方案。從現場設備的調試和運行情況來看，SIMATIC PLC控制系統的可靠性和靈活性有目共睹，相信我們會有更多的設備來使用SIMATIC控制系統。(

第二篇：石油鉆井主要設備（xiexiebang推薦）

石油鉆井主要設備、設施及其使用安全技術要求

發布時間：2010-02-07 05:35:36 查看：5次 字體：【大 中 小】

石油鉆井用的鉆機是一套聯合機組。鉆機由井架、絞車、游車、大鉤、轉盤、鉆井泵、動力機組、聯動機組全套鉆井設備及井控、固控設備、發電機組、液壓和空氣動力等輔助設備等組成。

鉆機的最大井深、最大起重量、額定鉆柱重量、游動系統結構、快繩最大拉力及鋼絲繩的直徑、起升速度及擋數、絞車功率、轉盤開口直徑、轉盤轉速及擋數、轉盤扭矩及功率、泵壓、泵組功率和鉆機總功率等鉆機的基本參數，反映了全套鉆機工作性能的主要數量指標，是設計和選擇鉆機類型的基本依據。因為鉆機從動力機到各個工作機或井底鉆具之間有著不同的能量轉換方式和傳遞路線，它的傳動與控制系統比較復雜，因此，如何提高鉆機操作的機械化和自動化水平一直是人們研究的一個重要課題。在生產過程中，鉆機一般是在曠野、山地、沙漠、沼澤及水上、海上進行流動作業，其工作場所多變，要求鉆機要具有高度的運移性，即拆裝容易、部件的尺寸、重量都要在通用的汽車和吊車的工作范圍之內，并適應在野外檢修和更換易損件的要求。

一、鉆機的提升系統

鉆機的提升系統由絞車、井架、天車、游車、大鉤及鋼絲繩等組成。

(一)井架

井架由井架的主體、人字架、天車臺、二層臺、工作梯、立管平臺、鉆臺和井架底座等幾個部分組成，主要用于安放和懸掛天車、游車、大鉤、吊環、液氣大鉗、液壓繃扣器、吊鉗、吊卡等提升設備與工具。目前，在國內外石油礦場上使用的井架種類繁多，但就結構型式來講，一般可分為塔型井架和A型井架兩種。

塔型井架是從井架底座往上分層一次性組裝完成的，依其前扇結構是否封閉，又可分為閉式和開式兩類。閉式塔型井架的主要特征是：井架的橫截面為正方形，立面是梯形。為了工作方便，在井架的前扇下部裝有大門，因而前扇下部不能封閉，但是整個井架主體仍是一個封閉的整體結構，所以它的總體穩定性好，承載能力大。其缺點是拆裝井架必須高空作業，安全系數小，拆裝時間長。此類井架多用于深井鉆機和海洋鉆機。開式塔型井架的主要特征是：主體是由3—5段構架組成，各段均為焊接結構，段與段之間采用螺栓、銷子或公母錐座螺栓等連成一體。這種井架采用分段地面拆裝、整體起放和分段運輸的方法，拆裝方便、迅速、安全。一般多用于中深井鉆機。

A型井架是從地面分段，在地面組裝完成后，再用絞車、動力液壓緩沖等輔助設施一次性起升完成。A型井架的主要特征是：從總體結構形式看，整個井架是由兩個構架式或管柱式的大腿靠天車臺和井架上部的附加桿件與二層臺連接成“A”字形的空間結構，大腿前面和后面裝有撐桿，以便起升和支撐井架用。A形井架的兩個大腿可分為3～5段，并用螺栓連接成一個整體，因而整個井架可在地面分段拆裝、分段運輸和整體起放，方便而安全。由于這種井架主要靠兩條大腿承載，承受載荷時能均勻分布，而每條大腿又是封閉的整體結構，所以承載能力和穩定性都較好，但其總體穩定性較差。

除了對井架要定期檢測以外，井架的使用安全技術要求主要有：

(1)要經常教育職工愛惜井架，合理使用井架，做好對井架的保養維護，時刻保持井架完好。井架在起升之后和下放以前，要進行徹底的檢查，以證實沒有部件發生變形和所有的螺栓齊全緊固并配備合適的鎖定墊圈。沒有辦理安裝質量驗收和交接手續的井架不能使用。

(2)上下絞車時，必須由井隊干部負責指揮，力求達到平穩施工。(3)鉆井隊要定期、定人、定部位對井架進行檢查和維護。定期檢查要求每個白班和下套管前各進行一次。定人檢查要求每個班的井架工負責檢查。定部位檢查要求每個井架工各承包一部分井架結構進行檢查。在風、雨多發季節，鉆井隊要班班對井架繃繩及繃繩坑進行檢查。對天車、猴臺、指梁，死繩固定器、轉盤、鉆機、鉆桿盒大梁、立管臺、二層臺的固定情況，由井隊安全員每周檢查一次。對查出的問題，要立即組織整改。

(4)不準隨便割、拆、換井架的橫梁、拉筋、螺絲、卡子、零件、附件。(5)下套管之前對井架進行全面檢查、整改，鉆具要分立兩邊矗立，盡可能使井架受力平衡。要封閉好指梁，防止大繩進入。下完套管時，若發現井架無安全保障，應立即將套管坐在轉盤上，停止活動套管。注：1500米以上鉆具必須分靠井架兩邊，以防一邊立鉆具造成井架扭曲，沒有猴臺的立即整改安裝。

(二)天車和游車

天車和游車組成提升系統的滑輪系。作為定滑輪的天車改變力的方向，作為動滑輪的游車起省力作用，減輕絞車的負荷，從而使提升系統獲得很大的機械效能。

1．天車

天車一般是多個滑輪裝在同一根芯軸或兩根軸心線一致的芯軸上。現在的天車大都是滑輪通過滾柱軸承裝在一根芯軸上。芯軸一般是雙支承的，軸的直徑較大，芯軸的一端或兩端有黃油嘴，芯軸里有潤滑油道。潤滑脂從黃油嘴注入，以潤滑軸承。常用的天車有TC—135、TC—130、TC—350、GF—400、TC—450、TC4—315等。

在天車工作前，必須有專人檢查天車輪的靈活性。各滑輪的轉動應靈活，無阻滯現象。當轉動一個滑輪時，其相鄰滑輪不應隨著轉動。所有連接必須固定牢靠，不得有松動現象。各滑輪軸承應定期逐個注滿潤滑脂。天車軸及天車層底座應固定牢靠；護罩和防條繩應齊全完好，固定牢靠。當出現頓鉆或提斷鉆具等事故時，應仔細檢查鋼絲繩是否跳槽。滑輪槽嚴重磨損或偏磨時，應視情況換位使用或更換滑輪。軸承溫度過高、發出噪聲或滑輪不穩和抖動時，應及時采取降溫措施和更換潤滑脂或更換磨損的軸承。滑輪有裂痕或輪緣缺損時，嚴禁繼續使用，應及時更換。

2．游車

游車的形狀為流線型，以防起下時掛碰二層臺上的外伸物。同時，游車要保證一定的重量，以便它在空載運行時平穩而垂直地下落。現在，鉆機各型游車都是一根芯軸，滑輪在軸上排成一列，其結構與天車相似。常用的游車有TC—135、YC—130、YC—350、MC—400、YC—450、YC—315等。

在游車工作前，應檢查各滑輪是否旋轉靈活及各連接部件是否緊固。在工作時，因為每個滑輪轉動圈數不一，滑輪應定期“掉頭”使用，以使滑輪的磨損情況趨于平衡。每周應將游車直放到鉆臺上仔細保養一次。保養時應檢查下列內容：各條油路是否通暢；鋼絲繩是否碰磨護罩；各固定螺栓有無松動；焊接鋼板的焊縫有無裂紋等。各軸承應每周注潤滑油一次，注油時注至少量油脂擠出軸承外面為止。冬季，在寒冷地區，應使用防凍潤滑脂。搬運游車時，應用起重機吊掛上橫梁頂部的游車鼻子，不允許放在地面上拖運。

(三)大鉤

大鉤是提升系統的重要設備，它的功用是在正常鉆進時懸掛水龍頭和鉆具，在起下鉆時懸掛吊環起下鉆具，完成起吊重物、安放設備及起放井架等輔助工作。目前使用的大鉤有兩大類。一類是單獨的大鉤，其提環掛在游車的吊環上，可與游車分開拆裝，如DG—130型大鉤；另一類是將游車和大鉤做成一個整體結構的游車大鉤，如MC—400型游車大鉤。為防止水龍頭提環從大鉤中脫出，在鉤口處裝有安全鎖體、滑塊、拔塊、彈簧座及彈簧等構成的安全鎖緊裝置。為懸掛吊環和提放鉆具，鉤身壓裝軸及掛吊環軸用耳環閉鎖，用止動板防止兩支撐軸移動。鉤身與鉤桿用軸銷連接，鉤身可繞軸銷轉一定角度。常用的大鉤有DC—130、DG—350、MC—400、MC—200等。

(四)絞車

絞車是構成提升系統的主要設備，是組成一部鉆機的核心部件，是鉆機的主要工作機械之一。其功用是：提供幾種不同的起升速度和起重量，滿足起下鉆具和下套管的需要；懸掛鉆具，在鉆進過程中送鉆和控制鉆壓；利用絞車的貓頭機構上、卸鉆具螺紋；作為轉盤的變速機構和中間傳動機構；當采用整體起升式井架時用來起放井架；當絞車帶撈砂滾筒時，還擔負著提取巖心筒、試油等項工作；幫助安裝鉆臺設備，完成其他輔助工作。常用的JC—50D型絞車為內變速、墻板式、全密閉四軸絞車，JC—45型絞車是五軸絞車，JC—14．5型絞車是三軸絞車。絞車一般由絞車傳動部分、提升部分、轉盤驅動箱部分、控制部分、潤滑部分和剎車機構等組成。

絞車的剎車機構由控制部分(剎把)、傳動部分(剎車曲軸)、制動部分(剎帶、剎車鼓)、輔助部分(平衡梁)和剎車氣缸等組成，它的任務是控制下放速度或停止被下放載荷所帶動的滾筒的旋轉速度，以達到調節鉆壓、送進鉆具、懸掛鉆具的目的。為此，要求剎車裝置能平穩送鉆、靈活省力和安全可靠。

絞車的輔助剎車機構有水剎車和電磁剎車兩種。電磁剎車又可分為感應式電磁剎車和磁粉式電磁剎車。影響水剎車制動力矩的主要因素有：水剎車尺寸愈大，則制動力矩愈大；葉片越多，則制動力矩越大；水剎車轉子轉速越高，則水的流量越大；水剎車內液面越高，則制動力矩越大。所以，現場一般采用分級調水位的辦法，來改變制動力矩的大小。使用水剎車時的安全技術要求主要有： 電磁剎車的尺寸和外型跟水剎車類似，它跟滾筒軸的連接方法也相同。當交流電通過整流器(變成直流電)和變阻器(改變和控制電流)通至電磁剎車線圈時，線圈變成電磁鐵而產生磁場，旋轉的轉子通過磁場，在轉子里面產生渦流電，從而在線圈和轉子之間產生阻力(制動力)剎車。阻力的大小直接隨電流的大小而變化。司鉆通過調節變阻器來控制電流的大小，改變電磁剎車的制動力矩。防碰天車裝置是控制頂天車的一套應急剎車系統。常用的防碰天車裝置有兩種形式：一種為重錘式；另一種為過卷閥式。重錘式防碰天車工作原理：在天車以下的適當位置通過井架安裝一根直徑6．4mm鋼絲繩作為限位繩，其下端用一只三通氣開關與重錘相連，重錘與提環相連，提環與2．5～3mm開口相連，開口銷與限位繩相連。當游車上行碰到限位繩時，重錘與提環上的開口銷脫落使氣開關工作，常開繼氣器切斷高、低速離合器氣源，同時高壓氣直接進入剎車汽缸緊急剎車，使游車不能繼續上行。過卷閥式防碰天車工作原理：過卷閥固定在絞車前部滾筒上部的絞車橫梁上，橫梁上有滑動槽，過卷閥可在滑動槽內左、右移動。當滾筒在纏繩過程中纏至游車相應升高到某一限定的高度時，纏在滾筒上的鋼絲繩就會碰上過卷閥的套筒，套筒帶動球桿偏擺，使過卷閥的氣路接通。一路氣進入司鉆控制臺內的常開兩用繼氣器，使常開兩用繼氣器關閉，這樣就切斷了滾筒高、低速離合器的氣源，離合器通過快速放氣閥放氣，使滾筒停止工作。另一路氣經換向閥和快速放氣閥，進入剎車汽缸，帶動剎把下落，剎住滾筒，使游車停止上升，避免碰撞天車。

絞車的使用安全技術要求主要有：

(1)下鉆時，為節約時間，合理地利用絞車功率，應根據大鉤負荷，按規定選擇合理的起升速度和擋位。

(2)鏈條是絞車的主要傳動件，更換鏈條時應整盤更換。(3)掛合換檔離合器時，動作要平穩，嚴禁猛烈撞擊。(4)絞車傳動軸未停止轉動前不得改變傳動方向。(5)掛合氣胎離合器時動作要平穩。

(6)在上提鉆具的過程中需要剎車時，必須先摘開低速或高速氣胎離合器。(7)下鉆過程中嚴禁用水或油澆剎車鼓，以免造成剎車鼓龜裂或剎車失靈。(8)起下鉆前應先檢查防碰天車。

(9)絞車運轉過程中護罩必須整齊、裝牢，嚴禁在運轉過程中從事加注潤滑脂或潤滑油等進入絞車內部或靠近運轉部位的作業。

(10)剎把在40～50°應能剎住。在負載條件下不得調節剎帶。

(11)遇到游車下放速度過慢、剎帶離不開剎車轂的情況時，應設法調節，但不允許用撬杠撬剎帶。

(12)每班應檢查一次活繩端固定情況。

(五)鉆井用鋼絲繩

鉆機游動系統所用的鋼絲繩稱為大繩。它起著懸吊游車、大鉤及傳遞絞車動力的作用。由于鋼絲繩運動頻繁、速度高、負荷大，并承受彎曲、扭轉、擠壓、沖擊、振動等復雜應力的作用。

鋼絲繩按繩中鋼絲捻成股和股捻成繩的方向來分，通常分為右旋和左旋兩種。按絲捻成股和股捻成繩的方法來分，通常分為順捻(股中鋼絲的捻向與股的捻向相同，一般只作拖拉或牽引繩)、逆捻(股中鋼絲的捻向與股的捻向相反，適用于提升設備)和混捻(鋼絲繩的各股中既有順捻，也有逆捻)三種。

鋼絲繩由于承受復雜應力的作用，而且這些應力與滑輪和滾筒直徑、鋼絲繩結構、鋼絲繩潤滑和操作條件密切相關。因此，使用時要滿足其破斷拉力和安全系數的要求(表2—1，表2—2)。

表2—1 鉆井用鋼絲繩安全系數表

表2—2 常用鋼絲繩破斷拉力表

鋼絲繩有一整股斷裂或在一節距上斷絲數量達到報廢標準時，應予以更換，見表2—3。

表2—3鋼絲繩報廢標準表

鋼絲繩的使用安全技術要求主要有：

(1)待用的鋼絲繩必須纏繞在滾筒上。倒出時必須繃緊，避免打結。彎曲的鋼絲繩應用人力拉直，禁止用錘子或其他工具敲擊。

(2)使用時勿使鋼絲繩與井架任何部位相摩擦。

(3)切割鋼絲繩時，應先用軟鐵絲綁好兩端，再用氣割或剁繩器切斷。(4)卡繩卡時，兩繩卡之間的距離應不小于繩徑的6倍。特殊繩頭卡固，可根據情況調整距離。

(5)絞車大繩每周應檢查一次潤滑狀態，如浸油麻芯被擠出時，應立即換用新的鋼絲繩。

(6)大繩在絞車滾筒上必須始終排列整齊(最好使用鋼絲繩排繩器)。(7)大繩加載操作要平穩柔和，以減少鋼絲繩所受的沖擊載荷。(8)倒大繩時，應使新繩從滾筒上旋轉下放，不允許鋼絲繩扭勁。(9)井深超過2000m以后，每次下鉆前，要檢查大繩的斷絲和磨損情況。

二、鉆機的旋轉系統

旋轉系統包括轉盤和水龍頭兩大部分，其主要作用是在通過鉆具不斷向井底傳送鉆井液的同時，保證鉆具的旋轉。

(一)轉盤

轉盤主要由水平軸、轉臺、主軸承、殼體、方瓦及方補心等組成，其主要作用是帶動鉆具旋轉鉆進和在起下鉆過程中懸持鉆具、卸開鉆具螺紋以及在井下動力鉆井時承受螺桿鉆具的反向扭矩。轉盤的動力經水平軸上法蘭或鏈輪輸入，通過錐齒輪轉動轉臺，借助轉臺通孔中的方瓦和方補心帶動方鉆桿、鉆柱和鉆頭轉動；同時，方補心允許方鉆桿軸向自由滑動，實現邊旋轉邊送進。常用轉盤的主要有ZP—520、ZP—271／

2、MRL—271／

2、ZP—445、ZP—371／2等型號。使用轉盤前，應按規定檢查機油的油質、油量，并使其符合要求。轉盤啟動前，其鎖緊裝置上的操縱桿或手柄應不在鎖緊位置。啟動轉盤前，應檢查軸上的密封圈密封是否可靠、轉盤鏈條護罩或萬向軸護罩是否齊全、牢靠。啟動轉盤要平穩操作，啟動后要檢查轉臺是否跳動，聲音是否正常。每班應至少檢查一次轉盤的固定情況。在鉆進和起下鉆過程中，應避免猛蹩、猛頓，嚴禁使用轉盤崩扣。新轉盤使用一個月應更換機油，以后每使用三個月換油一次。防跳軸承和鎖緊裝置上的銷軸每月應至少注入一次潤滑脂。

(二)水龍頭

在一部鉆機中，水龍頭既是旋轉系統的設備，又是循環系統的一個部件。它懸掛于大鉤之下，上接有水龍帶，下接方鉆桿。在鉆進時，懸掛并承受井內鉆柱的全部重量，并將鉆柱與水龍帶連接起來，構成鉆井液循環通道。

水龍頭主要由固定、旋轉和密封部分組成。常用的水龍頭有CH—400、SL—450、SL—130、SL—135等型號。現場使用的兩用水龍頭，是在一般水龍頭的基礎上，增加了旋扣裝置。旋扣裝置由氣馬達、伸縮機構及氣路系統組成，接單根時，由氣馬達通過齒輪帶動中心管旋轉。

新水龍頭使用前必須按高于鉆進中最大工作壓力1～2MPa的泵壓試壓15min，以不滋、不漏為合格。水龍頭在搬運過程中，中心管必須帶護絲。使用前，應按油池的油尺標記加足機油，并對沖管盤根盒和上、下機油盤根盒、提環銷加注潤滑脂，并檢查上、下盤根盒壓蓋、沖管盤根盒是否上緊，用鏈鉗轉動中心管，確認無阻卡后方可使用。使用新水龍頭或長期停用的水龍頭時，必須先慢后快，用Ⅰ檔啟動轉盤，待轉動靈活后再提高轉速。對新的水龍頭或修理后第一次使用的水龍頭，在使用滿200h后應更換潤滑油。工作中，每班應檢查一次油位，并使之不得低于油標尺的最低刻度線。每兩個月應更換一次潤滑油。工作中，應在沒有泵壓的情況下，每班加注一次黃油。在水龍頭運轉過程中，要隨時檢查沖管密封盤根盒處是否刺漏鉆井液、機油盤根處是否溢漏機油、水龍頭殼體是否溫度過高(油溫不得超過70℃)、沖管螺紋壓帽是否上緊、鵝頸管與水龍帶連接油壬是否刺漏。接單根或起鉆前，應檢查沖管盤根磨損情況及盤根壓帽的松緊程度。快速鉆進或嚴重跳鉆時，應檢查鵝頸管法蘭連接螺栓的固定情況。現在，石油鉆井已部分使用頂部驅動鉆井系統。頂部驅動鉆井系統是集轉盤、水龍頭為一體，用電動鉆機作旋轉鉆井動力，并能隨提升系統而升降的鉆井旋轉系統，是對轉盤鉆井的一次重大改進。具有轉盤鉆無可比擬的優點，如可接立柱鉆進、減少2／3的接單根時間、能倒劃眼和下鉆劃眼、起鉆時可旋轉鉆桿和繼續循環鉆井液、鉆柱可順利取出縮徑井段、可以不接方鉆桿即可鉆過橋塞點和縮徑點、上、卸扣扭矩得到控制、采用鉆井電機接卸鉆桿和鉆進、操作人員只需打背鉗、鉆臺上只有平穩旋轉的鉆桿、起下鉆時在井架內任何高度的位置隨時都可以將主驅動軸同鉆柱上扣和關井等。

三、鉆機的循環系統

鉆機的循環系統主要包括鉆井泵、地面管匯、鉆井液凈化設備等。在井下動力鉆井中，循環系統還擔負著傳遞動力的任務。

(一)鉆井泵

鉆井泵的作用是為鉆井液的循環提供必要的能量，以一定的壓力和流量，將鉆井液輸進鉆具，完成整個循環過程。常用的鉆井泵有NB—600、2PN—1258、3NB—900、3NB—1000、SJ3NB—1300、3NB—1300、3NB—1600型等，前兩個是雙缸雙作用泵，后三個是三缸單作用泵。

目前使用最廣泛的鉆井泵的空氣包是球形隔膜式預壓空氣包。空氣包的作用是減小因鉆井泵瞬時排量變化而產生的壓力波動，使泵壓平穩，保護設備不致因劇烈震動而造成損壞。空氣包膠囊內要求充氮氣或惰性氣體，在沒有氮氣或惰性氣體的情況下可用空氣代替，嚴禁充入氧氣或可燃氣體。充氣壓力為最高工作壓力的20％～30％。

鉆井泵常用的安全閥有銷釘式、杠桿銷釘式和彈簧式安全閥三種。銷釘式安全閥是利用不同直徑的銷釘來限制過高泵壓的裝置，當泵壓達到銷釘所限制的壓力時，銷釘被剪斷，鉆井液從閥的泄壓口排出，泵壓回零，從而起到安全保護作用。杠桿銷釘式安全閥使用的銷釘是同一直徑，靠移動銷釘在不同銷孔中的位置來改變力臂距離，從而調節安全閥的壓力，達到限制泵壓的目的。彈簧式安全閥是利用彈簧的作用設計的一種安全閥。當泵壓超過彈簧的壓力時，彈簧被壓縮，泄壓口被打開，鉆井液從泄壓口排出，泵壓下降。當泵壓降至低于彈簧壓力時，閥門在彈簧力的作用下自動關閉。調節彈簧壓力的大小，就可達到限制不同泵壓的目的。安全閥在安裝時，所有螺絲必須安裝齊全，緊固牢靠。泄水管應固定牢，并使用管徑不小于60mm的無縫鋼管，出口彎度應大于150°，嚴禁指向工人經常工作和走動的地方。安全閥銷釘規格必須符合標準，不得以其他材料代替。彈簧式安全閥應按照限壓標準調試合格。安全閥及泄水管不得堵塞。嚴禁以任何借口不裝安全閥。開泵前應檢查安全閥是否符合使用要求。開泵時，泵房人員必須遠離安全閥及泄水管。冬季開泵前應對安全閥及泄水管進行預熱。每口井開鉆前，必須將安全閥拆下保養，以防銹死。對安全閥應定期校驗。

開泵前，除了要檢查安全閥和壓力表以外，應檢查各連接螺絲是否上緊，潤滑油是否加夠；高低壓管匯各種閘門是否開關正確；皮帶輪(鏈輪、萬向軸)護罩的固定是否齊全、牢靠；冷卻水(油)道是否暢通；空氣包所充氣體及壓力是否符合要求。開泵時，必須與有關操作人員聯系，確認無誤操作人員要密切注意泵壓表的壓力變化，循環未正常前不許離開氣開關。非工作人員應離開泵房。工作人員應離開危險區域。在運轉過程中，要經常檢查泵壓表的變化，檢查泵各部位有無響聲，經常檢查十字頭滑板油孔及拉桿盤根冷卻潤滑流道是否暢通，觀察拉桿盤根有無刺漏現象，并檢查活塞和進、排水閥有無刺、漏現象。開泵后因出現故障若要修泵時，須摘開帶泵離合器，掛標示牌或有專人監護氣開關，以免誤操作。在運轉中，各軸承部位溫度最高不得超過80℃。修泵時，應關閉高壓閘門，防止鉆井液倒流堵塞鉆頭水眼。

(二)鉆井液凈化設備

鉆井液凈化設備的主要作用是使從井內返出的鉆井液能得到充分的凈化。鉆井液凈化設備主要包括振動篩、旋流除砂器、離心分離機、除氣器、循環罐和攪拌器等。

四、鉆機的動力與傳動系統

動力設備和傳動系統是鉆機的兩大組成部分。動力設備提供各工作機需要的動力，而傳動系統則將動力機和各工作機聯系起來，將動力傳遞并分配給各工作機。

(一)動力設備

目前，鉆機的驅動類型主要有柴油機直接驅動、柴油機—液力驅動、柴油機—(交)直流電驅動和工業電網電驅動四類。我國石油礦場多采用柴油機作動力，即使是電驅動鉆機，它的發電機仍是由柴油機驅動。一些最大的陸地和海洋用深井鉆機一般還是由柴油機來直接的或間接的驅動發電機，然后由電動機帶動鉆機的各個設備或部件。

柴油機的啟動、運轉和停車安全要求主要有：

(1)柴油機的啟動：打開氣源閥門，將油門手柄大約調到怠速范圍內；按下自動停車扳桿手柄，使自動停車裝置撥叉與齒條上的檔塊脫開，使油泵齒條處于供油位置；按下啟動按鈕，預供油泵開始泵油，當油壓達到規定的壓力時使氣馬達運轉，驅動柴油機啟動。每次啟動時間不得超過15s。如三次不能啟動，則應查明原因；啟動后，應立即松開啟動按鈕，并用停車手柄控制齒條，以免轉速瞬時上升；待柴油機轉速調到怠速正常后，松開自動停車手柄，關閉氣源閥門，并觀察儀表所指示的參數；用電馬達啟動時，首先用手動預供油泵泵油，按下啟動按鈕，使馬達帶動柴油機點火啟動(每次啟動時間不得超過5s，如三次不能啟動，應查明原因)。

(2)柴油機的運轉：柴油機啟動后應先空載運行，并檢查機油壓力及水泵供水是否正常；柴油機外觀狀況不得有漏油、漏水、漏氣現象，所有零件固定牢固；排氣管及呼吸器排煙正常，無異常聲響；柴油機帶上負荷后，即投入了正常運轉。這時應注意儀表板上各儀表的數值；柴油機連續長時間使用時，負載不得超出規定的持續功率；當連續運行不超過12h時，負載不得超過規定的標準功率；新機初期運行50h后，應更換全部機油并清洗油底殼和機油濾清器。

(3)柴油機的停車：停車的具體步驟是卸去負荷，逐漸降低轉速，怠速運轉約5min，使各部分慢慢冷卻到40℃以下，再將停車手柄扳到停車位置。正常情況下嚴禁帶負荷停車。冬季停車后，若長時間不用，應適時放掉冷卻水；若環境溫度低于機油凝固點時，也應放出機油。在特殊情況下緊急停車后，應立即打開氣缸蓋放氣螺塞，用人力盤車2～3圈。

(二)傳動系統

由動力機到工作機的傳動系統，有的很簡單，如單獨驅動；有的則比較復雜，有各種并車、變速、倒車機構。不可調速的動力機不能滿足絞車或轉盤的要求，傳動系統就是要解決變速變矩的問題。

鉆機傳動系統的基本功用是將動力機發出的動力分別傳送給各工作機，即絞車、轉盤、鉆井泵等，主要解決增矩減速、變矩變速、并車、正倒車以及傳動脫離或掛合問題。

鉆機傳動系統的總體布置有統一驅動(如大慶130型、ZJ45型鉆機)、分組驅動(如車裝鉆機)和單獨驅動(電驅動鉆機)三種形式。

傳動系統各傳動部分護罩必須完好，固定牢靠。機房四周欄桿要安裝齊全，固定牢靠，梯子穩固且有光滑的扶手。

(四)電傳動系統(以ZJ50D鉆機電傳動系統為例)

石油鉆機電傳動系統由多臺柴油發電機組并網發出50Hz、600V的交流電，經SCR傳動柜整流為0V～750V直流電去驅動絞車、轉盤和鉆井泵；經MCC控制柜變交流600V為380V／220V去驅動鉆井輔機及提供井場照明。

電傳動系統的使用安全技術要求主要有：(1)應隨時檢查SCR房、MCC房內的制冷設備運轉情況，確保房內溫度不高于27℃，以免各電器元件因溫度升高而失靈或損壞，環境溫度+20℃時，相對濕度不大于90％。

(2)周圍環境中不應有過量的酸、堿、鹽、腐蝕性氣體和爆炸性氣體；(3)SCR房重22T，MCC房重18T，吊裝時必須用兩臺吊車從房子兩端抬著吊裝，以免房子變形使房內電器件受損。

(4)3臺發電機組及SCR房就位后，各房之間要連接好活動翻版以防雨雪，每個房內必須配備滅火器和應急燈，安裝符合防爆要求的電氣線路和照明燈。(5)管線槽要鋪設整齊，電纜線、氣管線、水管線要平整，對應連接，不得接錯。

(6)經常檢查螺釘緊固部位是否正常。

(7)定期清理母線與支撐件(地線)間、插頭座的插針間和SCR的散熱器上的灰塵。

(8)平時要注意檢查保護電路是否正常。(9)定期檢查和清理電動機的空氣過濾器和碳刷。

(10)每班必須檢查開關、指示燈是否正常；熔斷器是否正常；風機和空調是否工作正常；發電機負荷分配是否均衡。

(11)每月應檢查所有接線端子的螺釘是否松動；導線有無磨破；保護電路是否正常；

電接點處有無異常現象；繼電器工作是否正常；清除柜內的灰塵情況。(12)每年應停電進行一次全面檢查

(13)當發電機組不運行時，務必將發電柜上的“運行”開關旋至“停機”位置，以保證蓄電池不致放電。特別是鉆機搬運過程中，必須保證“運行”開關處在“停機”位置。

司鉆電控臺的使用安全要求主要有：

(1)一般情況下不要打開箱門。遇到陰雨潮濕的天氣時，可打開加熱器，使司鉆電控臺內保持干燥。每隔一段時間檢查司鉆電控臺的密封情況、元器件的銹蝕情況、儀表板上指示燈的好壞，發現問題及時排除。

(2)絞車、鉆井泵一般采用雙電機方式工作，僅在某電機或相應的傳動箱有故障時才可單電機工作。(3)轉盤不能雙電機工作。根據需要，司鉆可以隨時改變轉盤最大扭矩限制值。將“轉盤扭矩限制”旋鈕轉到不同位置，使轉矩限制值在額定轉矩值范圍內調節，“轉盤轉矩表”指示出相應的工作轉矩電流值。

(4)若要改變絞車／轉盤的運行方向，首先應把給定手輪轉到“零”位，然后把“工作選擇”開關轉到“停”位，再轉到相反的位置。系統自檢后，再轉動給定手輪，使絞車／轉盤反向運行。

(5)不管司鉆操作鉆井泵、絞車還是轉盤，一定要監視功率百分表指針所在的區域。若指針指在綠區，表示發電機組工作在最佳工況區；若長期指在黃區，則表示發電機組的負荷太輕，如果此時至少有兩臺發電機并網運行，可通知電工停掉一臺機組；若指針指在紅區，表示發電機組負荷太重，司鉆應減負荷并通知電工再并一臺機組，否則，可能會造成“高負荷”故障。

(6)絞車、轉盤、鉆井泵，如果長時間不用，可通知崗位人員斷開相應的傳動箱主斷路器。

五、鉆機的氣控系統

鉆機的控制系統按控制方式分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電控制及綜合控制等幾種(目前最常用的是氣動控制)，氣控系統主要由供氣機構、發令機構、傳令機構、執行機構四個部分組成。主要功能是控制柴油機的啟動、停車、調速和聯動機并車與停車；控制絞車換檔及絞車、轉盤、鉆井泵的啟動與停止；控制絞車、轉盤的轉速和轉動方向；控制滾筒剎車、貓頭的運轉與停止；控制氣動卡瓦、液氣大鉗、氣動旋扣器、頂部驅動裝置等起下鉆操作機械；控制氣動絞車、防碰天車裝置、自動送鉆裝置及井口防噴器裝置；控制空氣壓縮機、發電機、除砂泵、離心泵、攪拌機等裝置；控制井架底座的升降、井架的起、放、緩沖作用。

鉆機的氣源設備由空氣壓縮機、壓縮空氣處理裝置(冷卻器、油水分離器、干燥器、除塵器)和貯氣罐三部分組成。控制閥有壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥三大類。

鉆機氣控系統的使用安全技術要求主要有：(1)氣控系統的工作壓力應保持在規定的范圍內。

(2)要防止壓縮空氣的漏失。在工作時，應密切注意各氣控元件以及管線接頭等密封情況。在動力機停止運轉時，不允許有空氣漏失聲，氣路系統的壓力降應限制在允許的范圍內。

六、鉆機的輔助設備及設施

鉆井施工現場的輔助設備和設施有輔助其中設備、電氣設備、消防設備、供水設備、防凍保溫設備和焊割設備等。

(一)輔助作業設備和設施

1．氣動絞車

氣動絞車是一種用活塞式氣馬達為動力的單卷筒絞車。其使用安全技術要求主要有：

(1)使用前，應檢查固定是否牢靠；鋼絲繩排列是否整齊；制動裝置是否可靠；牙嵌離合器是否靈活。

(2)操作前，先將配氣手柄置于“升”、“降”位置，通過控制進氣量檢查運轉是否正常。

(3)分水濾氣器要經常放水。

(4)油霧器要經常加注6號或8號汽油機用機油，油面不得超過加油塞。(5)動力箱內夏天加入20號柴油機用機油，冬天加入10號汽油機用機油，一周檢查一次。油面高度為機油殼總高度的2／5為宜。軸承處每周注兩次黃油。

2．貓頭

兩個貓頭軸上的死貓頭，剛性地安裝在絞車貓頭軸的兩端，并與絞車貓頭軸一起旋轉，用于起下鉆的上卸扣和起吊重物。內、外摩擦貓頭的滾筒用滾子軸承支承在貓頭軸上，通過安裝在滾筒一端法蘭內的摩擦離合器控制滾筒的動作，它能獨立地轉動。外摩擦貓頭通常在起下鉆時用來擰緊要下人井內的鉆具接頭絲扣；內摩擦貓頭通常用在起鉆時卸松鉆具接頭絲扣。

貓頭操作是一項十分危險的作業，稍有不慎就會造成人員傷亡或重大經濟損失。隨著鉆井科學技術的進步，頂部驅動裝置、液氣大鉗、自動上扣器、氣(電)動小絞車等設備和設施已投入使用，貓頭終將被逐步淘汰。

貓頭的使用安全技術要求主要有：(1)貓頭表面應平整、光滑，不能有溝槽，在旋轉的貓頭上不能有任何突出的物體，以免操作者被掛而受傷。在貓頭前面必須裝有擋繩器。

(2)操作者拉緊貓頭繩上卸扣之前，井口人員都要離開鉗柄的轉動范圍，嚴防鉗尾繩斷裂或繩卡滑脫而傷人。

(3)操作人員必須戴分指手套，衣服袖口、衣扣要系緊，頸部不許系圍巾。(4)操作者應站在貓頭前0．6m處，斜對貓頭呈45°角，左腳在前，右腳在后，呈“T”字型步，身體站直，腳下無繩索和雜物。

(5)操作完畢應立即退繩，不得留有貓頭繩在旋轉的貓頭軸上。

(6)任何情況下都不要在貓頭上用鋼絲繩。因為鋼絲繩纏繞到貓頭上時，可能會堆積或切入另一繩圈而被卡住，因而危及貓頭操作者或其他人員的生命安全。

(7)嚴禁用三擋車速度拉貓頭。

(8)嚴禁用直徑小于25．4mm的棕繩拉貓頭。

(9)嚴禁打結、有毛刺、繩股散亂和長度不符合要求的棕繩上貓頭。(10)嚴禁用貓頭吊人進行高空作業。(11)鉆機必須裝設亂貓頭緊急停車開關。3．自動送鉆裝置

自動送鉆裝置具有適應性廣，鉆壓波動可控制在10kN以內，送鉆均勻，無沖擊，工作安全可靠等優點。在鉆遇地層溶洞時可避免鉆具快速下放，氣路系統出現故障時能自動剎車；全氣動控制，體積小、重量輕、移運性好；鉆進時也可安裝，維修時不影響正常鉆進，操作簡單等優點。

自動送鉆裝置的使用安全技術要求主要有：

(1)死繩拉力傳感器應“繃”在死繩端距死繩固定器600～800mm處。(2)有通過調節螺母松緊程度，使控制相上的雙針壓力表黑針讀數與指重表讀數一致。

(3)繩座上的排氣孔必須向下，防止污水及污物進入。

(4)執行機構、控制箱應固定安裝在剎把附近的司鉆操作臺側面或井架大腿上的適當位置，做到既便于在調節過程中觀察指重表，又能保證執行機構的鋼絲繩不與外界任何物體磨擦。(5)反饋裝置的安裝應應平放安裝，放氣孔朝下，避免水和臟物進入，保證啟動機構起動時不受任何阻擋。

(6)摩擦輪與滾筒輪緣不工作狀態時，間距應保持在12-13mm。工作時能緊密接觸。

(7)剎把彈簧與剎把鏈卡的安裝，應保證剎把彈簧軸線在與剎把轉動平面平行的平面內，同時與執行機構鋼絲繩平行，均應盡量與剎把成垂直狀態，且剎把彈簧和執行機構鋼絲繩掛上剎把鏈卡后，必須牢固而不致于滑脫。

(8)縮短反饋管線的長度，架空的氣路管線應捆扎固定，防止摩擦割斷。(9)剎把間隙盡量要小，避免出現空行程和剎帶單邊等現象。起下鉆后，應及時調整剎把，滾筒和剎車系統應經常保養。工作時，氣源壓力應始終調節保持在0．5MPa。

(10)無論任何時候，在拉出“開關”閥手柄之前，必須使“信號輸出壓力表”顯示為“0”，以防止發生溜鉆事故。

(11)起下鉆或其他非鉆進時間切忌將“開關”閥拉出，以免反饋裝置摩擦輪與變速轉動滾筒相摩擦而大量磨損。

(12)調節鉆壓時，應注意觀察制重表。“鉆壓調節閥”的調節應緩慢，切忌過猛，避免紅針壓力陡然降低，信號輸出壓力過大而發生溜鉆。

(13)正常鉆進時，若發現鉆壓波動過大，可適當關小“鉆速調節”閥，鉆壓跟不上時，可適當打開此閥，一般情況下保持打開約1／5圈的狀態。(14)剎把彈簧在自動送鉆工作狀態時，應保持適當的拉力，信號輸出壓力在0．1MPa左右工作，即是處于較理想的工作狀態；若低于0~05MPa或高于0．15MPa時，則應調節剎把彈簧，使其拉力相應增加或減小。

(15)連接反饋裝置和控制箱的軟管長度小于6m時，應將控制箱內的“反饋效果控制閥”打開適當開度。軟管長度超過m時，則不必打開此閥。

(16)停止送鉆時，應先將“開關”閥手柄推進，再調節“鉆壓調節閥”使紅針壓力升高大約0．05MPa，然后將執行機構鋼絲繩、剎把彈簧依次從剎把鏈卡上取下，使裝置停止工作。

4．氣動卡瓦

氣動卡瓦是代替手動卡瓦、用于起下鉆時夾持井內鉆具的機械裝置，具有使鉆具在任一位置時夾持牢靠，自動定心，操作簡便、安全等特點。起下鉆時，司鉆在提升鉆具的同時，應踩下腳踏控制閥，壓縮空氣與氣缸氣管路連通，氣缸便推動鉗體上升，卡瓦鉗口即與鉆具脫開。松開腳踏控制閥復位時，壓縮空氣與氣缸回氣管路連通，鉗體靠自重和氣壓下落，與此同時將吊起的鉆具緩慢放下，夾緊鉆具。在鉆具上提、下放過程中，不得松開腳踏控制閥，鉆具座在卡瓦上的操作應平穩、緩慢，不得過猛以免造成沖擊，甚至卡瓦碎裂而落井。

5．手拉葫蘆

手拉葫蘆是一種使用簡易、攜帶方便的手動起重機械，具有使用安全，維護簡便，機械效率高，手鏈拉力小，自重較輕，尺寸小，經久耐用

第三篇：水力加壓技術在石油鉆井中的應用

水力加壓技術在石油鉆井中的應用

山東偉創石油技術有限公司

概 述

水力加壓技術是一項廣泛應用于工業生產及其產品中的實用技術。根據其液壓能轉化為機械能的原理研制的水力加壓裝置，應用于石油天然氣鉆井作業中，可以在不消耗額外能量、不需要其它特殊設備的情況下，利用循環鉆井液產生的液壓力給鉆頭加壓，從而為鉆頭提供一個穩定的鉆壓，有效地改變下部鉆具的受力狀態，改善鉆頭和鉆具的工作條件，達到加 快鉆井速度、延長鉆頭、鉆具的使用壽命、減少井下事故、保證井身質量、減輕司鉆勞動強度的目的。常規鉆井是靠鉆頭上部的鉆鋌重量給鉆頭加壓，為了獲得穩定的鉆壓，需要司鉆小心翼翼地精心操作，均勻送鉆。采用液力加壓技術給鉆頭加壓，不但可使鉆頭獲得穩定的鉆壓，而且還能起到吸震防跳、保護鉆頭鉆具、實現自動送鉆、保證井身質量等作用。是石油鉆井中一項投入小、效果明顯、容易操作的實用技術，值得推廣應用。在20 世紀90 年代國外首先將液力加壓技術應用于石油鉆井中。國內應用此項技術是在1996 年塔里木油田所鉆的和4井，在深部φ104.65mm小井眼中使用了美國貝克—休斯公司生產的85.73mm水力推進器。隨后國內西南石油學院、山東偉創石油技術有限公司等也開始研制相應工具，現場試驗均取得了一定的效果。但是由于多數現場技術人員對此項技術了解較少，對其工作原理及井下鉆具受力情況仍有不同認識，現場試驗應用的范圍有限等，因而使得該項優越的技術不能廣泛推廣。下面結合試驗水力加壓裝置的現場實踐，論述液力加壓裝置的工作原理，分析其使用前后鉆具在井下的受力狀態，總結其所起的作用，回答使用該裝置時人們可能存在的一些疑問，提出現場應用的幾種鉆具組合。旨在為推廣應用此項技術提供理論依據和技術支持。

一、結構與工作原理

1、基本結構

如圖1-1所示：根據水力加壓原理研制的水力加壓裝置（單級）由上接頭、缸體（外筒）、活塞、心軸（花鍵軸）、花鍵體、下接頭等組成。其基本結構簡單，加工制造容易。

2、工作原理

水力加壓器在使用時連接在靠近鉆頭的下部鉆具中（上接鉆鋌，下接鉆頭）。鉆進（工作）時，開泵循環鉆井液，鉆具內高壓流體直接作用于活塞端面上，產生推力推動活塞下行，下接頭 花鍵軸 傳動軸 低壓腔 活塞 缸套 高壓腔 上接頭

通過與活塞相連的心軸（花鍵軸）傳遞推力給鉆頭，此推力即為鉆進時所需鉆壓。

3、液壓力計算

鉆井液從鉆井泵→地面管匯→高壓立管→水龍帶→水龍頭→鉆具內→鉆頭（噴嘴）→環 1 空→地面鉆井液罐→鉆井泵，形成一個循環系統，從而泵壓為：泵壓＝所有地面管匯壓耗＋鉆具內壓耗＋鉆頭噴嘴壓降＋環空壓耗當井身結構、鉆具組合、鉆頭噴嘴、鉆井液密度、排量等一定時，鉆具內某一點處的液體壓力是可以計算出來的。那么，在水力加壓裝置活塞上面（高壓腔內）的液體壓力也是可以求出的。即：液體壓力P＝鉆頭噴嘴壓降Pb＋加壓裝置以下鉆具內壓耗PL又當液力加壓裝置加工成后，其基本尺寸一定，通過計算即可求出當量面積S（或廠家給出計算面積）。

4、鉆壓計算

由上述分析可知：施加在鉆頭上的鉆壓的大小，與作用于活塞上的液體壓力、活塞有效面積以及液力加壓裝置以下鉆具、鉆頭的重量成正比。即

W=F+G1+G2+G3 式中：W——施加在鉆頭上的鉆壓，kN

G1——傳壓桿及接頭重量，kN

G2——液力加壓裝置以下鉆具重量，kN

G3——鉆頭重量，kN 如果水力加壓器直接接在鉆頭上，在鉆井實踐中可以忽略其他重量及裝置壓耗，那么液體壓力可近似等于鉆頭壓降，即：

P≈Pb

W≈0.1PbS

二、水力加壓器井下工作狀態分析

現場使用水力加壓器，應懂得其工作原理，了解其結構，會計算推力的大小，而明白其在井下工作狀態、受力情況更是使用好工具的關鍵。

1、工作行程

水力加壓器的工作行程即為活塞在缸體內移動的距離。此行程由研制者設計，加工成后，該行程也就固定了。此節主要說明在使用中如何觀察判斷。

使用液力加壓裝置鉆進前，鉆頭提離井底先開泵，此時活塞在下止點，行程全部打開，指重表顯示鉆壓為“0”。下放鉆具鉆頭接觸井底后，鉆壓很快升到計算值，在下放鉆具一個行程的距離，鉆壓保持不變，活塞到達上止點，此時停止送鉆，工具會保持一定鉆壓鉆進。當鉆壓顯示值減小時，活塞到達下止點，即完成一個工作行程。再次下放鉆具送鉆，開始下一

個行程的鉆進。此即為自動（在有效行程范圍內）送鉆功能。

2、受力分析

水力加壓器在井下怎樣工作，受力狀態如何，怎樣傳遞壓力，如何判斷壓力大小，常規使用鉆鋌加壓所稱“中和點”的概念還有沒有等，都是需要解決的問題，也有部分技術人員對此懷有疑問。筆者試圖通過液力加壓裝置在井下工作時受力情況的分析解決這些問題。（1）鉆壓顯示的分析

如圖2-1所示，液力加壓裝置可以看作是一個倒置的注射器。

圖中G為鉆具重量、G′為大鉤的承載力、F為高壓液體作用于活塞處的推力（向下）、F′為向上的液壓力、W′及W為地層巖石對鉆頭的反作用力。水力加壓器在井下有四種工況：

圖a為不工作（未鉆進）或液壓力大于實際鉆壓時，活塞位于工具的下止點（行程全打開）； 圖b為鉆頭接觸井底，液體推力F等于鉆壓W時，活塞在缸筒內處于浮動狀態（正常工作狀態）； 圖c所示為鉆頭接觸井底、液體推力F小于鉆壓W時，活塞位于上止點（行程關閉）時的情況。

中和點

圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 無論哪種情況，整個系統的受力可以簡化為: 大鉤的承載力G′、鉆具的重量G、向下的液壓力F、向上的液壓力F′、地層巖石向上的反作用力W。其關系式為： G′+F′+W = G+F 而 F = F′

則 W = G-G′

我們知道，“G-G′”

即為鉆壓，所以使用水力加壓器可像常規鉆井一樣，直接通過指重表觀察鉆壓的大小。（2）下部鉆具受力情況分析 就一般情況講，使用液力加壓裝置仍需要加入鉆鋌。但此時鉆鋌的作用不是直接給鉆頭加壓，而是平衡液壓推力的反作用力，以及為保證井身質量而使下部鉆具具有一定的剛性。

圖2-2為常規鉆鋌加壓的情況。為了保證一定的鉆壓，必須加夠一定長度的鉆鋌，使下部鉆 鋌的重量大于可能要施加的最大鉆壓。而靠近鉆頭L長度的鉆鋌的

重量正好等于鉆壓時，L長度處的點（截面）稱為“中和點”。中和點以下鉆鋌受壓力，（鉆具自身重量導致），以上鉆具受拉力。但是由于加壓不穩，井下跳鉆等影響，中和點是上下移動的，中和點處的鉆具所受拉、壓交變應力變化頻繁，因而此處的鉆具極易疲勞破壞。圖2-3為使用液力加壓裝置的情況。

當液推力等于鉆壓時，活塞處于浮動狀態。因為裝置缸筒內徑（活塞直徑D）大于上部鉆鋌內徑（d），則在內徑變化處產生液體上頂力（F′），鉆鋌的主要作用之一是平衡此上頂力。顯然，F′小于鉆壓W，因而需要平衡, F′的鉆鋌的重量或長度也小于常規鉆鋌加壓所需要的重量或長度。

又因常規鉆鋌（加壓部分鉆鋌）的長度（中和點的位置）取決于加壓的大小，而使用液力加壓裝置所需鉆鋌的長度由液力加壓裝置的結構及上部所接鉆鋌的內徑決定（當然也和鉆壓有關），而且使用水力加壓器中和點的位置是固定的，且已不是原來中和點的意義了。

三、水力加壓器主要功能

在石油鉆井作業中應用水力加壓技術，其優越性是在不需增加額外設備、不消耗額外能量的情況下，只接入一個液力加壓裝置即可改變常規鉆井靠鉆鋌加壓的模式，使鉆頭與鉆鋌由剛性聯結變為柔性聯結，由給予鉆頭的硬性、變化的鉆壓變為穩定、柔性的加壓，大大改善了鉆頭和鉆鋌的工作條件。理論分析和現場實踐均表明，使用液力加壓裝置可以起到以下幾 個主要作用。

1、平穩、恒定的加壓功能，有利于加快鉆井速度

眾所周知，鉆井作業中加壓鉆進，最忌忽高忽低，加壓不穩。而常規鉆井靠司鉆操作，下放鉆具加壓，不但鉆壓傳遞滯后，也不可能保持恒定的鉆壓。加之鉆頭跳鉆、井斜鉆具托壓 3 等原因，更會使實際鉆壓不穩。而采用水力加壓器會得到均衡、穩定的鉆壓，因而有利于提高鉆井速度。

2、有效的吸震、防跳作用，能夠保護鉆頭和鉆具

常規鉆井中為了防止跳鉆，要使用減震器。減震器一般有機械式（彈簧減震）和液壓式（液壓有吸震）兩種。機械式易損壞，液壓式由于工具空間的限制，所加液壓油有限。而液力加壓裝置活塞上部是敞開的，整個鉆具內的上千米液體（鉆井液）均為吸震液體，從而能夠有效地吸震防跳，延長鉆頭和鉆具的使用壽命。

3、用于定向井、小井眼中，可提供穩定、真實的鉆壓

在定向井中，由于鉆具摩阻力的影響，使鉆壓的傳遞滯后且極不穩定，忽大忽小，容易出現“假鉆壓”現象。而且為了防止鉆具粘卡，一般要求司鉆“點送”鉆，這更加劇了鉆壓的不穩定性。使用液力加壓裝置，在有效行程內，司鉆可以點送且送鉆下放的幅度大，不但能有效地克服摩阻力，還可保證鉆壓真實穩定。小井眼使用小鉆具，由于柔性大、鉆具彎曲貼靠 井壁，同樣使加壓不穩，出現假象。使用液力加壓裝置可在一定程度上克服此種現象的發生。

4、在行程范圍內實現自動連續送鉆，減輕司鉆的勞動強度

常規鉆進時要求司鉆精力集中，連續送鉆，此時司鉆就要不停地抬、壓剎把，稍有不慎，就會出現溜鉆現象，司鉆的勞動強度較大。而使用液力加壓裝置司鉆可以“點送”，即間歇送鉆就可保持一定鉆壓鉆進。如裝置設計行程為0.3米，天車、游車為5×6繩系，則絞車滾筒外緣轉動3米相當于鉆具下放0.3米。那么司鉆一次下放0.3米即可煞住剎把，讓工具自動送鉆。這樣，不但便于司鉆觀察情況，也大大緩解了其精神緊張的壓力，降低了勞動強度。

5、增強了下部鉆具的剛性，有利于防斜打直，保證井身質量

下部鉆具的彎曲是導致井斜的一個重要原因。為了保證下部鉆具的“直”，技術人員采取加大鉆具直徑、設計不彎鉆鋌等辦法。而采用液力加壓裝置即可增加下部“直”鉆具段的長度，相當于增強了下部鉆具的剛性。在常規鉆井中，下部鉆具由于自重而引起彎曲，其產生彎曲（一次彎曲）的長度（重量）與施加的鉆壓密切相關。為了不使鉆具彎曲就要控制鉆壓。而使用液力加壓裝置后使鉆具彎曲的長度（重量）只與該裝置與上部所連接鉆具的臺階處產生的上頂力有關，顯然，該上頂力小于鉆壓，因而增加下部“直”鉆具段的長度。如在φ215.9mm井眼中使用φ158.75mm、內徑為φ71.44mm的鉆鋌，鉆井液密度為1.2g/cm3，經過計算可知，鉆鋌長度達到38.9 m時就發生彎曲（一次彎曲）。為保證井身質量，可施加的鉆壓不能超過40.14kN。若使用φ165mm液力加壓裝置，鉆壓可控制在55.483 kN，提高了 38.22%。這樣，在可比常規鉆具組合加壓大的情況下，還能保持鉆具不發生彎曲，相當于增強了鉆柱的剛度。

6、配以適當的鉆具組合，可以起到良好的降斜作用

前已述及，平穩加壓、保證鉆具的剛性，是防止井斜、保證井身質量的重要因素。而在需要降斜時，采用液力加壓裝置配以適當的鉆具組合，可以提高鉆具穩定器的位置，增大鐘擺降斜力，從而起到較好的降斜作用。

四、注意問題

現場使用水力加壓器，有幾個問題需要注意。

1、鉆壓的調節

在鉆進中，由于情況的變化需要調節鉆壓。在設計水力加壓器時，均考慮了現場實際情況，根據不同鉆具組合及鉆頭尺寸設計了不同尺寸、不同級別（單級、雙級、多級）的工具。同時還可設計截流塞用于調節鉆壓的大小。現場可根據需要選擇不同規格、不同級別的液力加壓裝置。并根據實際組配鉆頭噴嘴，以使其產生所需要的壓降。另外，由于目前鉆井所用鉆 4 井泵，其功率、排量都較大，有調節的余地，可在鉆進時適當調節滿足鉆壓需要。在上述都調節不成時，水力加壓器允許在關閉或打開狀態下鉆進，即超過或小于液推力的情況下鉆進，只是減震等效果稍差。

2、如何防止鉆鋌彎曲

通過前面分析，為了平衡液壓推力的反作用力，需要加入一定數量的鉆鋌。而在一定情況下，即反推力達到一定值后，鉆鋌也會彎曲。如在3.5所舉實例中，要施加70—80 kN的鉆壓，那么噴嘴壓降要達到70 MPa，此時產生的上頂力為50.057kN，超過了使鉆鋌產生彎曲最低壓力40.14 kN，鉆鋌自然會彎曲。解決的辦法：一是根據實際優選、設計好水力參數，調節好鉆壓值，盡量不使上部鉆具彎曲；二是可在水力加壓器下面接少量鉆鋌調節鉆壓;三是在液力加壓裝置上面使用大水眼鉆鋌，通過減少大、小水眼過度臺階處的環形面積來減小反推力，以保證整個鉆具的不彎曲。

3、水力加壓器安放位置

從工具本身講，水力加壓器可以安放在鉆柱組合中的任何位置。但要使其有效發揮作用，原則是越靠近鉆頭效果越好。一般距離鉆頭不要超過3根鉆鋌的長度。

4、水力加壓器的使用技術

現場使用技術，是一項新工藝、新技術成功并取得較好效果的關鍵，特別是對于還未推廣開的技術，更要講究使用操作。液力加壓技術的推廣，不但要靠設計人員研制可靠、實用的工具，更要依賴于現場推廣技術人員的辛勤工作。在此不再贅述。

五、推薦鉆具組合

根據筆者參與水力加壓器現場應用的體會，結合理論分析，推薦現場使用水力加壓器的幾種鉆具組合如下。

1、鉆頭+水力加壓器+鉆鋌

此種組合是常用組合。可以有效的防止跳鉆，施加穩定的鉆壓。下部鉆具的剛性較強，有利于保證井身質量。若使用PDC鉆頭，因其所用鉆壓較小，因而更容易操作，使用效果更明顯。

2、鉆頭+水力加壓器+鉆鋌18—23m+穩定器+鉆鋌

此種組合為鐘擺鉆具組合，有利于防斜打直。特別適合于糾斜、降斜時使用。因穩定器以下鉆具均處于不彎狀態，且比常規組合長（重），降斜力增大，可適當增大鉆壓，在達到降斜效果的情況下，加快鉆井速度。

3、鉆頭+鉆鋌2根+水力加壓器+鉆鋌

這種組合一方面可調節由于現場條件的限制（如壓降有限），液壓推力不夠的情況，另一方面更增加了下部鉆具的剛性（鉆鋌少不易彎曲），能起到一定的穩斜效果。

4、鉆頭+穩定器+水力加壓器+穩定器+鉆鋌1根+穩定器+鉆鋌

在這種滿眼鉆具組合中，水力加壓器相當于短鉆鋌的位置，可以在穩斜鉆進中使用。但近鉆頭穩定器最好加兩個，以保證穩斜效果。上述是推薦使用的液力加壓裝置的幾種常用鉆具 組合。現場使用液力加壓裝置時，不只限于這幾種組合。應根據鉆井實際，結合工具的結構尺寸合理搭配鉆具，以使其發揮更好的作用。

六、水力加壓器應用實例

由山東偉創石油技術有限公司研制的不同規格的水力加壓裝置，已在勝利、西部鉆探、川東北、長慶、吉林、華北、塔里木等油田的數百口井使用，技術經濟效果明顯，典型實例如下:

1、華北油田S50井 該井是一口重點探井，? 311mm鉆頭鉆至館陶底地層時跳鉆嚴重，為防止跳鉆使用水力加壓裝置（H437鉆頭），從井深2069.76米鉆至2307.70米，進尺237.94米，純鉆時間78.16小時，平均機械鉆速3.14米/小時。鉆進中鉆頭工作平穩，綜合錄井儀顯示大鉤負荷、鉆壓、扭矩曲線平滑，明顯優于上、下未使用水力加壓裝置時鉆頭工作曲線。且起出鉆頭新度較高（綜合評定75%），無一斷掉齒現象。與未使用水力加壓裝置的鄰井同井段相比，平均機械鉆速提 高28%，起到了很好的防跳、延長鉆頭壽命、提高機械鉆速的效果。其鉆具組合為： 1/2 ″HA517+6 1/2 ″水力加壓裝置+6 1/4 ″NDC×1根+6 1/4 ″DC×1根+Φ214扶正器+6 1/4 ″DC×19根+5″DP

2、塔里木油田TZ1井

該井吉迪克組上部地層的蘭灰色泥巖，巖性致密堅硬，可鉆性差。用? 444.5mm大鉆頭鉆進時，跳鉆極為嚴重，加之該地區地層傾角大，易井斜，無奈采用輕壓（80-100kN）、低轉（45rpm）的措施勉強鉆進。此種情況下使用了水力加壓裝置，采用150-180 kN鉆壓、95rpm的轉速鉆進，不但有效地避免了跳鉆現象，加快了鉆井速度，而且還保證了井身質量，起到了較好的防跳、防斜、加快鉆速的作用。平均機械鉆速比同井上部井段未使用水力加壓裝置時提高了25%;單只鉆頭進尺明顯高于相鄰兩口井同井段、同型號鉆頭，平均機械鉆速分別提高75.4%和132%;使用液力加壓裝置前的最大井斜為3.7°/358米，使用后最大井斜2°/844米。

3、華北油田WG2井

WG2井是一口重點預探井，設計井深5400 m。二開? 311.1mm鉆頭鉆到2500 m時井斜已達7.5°，只好采用小鉆壓吊打糾斜，待井斜降下來以后，加大鉆壓鉆進又斜了出去，這樣反復多次，不但降斜效果不明顯，而且嚴重影響了鉆井速度，不得已又采用螺桿鉆具＋彎接頭反摳降斜，到3100 m時井斜降至2.5°。為保證井身質量，又加快鉆速，下入SJ229B水力加壓裝置。該裝置入井后采用正常參數鉆進，鉆壓180-240 kN，鉆到井深3224 m時，井斜降為 0.5°。以后又連續兩次入井，最后鉆到3453 m中完井深后起出。該裝置累計入井3次共450.5 h，純鉆226.5 h，進尺353 m，平均機速1.56 m/h（最快時4-5 m/h，錄井人員怕漏撈砂樣不允許鉆速太快），比上部600 m機械鉆速提高二、三倍（鉆上部600 m用了兩個月時間，平均每天10 m左右），同比WG1井機械鉆速提高51%。鉆頭壽命也有明顯提高，無崩斷齒現象。其鉆具組合為：

φ 311 鉆頭＋水力加壓裝置＋φ203NDC ＋φ203短DC＋φ308F＋φ203DC＋φ178DC＋ φ127DP

4、塔里木油田KL204井

該井位于山前構造帶，地層傾角大（45°?55°），極易井斜，為防井身質量超標，通常采用鐘擺鉆具結構，小鉆壓吊打的方式鉆進，以犧牲機械鉆速來保井身質量。KL204井以防斜、加快鉆速為目的，在二開第二只鉆頭下入SJ203B水力加壓裝置，使用井段為592?818 m，鉆壓為120-200 kN，既解放了鉆壓，又控制了井斜，在保證井身質量的前提下機械鉆速比 上下兩只鉆頭分別提高70.3%和145.74%，比鄰井KL201井提高77.25%，起出鉆頭新度為60%。

結 論

水力加壓技術是一項投入小、見效快、操作簡便、經濟有效的實用技術。理論分析和現場實踐都表明，使用液力加壓裝置能夠有效地起到平穩、恒定加壓、吸震、防跳、保護鉆頭、鉆具，延長其使用壽命、加快鉆井速度、保證井身質量、減輕司鉆勞動強度等作用，值得大力推廣應用。由于液力加壓技術還是一項沒有被現場人員普遍認識、接受的新技術，因此推廣應用此項技術，還需要科技人員大力宣傳其優越性，需要研制人員和現場技術人員緊密結合，6 共同制定符合現場實際的使用措施，用實際使用的對比效果來表明其有效作用。科研人員要不斷完善液力加壓技術，研制使用范圍更廣、更加適合于現場調節的工具，以不斷拓展其 功能，使其發揮更大的作用。

第四篇：優化石油鉆井工程技術應用的措施探討（范文模版）

優化石油鉆井工程技術應用的措施探討

[摘 要]隨著科學技術的發展，我國石油鉆井工程技術水平也不斷提高。由于石油鉆井工程是一項復雜的系統性工程，如何選取合適的鉆井工藝和鉆井技術非常重要。本文主要從我國石油鉆井工程的發展歷程出發，分析我國石油鉆井工程技術的發展現狀，結合國際石油鉆井工程技術的特點，展望我國石油鉆井工程技術的未來發展情況。

[關鍵詞]石油開采；鉆井技術

中圖分類號：R284 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）28-0072-01

一、石油鉆井技術發展現狀

（一）機械裝備

伴隨著我國科技技術的不斷發展，我國石油行業的勘探技術也呈現了不斷增長的趨勢，當前石油鉆井裝備在不斷更新換代，并且我國科研能力的提升也讓石油鉆井裝備逐漸國產化，這些年來，我國石油鉆井設備也開始向國外學習，或是引用先進的鉆井設備如電動鉆機或電動鉆井泵等。我國現在在石油開采中已經熟練掌握了鉆井設備的運用，隨著自主研發力度的不斷增強，我國在大型鉆井和相應配套設備上也開始走上了世界先進水平，并且，一些氣體鉆井設備以及井下操作設備都已經逐漸用上了國產設備，實現了國產化。

（二）井下自動化技術

伴隨著科學技術的不斷發展，我國當前已經掌握了很多井下自動化技術，比如深度測量、能源信息傳輸以及安全控制等技術，隨著我國石油鉆井工程技術的不斷提升，以及我國石油工程行業對技術提升需求的不斷增長，我國油氣勘探開采行業中使用井下測量和傳輸的地位越來越凸顯，井下自動化開采技術將成為未來我國石油鉆井技術的核心。我國已經隨著辛苦的自主研發攻破了許多技術難題，并且現在已經成功擁有了有線和無線兩種鉆井測量儀，以及電磁波勘探技術，在不斷克服技術難題的同時，我國擁有了自動化鉆井技術的知識產權，也是現在世界上第三個運用CGDS―1近鉆頭的先進石油勘測開采國家。

（三）小井眼鉆井技術

對于小井眼鉆井技術來說，我國現在大部分石油公司都已經掌握了此項技術，并且也研制出了更小和質量更高的鉆頭，如金剛石類鉆頭，和TSD以及PDC?@頭，而鉆井液的研發，能起到充分保護鉆頭的作用，并根據井下的實際構造選擇合適的鉆頭，并起到保護油氣層的作用。此外，我國現在已經有很多學者對鉆井技術上有學術研究，比如小井眼噴涌監測技術，水利學技術，以及早期預警技術等，并且在逐漸將這些研究付諸到實踐中去，我國大慶油田和勝利油田這兩個油田在技術上的應用就是很好的例子，并且取得了十分顯著的成果。

二、石油鉆井工程技術的發展方向

（一）隨鉆測量與風險控制

在當前石油鉆井工程技術的發展過程中，隨鉆測量和風險控制對于鉆井技術的發展是非常重要的，隨鉆測量技術作為鉆井技術的基礎，能夠充分收集井下信息，對于地質情況作出分析，并將信息從后期研究轉成實時研究，然后從中提取出壓力數據來。在經歷技術的不斷發展后，鉆井工程對于套管下井深度已經可以準確測量，并能讓鉆井液保持最合理的密度，大大提升了鉆井平臺以及各個設備之間的運作效率，有效控制了石油鉆井工程過程中的各種風險，降低了鉆井工程的成本。除此之外，我們要充分認識到鉆井工程開展過程中可能會存在的各種風險，主要有以下幾個方面：第一，井下情況，比如可能遇到的崩塌、傾斜、跑漏等情況，第二，井下可以能遇到的各種事故，比如卡、斷裂，以及噴涌的情況，不論哪種井下風險出現，都會造成經濟損失和平臺安全性沒有保障，因此控制井下風險，對于減少鉆井費用、縮短鉆井周期有十分積極的作用。

（二）油氣層保護鉆井液技術

在石油鉆井工程技術中，將超低滲透鉆井液技術和廣譜型屏蔽暫堵保護油氣層技術相互融合，從而形成了環境友好油層保護鉆井液技術。該技術在性能上與普通鉆井技術相比有一定的優越性，它能夠依據石油儲層孔喉分布的特點，篩選出合

適粒徑的油氣層保護添加劑，并且不斷調整鉆井液固定相粒度的分布，使得鉆井液能夠與油氣孔喉直徑分布相匹配，從而實現有效的暫堵功能。此外，為了提高油層孔喉的封堵效果，需要利用成膜劑膜的結構調整，使其參與油孔封堵，擴大安全密度窗口，保護油氣層。在深水鉆井中，需要的科技含量更加高，由于深水鉆井項目是一項高投入且高風險的工作，在鉆井技術上不易掌握，需要噴射下導管技術、動態壓井鉆井技術以及隨鉆環空壓力監測等技術的支持。

（三）石油鉆井技術的智能化

石油鉆井技術的智能化，即工作人員能夠通過操作設備完成鉆井工作，在設備操作室根據設備的相關操作流程完成鉆井操作，不用通過自身大量的體力勞動進行資源開采，能夠大大降低工人的勞動強度，降低工作的危險程度，逐步達到智能化。

通過不斷的實踐與探索研究，當前我國在石油鉆井方面已推出了具有世界先進水平的鉆機，今年7月，我國自主研發的管柱處理系統。其自動化、智能化程度在國內領先，有創新、有特色，是我國鉆井作業能力提高的一個標志性成果。有著我國自身知識產權，并以此不斷加強研究，力圖將石油鉆井技術的每個工作流程均轉變為智能化，使我國石油鉆井的整體水平得到較大的提高。

（四）自動化發展趨勢

由于傳統的石油開采主要是依靠工作人員進行，工作效率較低，為了提高石油的開采效率，進一步拓寬石油的開采范圍，提高采油數量，我國加強對石油開采相關的技術進行研究，集合多種的新技術致力于研發一項新型高、高校的技術，推動石油鉆井技術向自動化的方向發展。對于石油鉆井技術的研究，能夠實現多學科的有機結合，既有利于提高石油開發效率，也推動著特殊油氣開采的突破。在各種新型鉆井技術不斷涌現，并逐漸普及應用的背景下，相關的自動化設備也得到了不斷改進與完善，為深海地區、地層深部的石油開發奠定了堅實的基礎。就現階段的情況來看，我國石油鉆井技術、石油鉆井設備正在逐漸朝著大型化、自動化的方向發展，以便于在未來更好地適應高難度的石油開發作業。

（五）加強與海外石油公司的合作

為了促進石油鉆井技術更好地發展，我國石油企業應該響應“走出去”號召，通過與發達國家的海外石油公司互相合作的方式，提升石油鉆井技術水平，進而提高我國在世界石油市場的競爭力。同時我國的石油企業還需要與發展中國家的石油企業進行合作，例如沙特阿拉伯，其石油產量豐富，有自身的優勢，對作業環境比較熟悉，信息渠道暢通，但是技術和經驗不足。我國通過與這些國家的合作，能夠借鑒其優勢，提升我國石油開采市場競爭中的地位，同時能更好的了解這些國家的政策、法律以及商業慣例等，為以后石油市場的拓展奠定基礎。此外，也使我國的鉆井工程技術通過不斷的試驗，得到更好的發展。

我國石油鉆井工程經歷了漫長的發展時期，石油作為重要的能源資源，在經濟建設中有重要作用。當前，國際競爭日益激烈，如何提高石油開采的效率，加強石油鉆井工程技術的創新，為我國經濟建設提供充足的能源，是我國經濟建設中應重視的問題。我國石油鉆井工程技術發展較早，雖然經歷了漫長的停滯時期，但在社會主義建設中取得了長足發展。自改革開放以來，我國石油鉆井技術進入高速發展時期，智能化自動化的石油鉆井工程技術成為當前石油開采的重要發展方向。我國石油鉆井工程技術的發展，應立足自身優勢，結合我國石油資源的現狀，注重自主知識產權的保護，實現我國石油鉆井工程技術的可持續發展。

參考文獻

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第五篇：石油鉆井設備與工具-王鎮全 《石油鉆井設備與工具》說明

《石油鉆井設備與工具》

(Oil drilling equipment and tool）

課程編碼：

課內學時：32學分：2

課程性質：選修

內容簡介

本課程內容主要包括石油鉆井設備的基本構成，設備與工具的功能、種類、工作原理和性能參數，石油鉆井設備與工具的優選方法，石油鉆井設備與工具的現狀和發展趨勢；涉及的鉆井設備與工具主要包括：鉆機、鉆頭、井下動力鉆具、井眼軌跡測量與控制儀器等。這些教學內容將為學生今后從事油氣井工程相關工作時正確地選擇、操作、維護及設計改進鉆井設備與工具奠定基礎。

修課對象

石油工程專業。

先修課程

機械原理，電工學，工程力學。

教材及主要參考書

推薦教材：《石油鉆井設備與工具》多媒體課件，中國石油大學（北京）油氣井工程系王鎮全自編。

主要參考書：

1、鉆井工程理論與技術。陳庭根管志川主編。石油大學出版社，2000年8月。

2、鉆井工程設計。周開吉 郝俊芳編。石油工業出版社，1996年2月。

開課單位

石油天然氣工程學院。