為了勘探與開采蘊藏在地層深處的石油和天然氣,人們必須利用各種鉆井設備與工具,鉆穿堅硬而復雜的地層,這便是鉆井工作的主要任務。為了滿足我國石油工業飛速發展的需要,必須多打井、快打井、打好井,實現鉆井速度翻番。為此,在充分調動人的積極因素的同時,還必須為鉆井工作者提供先進的、性能良好的鉆井設備與工具,充分利用現代科學技術為石油鉆井工作服務。
鉆井設備及工具包括地面鉆井設備(石油鉆機)以及鉆頭、鉆柱等。
一、石油鉆機1.鉆機的組成現代石油鉆機是一套大型聯合機組。圖5-2所示為旋轉鉆井的基本設備。根據鉆井工藝中鉆進,洗井,起、下鉆具等工序的需要,一套鉆機必須具備下列系統和設備:
圖5-2 鉆井設備
2.井口工具為了起、下鉆具和旋卸鉆具,需要使用吊鉗、吊卡和卡瓦等手動井口工具。
當旋接或卸開鉆柱時,位于井內的那段鉆柱必須暫時懸掛在轉盤上。裝入轉盤補心中的卡瓦是用來卡住鉆桿并懸持鉆柱的。
隨著深井、硬地層及海洋鉆井數量的迅速增加,起、下鉆操作的工作量顯著增加。用上述手動井口工具旋卸絲扣體力消耗大、工效低、又不安全,迫切需要改進。目前,已有多種形式的動力大鉗和動力卡瓦廣泛用于鉆井生產中。加快了起、下鉆速度,減輕了工人的勞動強度,為進一步實現鉆井工作的全盤機械化、自動化打下了基礎。
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3.井口防噴器鉆開高壓油氣層時有可能發生井噴,引起嚴重事故。為了在井噴發生時能控制井內鉆井液和油、氣、水的噴出,通常在鉆臺下面安裝防噴器。目前國內外生產的鉆機上都配備整套較完善的防噴器系統。如圖5-3所示為壓力等級在21~34MPa的防噴器組合。
圖5-3 井口防噴器組示意圖
一般每臺鉆機配備3~4套防噴器,如閘板防噴器、旋轉防噴器和萬能防噴器等。閘板防噴器有單閘板、雙閘板和三閘板三種。閘板的結構又有盲閘板、孔閘板和剪刀閘板三種??组l板的芯子中心有孔,鉆井過程中發生井噴時,可將鉆柱與套管之間的環形空間封閉,防止井內的鉆井液、油、氣、水噴出,也稱為鉆桿防噴器。盲閘板防噴器也稱為全封閉防噴器,其芯子可直接把井口封閉,用于井口無鉆桿的情況下。剪刀閘板可以在緊急情況下剪斷井中的管子,以保證井口安全。旋轉防噴器的結構特點是:其橡膠芯子可以在抱緊鉆桿的情況下隨鉆桿一起旋轉,從而可以在封閉鉆桿與套管環形空間的同時,滿足邊噴邊鉆的工藝要求。萬能防噴器的膠皮芯子能在幾秒鐘內對任何鉆具進行封閉,爭取寶貴的搶險時間。
當鉆機上配備有閘板防噴器、旋轉防噴器和萬能防噴器三類防噴器時,它們既可以單獨使用,也可以重疊使用,可以實現邊噴邊鉆,不壓井起、下鉆和反循環鉆井等鉆井新工藝。大多數防噴器都配有手動和液動兩套控制裝置,以便在緊急情況下遠距離控制。