海洋鉆完工藝系統(tǒng)第一頁，共142頁。第二頁，共142頁。絞車第三頁，共142頁。天車和游動滑車第四頁，共142頁。天車和游動滑車第五頁，共142頁。游車大鉤水龍頭頂部驅(qū)動裝置第六頁，共142頁。循環(huán)系統(tǒng)和鉆井液鉆井液的作用攜巖冷卻鉆頭平衡地層壓力穩(wěn)定井壁水力破巖提供井下動力鉆具的動力傳輸井底儀器信號第七頁，共142頁。泥漿池泥漿泵頂驅(qū)井下鉆具鉆井絞車轉(zhuǎn)盤第八頁，共142頁。泥漿泵第九頁，共142頁。振動篩第十頁，共142頁。防噴器第十一頁，共142頁。第十二頁，共142頁。陸地海洋

固定式移動式第十三頁，共142頁。陸地鉆井鉆機小型車載鉆機第十四頁，共142頁。海上鉆井鉆機（淺水用）自升式鉆井平臺第十五頁，共142頁。海上鉆井鉆機（中深水用）半潛式鉆井平臺流花11油田南海挑戰(zhàn)號第十六頁，共142頁。海上鉆井鉆機（深水用）張力腿式深水平臺干拖第十七頁，共142頁。重力基礎平臺鉆井船海上鉆井鉆機（深水用）第十八頁，共142頁。鉆井駁船（江河湖泊用）第十九頁，共142頁。南海鉆井船數(shù)量及類型序號名稱類型1南海一號自升式2南海二號半潛式3南海四號自升式4南海五號半潛式5南海六號半潛式第二十頁，共142頁。南海四號自升式懸臂梁鉆井平臺第二十一頁，共142頁。南海二號半潛式鉆井平臺第二十二頁，共142頁。南海五號半潛式鉆井平臺第二十三頁，共142頁。南海六號半潛式鉆井平臺第二十四頁，共142頁。海洋石油931自升式鉆井平臺第二十五頁，共142頁。鉆井方式第二十六頁，共142頁。第二十七頁，共142頁。自升式鉆井平臺導管架方式鉆井東方1-1氣田第二十八頁，共142頁。NH4&W12-1ANH4&W12-1BNH4&W11-4B第二十九頁，共142頁。半潛式鉆井平臺預鉆井安裝鉆井基盤第三十頁，共142頁。第三十一頁，共142頁。鉆機鉆頭鉆具鉆柱鉆井液鉆壓轉(zhuǎn)速排量接單根第一節(jié)鉆完井基本概念第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第三十二頁，共142頁。（二）鉆柱的作用(1)提供鉆井液流動通道；

(2)給鉆頭提供鉆壓；

(3)傳遞扭距；

(4)起下鉆頭；(5)計量井深。(6)觀察和了解井下情況；(7)進行其它特殊作業(yè)；(8)鉆桿測試。一、鉆柱的組成與作用（一）鉆柱的組成

鉆柱是鉆頭以上，水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱.

它包括方鉆桿、鉆桿、鉆挺、各種接頭及穩(wěn)定器等井下工具。第三十三頁，共142頁。影響鉆井過程（鉆速）的因素地層巖性強度、硬度、研磨性、可鉆性鉆井液性能密度、固相含量、粘度、失水鉆頭類型及結構水力參數(shù)泵壓、排量、噴嘴直徑鉆井機械參數(shù)鉆壓、轉(zhuǎn)速第三十四頁，共142頁。條件：保證井下安全、一定機泵條件、優(yōu)質(zhì)泥漿措施按井段采用不同的返速，優(yōu)選排量、噴嘴直徑、和噴嘴布置方案目的：在較高泵壓下，使泵功率充分發(fā)揮，合理分配。使噴射速度、井底水力能量的到優(yōu)選，從而提高鉆速。第三十五頁，共142頁。建立鉆速方程建立機械鉆速模型，該鉆速模型與巖石的可鉆性、井深、巖石的致密性、井底壓差、鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)、牙齒磨損建立鉆頭磨損模型，該模型與鉆壓、鉆速有關目標函數(shù)

Cb+Cr(Tt+T)每米成本：C=——————— H第三十六頁，共142頁。PaPdPpPd+Php=PpPa+Pha=Pp第三十七頁，共142頁。固井--常規(guī)注水泥工序下完套管裝上水泥頭，充分循環(huán)泥漿，帶出砂子，同時作好注水泥的準備工作，見圖，注水泥施工工序如下：

（1）打隔離液；（2）注水泥漿；（3）開擋銷頂膠塞；（4）替鉆井液；（5）“碰壓”，關井候凝。第三十八頁，共142頁。第三十九頁，共142頁。在鉆井過程中，由于鉆井液的類型選擇不當或性能不良，井身質(zhì)量較差，或者由于檢查不周，違章操作，處理井下復雜情況的措施不當及疏忽大意而造成的鉆具折斷、頓鉆、卡鉆、井漏及井噴失火等惡果，通稱為鉆井事故。鉆井其它作業(yè)主要指取心鉆井、套管開窗側鉆等。

第四十頁，共142頁。鉆頭事故——三牙輪鉆頭掉牙輪或整個鉆頭落井等鉆具事故——鉆鋌螺紋折斷；鉆桿本體折斷；鉆具脫扣滑扣；鉆桿刺漏等.卡鉆事故——壓差卡鉆；落物卡鉆；鍵槽卡鉆；井眼坍塌卡鉆；套管變形卡鉆等.尾管事故——中途座掛；掛不住；下入工具倒不開；下入工具與鉆桿被水泥漿固死（插旗桿）；尾管鞋替空和“灌香腸”等套管落井事故頓鉆事故井噴事故和井漏事故測井儀器遇卡事故第四十一頁，共142頁。

●完井工程包括的內(nèi)容：

（1）鉆開生產(chǎn)層：鉆井完井液設計、平衡壓力鉆井（2）完井井底結構設計和完井方法選擇（3）安裝井底：包括下套管固井或下入篩管、割縫襯管（4）連通井眼與產(chǎn)層（射孔、裸眼等）（5）防砂措施（6）安裝井口，完井測試

●完井：從鉆開生產(chǎn)層、下油層套管、注水泥固井、射孔到試采等一系列生產(chǎn)過程的總稱。第四十二頁，共142頁。

●完井工程的原則和要求：

（1）有效地保護油氣層，盡量減輕或避免對產(chǎn)層的污染。（2）建立產(chǎn)層與井眼之間的良好通道，使油氣流入井阻力最小，提高產(chǎn)能。（3）有效地封隔油、氣、水層和不同壓力的地層，防止層間干擾。（4）有效地控制油層出砂，防止井壁坍塌，確保油氣井長期穩(wěn)產(chǎn)。（5）井底結構能夠滿足開采、注水、井下作業(yè)等工藝要求。（6）工藝簡單，成本低。第四十三頁，共142頁。完井技術二、鉆開儲集層

1.鉆井作業(yè)對儲集層性質(zhì)的影響（1）壓差的影響

正壓差使鉆井液中的液相和固相侵入儲層孔隙或裂縫，污染儲集層。

1）水侵使儲集層中的粘土成分膨脹，使孔隙度減小，滲透率降低；

2）水侵破壞孔隙內(nèi)油流的連續(xù)性，增加油流阻力；

3）水侵產(chǎn)生水鎖效應，增加油流阻力；

4）泥侵堵塞儲集層孔隙通道。（2）化學物質(zhì)不配伍的影響

產(chǎn)生化學反應，生成沉淀物堵塞孔隙；腐蝕巖石，破壞巖石的膠結，使巖石坍塌或膨脹，使巖石滲透率降低。

（3）濃度差的影響

鉆井液和地層流體中的化學物質(zhì)的濃度差，引起化學物質(zhì)的滲透現(xiàn)象。第四十四頁，共142頁。2.對鉆開儲集層的技術要求

1）有效地控制油氣層壓力，安全鉆開儲集層；

2）有效地保護油氣層，防止鉆井液的污染。完井技術二、鉆開儲集層1.鉆井作業(yè)對儲集層性質(zhì)的影響（4）應力狀態(tài)變化的影響鉆開儲集層形成井眼，井壁周圍巖石的應力狀態(tài)發(fā)生變化，引起巖石的變形，使巖石的孔隙度和滲透率降低。3.防止和減少儲層損害的方法

（1）選用適宜的完井液（指鉆進、壓井、試油、射孔以及一些增產(chǎn)措施中用于生產(chǎn)層的液體）（2）平衡壓力鉆井或欠平衡壓力鉆井（3）控制起下鉆速度，減小波動壓力對油、氣層的損害（4）采用屏蔽暫堵等保護油氣層技術（5）選擇合理的完井方法第四十五頁，共142頁。（一）裸眼完井法完井技術三、完井井底結構和完井方法

1.先期裸眼完井鉆至油、氣層頂部后，下套管固井，然后再鉆開油、氣層。優(yōu)點：（1）油、氣層暴露面積大，油、氣流入井內(nèi)的阻力小。（2）排除了上部地層干擾，可采用與產(chǎn)層配伍的完井液，也可采用平衡壓力、欠平衡壓力鉆井方法打開油氣層，產(chǎn)層污染輕。（3）避免了固井作業(yè)對產(chǎn)層的污染。消除了高壓油氣對固井質(zhì)量的影響。（4）縮短了鉆井液的浸泡時間。（5）鉆開油、氣層時，如遇井下復雜情況，可將鉆具提至套管鞋以上進行處理。先期裸眼完井后期裸眼完井第四十六頁，共142頁。

2.先期裸眼完井的缺點

（1）不能防止生產(chǎn)過程中的井壁坍塌和油層出砂。（2）不能克服生產(chǎn)層范圍內(nèi)不同壓力的油、氣、水層的相互干擾

。（3）鉆開油、氣層時，如遇到復雜情況，由于井眼尺寸較小，會給繼續(xù)鉆進帶來一定的困難。

3.適用條件

（1）油、氣層情況掌握準確（2）巖性穩(wěn)定（3）無油氣水夾層的單一油氣層和一些油氣層性質(zhì)相同的多油氣層的井。

我國碳酸鹽裂縫性油、氣藏使用該法較廣泛。（一）裸眼完井法完井技術三、完井井底結構和完井方法第四十七頁，共142頁。（一）裸眼完井法完井技術三、完井井底結構和完井方法

1.后期裸眼完井后期裸眼完井法是在鉆穿油、氣層后，將油層套管下至油、氣層頂部固井。優(yōu)點：可以確保油層套管下在油、氣層頂部。缺點：（1）泥漿對油氣層的浸泡時間長，易損害油氣層；（2）同時也會受到水泥漿對油氣層的損害，如油氣層壓力大時固井質(zhì)量也不易保證。這種完井法一般是在地層情況掌握不夠的探區(qū)采用。先期裸眼完井后期裸眼完井第四十八頁，共142頁。（二）射孔完井法—應用最廣泛的方法三、完井井底結構和完井方法完井技術尾管射孔完井法示意圖射孔完井法示意圖鉆穿油、氣層之后，下油層套管至油、氣層底部固井。然后再用專門的射孔器在油、氣層部位射孔，射穿套管和水泥環(huán)并進入地層一定深度，油、氣通過這些孔道進入井內(nèi)。或下入尾管后射孔。第四十九頁，共142頁。

●主要優(yōu)點：

（1）能有效地封隔不同壓力的油、氣、水層，消除互相干擾?？梢赃M行分層測試、分層開采、分層注水等作業(yè)。（2）能有效地防止油、氣層的垮塌。（3）可以根據(jù)取心、測試等資料確定油層套管是否下人和下入深度，消除下油層套管的盲目性。（4）有利加深井眼。

●主要缺點：

（1）打開生產(chǎn)層和固井的過程中，鉆井液和水泥漿對生產(chǎn)層的侵害較嚴重。（2）由于射孔數(shù)目、孔徑、孔深有限，油氣層與井眼連通面積小，油氣入井阻力較大。

●適用條件

適用于各種產(chǎn)層。（二）射孔完井法三、完井井底結構和完井方法完井技術第五十頁，共142頁。（三）防砂完井法三、完井井底結構和完井方法完井技術1.襯管或篩管完井

襯管完井法是將油層套管下到油、氣層頂部固井，然后再鉆開油、氣層。在油、氣層部位下入預先鉆好孔的襯管，襯管通過其頂部的懸掛器懸掛在油層套管上，并把套管與襯管的環(huán)空密封起來。油、氣通過襯管上的孔進入井內(nèi)，如圖7-28所示。襯管類型：繞絲、割縫、多孔材料燒結。由于襯管完井法是利用油層沙自然形成砂拱來起防砂作用，所以不易人為控制。另外在裸眼井內(nèi)下襯管完成的井內(nèi)，無法封閉油、氣水層。因此可采用把襯管下入射孔完井的井內(nèi)，這雖可消除油、氣、水層互相干擾，但增加了油、氣流人井內(nèi)的阻力。

圖7-28襯管完井法示意圖1-油層套管；2-封隔器；3-襯管第五十一頁，共142頁。（四）防砂完井法三、完井井底結構和完井方法完井技術

2.礫石充填完井在襯管與井壁之間充填一定尺寸的礫石，使之起防砂和保護油氣層的作用。

★裸眼礫石充填★套管內(nèi)礫石充填

礫石直徑：砂粒中徑的6~8倍。砂粒中徑是指對砂粒進行篩分后，累計重量為50%的砂粒對應的直徑。礫石充填法充填的礫石和帶割縫的襯管可以起雙層防砂的作用，防砂能力強。礫石又可起支撐井壁的作用，適用于疏松和出砂較嚴重的油井。

第五十二頁，共142頁。四、完井方法選擇完井技術儲層的類型及其均質(zhì)程度、巖石的粒度組成、井底附近地帶巖層的穩(wěn)定性、產(chǎn)層附近有無高壓層、底水或氣頂、產(chǎn)層的滲透性等，是選擇完井方法的主要依據(jù)。第五十三頁，共142頁。1——油管懸掛器；2——油管頭；3——油管；4——套管懸掛器；5——套管頭；6——油層套管；7——技術套管；8——密封圈；9——套管懸掛器；10——套管頭；11——表層套管。五、完井井口裝置完井技術第五十四頁，共142頁。第二節(jié)

海上鉆井井口裝置海上鉆井井口裝置描述：井口裝置就是保證我們油氣開發(fā)活動的正常進行而在地面、在油氣井井口安裝的一系列設備。海上鉆井井口裝置是指在海洋油氣鉆井階段以預防井噴而安裝的防噴器系統(tǒng)和其它輔助設備（隔離海水設備和防止浮動的設備）。第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第五十五頁，共142頁。海陸鉆井井口裝置對比陸上井口裝置海上井口裝置（水上井口）海上井口裝置（水下井口）與陸上井口裝置相比，海上井口結構復雜，多了隔離海水和防止升降運動的設備防噴器組防噴器組第五十六頁，共142頁。1、水上井口裝置與陸上井口裝置的區(qū)別：

（1）水上井口裝置有一個長長的隔水管，穿過整個海水層（2）水上井口裝置的隔水導管上有一個泥線支撐器（懸掛器），而陸上沒有。

一、水上井口裝置第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第五十七頁，共142頁。

將各層套管的重量懸掛在泥線處。這樣可以大大減輕固定平臺的承重。每層套管下入時，利用套管掛懸掛在上一層套管的座環(huán)上。泥線支撐器以上的套管延長到平臺上。泥線支撐器的作用:(固定平臺鉆井)第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第五十八頁，共142頁。

泥線懸掛器的作用也是懸掛各層套管柱的重量。每層套管下入時，利用套管掛懸掛在上一層套管的座環(huán)上。懸掛器以上，是通過一個下入工具與鉆柱連接，鉆柱延長到平臺上。在注水泥固井之后，將鉆柱倒開并起出來，這樣在泥線懸掛器之上是沒有套管的。鉆完井后，平臺可以移走，泥線以上的海水中沒有套管

。泥線懸掛器的作用:(移動平臺鉆井)第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第五十九頁，共142頁。1.泥線支撐器用于固定式鉆井平臺，泥線懸掛器用于移動式鉆井平臺；

2.泥線支撐器的內(nèi)層套管懸掛于外層套管的座環(huán)上。兩層套管之間的密封在平臺上套管頭處。而泥線懸掛器的套管掛之間不僅存在懸掛關系，而且兩層套管之間的密封在懸掛器處。泥線支撐器與泥線懸掛器區(qū)別第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第六十頁，共142頁。二、水下井口裝置1、水下井口裝置的使用特點2、水下井口裝置的系統(tǒng)組成第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第六十一頁，共142頁。1、水下井口裝置的使用特點

井口裝置具有補償浮動鉆井平臺隨海水運動產(chǎn)生的6個自由度的運動。補償升沉運動的伸縮部件，補償平移和搖擺運動的彎曲部件（撓性接頭或球接頭）。伸縮部件和彎曲部件存在密封問題，只能承受低壓。防噴器系統(tǒng)必須放置在這些部件的下面，因為防噴器關閉時防噴器以下將是高壓。第二章海洋鉆完井工藝系統(tǒng)第六十二頁，共142頁。固定鉆井平臺浮式鉆井平臺水上井口裝置水下井口裝置升沉平移搖擺第六十三頁，共142頁。

水下井口裝置通常是在地面上預制成三大組合—導引系統(tǒng)，防噴器系統(tǒng)和隔水管系統(tǒng)。在海上作業(yè)時，用快速連接器將兩個組合連接起來。水下安裝要有一套遠程遙控操作系統(tǒng)。必要時還要有潛水作業(yè)裝置或水下機器人操作。導引系統(tǒng)防噴器系統(tǒng)隔水管系統(tǒng)水下井口裝置示意圖第六十四頁，共142頁。(1)導引系統(tǒng)2、水下井口裝置的系統(tǒng)組成(2)防噴器系統(tǒng)(3)隔水管系統(tǒng)第六十五頁，共142頁。(1)導引系統(tǒng)2、水下井口裝置的系統(tǒng)組成導引系統(tǒng)包括：

井口盤、導引架、導引繩及其張緊裝置。導引系統(tǒng)是整個水下井口裝置的基礎。第六十六頁，共142頁。

井口盤是第一個被安放在海底的圓餅形部件。中心開孔，孔內(nèi)有與送入鉆具配合的“J”槽。用于確定井位，并固定水下井口。第六十七頁，共142頁。

井口盤上一般有兩條臨時導引繩。在平臺上，將井口盤與其送入工具連接，送入工具上接鉆柱，不斷接長鉆柱就可將井口盤下放到海底，倒轉(zhuǎn)鉆柱可退出送入工具，并起出鉆柱。井口盤依靠巨大的重量固定在海底，這就確定了海底井口的位置。井口盤及送入工具第六十八頁，共142頁。

導引架結構：有四個導引柱，每根柱上有一根永久導引繩。有的導引架上還固定有水下攝影或水下電視系統(tǒng)。導引架固定在導管上，并隨導管一起下入。下入時，依靠井口盤上的臨時導引繩，準確進入井口盤的內(nèi)孔，并將導引架坐在井口盤上。然后將井口盤上臨時導引繩割斷。井口盤和導引架固定后就成為一口井永久組成部分。導引架安裝過程第六十九頁，共142頁。

永久導引繩的一端固定在導引柱上，另一端固定在平臺上。由于平臺隨海水運動有上下升沉運動，所以導引繩將忽緊忽松。松弛時顯然起不到導引作用，張力太大，又有可能將張緊繩拉斷。所以需要有恒張力裝置來張緊導引繩。導引繩也是利用氣液彈簧原理提供恒張力的。導引繩通過復滑輪系統(tǒng)縮短氣液彈簧的液缸活塞行程。導引繩張緊系統(tǒng)第七十頁，共142頁。

（2）防噴器系統(tǒng)

防噴器系統(tǒng)是水下井口裝置的核心部分。包括：萬能防噴器剪切閘板防噴器半封閘板防噴器全封閘板防噴器四通及壓井防噴管線防噴器控制操作系統(tǒng)等。第七十一頁，共142頁。第七十二頁，共142頁。

防噴器組一般采用3~5個防噴器，通過連接器與套管連在一起。整個防噴器組外面有框架，框架的套管套在導向繩上.水下井口防噴器組第七十三頁，共142頁。防噴器系統(tǒng)各組分部件

最頂部是兩個萬能防噴器(也稱為多效能防噴器，或球形防噴器)。

優(yōu)點：萬能防噴器可以抱緊任何尺寸的鉆柱，可抱緊鉆鋌，鉆桿本體或接頭，套管，電纜，鋼絲繩，甚至可以全封。

缺點：萬能防噴器承受壓力的能力有限，不能承受很高的壓力。所以，萬能防噴器僅僅在閘板防噴器不能起作用的時候使用。

112344第七十四頁，共142頁。防噴器系統(tǒng)各組分部件

半封閘板防噴器是防噴器的主要部分。在出現(xiàn)井噴溢流時，它可以抱緊鉆桿本體，封閉鉆桿外環(huán)形空間。通過上下兩個半封閘板防噴器的配合，可以在井噴溢流情況下，強行起鉆。112344第七十五頁，共142頁。防噴器系統(tǒng)各組分部件

全封閘板防噴器，是當井內(nèi)沒有鉆柱并需要關井時使用。

112344第七十六頁，共142頁。防噴器系統(tǒng)各組分部件剪切閘板防噴器的使用環(huán)境：

(1)在井內(nèi)有鉆柱，遇到臺風或其他緊急情況，需要立即撤離平臺，又來不及起鉆，這時使用剪切閘板迅速將井內(nèi)鉆柱剪斷，平臺即可撤離。

(2)發(fā)生井噴事故，井噴流體從鉆柱內(nèi)孔噴出，此時為了緊急控制，使用剪切閘板迅速將鉆桿擠扁，封住內(nèi)孔，制止井噴。112344第七十七頁，共142頁。

壓井和放噴管線，自四通接出，一直延伸到平臺上。壓井放噴管線應該具有補償平臺運動的功能，所以要有伸縮管或高壓軟管部分。112456防噴器系統(tǒng)各組分部件第七十八頁，共142頁。

為起下方便，在地面上將防噴器系統(tǒng)的各部分組合成一個整體。防噴器框架有四個導向筒，四根永久導向繩分別穿入其中，引導防噴器系統(tǒng)準確地下放并與導引系統(tǒng)上快速連接器連接。防噴器系統(tǒng)第七十九頁，共142頁。

防噴器系統(tǒng)的控制操作通常是用電力、氣動和液壓系統(tǒng)組成。液壓管線匯集起來形成“管束”，捆綁在防噴器框架上，引向平臺的軟管絞車上。液壓能量由平臺上的儲能器提供。平臺上的控制部分，一般有電動和氣動控制系統(tǒng)。電動控制簡單、迅速，所以一般情況下盡可能使用電動控制。在發(fā)生井噴的情況下，不允許使用電的時候，就要使用氣動控制系統(tǒng)。第八十頁，共142頁。

（3）隔水管系統(tǒng)隔水管系統(tǒng)處在防噴器系統(tǒng)的上面。

1)主要作用：

①引導鉆具入井，隔絕海水，形成泥漿循環(huán)的回路。

②隔水管系統(tǒng)還要承受浮動平臺的升沉和平移運動。

2)隔水管系統(tǒng)包括：伸縮隔水管，隔水管，彎曲接頭，張緊裝置等。第八十一頁，共142頁。

伸縮隔水管：處在井口裝置的最頂端，由內(nèi)管和外管組成。內(nèi)管可在外管內(nèi)軸向滑動，從而補償鉆井平臺的升沉運動。一般長約15~16m。伸縮行程10m。根據(jù)我國沿海的潮差及波高情況，行程以長14m為宜。

第八十二頁，共142頁。

隔水管：

隔水管系統(tǒng)的主體，使用16-24英寸直徑的鋼管做成，單根長度一般為15-16米，兩端有公母接頭。單根之間依靠公母接頭配合連接，連接時只要將母接頭套入公接頭并下壓，公接頭上的鋼圈即可進入母接頭的槽內(nèi)并互相鎖緊。第八十三頁，共142頁。

隔水管的長度取決于海水的深度。顯然在海水很深的情況下，隔水管系統(tǒng)的重量將很大。在自重作用下，隔水管可能被壓彎；另外，隔水管在海水中受到海水運動的作用，要承受很大的橫向力，也會使隔水管彎曲。所以隔水管系統(tǒng)需要張緊。隔水管系統(tǒng)的張緊裝置，原理上與導引繩的張緊相同，但需要的張緊力更大。第八十四頁，共142頁。

一般當工作水深超過

3lm

時，應有張緊器使其承受拉力，還可以在管外加浮室以增加浮力。對于工作水深超過250m的隔水管柱必須另外進行設計。一般隔水管的臨界壓彎長度可按下式計算：第八十五頁，共142頁。

海水越深，隔水管越重，則需要的張緊力越大。此張緊力最終要施加到浮動鉆井平臺上，增大平臺的吃水量。為了減小張緊力，可在隔水管管外面貼上一層厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系以鋁制浮筒（筒內(nèi)充以高壓氣體），以便增大在海水中的浮力，減輕隔水管系統(tǒng)的重量。第八十六頁，共142頁。

彎曲接頭：

撓性接頭，球接頭。彎曲接頭處在隔水管系統(tǒng)的最下端。

彎曲接頭的作用補償鉆井平臺的平移和搖擺運動。第八十七頁，共142頁。

一般均用液壓張緊器，裝在鉆臺腿上。有導向繩張緊器及隔水管張緊器兩種，分別用以張緊導向繩及隔水管。利用高壓氣液儲能器的液壓推動活塞，隨平臺的升沉而放長或收短鋼絲繩，以保持導向繩及隔水管的張力恒定。以下二圖分別為導向繩張緊器及隔水管張緊器的布置圖。張緊器第八十八頁，共142頁。第八十九頁，共142頁。第三節(jié)海洋鉆井過程升沉補償裝置一、鉆柱升沉運動的補償措施

這種辦法是在鉆柱的鉆鋌上方加一根可伸縮的鉆桿。伸縮鉆桿由內(nèi)、外管組成，沿軸向可作相對運動，行程一般為2m。當平臺上下升沉運動時，伸縮鉆桿的內(nèi)管隨伸縮鉆桿以上的鉆柱作軸向運動，而與伸縮鉆桿外管相連的鉆艇則基本不作升沉運動．因而可保持鉆壓恒定，同時還可避免平臺上升時提起鉆艇，平臺下沉時壓彎鉆柱。1、增加伸縮鉆桿第九十頁，共142頁。（1）鉆壓不能調(diào)節(jié)增加伸縮鉆桿后，鉆壓大小取決于伸縮鉆桿以下的鉆鋌部分重量。因而不能隨巖層的變化調(diào)節(jié)鉆壓。（2）承載條件惡劣伸縮鉆桿既承受泥漿的高壓，傳遞鉆柱的扭矩；又承受因內(nèi)外管周期性軸向運動所引起的交變載荷，承載條件十分惡劣。

（3）不利于特殊作業(yè)當不壓井鉆井時關防噴器后，由于伸縮鉆桿以上的鉆柱隨船體升沉做周期性上下運動，使防噴器的芯子反復摩擦，對于作業(yè)不利。伸縮鉆桿存在的問題

第九十一頁，共142頁。2、增設升沉補償裝置第九十二頁，共142頁。

升沉補償裝置一般采用液壓傳動。如在游動滑車與大鉤間裝設雙液缸，缸體與游動滑車相連。當平臺升沉時，游動滑車帶動液缸的缸體作周期性上下運動；而活塞與大鉤則基本保持不動。這時、整個鉆柱的重量由活塞下面的液壓所支承。液體壓力可保持恒定，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以控制鉆柱的拉力，隨時調(diào)節(jié)井底鉆壓。第九十三頁，共142頁。二、升沉補償裝置的結構類型與工作原理（1）結構

l）液缸

兩個液缸用上框架與游動滑車相連，隨平臺升沉而上下運動。

2）活塞

兩個液缸中的活塞通過活塞桿與固定在大鉤上的下框架連接，大鉤載荷由活塞下面的液壓所支承。1、游動滑車與大鉤間裝設的升沉補償裝置第九十四頁，共142頁。3）儲能器

儲能器與液缸相通。儲能器中有活塞，其下端的液體通過軟管與液缸相通；其上端的氣體通過管線與儲氣罐相通。這樣，液缸中液體壓力由儲能器中氣體壓力所決定。調(diào)節(jié)氣體壓力即可以改變液體壓力。4）鎖緊裝置用以將上下兩個框架鎖緊成一體，從而使游動滑車與大鉤連接在一起，進行起下鉆工作。第九十五頁，共142頁。2、天車上裝設的升沉補償裝置（1）結構（1）浮動天車

（2）主氣缸它是支持浮動天車用的，相當于大型彈簧，共四個。（3）液缸共兩個。（4）儲能器它安裝在井架上，有管路與四個主氣缸相通，用以調(diào)節(jié)主氣缸中的氣體壓力。第九十六頁，共142頁。（2）工作原理l）補償升沉由浮動天車來實現(xiàn)補償當浮動平臺上升或下降時井架沿軌道上下運動，主氣缸中氣體壓縮或膨脹，相當于一個大彈簧，而天車及大鉤基本保持不動，于是升沉運動得以補償。2）控制鉆壓司鉆利用甲板上的調(diào)壓閥，控制自空氣罐至主氣缸系統(tǒng)的空氣壓力，使井底鉆壓調(diào)至合適值．3）自動送進正常鉆井時，將氣缸中氣壓調(diào)節(jié)到略低于大鉤上載荷，于是，浮動天車在大鉤載荷帶動下，沿軌道下行，實現(xiàn)自動進尺。當浮動天車下行至最低點時，司鉆即放松絞車滾筒上鋼趁繩．使浮動天車上行至最高點，然后再繼續(xù)自動進尺。第九十七頁，共142頁。4）防止事故當大鉤載荷突然減少或主氣缸嚴重漏氣時，可借助液缸支持著鉆柱重量，并使其減速，以防止事故，保證安全。5）繩索作業(yè)繩索作業(yè)時，可另加一根傳感繩，使其一端固定在隔水導管上，另一端自井架外邊引至浮動天車上，經(jīng)滑輪后，再連到鉆臺的滾筒上。這樣，傳感繩隨鉆臺運動而放松或纏緊。浮動天車在恒定氣壓下隨之相應地補償運動，即可實現(xiàn)繩索作業(yè)時的升沉補償。6）起下鉆作業(yè)起下鉆時，用鎖緊裝置將浮動天車鎖住，使浮動天車不隨起下鉆柱而上下滑行。第九十八頁，共142頁。3、死繩上裝設的升沉補償裝置（1）結構1）定滑輪組

2）動滑輪組

3）液缸

4）高壓儲能器

5）低壓儲能器

6）控制臺第九十九頁，共142頁。（2）工作原理

借助調(diào)節(jié)儲能器中氣壓來改變死繩拉力。再通過死繩上拉力的改變來調(diào)節(jié)及保持井底鉆壓。此外，還可通過液壓推動活塞移動來調(diào)節(jié)鋼絲繩的有效長度。第一百頁，共142頁。

綜合上述，死繩上裝設的升沉補償裝置，由于需裝設傳感信號和傳令等電控制系統(tǒng)，結構比較復雜，所以應用較少。天車上裝設的升沉補償裝置雖然占用甲板面積小，而且管線短，密封少，不需用高壓膠管，有不少長處，但因需特制大尺寸井架及天車，故應用也不廣泛。目前應用較多的是在游動滑車與大鉤間裝設的升沉補償裝置，它不需要特制井架及天車，游動滑車及大鉤也是通用的。但其缺點是液缸密封多，液壓油漏失問題嚴重，管路長，摩擦損失大等，還有待進一步改進。第一百零一頁，共142頁。第四節(jié)海上鉆井設備的特殊問題一、保持定位問題（1）錨泊定位．（2）動力定位。二、升沉運動補償問題

在海上進行浮動鉆井時，鉆井船除前后左右發(fā)生搖擺外，還將產(chǎn)生上下升沉運動，導致井架及大鉤懸吊著的整個鉆柱周期性地上下運動。不利于鉆進．因此，必須解決鉆柱上下運動的補償問題。第一百零二頁，共142頁。

海上鉆井采用水下井口時，井口在海底，需要在海底井口與水上甲板間裝設套隔絕海水、適應搖擺、控制井口的裝置，這套裝置統(tǒng)稱為鉆井用水下井口設備。三、裝設鉆井用水下井口設備問題

海洋鉆井設備處于海上腐蝕性強的大氣中，還有一部分構件浸人海水中，由于海水對它產(chǎn)生強烈電化學和化學腐蝕，因此浸入海水中的構件的壽命顯著降低。四、防止海水腐蝕問題第一百零三頁，共142頁。我國常用的耐海水腐蝕的金屬材料是：

（1）高合金鋼（2）低合金鋼（3）復合合金鋼目前主要防腐措施有：1．選擇耐腐蝕的材料．2．設計合理的結構

如將外形設計成流線形，易腐蝕處適當加厚；盡量采用等強度設計；采用不同材料的鉚接件及焊接件，以消除有害的陰極接觸等。

第一百零四頁，共142頁。

（1）外加金屬鍍層的保護層。（2）外加非金屬涂層作為保護層。（3）電化學防腐。常用陰極保護法。3．采用先進的防腐工藝我國常用的防腐工藝是：

海洋鉆井裝備與結構承受嚴重的波浪力，風力、海流力和冰力等海洋環(huán)境載荷的作用，因此在強度設計，設備選擇，估算壽命時，均需考慮這些承載特點。五、抵抗海洋環(huán)境載荷問題第一百零五頁，共142頁。三、浮動平臺定位

1、“定位”的含義①浮動平臺航行定位。②浮動平臺鉆井定位。③浮動平臺漂移定位

前兩種是導航定位，后一種是防止平臺漂移采取的方法是錨泊定位或自動動力定位。第一百零六頁，共142頁。2、漂移率漂移率：是指平臺橫向漂移量A與平臺所在位置的水深h的比值，以ε表示。即ε=A/h。

3、對平臺定位的要求①在工作期間，必須做到ε<5％，最好做到ε<3%；②在停止鉆井作業(yè)或準備工作期間，應做到ε≤10％；

③當ε>10%時，鉆井平臺必須與隔水管、井口裝置脫開，處在撤離狀態(tài)。

4、浮動平臺的定位方法浮動平臺定位的方法有兩種：錨泊定位，自動動力定位。第一百零七頁，共142頁。5、錨泊定位系統(tǒng)（1）擴展錨系

①定義：海上鉆井平臺必須采用多根錨纜不同方向擴展進行系泊。這種系泊方法稱作擴展錨系。

②類型：常見的擴展錨系型式：八點錨系、九點錨系、十點錨系。錨系型式選擇：根據(jù)風浪荷載的方向、大小及出現(xiàn)的頻率和平臺形狀。第一百零八頁，共142頁。

所有錨系錨纜分布相對于平臺縱軸是對稱的。平臺對來自船頭方向的風浪抵抗能力較強。對來自兩側方向的風浪的抵抗能力較弱，而且平臺兩側的擋風面積也較大，所以兩側要布置較大的錨系拉力。還有一種擴展錨系，用錨纜作錨索，所有錨纜都集中纏繞在井口的專用轉(zhuǎn)盤上，稱為旋轉(zhuǎn)錨系。鉆井平臺可以旋轉(zhuǎn)而不影響錨索。這樣鉆井平臺就可以隨時旋轉(zhuǎn)到使船頭始終對準風向或有利的海況方向。

第一百零九頁，共142頁。6、動力定位系統(tǒng)

（1）定義：

動力定位系統(tǒng)是依靠平臺上的動力系統(tǒng)抵抗外力的影響，自動地保持平臺在海上的位置。初期動力定位做法是人工觀察或雷達監(jiān)測平臺位移，人工手動操作推進器?，F(xiàn)已發(fā)展為從測量位移到操作推進器，實現(xiàn)完全自動化。現(xiàn)在動力定位系統(tǒng)不僅用在鉆井平臺定位，而且用到其它海上作業(yè)船的定位。

第一百一十頁，共142頁。

（2）組成

動力定位系統(tǒng)由三部分組成：

位置測量系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)，推進器系統(tǒng)。

位置測量系統(tǒng)的作用，是測量平臺相對于海底井口的位置變化；計算機系統(tǒng)根據(jù)測量的位置變化，計算并確定推進器的工作方案，并發(fā)出控制指令；推進器系統(tǒng)的任務是依照計算機的指令推動平臺回到原始位置。第一百一十一頁，共142頁。第四節(jié)各次開鉆的施工及井口安裝一、導管井段的施工

使用底撐式鉆井平臺鉆井，導管井段的施工一般有兩種方法。一種是用打樁機將導管打入海底。這種方法適用于海水較淺，導管較短的情況。另一種，在海水較深時，可以先下鉆用鉆頭鉆出導管井段的井眼，然后下入導管，并注水泥封固。鉆進時采用海水作為洗井液，鉆屑隨海水返至海底。第一百一十二頁，共142頁。

使用浮動鉆井平臺鉆井時，導管井段的施工要復雜得多，也有兩種做法。第一種方法是分步法，按如下施工步驟進行：

第一步，下井口盤，建立海底井口。將井口盤接上送入工具，然后接鉆柱下放，鉆柱上套有導向臂。井口盤上有四根臨時導引繩，并穿過導向臂的導引孔，也隨著下鉆而下放。下鉆到海底后，坐牢井口盤后，退出送入工具，起鉆。

第二步，鉆導管井段的井眼。通過臨時導引繩，下入帶有鉆頭的鉆柱，準確進入井口盤的內(nèi)孔，并向海底鉆進。鉆進時采用海水作洗井液，有進無出，打進的海水帶著鉆屑返回到海底，鉆達預定深度即可起鉆。第一百一十三頁，共142頁。

第三步，下導管并注水泥。通過臨時導引繩，將導管下入，導管的上面接導管頭，并裝上導引架，導管頭內(nèi)接上送入工具，再接鉆桿，用鉆桿將導管及導引架送入到海底，導管進入井眼，導引架坐在井口盤上。在鉆臺上通過鉆柱向井內(nèi)打入泥漿并循環(huán)洗井，然后即可注水泥固井，不僅封固導管，而且多余的水泥漿返至海底，將井口盤和導引架牢牢地固定于海底。退出送入工具并起鉆，并割斷臨時導引繩。

第四步，下入隔水管系統(tǒng)。通過永久導引繩，將隔水管系統(tǒng)下入，并利用快速連接器與導管頭連接。第一百一十四頁，共142頁。

另一種方法稱為一步法。將分步法中的前三步合成一步。在平臺上先將導管下入水中，上部接導管頭與導引架連接，導管頭內(nèi)接送入工具，再接鉆柱。如果海底地層較硬，則要使用鉆入法?？梢栽阢@柱下接鉆頭，并下入穿過導管，送入工具仍然接在導管頭處。通過下鉆即可將導管和導引架下入海底。當鉆頭接近海底時，用鉆頭鉆出導管井段的井眼。當導引架接觸海底時停止鉆進。然后即可進行注水泥固井，將導管外注水泥封固，多余的水泥漿返至海底，將導引架與海底牢牢固定在一起。然后退出送入工具并起鉆。下一步就是下入隔水管系統(tǒng)，與分步法的第四步相同。一步法施工可以省去井口盤。當海底地層較軟時，可是用噴射法。在導管的最下端接有噴射頭。當導管的最下端接近海底時，即可開泵用海水進行噴射，沖出導管井段的井眼。第一百一十五頁，共142頁。二、表層套管井段的施工

對底撐式平臺，導管井段施工之后，導管延長到平臺上并起到隔水管的作用，以后各次開鉆的施工基本上與陸上鉆井相同。

對浮動平臺鉆井，表層井段的施工具有很大的特點，可分為兩種情況：一種是在表層地層中沒有淺氣層；一種是有淺氣層。第一百一十六頁，共142頁。

1、

如果在表層地層中沒有淺氣層，則導管井段施工之后，可以不下隔水管系統(tǒng)，按如下步驟進行：

(1)通過永久導引繩下鉆，帶26英寸的鉆頭，進入導管內(nèi)進行鉆進，然后起鉆；

(2)下入20英寸的套管。套管頂部接套管頭，上接送入工具，再接鉆桿，將套管送入到預定深度，套管頭坐在導管頭上；

(3)通過鉆桿進行注水泥固井，然后退出送入工具，循環(huán)泥漿將多余的水泥漿沖走；

(4)起鉆后，在表層套管頭上安裝防噴器系統(tǒng)和隔水管系統(tǒng)；進入下一次開鉆。第一百一十七頁，共142頁。

2、如果表層地層中有淺氣層，則較為復雜。由于此時還沒有表層套管，所以無法安裝防噴器系統(tǒng)，鉆進淺氣層是在沒有防噴器情況下進行，具有一定的危險性。所以必須要有隔水管系統(tǒng)，能夠進行循環(huán)，將地層流體有控制地引導到平臺上進行處理。在隔水管的頂部要安裝“旋轉(zhuǎn)防噴器”，實際上是一個可進行邊噴邊轉(zhuǎn)的防噴器，不過耐壓較低。為了補償鉆柱在井口處的擺動和彎曲，在旋轉(zhuǎn)防噴器下面接了一個球接頭。旋轉(zhuǎn)防噴器的環(huán)形芯子，依靠液壓力抱緊鉆柱，返出的泥漿從溢流口流出。問題在于：隔水管的直徑為16～24英寸，一般多使用20英寸隔水管。而鉆表層套管井段的鉆頭直徑為26英寸，不可能從隔水管內(nèi)通過。為了解決此問題，可使用可張鉆頭。此類鉆頭的三個可張牙輪在張開之前直徑較小，可以通過英寸隔水管，張開之后直徑可達26英寸。第一百一十八頁，共142頁。三、其余各層套管井段的施工

由于海上井口裝置結構復雜，尺寸和重量巨大，需要占很大的空間，所以一個鉆井平臺上一般只具備一種尺寸井口裝置。這一種尺寸的井口裝置，要兼顧各層井眼的需要，常用的是與20英寸表層套管配合的20英寸防噴器和隔水管系統(tǒng)。為了施工方便，節(jié)約平臺面積，海上鉆井的套管程序基本上是不變的，即：30英寸導管，20英寸表層套管，133/8英寸和95/8英寸的技術套管，7英寸生產(chǎn)套管。

鉆進各層套管的鉆頭分別為：36英寸，26英寸，171/2英寸，12