石油鉆探設備規(guī)格參數(shù)及應用手冊前言本手冊旨在系統(tǒng)梳理石油鉆探過程中核心設備的規(guī)格參數(shù)與應用要點，為相關工程技術人員、設備管理人員及操作人員提供一份兼具專業(yè)性與實用性的參考資料。石油鉆探作業(yè)環(huán)境復雜多變，對設備的可靠性、適應性及性能指標均有極高要求。深入理解各類設備的技術特性，合理選擇、正確使用與維護設備，是保障鉆探作業(yè)安全、高效進行的關鍵。本手冊將重點圍繞地面鉆井系統(tǒng)、井下工具以及輔助設備展開闡述，內容力求準確、嚴謹，并結合現(xiàn)場實踐經驗，突出應用指導價值。第一章地面鉆井系統(tǒng)核心設備1.1鉆井平臺/鉆機鉆井平臺或鉆機是整個鉆探作業(yè)的基礎承載與動力核心。其規(guī)格通常以最大鉆井深度、額定載荷以及適應的井型來界定。主要規(guī)格參數(shù)：*最大鉆井深度：這是鉆機的核心指標，根據(jù)所鉆井的設計深度選擇，需考慮井眼尺寸、套管程序及地層條件等因素。常見的有適用于淺井、中深井、深井及超深井的不同級別鉆機。*名義鉆柱重量：指鉆機大鉤所能承受的最大鉆柱重量，它直接關系到鉆機在深井條件下的提升能力。*絞車功率與最大快繩拉力：絞車提供提升與下放鉆具的動力，其功率決定了提升速度和效率，最大快繩拉力則反映了其提升極限。*轉盤開口直徑與額定扭矩：轉盤用于驅動鉆柱旋轉，其開口直徑需與所用鉆鋌、套管等大尺寸工具相匹配，額定扭矩則表征了其破巖能力。*井架高度與額定載荷：井架為起下鉆作業(yè)提供空間和支撐，其高度影響立根長度，額定載荷需覆蓋最大鉤載及附屬設備重量。應用要點：*選型時需綜合考慮鉆探區(qū)塊的地質條件、設計井深、預算成本及作業(yè)周期等因素。陸地鉆機與海洋鉆機（如自升式、半潛式、鉆井船）在結構形式和適應環(huán)境上有顯著差異。*設備安裝調試后，需進行嚴格的空載及負載試運行，確保各系統(tǒng)聯(lián)動正常，安全保護裝置靈敏可靠。*日常維護中，需重點關注結構件的疲勞損傷、關鍵傳動部位的潤滑與磨損情況。1.2鉆井泵鉆井泵是鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的“心臟”，其作用是將高壓鉆井液輸送至井底，攜帶巖屑、冷卻鉆頭并維持井眼壓力。主要規(guī)格參數(shù)：*缸徑與沖程：直接影響泵的排量。通常有單缸、雙缸、三缸及五缸等形式，三缸單作用泵因其排量均勻、壓力穩(wěn)定而廣泛應用。*額定工作壓力：泵在額定排量下能持續(xù)工作的最高壓力，是選擇鉆井泵的關鍵參數(shù)，需與井控要求及鉆井液循環(huán)系統(tǒng)耐壓能力相匹配。*排量范圍：在不同工況下，通過調節(jié)沖次或更換缸套（改變缸徑）實現(xiàn)排量的變化，以滿足不同鉆井階段（如快速鉆進、循環(huán)處理、固井等）的需求。*功率：驅動鉆井泵所需的功率，與排量和壓力的乘積相關。應用要點：*根據(jù)鉆井液類型（水基、油基、合成基）、井深、井眼尺寸及預期泵壓選擇合適的泵型和缸套組合。*嚴格執(zhí)行泵的啟動、運行和停泵操作規(guī)程，避免超壓、抽空等異常工況。*加強對活塞、缸套、凡爾體、凡爾座等易損件的檢查與更換，確保泵效。1.3轉盤與頂驅系統(tǒng)轉盤與頂部驅動鉆井系統(tǒng)（頂驅）均為旋轉鉆井系統(tǒng)的核心設備，用于驅動鉆柱旋轉以實現(xiàn)破巖。轉盤主要規(guī)格參數(shù)：*通孔直徑：與井口裝置、鉆具尺寸匹配。*最大額定扭矩：在持續(xù)工作狀態(tài)下能輸出的最大扭矩。*最高轉速：通常為分級變速或無級變速，以適應不同鉆井工藝需求。頂驅主要規(guī)格參數(shù)：*額定輸出扭矩：包括連續(xù)扭矩和峰值扭矩（短期過載能力）。*最大鉆井扭矩：在特定轉速下能提供的最大破巖扭矩。*轉速范圍：無級調速，可實現(xiàn)低速大扭矩和高速小扭矩。*提升載荷：頂驅本體及所懸掛鉆柱的重量。*導軌行程：決定了單次接單根的能力。應用要點：*轉盤結構相對簡單，維護方便，但接單根效率較低，在深井、水平井中逐漸被頂驅取代。*頂驅系統(tǒng)可顯著提高接單根效率，減少非生產時間，尤其適用于定向井、水平井和大位移井作業(yè)，能提供更好的井眼軌跡控制能力。*兩者均需注意齒輪箱潤滑、軸承溫度及扭矩儀表的準確性。1.4井架與底座井架與底座共同構成了鉆機的主體承載結構，為起下鉆作業(yè)、下套管作業(yè)等提供作業(yè)空間和支撐。井架主要規(guī)格參數(shù)：*高度：指井架大腿有效高度，決定了立根容量。*額定載荷（大鉤額定載荷）：井架所能承受的最大靜載荷。*抗風能力：在非工作狀態(tài)下能承受的最大風速。*二層臺容量：可存放立根的數(shù)量。底座主要規(guī)格參數(shù)：*額定載荷：承受井架、設備及鉆柱的重量。*凈空高度：為井口設備（如防噴器組）提供安裝空間。*移運方式：整體式、塊裝式或伸縮式，影響搬家安裝效率。應用要點：*井架和底座的設計需考慮強度、剛度和穩(wěn)定性，特別是在惡劣氣候條件下。*安裝時必須保證其垂直度，連接螺栓必須按規(guī)定扭矩緊固。*定期檢查結構件有無裂紋、變形及腐蝕情況。第二章井下鉆具與工具2.1鉆頭鉆頭是直接破碎巖石形成井眼的工具，其性能直接影響鉆井速度和成本。主要規(guī)格參數(shù)：*尺寸（井眼尺寸）：以英寸或毫米表示，需與設計井眼尺寸一致。*類型：*牙輪鉆頭：適用于多種巖性，有銑齒和鑲齒之分，按軸承類型（滾動軸承、滑動軸承）和密封形式（普通密封、金屬面密封）又有不同系列。關鍵參數(shù)包括牙齒形狀、數(shù)量、保徑方式、軸承壽命等。*PDC（聚晶金剛石復合片）鉆頭：在軟至中硬均質地層中具有極高的鉆進效率。關鍵參數(shù)包括刀翼數(shù)量、PDC復合片的型號、數(shù)量、排布方式、保徑結構等。*金剛石鉆頭：天然金剛石鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭，適用于極硬、研磨性地層。*水眼尺寸與數(shù)量：影響鉆井液的水力參數(shù)，如噴射速度和沖擊力。應用要點：*鉆頭選型是鉆井工程的關鍵環(huán)節(jié)，需綜合考慮地層巖性、硬度、研磨性、可鉆性級值以及鉆井參數(shù)（鉆壓、轉速、排量）。*鉆進過程中密切關注鉆壓、扭矩、轉速、泵壓及返出巖屑變化，判斷鉆頭工作狀態(tài)，及時起鉆更換，避免鉆頭損壞。2.2鉆柱構件鉆柱是連接地面動力與井底鉆頭的關鍵部件，包括鉆桿、鉆鋌、加重鉆桿、方鉆桿（或頂驅下的鉆桿）及各種接頭、穩(wěn)定器等。鉆桿主要規(guī)格參數(shù)：*外徑（OD）：常用規(guī)格有多種，如2-3/8"、2-7/8"、3-1/2"、4-1/2"等。*內徑（ID）：影響鉆井液流通面積和壓力損失。*鋼級：表征材料強度，如E級、X級、G級、S級等，級別越高，強度越大。*壁厚：影響鉆桿的抗拉、抗扭強度和重量。*長度：通常有單根長度和立根長度。*接頭類型：如內平（IF）、貫眼（FH）、正規(guī)（REG）接頭，及其螺紋規(guī)格。鉆鋌主要規(guī)格參數(shù)：*外徑：通常大于鉆桿，以提供足夠的鉆壓和剛性。*內徑：有普通內徑和大孔徑之分。*長度：單根長度。*鋼級：高強度鋼。*類型：如螺旋鉆鋌（減少與井壁摩擦，有利于攜帶巖屑）、無磁鉆鋌（用于MWD/LWD測量）。應用要點：*鉆柱設計需進行強度校核，確保在各種工況下（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉復合作用）的安全性，同時考慮鉆井液循環(huán)阻力。*嚴格執(zhí)行鉆具探傷、檢查制度，特別是接頭螺紋、本體過渡區(qū)等應力集中部位，防止鉆具失效。*根據(jù)井眼軌跡（直井、斜井、水平井）合理配置鉆鋌、穩(wěn)定器，優(yōu)化底部鉆具組合（BHA），以保證井眼質量和鉆進效率。2.3井口裝置與防噴器組井口裝置是連接井口、控制井內流體、懸掛套管柱的關鍵設備，防噴器組則是井控系統(tǒng)的核心，用于在井涌、井噴發(fā)生時迅速關井，控制井口壓力。井口裝置主要規(guī)格參數(shù)：*額定工作壓力：與井口可能出現(xiàn)的最大壓力相匹配，是選型的首要依據(jù)。*通徑：與套管頭、防噴器及鉆具尺寸匹配。*連接形式：法蘭連接、螺紋連接或卡箍連接。防噴器組主要規(guī)格參數(shù)：*類型：包括閘板防噴器（全封閘板、半封閘板、剪切閘板）、環(huán)形防噴器（萬能防噴器）、節(jié)流壓井管匯等。*額定工作壓力：同井口裝置。*通徑：與井口裝置一致。*閘板尺寸：半封閘板需與所用鉆桿外徑匹配。*操作方式：手動、液動（通常為液動，配備遠程控制臺）。應用要點：*井口裝置和防噴器組的額定工作壓力等級必須高于所鉆地層的預期最高孔隙壓力。*防噴器組的組合形式需根據(jù)井控風險評估確定，確保具備足夠的關井能力。*定期對防噴器進行功能測試、維護保養(yǎng)，確保其在緊急情況下能可靠動作。操作人員需經過嚴格培訓，熟練掌握操作技能。第三章固控與循環(huán)系統(tǒng)設備3.1振動篩振動篩是鉆井液固相控制系統(tǒng)的第一道關口，用于分離鉆井液中粒度較大的巖屑。主要規(guī)格參數(shù)：*處理量：單位時間內可處理的鉆井液體積。*篩網面積：有效篩分面積。*篩網目數(shù)/孔徑：決定了分離固相顆粒的最小粒徑。目數(shù)越高，孔徑越小，分離精度越高。*振動頻率與振幅：影響篩分效率和篩網壽命。通常為可調。*振動軌跡：如直線軌跡、橢圓軌跡，橢圓軌跡更有利于巖屑輸送和提高篩分效率。應用要點：*根據(jù)鉆井液排量、巖屑量及顆粒大小選擇合適的振動篩型號和篩網目數(shù)。*保持篩面清潔，及時清理堵塞的篩網，更換破損篩網，確保分離效果。*調整振動參數(shù)（頻率、振幅、傾角）以獲得最佳篩分效率。3.2除砂器與除泥器除砂器和除泥器均屬于離心分離設備，分別用于分離振動篩未能除去的砂粒（粗顆粒）和泥質顆粒（細顆粒）。主要規(guī)格參數(shù)：*處理量：與鉆井液循環(huán)量匹配。*分離粒度：除砂器通常分離15-74μm的顆粒，除泥器分離5-15μm的顆粒。*轉鼓（或旋流器）直徑與數(shù)量：影響處理能力和分離效率。*工作壓力：旋流器的進口工作壓力，是保證分離效果的重要參數(shù)。應用要點：*除砂器和除泥器一般串聯(lián)使用，安裝在振動篩之后。*確保其進料壓力穩(wěn)定在設計范圍內，調整底流口大小，觀察底流狀態(tài)（傘狀、繩狀、滴狀）以判斷工作是否正常。*定期檢查旋流器內襯磨損情況。3.3離心機離心機是固控系統(tǒng)的精處理設備，用于分離更細的膠體顆粒和加重材料（如重晶石）。主要規(guī)格參數(shù)：*處理量：受進料濃度、分離要求等因素影響。*分離因數(shù)：表征離心力的大小，分離因數(shù)越高，分離效果越好，適用于更細顆粒。*轉鼓轉速：直接影響分離因數(shù)。*轉鼓長度與直徑：影響處理能力和分離時間。*差轉速：螺旋推料器與轉鼓的轉速差，影響固相的輸送效率。應用要點：*離心機通常在鉆井液密度較高、需要回收重晶石或處理油基鉆井液時使用。*操作參數(shù)（轉速、差轉速、進料量）需根據(jù)鉆井液特性和分離目標進行優(yōu)化調整。*對設備的平衡性、潤滑系統(tǒng)要求較高，需精心維護。第四章輔助設備與工具4.1鉆井液攪拌器與混合器鉆井液攪拌器用于維持鉆井液性能均勻，防止固相顆粒沉降；混合器（如射流混合器、漏斗混合器）用于向鉆井液中添加處理劑、加重劑并使其充分混合溶解。攪拌器主要規(guī)格參數(shù)：*功率：決定攪拌強度。*葉輪直徑與類型：影響攪拌范圍和效果。*轉速?；旌掀髦饕?guī)格參數(shù)：*處理量。*工作壓力（射流混合器）。*混合效率。應用要點：*攪拌器應合理布置在循環(huán)罐的不同位置，確保無攪拌死角。*使用混合器時，應注意藥劑添加速度與鉆井液循環(huán)量的匹配，避免藥劑結塊。4.2固井設備（水泥車、固井泵）固井作業(yè)是鉆井工程中的關鍵環(huán)節(jié)，用于封固地層、支撐套管。水泥車（固井泵車）是固井作業(yè)的核心動力設備。主要規(guī)格參數(shù)：*額定工作壓力：滿足不同井深固井對水泥漿頂替壓力的要求。*排量范圍：能提供不同施工階段（前置液、水泥漿、后置液）所需的排量。*動力形式：柴油發(fā)動機驅動。*泵缸數(shù)：常見為三缸柱塞泵。應用要點：*根據(jù)固井設計（水泥漿量、密度、施工壓力、排量）選擇合適的水泥車組。*施工前對設備進行全面檢查、調試，確保性能穩(wěn)定。*嚴格控制水泥漿密度、稠化時間等關鍵性能參數(shù)。第五章設備選型與應用綜合考量5.1選型基本原則*滿足地質與工程設計要求：首要考慮井深、最大預期井底壓力、地層巖性、井眼軌跡等核心要素。*可靠性與安全性：優(yōu)先選擇技術成熟、質量可靠、具有良好安全記錄的設備，關鍵設備應具備冗余或備用能力。*經濟性：在滿足性能和安全的前提下，綜合考慮設備購置成本、運行成本、維護成本及作業(yè)效率，追求全生命周期成本最優(yōu)。*適應性與通用性：考慮作業(yè)區(qū)域的環(huán)境條件（陸地、海洋、沙漠、嚴寒、高溫等），以及設備對不同鉆井工藝、鉆井液類型的適應能力。*技術先進性與發(fā)展趨勢：適當關注具備節(jié)能、自動化、智能化等先進技術特征的設備，以提升作業(yè)水平和競爭力。5.2應用中的注意事項*人機匹配：操作人員必須經過專業(yè)培訓，熟悉所操作設備的性能、操作規(guī)程和安全注意