石油钻采机械新技术

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1、石油钻采机械新技术中国石油大学机电工程学院——刘猛1钻井机械新技术90年代以来，国外在小井眼钻机、套管石油钻机、液压钻机、交流变频石油钻机、连续软管石油钻机、激光石油钻机、自动化石油钻机及钻井泥浆泵、固控设备、井控设备、井下动力钻具、顶部驱动钻井设备等设备和技术方面有了较大发展，并取得显著成效。1.1国外石油钻机发展现状1.1.1交流变频电驱动钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能。其核心技术为交流变频调速技术。涉及：电动机理论、自动控制理论、电路拓扑理论、电力电子技术、微电子及计算机技

2、术现代高新技术与石油钻井机械的有机结合，具有强大的生命力，是当代石油钻机的发展趋势。ALSTON公司生产的交流变频钻机代表了当今世界交流变频钻机的一流水平。采用分布式控制系统，具有易操作、高精度、高可靠性、人工智能化、自动化和可视化等功能。包括：扭矩控制系统（顶驱或转盘控制系统）；刹车控制系统；平衡控制系统；游车控制系统；灌注控制系统；泥浆泵及能量回馈控制系统；各子系统采用闭环系统控制，具有智能化和自适应功能。与机械驱动钻机、直流电驱动钻机相比具有如下特点：绞车、转盘可实现无级调速，调速范围宽；电机短时增矩达1.5~2倍以上，提高提

3、升能力和处理事故能力；具有恒功率宽调速特性，大大简化了钻机机械结构；具有转盘扭矩限制功能，防止钻具扭断；交流变频技术对电机具有安全保护功能；具有软启动功能，可降低供电电源容量；带载情况下可平稳启动、制动和调速；下钻时可实现对电网的能量反馈，减少制动装置损耗，节约能源；易于实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制；价格便宜；维护费用低；使用安全可靠，易于操作管理；体积小、容量大，安装、拆卸、搬迁方便灵活。1.1.2激光石油钻机激光钻井将象本世纪初的旋转钻井替代顿钻一样带来彻底的技术突破。激光钻井技术的优点：可降低钻井成本，提高

4、机械钻速，改善井控，减少钻机平均工作天数、钻头磨损和起下钻时间，可精确控制井眼，并能在井眼周围形成一层坚硬的玻璃化外皮，可最大限度的减少或取消同心套管。MIRACL激光器发出的能量能洞穿数英里外的战术战略目标。菲利普斯公司用兆瓦级MIRACL激光器进行钻孔实验，激光束在1s钟内可穿透60mm厚的砂岩-页岩-砂岩夹层，至少是目前常规钻井的100倍。化学氧化碘COIL激光器，用于空对空防御，并能跟踪摧毁导弹。COIL激光器精度高，范围大，具有很高的输出功率，并能在光纤中耦合，故适用于钻很深的井，用于深度超过4500m的钻井和完井，可解决

5、井控、侧钻和定向钻井等问题，且成本较低。专家认为：对激光钻井的研究，将促进井下激光钻井机械、钻常规井和小井眼井（连续油管）的激光钻头、激光射孔工具、侧钻及定向激光钻具的发展。1.1.2激光石油钻机1.1.3新型液压石油钻机组成：双液缸、游动轭、提升钢丝绳、平衡器总成、液缸导向架、顶部驱动装置、液压系统等。导向架取代井架。优点：重量大大减轻（可减去200~4000t以上）；允许钻台台面升高，还可将钻杆立根盒移到钻台下；钻台承载能力大，能支撑两个长液缸和转盘；敞开取放钻杆，并可将立根盒安排在钻台两边；1.1.4软管石油钻机1991年开始

6、工业应用，并打出了1062米水平井。1997年壳牌公司在北海应用软管钻井技术在垂深3860米处成功进行了侧钻，创造了利用软管钻井技术侧钻垂深的最大记录。优越性：与常规钻机钻井相比，节约费用25%~40%；不停泵接钻杆，起下钻可连续循环泥浆，节省了钻井时间，加快了钻井速度，缩短了钻井周期，避免了因接钻杆可能引起的卡钻、井喷等事故，提高了钻井作业的安全性；连续软管可内置电缆，实现随钻测量和闭环钻井；占用场地面积小；软管尺寸小，特别适用于钻小井眼井；钻井设备安装、拆卸、搬运相对简便快捷。1.1.5套管石油钻机钻机安装在拖车上，采用电-液驱

7、动的顶驱装置，通过套管传递扭矩，并带动安装在套管底部钻具组上的钻头旋转钻进。钻头固定在一个专用钻具组的前部，钻具组锁定在套管底部，并用钢丝绳与钻台上起下钻头的专用绞车相连，当需要换钻头时，将锁定装置打开，利用绞车将钻具起出，更换新钻头后，再用绞车将钻具送入井底，锁定在套管底部。操作非常方便迅速。钻头为可以收缩的扩孔钻头，钻进时扩孔钻头张开，这样就可以钻出大于套管内径的井眼。钻机的钻进过程就是下套管的过程，套管下到井里不再提起，完钻后即可进行固井。优点：简化了钻机结构；节省材料费用；起下钻速度快；套管始终留在井内，减少了井壁坍塌、键槽

8、等事故的发生；3000米井可节省成本30%以上。1.1.6小井眼石油钻机小井眼钻井可降低油气勘探和开发成本、提高经济效益、减小环境污染。小井眼：全井90%以上的井段直径小于7in，或70%以上的井段直径小于5in；对水平井为水平段直径