钻井井控设备题目的论文

我国加入“WTO”后，石油钻采和石油化工设备制造业的市场发生了变化，在市场全球化大背景下，如何融入国际大市场参与世界同行业的竞争，是各企业面临的生死存亡问题。为提高竞争力，行业中各企业纷纷在产品的技术水平、产品质量、企业结构调整、基本建设、技术改造、采用国际通用标准、开拓国际市场上下功夫，成果十分显著。一、石油钻采设备技术水平取得突破 近年来，我国许多企业的产品技术水平取得突破。一批列入国家重大技术装备创新项目的石油设备研制获得成果：宝鸡石油机械厂研制的ZJ70DB钻机，采用全数字控制交流变频等多项新技术，进入国际先进钻机行列；宏华公司研制的ZJ40DBS钻机，填补了国内空白，达到国际先进水平；江汉石油四机厂研制的2000型成套压裂设备通过鉴定，填补了国内空白，达到国际先进水平。此外，山西永济电机厂研制的YZ08、YZ08A石油钻井直流电动机由国家科技部授《国家重点新产品证书》；江钻股份有限公司积极开展技术创新，与国内大专院校、科研机构以及国际间的技术合作，获得“单牙轮钻头”等国家专利21项。该公司现共拥有国家专利56项，美国、伊朗专利5项。极大地提高了核心竞争力。荣盛机械制造有限公司研制成功F35-105防喷器，能满足深井、超深井钻探的井控工艺要求，填补了国内空白，达到国外同类产品先进水平。至此，经过多年的努力，我国已有能力实现对防喷器生产的全系列覆盖。该公司研制成功高压注水井带压作业装置，有效地解决了油田中后期开发过程中高压注水井带压作业的重大技术难题；宝鸡机械厂下属公司研制成功的BSJ5080TSJ60油田专用试井车体积小、用途广、适应性强；华北油田第一机械厂研制的新一代节能抽油机获得中国、印尼、和加拿大三国专利；胜岛石油机械厂成功推出液压反馈式抽稠油泵、长柱塞防砂泵、高效旋流泵三种抽油泵；华北油田大卡热能技术开发公司研制的ZXCY系列直线电机抽油机通过河北省产品鉴定。该机达到国际先进水平，重量和占地面积仅为常规抽油机的50%，且节能效果很好；在海洋石油方面，胜利油田自行建成我国国内最大吨位的海上石油钻井平台——赵东一号、生产平台——赵东二号主体结构，胜利油田钢结构承造能力达到国际水平；兰石国民油井公司承包建造的重达1700吨的南海油田自升式井架钻井模块于3月23日完成陆地建造。该钻井模块用于香港正南20公里海域的南海油田作业的番禹4—2和5—1项目。井架可以依托安装在井架下端的导向轮滑行分段起升，无须重型起重设备，在海洋设备安装中具有很大的优势。进来，由中石油管道局承担的“大口径弯管及装备国产化研制”、“西气东输工程用感应加热弯管技术条件”、华北石油第一机械厂承担的“大口径感应加热弯管制造工艺的研究”、吉林化建有限责任公司承担的“感应加热煨制X70钢级、直径1016大弯管工艺研究”4项课题通过中石油鉴定，技术条件达到国际同类标准的先进水平、产品达到国内先进水平。胜利油田研制成功我国第一台大口径管道全自动开孔机，满足管道、容器带压下开孔、接口、碰头等施工作业。中石油管道局为西气东输工程组织开展了125项科技攻关，其中“PAW-2000型管道全位置自动焊机”“PFM3640管道坡口整形机”“PPC3640管道气动内对口器”技术性能达到或超过国外同类产品水平。总体来说，我国石油钻采设备技术水平已达到一定水平。二、化工设备的科研新产品取得较大成果 经过多年发展，我国化工设备的科研新产品取得较大成果。由我国自行设计制造的350万吨/年重油催化裂化装置在大连石化一次投料试车成功，标志着我国拥有自主知识产权的催化裂化成套技术，具备了世界级大型催化裂化装置的工程设计、制造和建设实力。由中石化工程建设公司、一重、齐鲁石化共同设计制造的千吨级加氢反应器通过中石化技术鉴定，标志着我国迈入大型加氢反应器设计与制造商行列。由中石化和美国鲁姆斯公司合作开发的10万吨/年大型乙烯裂解炉已在中石化各乙烯装置中使用。正在共同着手开发单炉生产能力15～18万吨/年大型乙烯裂解炉，以满足建设百万吨级大型乙烯装置的需要。杭州制氧机厂设计制造的乙烯冷箱在燕化71万吨/年乙烯装置运行正常，实现了大型乙烯冷箱国产化，达到国际先进水平。沈阳鼓风机厂制造的上海石化70万吨/年乙烯装置裂解气压缩机2002年4月12日正式投料运行，达到国外机组水平。由合肥通用机械研究所承担的国家重大技术装备国产化创新项目：1万m3天然气球罐研制成功。填补了国内空白。由茂名石化设计院设计、茂名石化建设公司施工的万m3原油储罐在茂名兴建，是目前我国最大的原油储罐。南化机成功制造国内最大的年产45万吨合成氨、80万吨尿素的关健设备—二氧化碳吸收塔。抚顺机械炼化设备有限公司设计制造的螺旋折流板换热器通过专家鉴定，达到国内先进水平。辽阳石油化纤公司机械厂研制成功聚酯装置用重型压力离心机，达到国外同类产品水平。 三、产品质量不断提高 国内各企业在努力提高产品技术水平的同时也在不断提高产品质量，如华北石油一机厂为保证其专利产品异型游梁式抽油机的质量，满足批量出口美国等的需要，打破常规，配套产品由原来招标改为联合国内几家获得国际API资格的厂家进行共同攻关，发挥联合优势叫响国产品牌；山西永济电机厂的石油钻井直流电动机由中国质量协会、全国用户委员会授予《全国用户满意产品》称号。 在市场竞争中形成了一些产品质量好、受到用户欢迎、市场占有率不断上升的专业厂。如：荣盛机械制造有限公司防喷器产品占据国内市场80%销售份额，跻身于世界4大防喷器制造商行列；江苏阜宁宏达石化机械制造有限公司是一家地方小厂，公司推出的四款新采油工具QS型系列可取式桥塞、KYLM型系列液力锚、DS90-Y241型组合式油层保护封隔器和Y341型系列软卡瓦封隔器，大大提高了采油作业的成功率，降低了油田生产成本，受到油田用户的欢迎。山西永济电机厂生产的直、交流系列石油钻井电动机已达30多种，国内油田钻机所用配套电机的98%来自该厂。 四、国际通用标准和信息化受到重视 北京石油机械厂获得API 16D会标使用权（API 16D是美国石油学会关于钻井控制设备控制系统规范），北京石油机械厂是国内第一家、世界第九家拥有API 16D会标使用权的厂家。 经过近15年的努力，全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会已形成了面向陆上和海上石油勘探、钻采设备、材料标准体系。现行有效的国家标准中，等同等效采用国际标准和国外先进标准的有27项。目前，我国通过API认证的石油设备制造企业已达196家。宝鸡石油机械厂已获得API认证达8大类55项，是我国取得API认证最多的石油设备制造企业。为我国的石油机械装备进入国际市场打下了坚实的基础。 为了实现世界级制造商的目标，江钻股份公司一直把信息化建设摆在十分重要的位置。江钻股份公司信息化系统的成功开发应用，大大提高了在全球一体化市场竞争中的生存与发展能力。2002年成为湖北省制造业信息化工程重点示范企业。 五、企业结构调整取得较大进展 上海神开科技工程有限公司成功购并上海第一石油机械厂、上海第二石油机械厂、上海石油仪器厂、上海石油化工机械设备研究所等。由上海神开科技工程有限公司参股60%、上海电器集团总公司参股20%、个人参股20%，成立上海神开石油化工设备有限公司。宝鸡石油机械厂按照现代企业制度，建立规范的法人治理结构，成功改制为宝鸡石油机械有限责任公司；并全面启动耗资7000万元的钻机生产线技术改造项目。具有50年历史，生产炼油、化工设备的抚顺机械厂与一些大中型国有企业一样，在竞争激烈的市场竞争中，步履蹒跚，举步维艰。近年来，虽几经努力，但亏损不断加剧。在得到员工的支持和认可、在市委、市政府指导组的协调指导下，采取国有民营策略，顺利实现企业转制；原华北石油二机厂的产品85%以上的市场在华北石油管理局外，由于体制的束缚，经营陷入困境。2002年顺利完成了整体带资分流改制工作，新成立了河北华北石油荣盛机械制造有限公司。 六、石油钻采设备向海外进军取得成效。 江钻股份公司是世界石油钻头三强之一，石油钻头出口到美国、加拿大等19个国家和地区；宏华公司已交付中亚ZJ70D钻机5台，又新接中亚国家的10台ZJ50DBS电动钻机订单；南阳石油机械厂先后有7台3000米车装钻机随长城钻井公司和大港油田等用户赴墨西哥作业，其钻机性能给用户留下了良好印象。2002年，750马力电动拖挂式钻机在墨西哥中标；中国石油技术开发公司向土库曼出口成套钻机及其外围设备；中原油田特车修造总厂石油钻采特车出口土库曼、格鲁吉亚、哈萨克；新疆石油局采研院研制的一批固井工具、抽油泵出口哈萨克；四川射孔器材公司批量射孔器材出口哈萨克等。

【摘 要】国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究，但对空气锤钻井技术理论方面还属于空白。为了弄清楚带空气锤的空气钻井破岩机理，本文做了一定的研究工作，希望能够为空气锤现场作业提供依据和帮助。 【关键词】空气钻井；空气锤；破岩机理 空气钻井是以空气作为循环介质的欠平衡钻井，由于具有大幅度提高机械钻速、有效保护储层的特点，加上各油气田为了加快钻探开发的步伐，在我国正得到大力的推广应用，同时空气锤钻井在空气钻井中的优越性日益显现。因此，有空气锤钻井的破岩机理、影响因素等理论值得进一步探讨和研究。 1.基本概念 空气锤是将持续性输入的高压气体能量转化为间歇性的脉冲力输出的一种机械。而空气锤钻井技术就是利用高压气体介质传递能量实现空气锤对岩石的高频率冲击做功而进行破岩的钻井方式。 2.破岩机理 空气锤钻井是在空气旋转破岩的基础上，利用空气锤的高频冲击提高破岩效率的一种冲击旋转钻井技术，兼容了空气钻井和冲旋钻井的优点。井底岩石主要是在钻压、冲击力和旋转剪切力的共同作用下产生破碎的，同时具有破岩主要有以下特点： （1）动载与静载联合。接在钻头上的空气锤产生高频冲击通过钻头传递给岩石，牙齿与岩石的接触表面在极短时间内产生了很大的冲击作用力。通常在几十微秒，由零上升到几十千牛，又迅速降低到零。冲击点的作用力来不及重新分配，应力便很快接近或超过岩石的强度极限，产生裂纹并形成扩展，出现体积破碎。由于活塞作周期的往复运动，该冲击作用力是周期性交变载荷，随时间作波形变化。而钻压作为静载荷压持岩石可以降低其强度，同时也能对岩石产生一定的研磨。 （2）冲击与旋转联合。空气锤的冲击以及钻头的旋转刮削协同作用，联合破岩。钻头旋转的主要目的是为了改变牙齿与岩石的接触位置，扩大岩石破碎体积，冲击才是岩石破碎的最主要原因。与常规钻井液钻井相比，由于空气钻井井底的负压差，产生了沿轴向的拉应力，利于冲击破碎。同时沿井底平面方向，剪应力也要小得多，故也利于剪切破碎。因此，冲击破碎与旋转剪切破碎联合可以提高破岩效率。 （3）机理分析。工作时活塞在高压气体的作用下做高频往复运动，不断地冲击钻头尾部。在冲击力的作用下，带动位于钻头底部的复合球齿冲击井底岩石并压碎凿入一定深度，形成一道凹痕。活塞退回后钻头回转一定角度。之后活塞又开始向前运动，再次冲击钻头尾部，又形成一道新的凹痕。两凹痕之间的扇形岩块被由钎头上产生的水平分力剪碎。活塞不断地冲击钻头，并从钻头的中心孔连续释放高压空气，从而将岩屑携带出来。 凹痕通常称为，井底破碎坑。它由若干个同心的破碎圆环组成，而每个破碎圆环则是由许多几何形状基本相似的单个牙齿形成的破碎坑组成。每个破碎坑的几何形状和尺寸，决定于载荷、侵入深度、牙齿的形状及其分布、加载时间、岩石性质等一系列因素。 （4）岩石的破碎形态。冲击是造成岩石破碎的主要原因，所以冲击载荷下岩石的破碎形态就是空气锤钻井中岩石破碎的主要形态。冲击载荷下岩石的破碎形态主要有如下3种：破碎坑、断裂破碎区、无损区。 3.技术优点 空气锤钻井技术的优点可以概括为：防斜打快、“一保、二高、三低”，这里重点分析后者。 一保——保护油气层：采用气体作为钻井介质，减少了对地层的损害，保护了油气层，也就是“保护储层”。 二高——机械钻速；在硬质地层中的机械钻速达到，也就是“高钻速”；保径能力：空气锤钻头具有较好的井眼直径保持能力，具备了长井段井径保持能力。目前保径记录已达到单只钻头钻进时不缩径，也就是“高保径”。 三低——防斜纠斜：空气锤具有天生“打直”的功能，纠斜性能较好，尤其是在高陡构造中钻进就有绝对优势，也就是“低井斜”；低钻压：空气锤所需要的钻井较低，一般在1-3 T之间，一方面提高了机械钻速，另一方降低了钻具的弯曲折损事故，也就是“低钻压”；转速低：一般转速要求在20-50 r/min之间，转速低一方面降低了钻具的扭矩，另一方面减小了钻杆的磨损，也就是“低转速”。 4.空气锤维护保养 气锤操作人员应明了气锤的结构和性能，作到合理使用，防止事故；注意气锤的工作期限，并作定期的检修，零件如有损坏，应及时拆换，不可让更多的零件破坏；在工作过程中，如发杂音，立即停车检查修理；经常注意油杯存油情况，并注意润滑油是否合乎规格，如燃点渣滓及浓度；经常注意各部分的润滑问题；砧体砧面与锤体导承之距离，及下砧面与地面之距离应切实保持规定的距离，并随时检查其距离是否有新改变，以免将机器打坏；缓冲机构内球形败凡耳是否完整，应作定期检查，以免锤体将工作缸上盖碰损；冬季应将油杯加以包裹，以免冷冻，使润滑受阻；开车前应检查操纵杠杆在操纵上的灵活性；各补气通路应在定期检修中加以疏通，应使气锤能发挥其正常的效力；电动机应经常保持清洁，一年拆开擦洗一次，但擦洗时注意在线圈上不要用煤油或气油，以免绝缘层脱落；不允许锻打冷的或不够热的金属；锤在上方时间，不可超过一分钟，以免锤体发热，浪费能力，影响机器正常运转及寿命长度；锻工应具有丰富经验，方可操纵气锤，特别在作单下打击时，在操作技术上更需熟练；在停止使用时，应切断电源。 5.缺点分析 （1）潮湿出水地层无法钻进：潮湿地层容易形成泥包或泥饼封堵钻头，导致立压增加，出水地层容易导致空气锤内部进入大量水，从而无法正常工作。 （2）不易处理井下复杂：井下遇阻、遇卡、以及钻进时严重蹩跳、井漏、井喷等问题，由于空气锤没有切屑功能，不宜进行划眼倒划眼，处理这些问题还存在一定的困难。一般在复杂地层或是地层易于出现井下复杂问题时换成气体牙轮钻头钻进。 （3）不能进行气举作业：空气锤在悬吊状态下不工作，如果气举液体容易进入空气锤内部而使得空气锤无法正常工作。在钻井过程中，由采用泥浆钻进改成空气锤钻进时，由于空气锤不能直接下入钻井液中气举，得换成牙轮钻头气举。相对费时费钻井成本。 （4）储层钻进安全性差：井底欠压值太大，处于无控制的欠平衡状态，导致储层速敏、出砂，甚至坍塌，尤其是钻遇高压、高产储层，井控安全性较差。因此空气锤钻井技术对井控设备的要求较高。 参考文献 [1]莱昂斯,郭薄云,赛德尔.空气和气体钻井手册[M].曾义金,樊洪海译.北京:中国石化出版社,2006. [2]吴仕荣，邓传光，周开吉.空气钻井地层出水限定值的探讨[J].钻采工艺，2006,29(5):7-8. [4]项德贵,孙梦慈,陈志学等.空气钻井井斜控制问题的探讨[J].钻采工艺，2005,28(12):1-3. [5]李玉飞,孟英峰.空气钻井提高钻速机理研究[J].石油钻探技术,2006，34(4):9-11.

中文八千字。