石油钻井循环系统培训课件.ppt

1石油钻井循环系统培训 1.1 1.1 钻井液固相控制循环系统钻井液固相控制循环系统 钻钻井井液液，，是是钻钻井井过过程程中中使使用用的的循循环环的的流流体体，，是是液液体体、、固固体体和和化化学学处处理理剂剂的的混混合合物物钻钻井井液液的的循循环环，，是是钻钻井井液液经经钻钻井井泵泵加加压压获获得得水水压压头头后后，，通通过过高高压压管管汇汇、、水水龙龙头头输输送送到到钻钻杆杆内内腔腔，，沿沿钻钻杆杆内内腔腔流流到到地地下下，，从从钻钻头头喷喷嘴嘴喷喷射射出出来来，，将将钻钻头头在在地地层层下下破破碎碎的的岩岩屑屑沿沿钻钻杆杆外外的的环环形形空空间间带带回回地地面面，，经经过过振振动动筛筛、、除除砂砂器器、、除除泥泥器器和和离离心心机机等等净净化化设设备备将将钻钻井井液液中中的的岩岩屑屑按按从从大大到到小小的的顺顺序序逐逐级级分分离离得得以以净净化化，，净净化化后后的的钻钻井井液液流流入入钻钻井井液液罐罐待待钻钻井井泵泵吸吸取取再再循循环环在在此此过过程程中中随随钻钻头头打打钻钻深深度度增增加加，，地地层层疏疏松松程程度度、、气气体体分分布布、、岩岩石石坚坚硬硬状状况况、、等等复复杂杂的的地地层层情情况况随随时时发发生生变变化化，，需需要要及及时时向向钻钻井井液液增增加加一一些些改改变变性性能能的的材材料料（（如如堵堵漏漏剂剂、、重重晶晶石石粉粉等等）），，改改变变钻钻井井液液的的性性能能参参数数，，积积极极应应对对地地层层变变化化，，保保证证钻钻进进的的安安全全顺顺利利的的进进行行。

所所以以，，需需要要一一套套完完整整的的设设备备和和检检测测仪仪器器：：如如钻钻井井液液罐罐、、振振动动筛筛、、除除砂砂器器、、除除泥泥器器、、除除气气器器、、离离心心机机、、混混合合漏漏斗斗、、离离心心泵泵、、搅搅拌拌器器、、液液位位检检测测仪仪、、密密度度计计、、粘粘度度计计等等，，这这些些设设备备和和仪仪器器以以一一定定的的方方式式联联合合使使用用，，对对循循环环中中的的钻钻井井液液在在地地面面的的钻钻井井液液罐罐上上进进行行净净化、化学药剂材料的添加和检测，形成钻井液固相控制和循环系统化、化学药剂材料的添加和检测，形成钻井液固相控制和循环系统1 1 1 1 钻井液循环固相控制系统概述钻井液循环固相控制系统概述钻井液循环固相控制系统概述钻井液循环固相控制系统概述2石油钻井循环系统培训1.2 钻井液功能及作用钻井液功能及作用 1 冷却和润滑钻具冷却和润滑钻具 2 清洗井底，携带岩屑，并能在地面沉除岩屑和砂子清洗井底，携带岩屑，并能在地面沉除岩屑和砂子 3 在井壁形成坚固的非渗透性的泥饼，保护井壁在井壁形成坚固的非渗透性的泥饼，保护井壁。

4 停止循环时悬浮岩屑和加重剂停止循环时悬浮岩屑和加重剂 5 帮助录井提取所钻地层的资料帮助录井提取所钻地层的资料 6 抑制地层压力，在钻井过程中防止井喷、井漏抑制地层压力，在钻井过程中防止井喷、井漏 井塌和卡钻等事故井塌和卡钻等事故 7将水马力传送到钻头将水马力传送到钻头 8 承受钻杆和套管的重量承受钻杆和套管的重量 9 发现和保护油层发现和保护油层 10 保护和防止钻杆受腐蚀保护和防止钻杆受腐蚀3石油钻井循环系统培训1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 钻井液固相控制的意义钻井液固相控制的意义钻井液固相控制的意义钻井液固相控制的意义钻井液固相控制的意义钻井液固相控制的意义 钻井液固相控制的方法通常有四种：即稀释、替换、机械清除和沉淀大多数以机械清除最有效、最经济的固相控制方法 国内外统称钻井液未“泥浆”钻井过程中，从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒，经过泥浆池的自然沉降，因泥浆的粘度和比重较大，其中的固相颗粒只能稍稍的减少，继续使用这种泥浆，必然会有一些岩屑和砂粒随泥浆进入泥浆泵，被再次送入井底，造成泥浆泵易损件和钻头寿命的大大缩短，钻头进尺减少，钻速降低，大量的岩屑和砂粒破坏了泥浆的造壁性能，甚至造成井塌、卡钻等事故。

因此，采用振动筛、除砂器、除泥器等泥浆净化设备进行机械分离，尽可能降低泥浆中的固相含量，清除掉岩屑颗粒等有害成份，最大程度回收重晶石、粘土、胶体等有用成份使泥浆净化，对于改善泥浆泵、钻头、钻具工作条件具有十分重要的意义 钻井实践表明，当泥浆中固相颗粒减少1%时，钻头的寿命延长7～10%，钻速提高29%4石油钻井循环系统培训1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 钻井液净化基本流程与循环钻井液净化基本流程与循环钻井液净化基本流程与循环钻井液净化基本流程与循环钻井液净化基本流程与循环钻井液净化基本流程与循环5石油钻井循环系统培训 从井筒中返回的钻井液经溢流管进入振动筛，筛除较大的固相颗粒筛分后的钻井液汇集于振动筛罐的锥形沉砂仓，依次流入除气仓、除砂仓、除泥仓和离心机仓 在除气仓，当钻井液遭气侵性能改变时，需启动除气器将除气仓内的含气钻井液进行脱气处理，处理后再排入除砂仓若钻井液性能良好，没有气侵，不必进行除气处理，锥形仓的钻井液直接流入除砂仓 在除砂仓，除砂器供液泵吸取钻井液供给除砂器，经过除砂器将钻井液中大于44 ～74μm的固相颗粒清除，除砂后的钻井液排入除泥仓。

在除泥仓，除泥器供液泵吸取钻井液供给除泥器，经过除泥器将钻井液中大于15～44μm的固相颗粒清除，除泥后的钻井液排入离心机仓 在离心机仓，离心机供液泵吸取钻井液供给离心机，经过离心机将钻井液中大于2～15μm的固相颗粒清除后排入吸入罐或储备罐，这样就完成了钻井液四级净化工艺 完成净化的钻井液流入吸入罐、中间罐、混浆罐和储备罐两台钻井泵通过钻井液吸入管汇可分别从吸入罐、中间罐、混浆罐和储备罐中吸取钻井液打入井筒6石油钻井循环系统培训7石油钻井循环系统培训 功能与作用： 配置泥浆、循环泥浆、储备泥浆、 沉淀岩屑 主要参数：容积、各管线的通径及压力等2 2 2 2 基本固相控制设备基本固相控制设备基本固相控制设备基本固相控制设备2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 钻井液罐钻井液罐钻井液罐钻井液罐钻井液罐钻井液罐8石油钻井循环系统培训2.2 2.2 2.2 2.2 振动筛振动筛振动筛振动筛9石油钻井循环系统培训 振振动动筛筛是是一一种种过过滤滤性性机机械械分分离离设设备备，，它它通通过过机机械械振振动动和和颗颗粒粒间间的的粘粘附附作作用用，，将将大大于于网网孔孔的的固固体体和和部部分分小小于于网网孔孔的的固固体体颗颗粒粒筛筛离离出出来来。

从从井井口口返返出出来来的的钻钻井井液液经经过过振振动动着着的的振振动动筛筛筛筛网网表表面面，，固固相相从从筛筛网网尾尾部部排排出出，，含含有有小小于于网网孔孔的的固固相相颗颗粒粒的的钻钻井井液液透透过过筛筛网网流流入入循循环系统，从而完成较粗固相颗粒的分离作用环系统，从而完成较粗固相颗粒的分离作用 筛分机理，筛箱按照一定的频率、一定的倾角发生振动，固相筛分机理，筛箱按照一定的频率、一定的倾角发生振动，固相颗粒沿筛面向前做滑移或投掷运动，完成给料、输送、筛分和冷却颗粒沿筛面向前做滑移或投掷运动，完成给料、输送、筛分和冷却等多种作用和功能等多种作用和功能 振动筛具有最先、最快分离钻井液中固相的特点，担负着清除振动筛具有最先、最快分离钻井液中固相的特点，担负着清除大量钻屑的任务，如果振动筛发生故障，其它固控设备（除砂器、大量钻屑的任务，如果振动筛发生故障，其它固控设备（除砂器、除泥器和离心机等）会因为超载而不能正常连续工作因此，它是除泥器和离心机等）会因为超载而不能正常连续工作因此，它是钻井液固控的关键设备钻井液固控的关键设备 振动筛的组成：底座、筛箱、筛网、激振器和减振器、升降架振动筛的组成：底座、筛箱、筛网、激振器和减振器、升降架和控制系统等。

和控制系统等 10石油钻井循环系统培训类型： 按筛箱的振动轨迹分为圆形轨迹—圆振筛、直线 形轨迹—直线筛、椭圆形轨迹—椭圆筛性能参数： 1 投掷指数D 岩屑加速度垂直于筛面分量与重力加速度垂直于筛面分量之比投掷D指数综合了颗粒跳离筛面的投掷角δ、振幅λ、频率ω和筛面倾角的关系一般在4至6之间） 2 处理量（l/s） 单位时间透过筛面的钻井 液体积2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 振动筛的种类和参数振动筛的种类和参数振动筛的种类和参数振动筛的种类和参数11石油钻井循环系统培训　　 在在钻钻井井过过程程中中，，由由于于地地层层压压力力较较高高，，气气体体被被溶溶解解在在钻钻井井液液中中，，当当钻钻井井液液返返回回地地面面，，压压力力减减小小，，被被溶溶解解的的气气体体膨膨胀胀为为大大小小不不等等的的气气泡泡存存在在于于钻钻井井液液中中这这种种含含有有气体的钻井液称为气侵钻井液气体的钻井液称为气侵钻井液2.3.1 气侵钻井液的危害：气侵钻井液的危害：　　1 钻钻井井液液被被天天然然气气或或空空气气侵侵入入后后，，密密度度降降低低，，粘粘度度升升高高。

井井筒筒环环空空钻钻井井液液密密度度降降低低，，导导致致静静液液柱柱压压力力减减小小（（低低于于地地层层压压力力）），，有有可可能能引引起起井井喷喷、、井井塌塌等等恶恶性性事事故　　2 使砂泵、泥浆泵吸入不良，戎机效率降低，不能正常工作，引起设备振动使砂泵、泥浆泵吸入不良，戎机效率降低，不能正常工作，引起设备振动　　3 部分有害气体（如部分有害气体（如H2S）溢出钻井液，引起操作工人中毒，也可能引起火灾溢出钻井液，引起操作工人中毒，也可能引起火灾　　4 钻井液气侵后，粘度变大，使机械钻速降低钻井液气侵后，粘度变大，使机械钻速降低　因此，使用除气器对气侵钻井液进行除气，恢复钻井液密度和粘度　因此，使用除气器对气侵钻井液进行除气，恢复钻井液密度和粘度2.3 2.3 2.3 2.3 除气器除气器除气器除气器12石油钻井循环系统培训2.3.1 组成结构组成结构derrick Flo－1200真空除气器由罐体、真空泵、电控箱、喷管和砂泵等组成13石油钻井循环系统培训 一般情况下，当钻井液中的气泡直径大于4mm时，能在浮力作用下很快溢出表面而破裂，直径小于1mm的气泡被包在钻井液中，出现钻井液密度下降、粘度升高的气侵现象。

利用真空泵使除气罐形成一定真空度，循环罐中气侵的钻井液，在真空所造成的压差作用下被吸入除气罐内在真空环境下，使钻井液表面的压力低于大气压，从而降低了小气泡升至表面所受的压力，较迅速升至液面破裂而被排出 2.3.2 除气器工作原理除气器工作原理 1 ) 钻井液以较大的速度撞击叶片和罐壁，使钻井液中的气体破碎释放； 2 ) 降低内压，是钻井液迅速流入气罐薄片；降低内压使（真空）使钻井液气泡变大，因此气泡更容易从泥浆中分离出来 3 ) 钻井液薄层流过表面，流动阻力可能产生紊流，将这些气泡带到表面从而分离14石油钻井循环系统培训15石油钻井循环系统培训Ø除砂清洁器和除泥清洁器是水力旋流器与振动筛除砂清洁器和除泥清洁器是水力旋流器与振动筛的组合，因为除砂器底留物中含有较多的水分和比的组合，因为除砂器底留物中含有较多的水分和比重较大（如重晶石等）有益的固相颗粒，通过其细重较大（如重晶石等）有益的固相颗粒，通过其细目振动筛加以回收目振动筛加以回收 Ø除砂器、除泥器和微型旋流器统称水力旋流器除砂器、除泥器和微型旋流器统称水力旋流器 2.4 2.4 2.4 2.4 除砂清洁器和除泥清洁器除砂清洁器和除泥清洁器除砂清洁器和除泥清洁器除砂清洁器和除泥清洁器16石油钻井循环系统培训除除泥泥清清洁洁器器17石油钻井循环系统培训2.4.1 水力旋流器的基本结构18石油钻井循环系统培训2.4.2 水力旋流器的基本参数水力旋流器规格水力旋流器规格300250250150125100 50定定 名名 除砂器除砂器 除泥器除泥器微型旋流器微型旋流器锥体角度锥体角度α（度）（度） 20～～35 20 10处理量处理量m3/h12010030201510 5分离粒度分离粒度μm 44 ～～74 15 ～～ 44 5 ～～1019石油钻井循环系统培训2.4.3 水力旋流器的工作原理 离心沉淀原理是水力旋流器的基本工作原理。

悬浮在钻井液中的固相颗粒随钻井液在压力作用下，从旋流器蜗壳进液口（切向）高速流入圆柱蜗壳内壁，高速旋转的钻井液绕锥筒中心旋转产生极大的离心力由于钻井液的液体和固相颗粒存在着密度差，使固相颗粒分离出来而靠近锥壁，并在重力作用下向锥筒底部旋流，从底流口排出，密度较小的钻井液在旋流器中心高速旋转，同时随着固相颗粒沿锥筒壁下移至底部，锥筒底部压力越大，旋流器中心的钻井液不能从底部流出，在底部压力作用下从顶部的溢流口流出20石油钻井循环系统培训进液口底流口溢流口21石油钻井循环系统培训2.5 2.5 2.5 2.5 离心机离心机离心机离心机22石油钻井循环系统培训2.5.1 离心机的工作原理（一）23石油钻井循环系统培训 离心机实现固——液分离主要由旋转分离机构完成从图可知，本机有两个旋转总成：转鼓7和螺旋推料器4主电机经三角胶带和主带轮2拖动转鼓高速旋转；与其相联的差速器壳体和差速器输入轴的旋转运动（由辅电机拖动）经过行星齿轮传动的差速器合成一个新的转速传给螺旋推料器，使推料器获得一个滞后转鼓的差转速，于是转鼓与螺旋推料器构成了一副具有微小差转速、同向高速旋转的分离——输送机构。

当钻井液从进料管1被连续送入机内时，经加速从进料孔进入转鼓内，在比重力大几百甚至上千倍的离心力作用下，转鼓内形成一环形液池，固相颗粒沉降到转鼓内壁形成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被推动到转鼓的小端从排渣孔12排出内环被澄清的液相则通过螺旋形通道经溢流管11排出，从而实现固——液相连续分离的生产过程24石油钻井循环系统培训2.5.2 旋转部件总成25石油钻井循环系统培训26石油钻井循环系统培训2.5.2 离心机主要参数注：被分离的物料在离心场中所受的离心力与它在重力场中所受到的重力的比值，称为分注：被分离的物料在离心场中所受的离心力与它在重力场中所受到的重力的比值，称为分离因素离因素Fr 此式表明分离因素实际上是离心加速度与重力加速度之此式表明分离因素实际上是离心加速度与重力加速度之比值27石油钻井循环系统培训2.6 钻井液搅拌器28石油钻井循环系统培训 使钻井液中的固相颗粒悬浮，是钻井液搅拌器的主要功能搅拌器在加速钻井液材料（如膨润土、重晶石）、化学添加剂的反应、溶解和润湿方面起着非常重要作用。

岩屑是有害固相，必须将它们悬浮起来，才能被砂泵吸入，注入除砂器、除泥器和离心机进行净化所以 需要搅拌器连续进行搅拌工作2.6.1 搅拌器功能29石油钻井循环系统培训2.7 离心泵30石油钻井循环系统培训2.7.1 离心泵的结构31石油钻井循环系统培训32石油钻井循环系统培训2.7.2.1 离心泵的功能离心泵的功能 输送液体泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给输送液体泵是将原动机的机械能或其它能源的能量传递给所输送的液体，使液体的能量所输送的液体，使液体的能量(压能、位能和动能压能、位能和动能)增加的机械增加的机械泵可以分成动力式和容积式两大类泵可以分成动力式和容积式两大类 叶轮泵是通过转动的带有叶片的叶轮使水或其它液体的压能叶轮泵是通过转动的带有叶片的叶轮使水或其它液体的压能和动能都得到提高的机械它是一种反击式水力机械叶轮泵又和动能都得到提高的机械它是一种反击式水力机械叶轮泵又可分为离心泵、混流泵及轴流泵可分为离心泵、混流泵及轴流泵 在钻井液固相控制与循环系统中，离心泵主要用于除气器、在钻井液固相控制与循环系统中，离心泵主要用于除气器、除砂器、除泥器、离心机、混浆系统、补给系统的动力源。

除砂器、除泥器、离心机、混浆系统、补给系统的动力源2.7.2 离心泵的功能33石油钻井循环系统培训2.7.3 离心泵的参数34石油钻井循环系统培训2.8 剪切泵35石油钻井循环系统培训 在钻井液系统中，聚合物（或粘土）应提前充分地剪切以后，再进入钻井液系统，才能充分发挥其效用，改善钻井液性能，如果没有充分剪切，聚合物在第一次循环中就可能堵塞振动筛网，损失大量的聚合物，增加钻井成本，并且还可能使钻井液中的大尺寸的固相颗粒变硬而难以除掉； 完井液如果没有充分剪切，聚合物会产生许多“鱼眼”这些“鱼眼”会伤害地层，使地层渗透率降低，油气层减产经过事实证明剪切泵能使高分子聚合物（和粘土）迅速水合提供高效的剪切同时，使用剪切泵能使聚合物用量减少15%以上，膨润土用量减少30%以上，并且改善了泥饼和液流损失，降低钻井液剪切比速率，提高凝胶强度2.8.1 剪切泵在循环系统中的作用36石油钻井循环系统培训序号零部件名称序号零部件明称1泵壳29压板组件2叶轮组件31填料3剪切板33轴套4加强板11泵座5护板12轴承座6填料箱19左端盖7右端盖21轴2.8.2 剪切泵的结构37石油钻井循环系统培训。