第三章海上钻井工艺技术.docx
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第三章海上钻井工艺技术
第三章海上钻井工艺技术
§3-1井口装置
一、
井口装置的组成
1.导引系统
2.隔水管系统
3.防喷器系统
4.套管悬挂系统
5.水下电视、机械人
等水下监视及维修设备。
二、井口装置的作用
1.隔绝海水
形成海底井口至平台间的通道,以便导入钻具,循环泥浆。
2.补偿运动
隔水管能上下伸缩,并能倾斜一定角度,以补偿浮动平台或船的升沉、平移和摇摆运动。
3.控制井口防喷和压井等。
三、井口分类
1.水上井口
防喷器在水面以上,适用于底撑式平台;
2.水下井口
防喷器在水面以下,适用于浮动平台。
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四、套管悬挂位置
1.悬挂在平台上
适用平台:
导管架钻井平台
特点:
利用导管隔绝海水,其余类似于陆上钻井。
2.悬挂在海底泥线支撑器上
将各层套管的重量支撑在泥线上,可减轻平台负荷。
五、泥线悬挂器的类型
1.需要回接的泥线悬挂器
2.不需要回接的泥线悬挂器
用水下采油树采油
§3—2导引系统
1.井口盘
作用:
座于海底,确定井位,并固定水下井口。
结构:
由钢板和钢筋焊接而成,中间灌注混凝土。
外径可达3m,内径约0.75m,高0.75m左右。
2.导管及导向架
导管头:
挂在井口盘上;
导管:
直径约0.75m;
长约30~60m;
每根长15m或20m。
导向架:
焊在导管上头
组成:
四个支柱,支柱上栓有导向绳
作用:
引导防喷器组就位;
引导套管及套管头就位。
导引装置全图
3.导引绳张紧器
作用:
使导引绳长度随平台的升沉而伸缩
工作原理:
浮动平台下沉→导引绳张力减小→通过上滑轮传递到活塞上的力小于液缸中的压力→活塞上移→上下滑轮间距增加→张紧绳恢复到恒定张力。
平台上升→导引绳张力增加→上滑轮传递到活塞上的力大于液缸中的压力→活塞下行→上下滑轮间距缩短→张紧绳恢复到张紧状态
张紧器布置图
§3—3隔水管系统
隔水管系统包括隔水管、伸缩隔水管、球接头和隔水管张紧装置等。
一、隔水管
1.隔水管的类型
(1)普通直筒形隔水管;
只有直筒形管子本身。
压井、放喷管线独立安装,互不相关。
(2)管壁两侧焊有导轨的隔水管;
可沿其导轨下放两侧的压井及放喷管线。
缺点:
a.安装需要较长时间;
b.导轨易损伤;
c.起下作业费事。
在起出隔水管时,首先起出压井、放喷管线,起下作业费事。
(3)组合隔水管090317
a.结构:
隔水管与压井、放喷管线组装在一起。
b.优点:
节省了大量的辅助时间。
当隔水管接单根时,压井、放喷管线也同时对准联结和固定,使接管工作十分简便,节省了大量的辅助时间。
2.隔水管的尺寸
直径:
a.16″:
用于135/8″防喷器组;
b.185/8″或20″:
用于163/4″防喷器组;
c.24″:
用于203/4″防喷器组。
长度:
隔水管的单根长度一般在15~16m之间。
壁厚:
通常根据水深,海流和波浪而定。
例如:
16″外径壁厚为0.375或0.438″,个别为0.75″;
185/8″、20″或24″隔水管一般壁厚为0.500″。
3.隔水管的张紧
①自由悬挂水深<31m
②平衡重锤张紧系统水深>31m;
用于最大张力约l000000磅
特点:
结构简单;使用方便;
既能产生所需的张力,又能补偿升沉运动
使用水深受限。
③气动液压平衡张紧系统1psi=6.895kPa
④在隔水管上装设浮力瓦
a.合成泡沫塑料浮力瓦
使每根隔水管在水中减轻90%。
b.小尺寸浮瓦
使隔水管在水中减轻大约80%的重量;
有“恢复力矩”效应。
“恢复力矩”效应有一定限度,因为浮瓦具有较大的外径,在海流的影响下会产生拖拽力。
二、球形挠性接头
1.压力平衡式球形挠性接头
工作原理:
通过球的转动来适应浮船的摇摆、平移等运动。
一般允许转动的角度是10°
压力平衡:
用海水压力或泥浆压力来平衡球接触面处所承受的向下压力或向上拉力。
平衡和润滑同时进行。
2.多球式挠性接头
整个接头分成三段,每段—个球,允许转动角度为3°
由于采用多球,大大降低了每个球体的磨损。
3.万能挠性接头
结构:
由上轴承承受向上的拉力;下轴承承受向下的压力;
中间的球体密封泥浆。
特点:
许用载荷:
可达560t;工作水深:
>1800m;允许转动角度:
10°
三、伸缩隔水管
解决浮动平台的升沉。
长:
约15~16m。
伸缩行程:
10m。
具体伸缩行程根据服役海域的潮差及波高情况而定。
§3—4防喷器系统
防喷器系统包括防喷器组、放喷和压井管线、防喷器控制器等。
作用:
控制井眼压力。
一、防喷器
1.万能防喷器
作用:
①在任何情况下使井眼封零;
②能有效的封闭方钻杆或六角形剖面的驱动钻杆;
③允许常用钻杆在井压作用下作垂直运动或旋转运动。
2.闸扳式防喷器
特点:
可依靠钻杆接头的突缘来悬挂钻杆。
闸板防喷器有单体防喷器与双体防喷器之分。
有剪切闸板以及封闭井眼的封零闸板。
二、防喷器组
组成:
有闸板式防喷器、双联闸板式防喷器及万能防喷器等组成。
三、连接器
作用:
用于某些水下器具间的相互连接。
如防喷器组与套管头间的连接,以及防喷器之间(如万能防喷器)的连接,都需要一种既能迅速拆卸,又能准确地联接的遥控连接器,以便适应深水工作的要求。
结构特点:
上、下接头可互成30°或更大一些角度脱开。
卡紧环的锥角(3°)小于摩擦角(10°~12°),卡爪不会自动脱开。
优点:
结构强度高;能承受较高工作液压,;
使用方便;连接可靠。
缺点:
1.极易为海中微生物所寄生,可达到不能松开的程度。
2.卡爪和被连接的接头间接触面小。
必须在不受海况影响的良好导向状态中进行连接。
§3—5海底套管吊挂方法
以30″、20″、133/8″、95/8″、7″套管系列为例讲述海底套管吊挂系统的吊挂方法。
一、导管井段的施工
1.30″导管的作用
封固海底表层的软泥,造成良好的开钻基点;
2.下入深度:
一般为30~60米。
3.施工方法:
打桩法、钻进法或喷射法。
1打桩法:
适用于水深较浅、导管比较短的情况,渤海地区多采用此法;
②钻进法(或喷射法):
多用于水较深、导管较长的情况,我国南海地区多采用此法。
4.施工步骤
①下井口盘
重量:
11.3~13.6t,下放前先用加重材料填入
上接四根导引绳,以便引导钻头入井。
用钻杆下放到海底并用机械方式脱卸
②钻36″(914.4mm)井眼
36″钻头与导向臂机械连接;
钻头进入基座孔以后,切断剪切销;
回收导向臂;
用海水钻进25~100米,钻屑直接返到海底
③下30″导管
导管末端接导管头和导向架,并在导管头内接好送入工具,然后连接钻柱送至井口盘内。
永久导向架可装上水下摄像机
导向架座入井口盘的上锥面后,下导管工序即完结。
④用海水循环洗井后注水泥固井,水泥浆返至海底泥线。
二、下20″表层套管
1.下隔水管
作用:
①遇浅气层井喷时,可采取压井措施以策安全;
2钻进时,可作为泥浆通路,以便循环泥浆。
方法:
1连接快速液压连接器与球接头;
2连接球接头与挠性接头
②连接隔水管与挠性接头;
③每接一根隔水管,用麻绳将液压胶管栓在隔水管上,并固定牢。
④快速液压连接器与30″导管头连接
2.钻26″直径井眼
钻深:
约300米
注意:
此时无防喷器,应特别注意是否有浅气层存在,以防井喷。
3.起出隔水管
隔水管的内径小于20″套管的接箍。
只能在起出隔水管以后,才下入套管和套管头。
用重泥浆替出井内的原浆(平衡井内压力)后起出隔水管。
4.下20″套管及套管头
(1)在钻杆上接送入工具,反转将送入工具与套管头接上(二者反扣连接)。
(2)用钻杆使套管头座于导管头上。
(3)注水泥固井,水泥浆经过套管头外围契块间的通道返出至海底。
(4)正转卸掉套管头内的送入工具。
三、装防喷器组及整体隔水管系统
1.在防喷器上接套管头连接器、球接头及连接器;
2.将导向绳穿过防喷器组的导向柱;
3.接隔水管;
4.下防喷器组;
5.接管接头及伸缩隔水管,并用张紧系统悬吊伸缩隔水管的外筒。
6.安装防喷器组
7.在平台上接放喷及压井管线;
8.对防喷器组进行试压。
四、装20″套管头内的抗磨补心
作用:
保护套管头
五、下133/8″套管
1.钻171/2″直径的井眼
由此开始使用常规钻井作业的程序和技术,进行水力参数设计、泥浆性能优选和优化钻井参数等等。
2.套管头其悬挂在20″套管头上。
3.固井水泥上返高度—般在上层套管鞋以上50~100米。
上返高度过高容易造成水泥浆返至防喷器组和隔水导管内造成严重事故。
六、下95/8″技术套管
钻121/4″井孔
套管悬挂在133/8″套管头内的台肩上
七、下7″油层套管
钻81/2″井段,下7″油层套管,并悬挂于95/8″套管头内的台肩上
八、送入井口帽封闭井口(盖井)
作用:
保护油井,防止泥沙进入、海水腐蚀或其它海洋微生物寄生。
九、撤离
卸掉放喷、压井管线,打开卡爪连接器,取出防喷器组和隔水管系统。
撤离井口。
3—6海上井控技术
一、海上井控特点
1.海上发生井喷的潜在危险比陆上钻井要大:
2.地层破裂压力小,易压漏地层而发生井喷;
3.海底地层中往往存在浅气层易发生井喷;
4.钻浅气层时,井口没有防喷器。
对付的方法:
在伸缩隔水管顶端装一个转喷器。
上返泥浆从侧口引出;分离出泥浆中的气体
5.海上发生井喷的后果比陆上更严重
井喷的气体混在海水中,会使海水密度大大减小,浮力大大下降,导致平台倾翻。
二、灭火技术
1.爆炸灭火
设法将炸药包用钢丝绳输送到火焰的上部,利用爆炸时大量消耗氧气,并产生的局部真空,消除燃烧条件而灭火。
2.潜水员水下灭火
潜水员在水下套管上开孔并引出管线,将流体有控制的引出并燃烧,逐渐减小喷出。
3.打救援井灭火
通过救援井打入重泥浆,进行压井。
三、压井方法090319
图3—19压井法
(1)
(一)关闭万能防喷器压井
1.卸除方钻杆,使水龙头和钻杆直接连接。
2.关闭万能防喷器,密闭钻杆。
3.加重泥浆通过钻杆压井,上返泥浆从放喷管线返回。
如果万能防喷器所承受的压力达到其工作压力的30%—40%时,用万能防喷器来保证井的关闭是危险的。
用第二种压井法。
(二)关闭闸板防喷器压井
1.关闭闸板式防喷器上闸板
图3—19压井法
(2)
2.下放钻杆使其接头吊接在该闸板上。
3.泥浆循环方式同上。
4.若放喷管线损坏,用压井管线返回
若放喷管线因腐蚀而损坏,可直接关闭下闸板使泥浆从压井管线返回,这时仅需要将甲板上的压井管线接到放喷管汇中去。
图3—19压井法(3)
(三)通过压井管线压井
海洋气候恶劣,需撤离,不允许将整个钻柱从井中提出来时。
1.将钻头提到套管鞋处
2.在钻柱上端接“压井应急钻杆吊挂器”
3.将钻柱吊挂在套管头中。
4.关闭全封式闸板
5.关闭下闸板密闭钻杆
6.从放喷管线向下泵入重泥浆压井.
图3—16剪切钻杆
(四)切断钻杆防喷
如果井喷来势较猛,用上述各种方法都不能控制时,则关闭切断钻杆的闸板,将井中钻杆切断,封住整个井眼。
四、打捞切断钻柱的步骤
1.铣端面
端面铣刀装在钻杆上;
图3—17铣端面
铣切被切钻杆的偏平刃口。
图3—18打捞钻杆
2.咬合及提出钻杆
取出端面铣刀;
下下部为短导管、中间为夹持器、上部为特制短节的打捞工具;
将工具套入接头中,打开闸板防喷器,提出钻柱至水面。
§3—7海上固井与完井
一、管内插入法固井:
打完水泥浆后,多余的水泥浆返回到海底。
上提钻柱到海底,将附近水泥浆冲走。
二、水下释放法固井
Ø循环泥浆,清洗井眼;
Ø释放橡胶球;
Ø注水泥浆;
Ø橡胶球堵死心管,压力上升,剪断销钉,下塞下行;
Ø下塞坐承托环,压力升高,心管销钉剪断,水泥浆返出;
Ø水泥浆注完后,释放撞击塞,然后替入泥浆;
Ø撞击塞下行,剪断上塞销钉,上塞下行;
Ø上塞与下塞相碰,注水泥结束。
三、海上井口的完成方法:
1.水面完井法:
采油树在水面以上的平台上。
优点:
安装、操作、管理、拆换等作业较方便;
技术难度小;
与陆上差不多。
缺点:
要有采油平台和井口保温措施;
设备腐蚀严重;
妨碍水面交通。
2.水下完井法:
采油树在水面以下的海底。
优点:
不需建采油平台;
水下自然保温;
不妨碍水面交通和捕捞作业;
缺点:
安装、操作、管理、拆换等作业难度大;
修井难度大;
装置复杂。
四、油气的燃烧处理
1.海上环境保护的要求
油气不能落入海中;必须100%地燃烧;
2.海上安全的要求
a.须有巨大的燃烧器(一天可燃烧2000方原油);
b.足够长的燃烧臂,伸出平台以外很远;
c.考虑风向变化,一个平台上要有两套相反方向的燃烧臂;
d.雾化燃烧;
e.有一套喷水系统,形成一个水雾屏蔽,将热隔离在一个水雾筒内;
f.为了助燃和控制燃烧方向,有一个巨大的风扇吹风。
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