石油钻采设备检测技术(培训资料)(共34页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上石油钻采设备检测技术 (培训教材) 陈先富北京安东奥尔工程技术有限责任公司 二00四年九月 目 录前 言第一章 石油钻机总装质量的检测第二章 井架及底座的检测第三章 绞车的检测第四章 天车、游动滑车的检测第五章 大钩的检测第六章 水龙头的检测第七章 转盘的检测第八章 钻井泵的检测第九章 石油钻采设备用气动元件的检测第十章 石油钻采地面专用工具吊卡、吊环、吊钳、卡 瓦的检测第十一章 钻头的检测第十二章 井口装置的检测第十三章 抽油机、抽油泵、抽油杆的检测第十四章 修井机的检测前 言石油钻采设备是石油钻井设备和采油设备的总称,是石油装备中量大面广的设备,其安全可靠性是决定
2、钻井作业、采油作业是否能顺利进行的关键,而安全可靠性与其各结构件的质量、损伤程度、动静载荷承载能力等有直接关系,其质量检测与监测控制极为重要,这就要求在役石油钻采设备的使用必须定期进行检测。近年来,为保证石油工程的安全生产定期进行石油钻采设备检测评价,已受到石油界的广为重视,尤其是国外各大石油公司,从生产制造到油田作业过程中都具有严格的质量检测和控制制度。在我国,中石油、中石化的许多油田也在为在役石油钻采设备现场进行定期检测并已规范化管理。第一节 钻采工艺对钻采设备的要求由于钻采工艺过程及方法千差万别,迫使石油钻采设备在多种特殊环境下工作,因而各工艺过程对使用设备的可靠性、安全性均有较高的要求
3、。现将钻采工艺对钻采设备的要求简述如下:1、钻井机械、抽油机抽油泵装置等大型设备,不分昼夜地工作在寒冬或酷热的室外环境中,常年日晒雨淋和风暴的袭击,故要求设备必须有足够的使用性能和寿命,以适应特殊环境的需要。2、井口装置、各型高压管汇及注水、压裂、酸化设备不仅长期处在野外,而且还要在数百兆帕的超高压工况下工作,因而要求设备必须能承受住高压的考验。3、井口装置、井控装置、井下工具、抽油杆、抽油泵等长期处在于含水、含砂、含蜡、硫化氢等有害介质的作用下工作,故要求设备必须有高强度耐腐蚀的能力。4、钻井设备的提升系统和高负荷的修井机所属的提升系统以及井架等,经常承受百吨以上的静、动载荷,因而应掌握设备
4、的承受能力。5、钻井设备、修井设备、压裂车、水泥车等使用的动力机功率要大,并且要有足够的可靠性,以确保这些设备的正常运转。6、钻采设备的发展,不论国内外都有了突破性的发展,如海洋电视、卫星通讯、遥控装置、微机处理、电动、气动、液动和自动化技术等方面都有广泛的应用,一大批新产品问世。因此,对新产品的检测及掌握也是当前石油工程技术界高度重视的问题。第二节 加强钻采设备检测的重要性现将钻采设备及辅助件出现的问题列举几例如下:1、1992年某油田订购某厂312万元的345空心抽油杆60000米,至1993年一季度先后发生断杆17次,仅作业费损失34万元;2、某油田在钻机上使用某厂手控阀,因手柄焊接不牢
5、,造成1700多米钻杆落入井中,仅处理事故费达130多万元;3、1993年某油田订购某厂99只电动及手动阀门,用一段时间后出现断裂、刺漏等事故,造成少注水10多万立方米,少产原油8000多吨;4、1981年9月23日东濮油田发生由于井架腐蚀、疲劳裂纹而导致的倒塌恶性事故,伤亡各1人,直接经济损失15万元;5、1994年6月2日正在羊镇探矿施工的滇黔石油公司钻井井架由于井架腐蚀、变形、疲劳等突然倒塌,4名工人被压井架下,造成人员伤亡和财产的重大损失仅举上述几例,足以说明钻采设备在役定期检测的重要性,否则将带来的是巨大的损失。第一章 石油钻机总装质量的检测 第一节 概 述一、钻机的发展概况人们最早
6、使用的钻井方法是冲击钻井法,即在钻柱的下端接上坚硬的工具冲击岩石,然后再用捞砂筒取出岩屑。因为这种钻机经久耐用、体积小,适用于硬脆地层、产油量低的浅油井,所以至今国内外仍有应用。随着钻井数量的增多和井深的增加,为了提高生产率,人们开始使用钻柱带动钻头旋转,对岩石进行连续地破啐。于是旋转钻井法至今得到广泛应用。当井深进一步增加和要求再提高钻井速度时,必须进一步增加传给钻头的能量,这就受到了钻杆强度的限制。八十年代以后,法国、英国、美国等相继研制出了自动化钻机,这些钻机都采用了顶部驱动系统和钻杆自动操作系统,并且都由计算机控制钻井作业,尔后又研制出了各种新型钻机,如全液压自动化钻机、柔杆钻机、倾斜
7、钻机、全封闭式钻机等。在部件设计上也采用了许多新技术,如SCR传动、海洋电视、机器人、卫星通讯与勘探、遥控装置、电子计算机、微机处理、最优化钻井等。针对以上情况,现着重以当前生产中量大面广且广泛使用的旋转钻井设备(钻机)为例,围绕石油钻机总装质量检测方面的内容进行介绍。二、钻井工艺对旋转钻机的要求1、具备旋转钻井的能力,即利用维持一定钻压的钻具的旋转运动来破啐岩石,实现钻井的目的;2、具有起下钻具和悬持钻柱,调节钻压的能力;3、具备洗井的能力,以及时清除已被破啐的岩石;4、具有复杂多样的传动结构,以适应起下钻具、旋转钻井、循环钻井液等工作的需要;5、具有较高的可靠性和足够的使用寿命;6、具备拆
8、装方便、移运性好并适应山区、沙漠等野外工作特点。三、钻机的组成根据钻井工艺中钻进、洗井、起下钻具各工序的需要,一套钻井必须具备下列各系统或设备。1、起升系统:为了起下钻具、更换钻头、控制钻头送进、下套管等,钻机装备有绞车、游动系统(天车、游动滑车、大钩及钢丝绳)、悬挂游动系统的井架及吊环、吊卡、卡瓦、大钳、立根移动机构等部件。2、旋转系统:为了转动钻具破啐岩石,钻机配备有钻盘和水龙头,井下配备有钻杆柱和钻头等。3、循环系统:为了及时清除井底已破啐的岩石以保证连续钻进,钻机配备有循环系统,包括钻井泵、地面管汇、钻井液储备罐及调配系统等,在喷射钻井和涡轮钻井中,该系统还担负着传递动力的任务。4、动
9、力系统:用于驱动绞车、钻盘、钻井泵等工作机组的动力设备,有的是柴油机及其供油设备,有的是交流或直流电动机及其供电、保护、控制设备等。5、传动系统:主要任务是把发动机的能量传递和分配给各工作机组。6、控制系统:为了指挥各系统协调地进行工作,在整套钻机中装备有各种控制设备,如机械控制设备(手柄、杠杆、踏板等)、气动或液动控制设备(开关、启动器、继电器等),以及集中控制台和观察记录仪表等。7、钻机底座:包括钻台底座、机房底座和钻井泵底座等。8、辅助设备:成套钻机一般配有空气压缩设备、供水设备、井口防喷装置等,在寒冷地区还配有保温设备。四、钻机的类型1、按钻井作业的方式划分:地面发动冲击钻机;地面发动
10、旋转钻机; 井底发动钻机。2、按钻探深度划分:大型钻机:超重型(钻井深度超过5000M,起重量在2000KN以上)、重型(钻井深度在3000M5000M,起重量为1000KN2500KN);中型钻机:钻井深度在1000M2500M,起重量为300KN1000KN;轻便钻机:起重量一般在300KN左右。3、按动力设备划分:柴油机驱动钻机;直流电驱动钻机;交流电驱动钻机。4、按驱动方式划分:单独驱动:各工作机单独选择大小不同的发动机来驱动;统一驱动:绞车、钻盘及钻井泵三个工作机由同一动力机组驱动;分组驱动:动力的组合介于前两种之间。5、按使用地区划分:陆地钻机:如块装式钻机、自走式钻机、沙漠钻机等
11、;海洋钻机:如自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船等。第二节 钻机的形式及基本参数一、钻机驱动形式及型号表示方法1、钻机驱动形式:机械驱动钻机:以柴油机为动力,通过液力变矩器、链条、齿轮、三角带等不同组合的传动方式所驱动的钻机;电驱动钻机:用电动机驱动的钻机。2、钻机型号表示方法: ZJ 厂家代号及改型序号 钻机特征 钻机级别(以100M为单位计钻机名义钻深范围的上限) 钻机代号注:厂家代号:用一个汉语拼音字母表示;改型序号:用阿拉伯数字表示。 钻机特征:L链条并车钻机;J三角胶带并车钻机;C齿轮传动钻机;D电驱动钻机;Z自行式车装钻机;T半拖挂车装钻机二、钻机基本参数 (见表)三、钻机基本
12、参数中有关参数的规定和推荐1、名词、术语注释规定名义钻探范围:在规定的钻井绳数下使用127mm钻杆时所推荐的井深范围。最大钩载:指在规定最大绳数下,下套管或进行解卡等其他特殊作业时,指重表上不容许超过的载荷数值。最大钻柱重量:在规定的钻井绳数下,正常钻井或进行起下钻作业时大钩所容许承受的最大钻柱在空气中的重量。提升系统绳数:钻井绳数指钻井时采用的绳数;最大绳数指钻机配备的轮系所提供的最大绳数。2、钢丝绳选用规定各级钻机均选用圆股钢丝绳中的6(19)纤维绳芯或6(19)+77金属绳芯钢丝绳。 各级钻机选用的钢丝绳应保证在钻井绳数和最大钻柱重量情况下,钢丝绳的安全系数不小于3,并保证在最大绳数和最
13、大钩载情况下的安全系数不小于2。 3、选用柴油机钻速的推荐值 齿轮箱减速、三角胶带并车的钻机,推荐用1200r/min或1500r/min的柴油机。 三角胶带直接并车的钻机,推荐用1000r/min的柴油机。 节距为38.1mm链条并车的钻机,推荐用1200r/min的柴油机。 15和20两级钻机,为适应提高移运性能的需要,宜采用18002100r/min的高速柴油机,但也可选用12001500r/min的柴油机。第二节 钻机总装技术要求一、 井架及底座技术要求1、 井架及底座应符合SY/T50251999的规定;专心-专注-专业 附: 石油钻机基本参数 基本参数 级别152032456080
14、名义钻深范围(127mm钻杆)M90015001300200019003200300045004000600050008000最大钩载 KN (tf)900(90)1350(135)2250(225)3150(315)4500(450)5850(585)最大钻柱重量 T 5070115160220280绞车最大输入功率 KW (hp)260330(350450)400510(550700)740(1000)1100(1500)1470(2000)2210(3000)绞车最大快绳拉力 KN135200275340485565提升系统绳数钻井绳数888101012最大绳8810121214钢丝绳直
15、径 mm2628.532.534.53841.5可配置每台钻井泵功率 KN (hp) 260590(350800)590;740;960(800;1000;1300)960;1180(1300;1600)1180(1600)钻盘开口名义直径 mm445520520;700700;950950;1260钻台高度 M3;4.54.5;6;7.56;7.5;97.5;9井架各级钻机均采用可提升28M立柱的井架;对15,20两级钻机也可采用提升19M立柱的可伸缩式井架2、 井架、底座的上平面平面度误差为3mm;3、 井架采用悬转扒杆法安装,井架整体起升应限定绞车速度,下放时应挂上辅助刹车缓慢下放;4、
16、 井架大腿下部底板必须具有可靠的支承的支承面,撑杆的稳定性良好;5、 井架立柱组装后的直线度误差值不得超过全长的0.5/1000;6、 塔形井架底座组装后四个柱角的顶板应在同一平面内,平面度误差为5mm,对角线尺寸差应小于10mm;7、 井口导管予埋时必须与水平垂直,天车中心对井眼中心的同轴度误差为10;8、 转盘中心与天车中心的同轴度误差为20;9、 转盘转台平面对天车至井眼轴心线的垂直度误差为3mm。二、传动系统技术要求1、 柴油机应符合SY/T50311999油田用往复式内燃机规范的要求;2、 柴油机安装应符合SY/T504894石油钻机用190系列柴油机安装、操作和维护规范的要求;3、
17、 传动装置应按照经规定程序批准的图样和技术文件制造;4、 传动系统底座的平面度误差为3mm;5、 采用万向轴联接时,安装误差应符合下表: 万向轴联接安装误差值测量项目计量单位安装误差柴油机万向轴钻井泵万向轴法兰端面平行度mm1倾斜度()35586、采用带传动和链传动时,两转动轮应在同一垂直平面内,安装误差应符合下表: 带传动和链传动两转动轮安装误差值传动方式安装误差,mm带传动3链传动2 7、单根三角绞带的张紧度按两带轮的中心距下垂尺寸来计算,每米小于15mm,测力应垂直两皮带轮中心距的中心,力的大小应符合下表: 三角绞带的张紧度的测力值三角胶带型号ABCDE测量力,N253075135180
18、8、单根链条的张紧度按两链条间链条的下垂度尺寸计算,水平传动链条应小于两链条轮间切线长度的23,爬坡链条应小于切线长度的2。9、采用法兰联接时,安装误差应符合下表: 法兰联接安装误差值测量项目安装误差平行度1.0mm同轴度0.510、采用气离合器联接时,同轴度误差为1.01.5,未充气离合器间隙为2.03.0mm。11、 刹车的刹车毂与刹车块的间隙应均匀,一般6mm。三、 循环系统技术要求1、钻井泵应安装在同一水平面上,其平面度误差为3mm; 2、钻井泵的吸入管径应大于泵液力端吸入管尺寸,在吸入管上应安装过滤器、挡板阀和缓冲器; 3、高压管汇应固定牢靠; 4、钻井泵空气包的充气压力为钻井泵工作
19、压力的1/3; 5、立管呈垂直式,应配装180鹅颈管,立管呈倾斜式配装160鹅颈管; 6、水龙带与井架之间应有足够的距离,并应防止水龙带打扭,水龙带相接部分要有正常的弯曲半径,水龙带的最小弯曲半径应符合下表: 水龙带的最小弯曲半径水龙带内径,mm5063.576.290水龙带最小弯曲半径,mm90012001390 水龙带长度用下式计算: Lh Lt / 2RS 式中:Lh水龙带长度,M Lt水龙带上下距离,M R水龙带的最小弯曲半径,M S水龙带长度在最高工作压力下的伸缩量,常量为0.3M 立管高度用下式计算: Hs Lt / 2Z式中:Hs立管的垂直高度,M Lt水龙带上下距离,M Z当水
20、龙头处于最低钻井位置时,从钻台面到水龙带接水龙头一端的高度,M 7、当水龙带的实际长度大于计算长度时,立管高度应增加其长度差值的1/2; 8、水龙带的两端,除应刚性连接外,都要安装安全管卡,其卡紧力以不得损伤水龙带为宜,安装保险钢丝绳的自由度,不得妨碍水龙带的运动; 9、振动筛、除气器、旋流器和清洁器等设备应按有关说明书的要求安装。 四、钻井仪表技术要求 1、钻井仪表固定应有避振和减振措施; 2、连接司钻控制台、钻井指示仪表和钻井记录仪器的所有线路和管线必须固定牢靠、排列整齐、标志清晰、流向合理、相互不产生干扰; 3、钻井仪表的安装位置不得妨碍司钻观察井口的视线,指重表应正对司钻视线,其他指示
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