《石油与天然气勘探井下作业工具培训教材》教学文稿.ppt
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1、石油与天然气勘探井下作业工具培训教材 Still waters run deep.流流静静水深水深,人人静静心深心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 在石油与在石油与天然气天然气勘探勘探开发中,开发中,井下井下作业作业是石油是石油工程工程技术系列的重技术系列的重要组成部分,主要从事油气井的中要组成部分,主要从事油气井的中途及完井测试、新井投产、酸化压途及完井测试、新井投产、酸化压裂、冲砂防砂、修井、检泵换泵等裂、冲砂防砂、修井、检泵换泵等作业施工。作业施工。一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类什么是井下作业?什么是
2、井下作业?2一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类井下作业的作用是什么?井下作业的作用是什么?修井的目的及方修井的目的及方修井的目的及方修井的目的及方针针针针 修井修井修井修井是指是指是指是指为为为为恢恢恢恢复复复复井的正常生井的正常生井的正常生井的正常生产产产产或提高井的生或提高井的生或提高井的生或提高井的生产产产产能力,能力,能力,能力,对它对它对它对它所所所所进进进进行解除故障的作行解除故障的作行解除故障的作行解除故障的作业业业业和和和和实实实实施措施。亦施措施。亦施措施。亦施措施。亦称为称为称为称为井下作井下作井下作井下作业业业业。(凡需要起下油水(凡需要起下油水(凡需要起下
3、油水(凡需要起下油水(气气气气)井管柱的各)井管柱的各)井管柱的各)井管柱的各种种种种施工,在施工,在施工,在施工,在矿矿矿矿场场场场上上上上统称为统称为统称为统称为井下作井下作井下作井下作业业业业。)。)。)。)3一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类井下作业的作用是什么?井下作业的作用是什么?n n修井的目的修井的目的修井的目的修井的目的就是要保就是要保就是要保就是要保证证证证油水(油水(油水(油水(气气气气)井的正常工作,完成)井的正常工作,完成)井的正常工作,完成)井的正常工作,完成各各各各种种种种井下作井下作井下作井下作业业业业,提高井的利用率和生,提高井的利用率和生,提高
4、井的利用率和生,提高井的利用率和生产产产产效率,以最大限效率,以最大限效率,以最大限效率,以最大限度增加井的度增加井的度增加井的度增加井的产产产产量。量。量。量。n n(维护维护维护维护油水(油水(油水(油水(气气气气)井的正常生)井的正常生)井的正常生)井的正常生产产产产,处处处处理井下故障,改理井下故障,改理井下故障,改理井下故障,改变变变变生生生生产层产层产层产层位或采油方式,提高油位或采油方式,提高油位或采油方式,提高油位或采油方式,提高油层层层层的生的生的生的生产产产产能力,延能力,延能力,延能力,延长长长长生生生生产产产产井的免修周期。)井的免修周期。)井的免修周期。)井的免修周期
5、。)n n 修井的任修井的任修井的任修井的任务务务务:(:(:(:(维护维护维护维护、修理、油、修理、油、修理、油、修理、油层层层层改造改造改造改造三大任三大任三大任三大任务务务务)4一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类A A A A、完井;、完井;、完井;、完井;B B B B、分采分注;(机堵、水井分、分采分注;(机堵、水井分、分采分注;(机堵、水井分、分采分注;(机堵、水井分层层层层注水)注水)注水)注水)C C C C、检检检检、下、下、下、下泵泵泵泵;D D D D、油、油、油、油层层层层改造;(改造;(改造;(改造;(压压压压裂、酸化、裂、酸化、裂、酸化、裂、酸化、调调
6、调调剖、解堵、化堵等)剖、解堵、化堵等)剖、解堵、化堵等)剖、解堵、化堵等)E E E E、事故、事故、事故、事故处处处处理;(大修、小修的解卡等)理;(大修、小修的解卡等)理;(大修、小修的解卡等)理;(大修、小修的解卡等)F F F F、验验验验串、找漏、封堵;串、找漏、封堵;串、找漏、封堵;串、找漏、封堵;G G G G、动动动动管柱管柱管柱管柱测试测试测试测试;(;(;(;(检测检测检测检测井)井)井)井)H H H H、生、生、生、生产产产产方案方案方案方案调调调调整;(整;(整;(整;(换换换换大小大小大小大小泵泵泵泵、泵泵泵泵加深、上提加深、上提加深、上提加深、上提泵泵泵泵挂、改
7、挂、改挂、改挂、改电泵电泵电泵电泵、电泵电泵电泵电泵改抽、改抽、改抽、改抽、调层调层调层调层、油油油油转转转转注、水井改抽等)注、水井改抽等)注、水井改抽等)注、水井改抽等)I I I I、试试试试油、油、油、油、试气试气试气试气;G G G G、大修;(解卡、打、大修;(解卡、打、大修;(解卡、打、大修;(解卡、打捞捞捞捞、套管整形、套管、套管整形、套管、套管整形、套管、套管整形、套管补贴补贴补贴补贴、取、取、取、取换换换换套、套、套、套、电泵电泵电泵电泵打打打打捞捞捞捞、侧钻侧钻侧钻侧钻、油、油、油、油水井水井水井水井报废报废报废报废等)等)等)等)修井作修井作修井作修井作业业业业十十十十
8、项项项项基本基本基本基本内内内内容容容容56井下作业主要施工方式井下作业主要施工方式(1)起下作业利用井架和修井机通过提升系统将井内管柱或杆柱进行起下施工。(2)循环冲洗利用泵进行洗井、冲砂、压井或压裂、酸化、封堵等施工。(3)旋转钻进利用转盘和钻柱及井下工具进行套、磨铣、侧钻、钻水泥塞、造扣和倒扣等施工。71、井下作业常用设备提升设备:修井机、通井机、井架、滑轮组。循环设备:动力机、泥浆泵、水龙头和附属管路配件。旋转设备:转盘和附属工具。常用设备和工具常用设备和工具82、水龙头作用水龙头由转动部分和固定部分组成。固定部分和提升大钩相联,转动部分连接方钻杆,并随整个钻柱在转盘的带动下旋转,常用
9、于钻进时循环泥浆以携带碎屑和冷却钻具,还可用于冲砂和其他作业。3、修井转盘作用用来带动方钻杆旋转井下钻具,在处理事故时,用于进行套铣、倒扣、磨铣、刮削、钻水泥塞等旋转作业施工项目。9修井水龙头4、水龙带水龙带可与水龙头配套使用,在钻进中循环泥浆、冲砂等情况下传输动力液。使用水龙带时不能超过其最高的工作压力。使用注意事项解堵、压井等项施工时一定要考虑水龙带的额定承压,严禁超压施工;酸化施工、气举时不能使用水龙带;酸化、压裂施工后返排严禁作用水龙带;冬季使用后要排空水龙带内的残液以防冻住造成堵塞。10115、指重表指重表主要是记录和显示起重大绳的拉力,以防超过提升系统或者井下管柱的安全负荷而造成生
10、产事故。目前有液压式、拉力式和电子式三种指重表只是显示单股绳的拉力,施工时要按滑轮组的有效绳数乘以读数来确定负荷。目前习惯用法:电子、液压式指重表直接显示井下悬重。拉力计需要通过滑轮组的有效绳数计算。1213拉力计14八股绳子15指重表一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类 油水井井下作业根据施工目的的不同,可以分为几种油水井井下作业根据施工目的的不同,可以分为几种:一、维护性作业施工一、维护性作业施工 如:抽油机井检泵作业施如:抽油机井检泵作业施工(包括检换小泵施工);电工(包括检换小泵施工);电泵井的检电泵施工;螺杆泵检泵井的检电泵施工;螺杆泵检泵、注水井的重配施工,同时泵、注水
11、井的重配施工,同时油水井井下调查、处理、其它、油水井井下调查、处理、其它、小修等施工项目均属于维护性小修等施工项目均属于维护性作业施工。作业施工。16一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类二、措施性作业施工二、措施性作业施工 如:抽油机井换大泵施工、新井下泵、措施后下泵、油水井压裂、报废、酸化、解堵、机堵、化堵、补孔、抽改电、电改抽、抽改螺、电改螺;水井的试配、调整、调剖、试验等施工项目均属于措施性作业施工。uu 17一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类三、大修作业三、大修作业 修井的主要对象维护或措施中处理不了的事故,受到设备、技术等因素的制约,例如套管损坏或变形,以及
12、井下管柱及工具事故等。目前修井技术主要分为十二大类:检测、打捞、切割、倒扣、刮削、补接、补贴、钻铣磨、震击、整形、侧钻、辅助等。18一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类小修作业现场小修作业现场19一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类小修作业现场小修作业现场20一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类大修作业现场大修作业现场21一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类大修作业现场大修作业现场22一、油水井井下作业的种类一、油水井井下作业的种类大修作业现场大修作业现场23什么叫井下工具?什么叫井下工具?凡是井下施工作业所需用的下井工具统成为井下工凡是井下施工
13、作业所需用的下井工具统成为井下工具。井下工具大体分为井下作业施工工具、井下生产工具。井下工具大体分为井下作业施工工具、井下生产工具、作业大修工具三大类。具、作业大修工具三大类。井下作业施工工具一般有通井规、刮削器、通管规、井下作业施工工具一般有通井规、刮削器、通管规、冲砂笔尖、冲砂凡尔及简单的打捞工具。冲砂笔尖、冲砂凡尔及简单的打捞工具。井下生产工具一般有油管、抽油杆、深井泵、封隔井下生产工具一般有油管、抽油杆、深井泵、封隔器、配水器、油管锚、安全节头、丢手器、筛管及各类器、配水器、油管锚、安全节头、丢手器、筛管及各类防砂管。防砂管。作业大修工具一般有钻杆、套铣管、铣锥、胀管器、作业大修工具一
14、般有钻杆、套铣管、铣锥、胀管器、磨鞋、套管整形器、公锥、母锥。磨鞋、套管整形器、公锥、母锥。井下常用作业工具井下常用作业工具24 井下工具是油气田开发完井及修井作业实现的基本井下工具是油气田开发完井及修井作业实现的基本手段之一,是油气田开采工艺主要组成部分,对油气田手段之一,是油气田开采工艺主要组成部分,对油气田高效开发起着主要支撑作用。高效开发起着主要支撑作用。(一)井下工具分类(一)井下工具分类 一般分为两大类一般分为两大类 1 1、油气井完井工具、油气井完井工具 封隔器、控制工具、扶正防磨工具。封隔器、控制工具、扶正防磨工具。2 2、油气井配套打捞及修井作业工具、油气井配套打捞及修井作业
15、工具 管柱打捞配套工具、钢丝打捞配套工具、修井作业管柱打捞配套工具、钢丝打捞配套工具、修井作业配套工具。配套工具。凡是井下施工作业所需用的下井工具统成为井下工具。凡是井下施工作业所需用的下井工具统成为井下工具。25项目项目代号代号单位及说明单位及说明尺寸特征尺寸特征长度长度Lmm外直径外直径mm外直径外直径内直径内直径mm连接螺纹连接螺纹上端螺纹尺寸上端螺纹尺寸下下端螺纹尺寸端螺纹尺寸M(普通螺纹)(普通螺纹)mmT(梯形螺纹)(梯形螺纹)mmS(锯齿形螺纹)(锯齿形螺纹)mmTBG(平式油管螺(平式油管螺纹)纹)mm(in)UPTBG(外加厚(外加厚油管螺纹)油管螺纹)mm(in)使用性能使
16、用性能工作压力工作压力PMPa引力载荷引力载荷FkN扭矩扭矩MKN.m(二)井下工具尺寸特征及使用性能数表示方法(二)井下工具尺寸特征及使用性能数表示方法26(三)井下工具设计基本要求(三)井下工具设计基本要求1 1、满足油气田开发工艺技术要求;、满足油气田开发工艺技术要求;2 2、满足油气田流体介质腐蚀要求;、满足油气田流体介质腐蚀要求;3 3、满足油气田特殊完井工艺要求;、满足油气田特殊完井工艺要求;4 4、井下工具设计越简单越好;、井下工具设计越简单越好;油田井下工具设计属于特殊机械设计,国内目前还没油田井下工具设计属于特殊机械设计,国内目前还没有系统设计教材,必须在矿厂实践中不断摸索发
17、展,逐步有系统设计教材,必须在矿厂实践中不断摸索发展,逐步形成油气田井下工具设计体系。形成油气田井下工具设计体系。27(四)井下工具设计基本技巧(四)井下工具设计基本技巧1 1、下入套管工具设计、下入套管工具设计(1 1)通井规一般小于套管内径)通井规一般小于套管内径6 68mm8mm(2 2)工具最大外径小于通井规外径)工具最大外径小于通井规外径1 12mm2mm(3 3)封隔器密封元件(胶筒)小于工具最大外径)封隔器密封元件(胶筒)小于工具最大外径1 12mm2mm2 2、下入油管工具设计、下入油管工具设计(1 1)油管规一般小于油管内径)油管规一般小于油管内径2 23mm3mm(2 2)
18、工具最大外径小于油管规外径)工具最大外径小于油管规外径1 12mm2mm(3 3)密封元件(胶筒)小于工具最大外径)密封元件(胶筒)小于工具最大外径1 12mm2mm283 3、工具配合公差设计、工具配合公差设计(1 1)井下工具设计一般采用基轴制配合)井下工具设计一般采用基轴制配合(2 2)基轴制配合公差优选)基轴制配合公差优选 国外一般采用国外一般采用H9/d9H9/d9配合设计,国内一般采用配合设计,国内一般采用H8/f9H8/f9、H8/f8H8/f8、H8/e9H8/e9等高精度配合设计。等高精度配合设计。考虑到机床跳度、井下温度膨胀效应因素,选择考虑到机床跳度、井下温度膨胀效应因素
19、,选择H9/d9H9/d9优先配合公差设计比较合理。优先配合公差设计比较合理。(3 3)自锁扣整体配合公差设计一般为齿高)自锁扣整体配合公差设计一般为齿高1.251.25倍倍(1.25h1.25h)左右。)左右。294 4、工具导向设计、工具导向设计(1 1)入井工具应考虑上、下导入设计,减少卡钻机会;)入井工具应考虑上、下导入设计,减少卡钻机会;(2 2)密封组成设计应考虑轴进入导入设计,减少密封元)密封组成设计应考虑轴进入导入设计,减少密封元件损坏;件损坏;5 5、密封元件材料优选、密封元件材料优选(1 1)对于可取式工具一般采用丁晴橡胶;)对于可取式工具一般采用丁晴橡胶;(2 2)对于永
20、久性气井完井()对于永久性气井完井(H H2 2S S、COCO2 2)一般采用氢化丁)一般采用氢化丁晴;晴;(3 3)对于井下反复开关控制工具,一般采用非弹性组合)对于井下反复开关控制工具,一般采用非弹性组合密封材料(聚四氟乙烯);密封材料(聚四氟乙烯);(4 4)完井封隔器胶筒采用邵氏硬度)完井封隔器胶筒采用邵氏硬度70708585;(5 5)高压作业(压裂)采用邵氏硬度)高压作业(压裂)采用邵氏硬度80809595。306 6、工具加工耝造度优选、工具加工耝造度优选(1 1)一般工具表面耝造度度为)一般工具表面耝造度度为6.36.3;(2 2)一般配合面耝造度度为)一般配合面耝造度度为3
21、.23.2;(3 3)密封槽面耝造度度为)密封槽面耝造度度为1.61.63.23.2;(4 4)动态轴、孔配合面耝造度度为)动态轴、孔配合面耝造度度为1.61.6;(5 5)高精度动态轴、孔配合面耝造度度为)高精度动态轴、孔配合面耝造度度为0.80.81.61.6。317 7、工具材料及处理工艺、工具材料及处理工艺(1 1)对于耐磨及提高硬度(强度),一般采用渗碳处理;)对于耐磨及提高硬度(强度),一般采用渗碳处理;(2 2)对于一般防腐、耐磨及提高硬度(强度),一般采)对于一般防腐、耐磨及提高硬度(强度),一般采用渗氮或氮化处理;用渗氮或氮化处理;(3 3)对于一般仅防腐采用镍磷镀;)对于一
22、般仅防腐采用镍磷镀;(4 4)深井泵工作筒及活塞一般采用镀铬;)深井泵工作筒及活塞一般采用镀铬;(5 5)气井完井工具一般采用高含铬合金钢或不锈钢,并)气井完井工具一般采用高含铬合金钢或不锈钢,并表面氮化处理;表面氮化处理;327 7、工具材料及处理工艺、工具材料及处理工艺(6 6)常规油水井完井工具一般采用)常规油水井完井工具一般采用35CrMo35CrMo或或42CrMo42CrMo合金合金钢,并表面氮化或镍磷镀;钢,并表面氮化或镍磷镀;(7 7)卡瓦一般淬火回火硬度控制在)卡瓦一般淬火回火硬度控制在HRc45HRc455555;(8 8)弹簧一般淬火回火硬度控制在)弹簧一般淬火回火硬度控
23、制在HRc38HRc384242;(9 9)薄弹性套、卡簧或自锁扣,一般采用表面高频淬火;)薄弹性套、卡簧或自锁扣,一般采用表面高频淬火;(1010)合金钢加工一般必须调质处理,调质处理硬度)合金钢加工一般必须调质处理,调质处理硬度HB241HB241290290。33(五)工具图纸设计技术要求(五)工具图纸设计技术要求1 1、图纸设计必须有组装图、图纸设计必须有组装图2 2、图纸设计必须标注配合公差、图纸设计必须标注配合公差3 3、图纸设计必须标注形位公差、图纸设计必须标注形位公差4 4、图纸设计必须标注加工耝造度、图纸设计必须标注加工耝造度5 5、图纸设计必须标注材料及处理工艺、图纸设计必
24、须标注材料及处理工艺6 6、图纸设计必须标注参考基准面、图纸设计必须标注参考基准面7 7、图纸设计必须标注技术要求、图纸设计必须标注技术要求34井下常用作业工具n地面配套工具n抽油泵及辅助工具n封隔器及辅助工具n修井打捞工具n修井螺杆钻具n激光割缝筛管n钻磨铣工具n套管整形及修复工具35第一部分第一部分36井口采油(气)树井口采油(气)树采油(气)树的作用是控制与调节油、气,合理地进行生产,确保顺利地实施压井、测试、打捞、注液等修井与采油(气)作业。采油(气)树的型号:采油(气)树连接型式分为螺纹式、法兰式和卡箍式三种,法兰式和卡箍式最常用。采油(气)树最大工作压力由其端部或出口连接的最大工作
25、压力决定。修改或该型设计次数,修改或该型设计次数,用阿拉伯数字表示用阿拉伯数字表示工厂代号,用汉语拼音字母表示工厂代号,用汉语拼音字母表示最大工作压力最大工作压力/公称通径,用阿拉伯数字表示公称通径,用阿拉伯数字表示产品代号,用汉语拼音表示产品代号,用汉语拼音表示37KQS25/65型采气树型采气树总闸门总闸门套管闸门套管闸门生产闸门生产闸门清蜡闸门清蜡闸门小四通小四通大四通大四通采气树与采油树结构相似,由于天然气和油的物理性质不同,其结构有一定的区别,即所有部件都采用法兰连接,套管闸门、总闸门都成对配置,一个工作一个备用。节流器采用针型阀,而不是用固定孔径油嘴,全部部件经抗硫化氢处理。节流器
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