不间断循环钻井系统介绍
不间断循环钻井系统介绍
不间断循环钻井系统介绍
一、不间断循环钻井系统的工作原理：
1.钻井液从钻井液池中被泵送至泵，随后进入到钻柱中进行钻井作业，排出顶部。
2.钻井液进入到搅拌器进行过滤和搅拌，以确保其质量和性能的稳定。
3.过滤后的钻井液进入高压泵，由高压泵提供的高压将钻井液重新送
回到钻井井口，形成连续的循环。
4.钻井液在井底完成清洁井底、冲刷岩层、控制井压等作用，同时通
过气体分离器分离出气体。
5.钻井液经过过滤器进行再次过滤，去除钻屑和其他固体颗粒，保持
钻井液的稳定性。
6.钻井液通过控制系统控制泵的工作和停止，实现钻井液供应的连续
不间断。
二、不间断循环钻井系统的优势：
1.提高钻井效率：不间断循环钻井系统可以节省循环时间，提高钻井
效率，降低作业成本。
2.减少井壁塌陷和漏失问题：不间断循环钻井系统能够稳定钻井井壁，防止井壁塌陷和漏失问题的发生。
3.较低的环境影响：该系统可以减少钻井液流失以及固体废料排放，
降低对环境的影响。
4.高效的作业管理：不间断循环钻井系统集成了数据收集和分析功能，能够实时监测钻井过程，提供及时反馈，为作业管理提供支持。
5.提高工作安全性：该系统可以降低作业危险系数，减少意外事故的
发生。
三、不间断循环钻井系统的应用领域：
总结起来，不间断循环钻井系统通过连续供应钻井液、减少钻井时间
和提高钻井效率等方式，实现了连续不间断地进行钻井。
它具有提高钻井
效率、降低井壁问题、减少环境影响、高效的作业管理和提高工作安全性
等优势。
因此，在深水钻井、高温高压井和复杂井眼等条件下的钻井作业
中具有广泛应用前景。
钻机循环系统
钻机循环系统钻机循环系统是指将钻井液循环到钻头再将其返回地面进行清洁和再循环的设备。
对旋转钻井系统来说，循环系统的功能就是通过钻柱将钻井流体向下循环到钻头，通过钻头沿钻柱和井壁或套管内壁形成环空向上循环。
循环系统主要由钻井泵、水龙带、水龙头或顶驱、钻柱、钻头、钻井液回流管线、固相控制设备、泥浆罐(池)等组成。
本篇主要介绍钻井泵、钻井液净化系统的基本组成和原理。
第一部分钻井泵钻井泵在石油矿场上应用非常广泛，常用于高压下输送高黏度、高密度和高含砂量、高腐蚀性的液体，流量相对较小。
按用途的不同，石油矿场用钻井泵往往被冠以相应的名称，例如在钻井过程中，为了携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，用于向井底输送和循环钻井液的钻井泵称为钻井泵；为了固化井壁，用于向井底注入高压水钻井液的钻井泵，称为固井泵；为了造成油层的人工裂缝，提高原油产量和采收率，用于向井内注入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液体的钻井泵，称为压裂泵；用于向井内油层注入高压水驱油的往复泵，称为注水泵；在采油过程中，用于在井内抽汲原油的钻井泵，称为抽油泵。
石油工业的发展对往复泵提出更高的要求，如泵压要高，功率要大，而制造和维修成本要低，体积和重量不能过大。
由于石油矿场用钻井泵的工作条件十分恶劣，提高其易损件(如泵阀、活塞一缸套副、柱塞一密封副等)的工作寿命便成为往复泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。
一钻井泵的工作原理图3-1 钻井泵工作示意图1一曲柄；2一连杆；3一十字头；4一活塞；5一缸套；6—排出阀；7—排出四通；8-预压排出空气包；9—排出管；10—阀箱（液缸）；11一吸入阀；12—吸入管如图3-1所示，卧式单缸单作用往复式钻井泵。
主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、阀室、曲柄或曲轴、连杆、十字头、活塞杆以及齿轮、皮带轮和传动轴等零部件组成。
当动力机通过皮带、齿轮等传动件带动曲轴或曲柄按图示方向，从左边水平位置开始旋转时，活塞向右边即泵的动力端移动，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液体在液面压力的作用下，推开吸入阀，进入液缸，直到活塞移到右死点为止，此为液缸的吸入过程。
连续循环系统综述
与连接器进行同步设计的是顶驱连接工具 。用 一个延伸 /磨损短接连接到顶驱的底部 ,当上卸扣时 需要一种设备将管柱在井架上立起来 ,这是需要顶 驱 ,使用连续循环系统钻进和运行过程中 ,顶驱使得 减震器内卡卡住的立根和接头旋转 。 114 控制系统
使用连续循环系统 ,使得井内保持连续循环 ,可 通过调整循环速度和钻井液密度控制当量循环密 度 。这样使得钻进空隙压力和地层破裂压力比较相 近的地层时 (窄密度窗口 ) ,钻进的效率显著提高 。 不使用连续循环系统 ,每接完一次单根重新起动泵 时 ,压力产生波动 ,会产生井涌或井眼充气现象 ,为 了控制此类现象 ,浪费大量的钻井时间 。 51压力敏感井
在 Monte Enoc 井的试验成功 , Enl公司决定使 用连续循环系统到埃及重新钻位于埃及海岸的探井 PFMD - 1井 。 21在埃及海上探井 PFMD - 1井上的应用
PFMD - 1井位于 Port Fouad油田的具有 24 m 水深的海岸上 ,这口井在 2004年三月开钻 ,钻到井 身 4 244 m ,进行了提前固井 。该井复杂的工况在那 个地区非常有名 ,在 PFMD - 1 井的 4 000 m 以下 , 存在当量钻井液密度大于 2. 0的临界孔隙压力梯度 带 ,并且具有最低达 0. 1 g / cm3的孔隙压力和破裂压 力梯度带 。在整个钻井工程中 ,动态的静液压力在 当量钻井液密度和钻井液密度之间变化 ,波动数值 为 0. 07。该井从 2005年 5月开始使用连续循环系 统 ,危险压力梯度带用恒定的当量循环密度钻井液 钻进 ,因钻井困难中止的井最终获得了成功完钻 。 211 连续循环系统的安装
4.1钻机的循环系统
一、往复泵的基本组成和工作原理
③曲柄继续转动，活塞开始向左(即泵的液力端)移动， 缸套内液体受到挤压，压力升高，吸入阀关闭，直到缸内 压力升高到大于排出管线上的压力，排出阀被推开，液体 经排出阀和排出管排出，直到活塞移到左死点为止。这一 过程称作液缸的排出过程。 单作用和双作用：曲柄旋转一周，活塞往复运动一次。 单作用泵的液缸完成一次吸入和排出过程；双作用泵的液 缸完成两次吸入和排出过程。 活塞的冲程： 在吸入和排出过程中，活塞移动的距离以 S表示，称作活塞的行程(亦称为活塞的冲程)。若曲柄半径 用r表示，则活塞的冲程S与曲柄半径r之间的关系为：S＝ 2r。
本节课学习的内容
1.往复泵的基本构成和工作原理（重点） 2.往复泵的分类 3.活塞的运动规律 4.往复泵的流量 5.往复泵流量不均匀的危害及解决方案
二、往复泵的分类
石油矿场用往复泵可按以下五种方式分类。 1.按缸数分为: 单缸泵、双缸泵、三缸泵、四缸泵等。 2.按工作件的式样分为: 活塞泵和柱塞泵。 3.按作用方式分为: 单作用泵和双作用泵。 （1）单作用泵：单作用式泵如图4－1所示，其活塞只有 其中一面作为工作面。活塞在液缸内往复运动一次，该 液缸完成一次吸入和一次排出过程。
图4-3 往复泵活塞 运动示意图
一、活塞的运动规律
往复泵活塞运动的位移x、速度u和加速度a为： x r ( 1 cos ) （4-1） u r sin （4-2） a r 2 cos （4-3） 式中 r—曲柄长度；ω—曲柄的角速度；φ—曲柄转角。 活塞由液力端向动力端运动时，φ=0～π； 活塞由动力端向液力端运动时，φ=π～2π。 从上述公式说明，往复泵活塞的运动速度和加速度分别近似地按 正弦和余弦规律变化。 当φ=π时，活塞处于右死点位臵；当φ=0和2π时，活塞处于左 死点位臵。 当φ=0～π时，上述公式中的正负号取上面的； 当φ=π～2π时，上述公式中的正负号取下面的。
钻井液循环系统
钻井液循环处理系统
振动筛
故障特征 原因 解决办法 振动器损坏 维修或更换振动器 振 动 器 振动器缺相 1. 检查接线 , 排除故障后压下复位键 , 然后启 （振动电 动振动器. 机） 2. 用钳型电流表检查振动器的进线电流是否 不能启 平衡 , 电机进线口处的电缆容易疲劳断裂 , 动 引起虚接. 热接触器过 1. 查找过载原因 , 排除故障后压下复位键 , 然 振动器 载(指示键 后启动. 启动后 弹出) 2. 确保过载装置同振动器铭牌上规定的电流 又断开 相同,一般电流指向3-4之间. 3. 用钳型电流表检查振动器的进线电流是否 平衡 , 电机进线口处的电缆容易疲劳断裂 , 引起虚接.
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钻井液循环系统
振动筛
• 振动筛的功用 • 钻井液振动筛是石油钻井液固相控制系统 中的第一级固控设备。由井内返出带有大 量钻屑的钻井液，经振动筛筛网的筛分， 分离并排出尺寸较大的固相颗粒，使较清 洁的钻井液进入后几级分离设备
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钻井液循环处理系统
振动筛
振动筛分类 振动筛按振动轨迹可 分为：直线型振动筛、 椭圆型振动筛、平动 椭圆型振动筛等。我 们现在常用的振动筛 也是这三种类型。 按振动方式可分为： 自振电机型振动筛， 和皮带传动型振动筛。
钻井液循环处理系统
振动筛
一体筛 皮带传动
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钻井液循环处理系统
振动筛
振动筛的日常维护
检查筛布是否完好如有损坏及时更换。 检查各部位固定情况，确保所有螺栓、螺 母紧固可靠，不能有松动现象。 检查保险销是否在筛箱左右侧同一位置上。 筛箱定位销是否在正确位置。 检查振动筛有无卡阻现象 检查振动筛各部位温度 检查振动筛除砂效果并及时调整角度 停筛后要及时清洗筛布筛床 保证振动筛清洁，清洗时避免水枪刺电机
石油钻井连续循环系统
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------石油钻井连续循环系统连续循环系统是在钻井过程中，起下钻或接单根时，可以不停泵而保持井眼处于连续循环状态的系统，它以钻台为基础，适用于任何带有顶部驱动钻井装置的井架。
该系统主要包括连续循环连接器、钻井液分流及输送装置、顶部驱动连接工具、控制系统和液压动力系统。
常规钻井过程中，钻杆上卸扣时 IJ一由于泥浆循环通道中断，被迫停止泥浆的循环. 造成不利影响：一是造成环空中产生动态压差，导致泥浆循环漏失。
二是造成井底压力下降，有时会引起井涌。
三是循环恢复时井底压力剧增对敏感性地层可能引起循环漏失。
四是钻屑的沉降会减小有效井径并增加钻柱的扭矩和阻力。
五是欠平衡钻井时气体连续循环，会导致环空内的压力极不稳定。
上述影响会产生诸如井眼不稳定、井壁坍塌、卡钻、地层裂缝以及泥浆漏失等问题。
严重时会造成巨大的经济损失，甚至是人员伤亡。
而采用连续循环系统，以上的问题都可以得到很好的解决。
连续循环系统解决了井底压力控制、孔隙压力与破裂压力窄小、井眼鼓胀、油气意外入侵井眼等问题。
主要是在保持钻井液连续循环和压井的条件下，使井下由于泥1 / 5浆的中断而产生的许多问题得到解决。
，连续衙环系统的纰成与原理连续循环系统是 sheIuK、 BP、Siafoll、 BG、 TOIa 以及 En 共同合作开发的。
首台连续循环系统在意大利和埃及海上已成功地完成 2 次独立的钻井作业。
在 2005年的海洋技术会议上，介绍了连续循环系统（获世界石油杂志 2004 年新视野奖）商业性应用情况。
迄今为止，该系统在钻进和起下钻过程中已在 600 次连接中保持连续循环。
这项新技术是谢非尔公司与 BP 公司、英国天然气公司、壳牌商业公司和道达尔公司合资开发的。
钻机的循环系统资料
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技 术，实现对循环系统的智能控制， 提高系统的响应速度和稳定性。
提高系统效率
减少能量损失
通过改进循环系统的设计，减少能量在传输 和转换过程中的损失，如优化管路接头、减 少流体阻力等。
采用高效工作介质
根据循环系统的特点，选择合适的高效工作介质， 以提高系统的热效率和动力传输效率。
循环系统的组成与结构
组成
钻机循环系统通常由油箱、油泵、过 滤器、冷却器和油路等部分组成。
结构
循环系统的结构包括封闭的油路，通 过油泵的作用，将润滑油从油箱抽出 ，经过过滤器过滤后，输送到需要润 滑的部位，冷却后回到油箱。
循环系统的工作原理
工作流程
在循环系统中，润滑油被油泵从油箱中抽出，经过过滤器过滤后，输送到钻头 和内部零件进行润滑和冷却，然后通过冷却器将热量带走，最后回到油箱。
油箱
油箱用于储存润滑油，为循环 系统的各个部件提供润滑和冷 却。
油箱的容量和油位高度对于确 保循环系统的正常运转至关重 要，应定期检查和补充润滑油。
油箱应具有良好的密封性能， 以防止润滑油泄漏和污染。
油管与接头
油管用于连接循环系统中的各个 部件，确保润滑油的循环流动。
应选择具有耐压、耐腐蚀和耐高 温性能的油管，以确保循环系统
油路循环
润滑油在封闭的油路中不断循环，持续为钻头和内部零件提供润滑和冷却，同 时带走产生的热量和杂质，保持钻机正常运转。
02
钻机循核心部件 ，负责提供高压冲洗液，以冷
却钻头并携带岩屑。
钻机泵的性能参数包括排量、 压力和功率，这些参数直接影
响钻进效率。
常见的钻机泵类型包括柱塞泵 和叶片泵，选择合适的泵类型 对于确保循环系统的稳定运行 至关重要。
钻井液井下循环系统
钻井液井下循环系统钻井液井下循环系统通常是钻井液通过钻杆直接到达钻头处，经钻头水眼喷出，携带井底岩屑，沿环空返回地面。
随着钻井深度的增加，为增加井壁的稳定性，避免压差卡钻，保护油气层，必须在钻井液中加入固相重部分（如重晶石），以增大钻井液密度。
但随着钻井液密度的增大，钻进速度将迅速下降，钻头磨损明显加剧。
国外研制出井下固相分离接头——井下水力旋流分离器（Downhole Hydrocyclones）。
装有井下固相分离器接头的钻井液井下循环系统流程如图所示。
图钻井液井下循环系统改进流程固相分离器接头装于钻头上部，由地面钻井泵供给具有一定能量的钻井液，经其上部通道，从切线方向进入旋流筒，进行净化处理。
分离出来的固相从其上部喷嘴进入环形空间，低固相钻井液进入钻头。
采用此装置，既能保持环空的钻井液密度，保持井壁稳定，又能降低水眼处钻井液粘度和密度，减轻水眼的磨损，提高当量水马力，充分发挥高压喷射清岩于水力破岩的作用，同时由于井底钻井液固相含量的减少，将减轻钻头牙齿的磨损，提高钻头的寿命和机械钻速。
海上井下油水分离用水力旋流器术语用于采出液井下油水分离的水力旋流系统的效益主要在于减少了采出水的开采及处理费用，有效降低了地面处理设备的液体负荷。
地面处理设备的减少对海上应用具有重要意义，地面分离设备的减少和费用的降低可延长油田寿命。
人们正在对井下分离系统进行进一步研究以提供适于海上应用的各种设备。
水力旋流器作为井下油水分离（DOWS）系统之一，让我们先认识一些概念术语。
水力旋流分离水力旋流器已广泛应用于地面油/水分离，其外形尺寸小，结构紧凑，设备成本低，操作费用低。
对水力旋流器的运行情况进行讨论将有助于了解与井下油水分离系统有关的设计问题。
承压流体混合物通过一个或多个切向入口进入水力旋流器，促使流体在装置内旋转，水力旋流器的锥形加速了流体螺旋形流动，建立了自由的旋涡，创建了很大的离心力。
离心力使轻相物质（即油，游离气）汇集到水力旋流器的中心，而重相物质（如水，固体）由于离心力的作用被甩到了外壁，在高压作用下，保持从底流口排出，迫使旋涡中心的浓缩油核逆流。
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4
讨论
• 设计过程 • CCS制图及动画制作 • CCS的优点 • 需要解决的技术问题 • 试验装置 • 工作计划
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5
做什么 怎么做
• 为了在上、卸扣操作期间保持循环需要做 什么、怎么做？
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6
压力腔
有泥浆循环的 情况下，上、 卸接头
顶驱短节
钻柱的母扣端
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7
密封压力腔
9”NXT型半封闸板 防喷器
不间断循环钻井系统介绍
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1
问题提出
• 停泵接单根存在以下问题
– 环空动态压力降损失 – 循环恢复时井底产生压力波动 – 泥浆温度升高 – 欠平衡钻井时天然气流不会中断 – 大位移钻井岩屑会沉在井眼下侧
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2
VARCO 不间断循环钻井系统
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3
目标
• 开发一个在整个钻井期间，主要是上、卸 钻杆期间内，保证泥浆不间断循环的系统 （CCS）
设计周期5月 • 第三步——制造和测试——01年9月1日开
始，周期4个月。 • 第四步——现场试验——2002年初开始
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32
所有费用
• $19，950，000
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33
不间断循环钻井系统主体——卸开状态
缓冲器
半封闸板
全封闸板
半封闸板
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24
不间断循环系统主体——接通状态
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25
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26
CCS的优点
• 接近平衡的循环状况（减少波动和抽吸作用） • 不间断钻屑的排出 • 不间断的当量钻井液密度（ECD）控制 • 更加均匀钻井液处理周期 • 允许在孔隙压力/压裂梯度差值较小的情况下进行
松开缓冲器和上半封闸板
继续循环
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15
移走顶驱
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继续循环16
开始接单根
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继续循17环
关闭上半封闸板和缓冲器
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继续循1环8
将泥浆冲入上腔室
排气
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继续循19环
打开全封闸板
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继续循20环
上扣
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继续循21环
放掉密封腔中的泥浆
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排入泥浆系统
继续循22环
松开所有的闸板和缓冲器 开始钻进
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继续循23环
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29
试验装置
试验装置的导向架
液压马达和使得内 部钻杆旋转的齿轮
半封闸板
内有钻杆接头 的压力腔
缓冲液缸
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30
试验得到的结果
• 钻杆丝扣油问题 • 螺纹刺坏问题 • 将接头放入CCS问题 • 螺纹的啮合力 • 半封闸板寿命 • 半封闸板的摩擦力
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31
工作计划（JIP）
• 第一步——系统初步设计——已经完成 • 第二步——详细设计——01年5月1日开始，
作业 • 低钻井液成本 • 提高总的机械钻速 • 大大减少卡钻事故
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27
需要的设备
• 顶驱 • 动力卡瓦 • 井架净空减少18英尺
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28
解决的技术问题
• 丝扣油被冲掉 • 刺坏接头螺纹 • 将单根插入CCS • 尽可能减少螺纹的结合力 • 半封闸板的寿命 • 半封闸板的摩擦力 • 装置的固定 • 顶驱与加长保护接头的连接
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8
往压力腔内灌泥浆
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来自立管 9
ห้องสมุดไป่ตู้
钻杆卸扣扭矩
扭矩 液缸
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10
承受泥浆压力产生的力
缓冲器液缸
来自泥浆的 压力
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11
使泥浆流过立管和不间断循环系统
通过立管 与下腔循 环
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来自立管12
密封以便取开顶驱
9”NXT型半 封闸板防喷 器
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连续循13环
上密封腔卸压
空气 清扫
排入泥浆系统
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继续循环泥14浆