钻井设备

钻井设备-Bellyboard&Fingerboard严格地来讲，Bellyboard和Fingerboard似乎更像是一种结构，只不过它有一部分运动部件。它们是什么？有什么用？我们已经晓得了为了提高钻进的效率，钻井工人都会把3根钻杆（也叫一个stand）先连接起来，竖直放在钻井甲板上的一个区域上，这个区域叫setbackarea。现在一个问题就出来了，钻杆和套管是圆柱形的，如果就那么靠在井架上，肯定很容易倒，出现伤人事故。怎么办？首先我们就会想到，如果把钻杆或套管的上部固定住，那么就不会倒了。那么怎么固定呢，而且固定后，它们还要很容易地取出来？一起来看看它的结构，Fingerboard的图片如下（图片来源于网络）：Bellyboard与fingerboard不同的是，他们的所处的位置不同，bellyboard位置低一些，正好能够卡住pipestand的在“腹部”，形象地有了这个名字。Fingerboard卡住的是stand的“脖子”。我还在奇怪它为什么不叫Neckboard。很显然，它们主要有以下几个部分组成：1、结构部分，上图除了“红色指头”的白色部分，它起到支撑钻杆，安装finger。2、Finger，“机械指头”，它们由小小的气缸驱动打开，弹簧关闭。可以看看下面的图片，仅供参考。3、电磁阀组控制系统。除了卡住钻杆用的，类似的这种结构也用来卡住其他的竖直放立的圆柱形的物体，如套管casing，隔水套管riser。它们的名字都叫Fingerboard钻井设备-Swivel&Topdriver什么是swivel？前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，定滑轮组因此可以上下自由的运动。但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的。我们的滑轮组不可能跟着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。这是swivel的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？这是swivel的另外一个重要作用-泥浆进入钻杆的最初的通道。如下图，泥浆经高压软管—鹅颈管gooseneck—进入swivel。要起到以上两个作用，swivel的结构就基本上知道一二了。如下面的彩图，在swivel的本体中，下部的杆swivelstem通过滑动轴承-锥形和本体形成相对运动，本体同时承受侧向力和向下的拉力。同时杆的顶部和本体上部形成密封空间，泥浆经鹅颈管进入此密封空间，在经空心的杆进入钻杆。空心杆下部为API螺纹接头，可以和钻杆拧接。好了，我们现在可以把swivel改造一下---给它加上能够使swivelstem旋转的动力。如何改造，很简单，加电机和齿轮。怎么加？我们可以想象一下，既然要使swivelstem旋转，那么我们在swivelstem上加一个大的齿轮，如同汽车的轮子一样，中间杆是swivelstem，轮子是齿轮。在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮，它们啮合在一起。这样一来，swivelstem就可以在电机的带动下旋转起来。同样地，为了平横侧向力，以及增加旋转的扭矩，在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。下图是齿轮箱：然后加上必要的润滑设施和结构部分，以及导向机构。它有了一个新的名字Topdriver，也叫powerswivel。很显然，Topdriver与swivel的区别，swivel是它的一部分。事实上，Topdriver要比上面写的复杂的多。除了swivel以外，它还包含以下几个部分：1.pipehander–-用于处理钻杆。2.riserhander---用于处理隔水套管riser3.Extractabledolly---用于Top-driver的导向，它使得topdriver可以在derrick上的导轨上自由上下滑动。4.Torquewrench---可以提供360度的旋转力。此设备的具体细节，请参考供应商的资料。钻井设备-TravelingBlockTravelingBlock在前面已经提到，是动滑轮组。在钢丝绳的拉动下，它可以上上下下的traveling，如下图中的红色部分定滑轮组和动滑轮组之间的绕线非常重要，要综合一下几个方面：1.钻井绞车drawworks的绞盘上的钢丝绳与定滑轮组的偏角，以及定滑轮和动滑轮之间的偏角，以减小钢丝绳的磨损。2.定滑轮组合动滑轮组之间的平衡。3.方便更换钢丝绳。4.Deadline和deadlineanchor的位置。钻井设备-Derrick从今天开始，我想从自己对钻井设备的认知，参考一些相关的书籍，介绍一下钻井设备。这部分内容对于绝大多数初学的朋友来讲，都是相对比较陌生的。就是我们常说的钻井包Drillingpackage。国内新造的钻井平台中，我个人估计有80%以上都是国外公司给的设计，这其中有我们熟悉的两大巨头，NOV和AKER。钻井设备这一块，在整个海洋平台的费用上占几乎一半的价格，利润非常可观。我想通过我的介绍，能给朋友们一点有益的启示。至于深入的研究，设计，我们国家还有一段的路要走，我希望自己的民族企业能够争一口气，我们会在这一领域越来越强。在这个专题的最后，我想再讲一下钻井设备如何布置，怎么才比较合理。钻井设备，它含括了井架、钻具、提升装置、旋转装置、钻杆&套管&隔水管操纵装置、泥浆处理装置、控制监测装置、油井测试装置、固井完井装置、井口装置、补偿装置、安全装置、……等。我们可以一个一个地介绍，但是首先说明一点，这些认知均源于本人对设备的理解，不能保证全部正确。如果有不足的地方，希望能得到批评指正。首先，井架结构Derrick，井架承担了钻井过程中所有钻杆的提升重量，同时它又给钻井提升装置，Crownblock，Travelingblock；旋转装置Topdriver，以及立管装置standfingerboard，bellyboard，提供了安装位置。所以derrick的强度和疲劳计算非常重要，软件SACS是个不错的工具，有兴趣的朋友不妨试试。Derrick，经过这个多年的发展，出现了很多类型。如下图所示的dualramrig，来自于MH,它有如下特点：重心和重量比较低，效率和安全程度相对高，也有传统的单井架，双井架结构双井架结构相对于单井架结构来讲，它具有两套配置，可以提高钻井的效率。井架的尺寸，由于海洋和陆地的钻井情况不同，井架的尺寸也不一样。平台上的井架高度不会超过200英尺，多在150英尺左右，高度取决于Travelingblock和hook所占的安装位置以及一个stand所需要的高度。注：stand又叫thribble，就是三根相互连接的钻杆，大约长90尺。较大的derrick的基部尺寸大约在50’X40’，取决于平台钻台设计尺寸。关于海洋钻井平台（42）Helicopterrefuelingsystem直升机加油系统我们都知道远离陆地的海上钻井平台身处茫茫大海中，它们不会像船舶一样可以经常靠泊港口，进行人员的轮岗调休。平台上面的工作人员都是要用直升机作为交通工具。他们幸苦几个月，然后就可以休息几个月。我们现在讲的直升机加油系统就是给直升机补给燃油（航空煤油）的系统。这个系统可分为以下几个部分：1.燃油存储罐，Aviationfueloiltransportabletank，用于存储航煤。2.燃油输送泵，电动或气动泵。把油从罐子里面抽出来，排入配给单元。3.燃油配给单元，如同加油站里面的加油装置一样，含油计量，过滤，软管，加油枪等。通过加油枪加注到直升机油箱中。4.控制面板。控制，监测加油系统。如下图所示：顺便提一下，直升机加油单元属于危险区域，需要水喷淋保护。关于海洋钻井平台（41）切屑处理系统，cuttinghandlingsystem，也叫废物处理系统。之前提到的在钻井过程中，由泥浆带上来的切屑回到了地表。经过了泥浆的处理系统，这部分cutting被分离出来。那么这些cuttings该如何处理呢？这就是这个系统。一般地，有三种方式：1.直接排到海中，dumptoseadirectly2.回注到海底的岩土中，也是我们常说的cuttingre-injection3.暂时存放起来，由服务船舶拖回到岸上处理。我们一个一个来说，首先，直接排海，海洋似乎真的就是一个大的垃圾场。我见过很多船舶直接把各种各样的垃圾，包括油桶，含油棉纱，油漆桶，生活废品在公海被统统掉了（中国的海洋环境保护刻不容缓）这个方法最简单，最经济。如果说想要对海洋环境的进行最大限度的保护。当水基泥浆作为钻井液的时候，我们可以采用这个方法，毕竟在深海环境中，成堆成堆的垃圾没有足够的地方放。但是不要以为水基泥浆作为钻井液钻出来的东西对海洋环境没有污染，很可能这些东西无法降解。如何排放，我们知道在泥浆处理区域，具体地来讲，shaker的筛面排出区，有一个钢结构的槽，也叫dumptrough，控制翻板来控制是否直接排海。如果是，通过大口径的通道dumpline落入海中。再次，cuttingre-injection，听起来是一个不错的方法，切屑从哪里来，再回哪里去。通过往切屑里面加入海水，形成slurry，在经过泵打入海底。对于海洋钻井来说，这个方法实施起来要相对困难很多。首相，必须要一根长长的管子能作为通道。第二，浆的浓度控制。第三，cutting产生的速度，也就是相对应的回注速度控制，必要的话，需要一个缓冲舱。基于以上原因，事实上在新造的海洋钻井平台中，这个方法貌似不常见。最后，回岸处理。前面提到控制翻板开控制是否排海，如果否，翻板会使得cutting滚落到一个螺旋传输器auger上，cutting会顺着auger到达处理甲板上的处理区域。一般地，会首先进入到干燥器里面，干燥后的cutting被另外的螺旋传输器送到cutting存储箱s中，s表示多个。这样一部分含在cutting中的mud在经过离心机通过转速差再次分离，最后回到循环系统。现场照片如下：记得之前有在其他文章中放一张图片。讲得很清楚。1，材料要求高国产材料跟不上，较厚的E级高强钢和Z向钢基本靠进口，周期长费用高。如果大力发展海工事业，形成规模了，可以促进国内材料的开发、生产，或是批量引进，问题就不大了。2，设备基本全靠进口，即使进口了也没人会安装调试，不过厂商一般负责安装调试，问题不大，只要高薪聘请专业人员就可以了，开始做几次就能学会自己干了。3，配套设施不购且投资很大，特别是起重能力。如做JACK-UP需要安装LEG就要能吊的很高的浮吊（一般用浮吊吧），国内好像没有能吊400英尺以上高度的（1foot＝0.3048m）。DERRICK，飞机平台，钻井平台一般采用整吊，平台分段越大越好也需要大的设备。4，初步设计没有经验，个人认为总布置和受力分析是难点。空间有限，设备繁多，特别钻井一套设备和相关配套设备很复杂，对设备不了解当然谈不上布置。FPSO需要长时间停留海上有的多达二，三十年不能进坞，疲劳强度要求很高。（油漆也是）5，对于钻井船动力定位系统在国内还是空白（纯属个人意见，有错误请指证）。国外的技术比较成熟，花钱引进就可以，样样都自己开发也没必要。6，工艺方面，主要是精度控制和焊接，精度控制多靠经验需要学习，焊接应该不是太大问题，多做实验工艺评定通过就可以了。焊工培养也要较大成本。7，报价、投标、合同没经验，要做好报价就要很了解：（我没做过纯属瞎写）a，材料设备的采购价格。b，如有部分项目外包的要了解价钱（对于刚涉及次领域的船厂可采用部分外包，既能减小风险又能从中学习。）c，不同工作所需工时及每个工时的价钱。d，检验费用。（据说较高）e，目前行情，别人的大概报价，知己知彼百战不殆。还要有谈判经验，砍人本领，了解行情砍起来就有底气了。f，其他费用要考虑周全，修改费用、吃喝费用、招待礼品费用（送爷爷送奶奶送阿姨送老师什么的都要有）。g，合同要尽可能周全，尽量往自己有利的一方偏。8，管理，全靠经验。现场管理经验很重要，多工种交叉作业容易引发安全事故，很多问题都是现场解决没点真本事是不行的。技术容易学，