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第十章井口设备王希尧2概述在钻井过程中，为了起下钻具，必须对钻具进行上卸扣，因而起下操作设备是必不可少的钻井工具。由于深井和修井工作的起下钻操作频繁，用于上卸扣的时间有所增加，因而井口起下操作设备应向机械化乃至自动化方向发展。3第一节常用钻井地面专用工具常用的钻井地面专用工具包括：吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦和旋绳器等。它们共同完成对钻具进行上扣、紧扣、松扣、卸扣等工作，是保障作业得以实施的专用工具。4一、吊钳吊钳又称大钳，是用来拧紧或松开钻杆及套管丝扣的专用工具。根据用途不同，吊钳主要有钻杆吊钳和套管吊钳两种。5钻铤吊钳6套管吊钳7钻杆吊钳8二、吊卡吊卡是修井作业时，用来直接悬挂管柱的井口工具，不同的孔径悬持不同的管柱。分类：按悬挂管柱不同，分为钻杆吊卡、套管吊卡和油管吊卡；按吊卡的结构，分为侧开双保险式、对开双保险式及闭锁环式三种类型。9抽油杆吊卡10油管吊卡11钻杆吊卡系列钻杆吊卡系列吊卡是钻井作业时，用来直接悬挂管柱的井口工具，上连吊环，不同的孔径悬持不同管柱。1、执行API8C、SY5035等相关技术标准。2、主要受力件选用优质合金钢制造。3、强度校核采用ABAQUS有限元分析，并作电测法应力测试。4、热处理采用双液淬火新工艺。5、每件产品进行出厂试验，并严格按照标准进行无损探伤检测。12目前现场普遍使用的是侧开双保险式吊卡。吊卡弹簧为专用配件，严禁用其他弹簧代替。吊卡活门、销子绞合部和本体应无变形和损伤，确保吊卡活门灵活好用。各转动部件要经常保持清洁，经常注机油活动润滑。使用时，要根据井下钻具尺寸，选用好相匹配的吊卡。吊卡销应有防退出功能，其长度和直径应合适，工作时应用细麻绳拴在吊环上，吊卡挂好后，要立即插入吊卡销。深井、超深井所使用的吊卡要定期进行检查，并配以小补心进行作业。对吊卡的保养应按照“钻井和生产提升设备技术规范”和“提升工具检查和维护规范”来进行。13三、吊环吊环是起下钻管柱时连接大钩与吊卡用的专用提升用具。吊环成对使用，上端分别挂在大钩两侧的耳环上，下端分别套入吊卡两侧的耳孔中，用来悬挂吊卡。吊环按其结构形式可分为单臂吊环和双臂吊环两种。吊环不得有任何裂纹和焊缝。吊环在大钩耳环内应有一定的摆动自由度，不应有阻卡现象。在生产过程中，要按负荷要求选用合适的吊环，严禁超负荷使用。钻进时应将两只吊环用绳捆好，防止吊环摆动碰击水龙头外壳。要对吊环定期进行探伤检查，处理事故完或强力上提后要补充检查。从安全的决度出发。吊环必须要系好保险绳。双臂吊环14单臂吊环是采用高强度合金钢锻造而成，具有强度高、重量轻、耐磨等特点，因而适用于深井作业。双臂吊环则是用一般合金钢锻造、焊接而成，所以只适用于一般修井作业中。单臂吊环在双吊卡起下钻、管柱过程中，因重量轻而消耗体力少，但套入吊卡耳孔中较困难。双臂吊环重量较大，但套入吊卡耳孔比较方便。15吊环使用要求及注意事项1）吊环应配套使用；2）不得在单吊环情况下使用；3）经常检测吊环直径、长度变化情况，成对的吊环直径长度不相同时，不得继续使用；4）应保持吊环清洁，不得用重物击打吊环。16四、卡瓦卡瓦按结构分：三片、四片式卡瓦和长型、短型卡瓦等。钻井现场多用于三片式卡瓦。卡瓦各项技术规范应符合标准。卡瓦本体要无裂纹、无变形。卡瓦牙要规格一致，符合设计要求，成套换装。左右手把要对称，无变形，固定牢固，高低差小于15mm。要保持各个部件的完好状态，各铰链部件转动灵活，无阻卡现象。部件之间不允许用电焊连接。1、钻杆卡瓦适用的钻杆直径为23／8-51／2in（60.3-139.7mm），按卡瓦牙与钻杆的接触长度分为短型（SDS）、中型（SDML）和加长型（SDXL）。SDS适用于浅井、SDML适用于中深井、SDXL适用于深井。2、DCS型钻铤卡瓦有S、R、L三个型号，适用于卡持直径3in（76.2mm）至14in（355.6mm）的钻铤。17卡瓦18钻铤卡瓦19钻铤卡瓦20套管卡瓦套管卡瓦适用套管直径从65／8-30in（168。3-762mm）。卡瓦牙，采用优质合金钢制造，并经化学热处理，表面硬度高，心部硬度适宜，具有耐磨、抗蚀，使用寿命长的优点。2122五、安全卡瓦安全卡瓦用于卡持平接头管柱和钻铤，有两种型号：WA-C型适用管径为31／2-155／8in（88.9-396.9mm），WA-T型适用管径为11／8-41／2in（28.6-114.3mm）。“C”型安全卡瓦是钻台上最有价值的工具之一，当补接钻杆和套管或钢丝绳断裂时，它可以防止钻杆和套管等钻具掉入井中。在钻井过程中，当没有肩台承接普通的提升装置时，它也是一种理想的应急提升肩台，用于提升预填材料、平头接管、扭断的转接段等，同时，还对打捞工作提供保护。这种安全卡瓦由一组单个链节组成，链节用铰链销柔性连接。每个链节中都有单独的契型夹爪作为夹紧组件，与锥型钻杆卡瓦类似，每个夹爪都被弹簧固定在锥面的固定位置。当卡瓦夹紧时，每一块夹爪都会紧紧地咬在管子的外表面。当管子下滑或载荷增加时，锥型结构会使夹爪上的齿与管子咬得更紧，从而增加咬合力，锁紧管子，防止其进一步滑动。“C”安全卡瓦的压紧力沿管子周围始终是均匀的，因此，咬伤薄壁管或损伤管子表面的危险性很小。而且，带契型夹爪的每一块链节都可以作为组件整体互换，所以，可以用于任何直径的管子。23安全卡瓦24安全卡瓦具体要求安全卡瓦各个部件要保持完好，不得有裂纹、变形。牙板在牙套内要上下活动灵活。铰链部位要转动灵便，无阻卡现象。卡安全卡瓦时，要用郎头打击各铰链，使卡瓦各节确实卡紧管柱。起管柱时，不准管柱在安全卡瓦内滑行，安全卡瓦不准卡在管柱上起到二层台或立于支梁内。2526安全卡瓦27六、旋绳器旋绳器是用于钻杆或套管上扣的工具。旋绳器的组成：主要由主体、销轴、活门手把、绳钩组成。28动力大钳动力大钳的用途是完成上卸管扣的工作，以代替人工在井口的繁重而危险的手工操作。为此它应能满足下列要求：（1）卡紧可靠。（2）有足够的扭矩。（3）能准确、迅速地移向管柱并卡紧，工作完能自动退回原处。（4）操作使用灵活方便，工作效率高。29一、YQ1—10000型液动钻杆钳30动力大钳的分类1、按工作对象不同分为：钻杆钳、套管钳和油管钳。2、按所采用的动力不同分为：气动的、液动的和电动的。3、按安装方式不同分为：固定的和悬吊的。4、根据钳口形式不同分为：开口钳和闭口钳。3132液压动力钳的工作原理液压动力钳的工作原理是把修井机的动力传递给液压动力钳的液压马达经行程减速器，然后经两级或一级减速，使钳头开口齿轮转动，产生高低两种转速，从而带动管具（钻具）旋转。开口齿轮转动时，其中板架在制动锤的制动作用下先不转动，使开口齿轮与腭板架之间有个相对运动。这样，腭板的两个滚子就会在坡板上爬坡，并迫使胯板上的钳牙向管具（钻具）中心移动，直至咬紧管具（钻具），然后与开口齿轮一起带动管具（钻具）转动。3334钻杆动力钳钻杆动力钳ZQ钻杆动力钳是一种理想的石油钻井井口工具，广泛适用于海洋、陆地钻井、修井作业时上卸管柱丝作业。该系列钳为开口型，能自由脱开管柱、机动性强；集扭矩钳和旋扣钳于一体，上卸扣替代猫头、吊钳和旋绳。动力钳按APISpec7K《钻井设备规范》设计、制造。35动力卡瓦卡瓦是用来把钻柱或套管卡紧在转盘上的工具。国内各油田在钻井施工起下钻作业基本上采用双吊卡倒换方式，该方式易发生“单吊环”掉钻具、掉套管事故，而且需要人工操作，劳动强度大，工作效率低，安全性差。国外基本采用一吊一卡进行起下钻作业。卡瓦采用手动或动力卡瓦，动力卡瓦得到广泛推广应用。世界上生产动力卡瓦的厂家很多，而其中最著名的是美国的DEN-CON公司和VARCO-BJ公司。DEN-CON公司生产的动力卡瓦在中国海洋油田已得到应用并取得良好的应用效果，深受海洋平台工人的欢迎。美国DEN-CON公司的动力卡瓦分为气动和液动，其功能是一样的，主要取决于用户的爱好，从用量和现场使用方便性来说，气动卡瓦应用更普遍一些。DEN-CON公司气动卡瓦主要有钻铤、套管、钻杆用气动卡瓦和多功能气动卡瓦。36动力卡瓦的安装类型：1）安装在转盘外部的动力卡瓦2）安装在转盘内部的动力卡瓦37钻杆用动力卡瓦38钻杆用动力卡瓦39河北廊坊和谐机械设备有限公司公司系列多功能钻杆气动卡瓦是用于石油、天然气或地质钻井起下钻过程中卡持钻杆、钻铤或套管的一种钻井动力卡瓦，是取代手提式卡瓦、半自动卡瓦或双吊卡作业方式的一种井口机械化动力工具，适用于各种类型钻机的转盘使用。它具有安装方便、操作简单、气动升降、自动刮泥等特点。可大大降低工人劳动强度，提高井口安全性能及自动化操作程度，较大幅度地提高起、下钻速度，一定程度上提高钻井时效。40动力卡瓦动力卡瓦优点比较突出，表现在如下几个方面：1.安全性强：可取消倒换双吊卡工序，从根本上避免单吊卡事故发生，避免了人为发生的钻杆折断或弯曲现象以及对人员的伤害；2.快捷性：不用现场操作人员人工推、拉吊卡或提防卡瓦，节约起下钻时效一半以上；3.可操作性强：可实现井口一个人操作，大大降低工人劳动强度，改善工作环境；4.先进性：卡瓦牙形状设计合理不伤钻杆，性能可靠而且使用寿命长。5.浅井施工节奏更快、劳动强度更大，动力卡瓦的安全、快捷优势就更加明显。41动力卡瓦的安装类型：1）安装在转盘外部的动力卡瓦2）安装在转盘内部的动力卡瓦42方钻杆旋口器方钻杆旋口器是在钻井过程中利用风动马达（或电动机）作动力，驱动方钻杆旋转，并与小鼠洞卡紧装置配合使用，从而完成接单根工作的一种专用设备。方钻杆旋口器的组成：动力部分、旋扣器和小鼠洞卡紧装置三部分组成。方钻杆旋口器安装在水龙头下方，整体安装时，需在水龙头的两侧焊上吊耳，用26mm钢丝绳与旋扣器连接起来。如图5—1843方钻杆旋口器的分类1、风动旋扣器动力部分风动马达。2、电动旋扣器动力部分是直流电动机。二者的优缺点：直流电驱动方钻杆电动旋扣器的缺点是用电时易产生火花，在钻气井或钻穿高压油层时不宜采用，以防井场失火。而方钻杆风动旋扣器的缺点是耗气量大，但安全防火，利用原设备的气源方便、易行，因而得到广泛推广。44方钻杆旋扣器方钻杆旋扣器东莞艾利特石油提供的方钻杆旋扣器是按APISpec8A《钻井和采油提升设备规范》设计、制造。方钻杆旋扣器是钻井过程中，利用风马达或液马达作动力，驱动方钻杆旋转，与鼠洞管钻杆卡紧装置（鼠洞钳）配合使用来自动完成接单根的一种专用装置，具有安全、省力、效率高等优点。454647井控系统是用于当井发生溢流或井喷时关闭环形空间及钻柱内孔，以及压井时循环泥浆的出入通道，并形成必要的回压。也叫防喷装置，或井口装置。对高压井来说是必不可少的，而且其工作压力要足够，尤其对探井更是如此。压力级别选择：生产井：压力=地层压力-1/2液柱压力；高压井（探井）：压力=预计地层压力。通径选择：大于连接套管外径。井控设备48第二节井控设备球型防喷器（AnnularBOP）旋转防喷器（RotatingBOP)闸板防喷器（RamBOP）方钻杆旋塞（Kellycock）压井管汇（chokemanifold）49井控系统—组合形式组合原则：安全可靠，具有二道防线的控制能力。组合形式：单密封：一个单闸板或一个环型防喷器；双密封：一个单闸板+一个环型防喷器；三密封：两个单闸板+一个环型防喷器；四密封：三个单闸板+一个环型防喷器；5014MPa以内防喷器组合5121~34MPa防喷器组合5269~105MPa防喷器组合53球型防喷器（AnnularBOP）球型防喷器装在最上部，发生溢流时，一般是先关这个防喷器。密封件是由带钢骨架的胶芯，关闭时用油压推动活塞上行，压缩胶芯即可密封。放掉油压，活塞下行，胶芯回到原位，该防喷器即打开。在发生溢流时，井口可能是全空的，也可能有钻杆，方钻杆。胶芯可封住任何形状的井口。但因封闭全空井口时芯子易坏，所以除非是紧急情况，不建议用于无钻杆时的全封闭，封闭以后可以允许钻柱进行小量活动。54闸板防喷器（RamBOP）闸板