修井地面设备以及发展趋势 工程技术研究所修井作业室 二零一三年一月 一、修井的定义及原则 二、提升设备 三、循环设备 四、旋转设备 五、井控设备 六、压裂设备 七、施工现场监督要点 八、修井设备发展趋势 一、修井的定义及原则 修井也称井下作业，是指为了恢复油水井的正常生 产或提高其生产能力，对其所进行的解除故障的施工和 实施的措施，从广义的角度来讲，起下油水井管柱的各 种施工统称为修井。在修井作业中应遵循以下原则： 1、解除井下事故，不能增加井下事故； 2、保护和改善产层，不能破坏和伤害产层； 3、保护井身结构，不能破坏井身结构。 二、提升设备 提升设备，就是在井下作业施工中起到动力传递、 悬吊和起下作业施工所用的设备，它是井下作业中最基本 的条件和最主要的设备，主要包括：作业机、井架、天车 、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环等。 1、作业机：井下作业施工中主要的动力来源。常用 的作业机按行走驱动方式不同可分为：履带式作业机和轮 式作业机两种。现场上习惯把不带井架的履带式作业机称 为通井机，把自带井架的轮胎式作业机称为修井机 。 二、提升设备 通井机 履带式修井机一般通称通井 机，其实是一种履带式自走型拖 拉机经改装添加滚筒而成。一般 不配带井架，其越野性好、适用 于低洼、泥泞地带施工。缺点是 行走速度慢，横穿公路需保护路 面不被轧坏，有所限制,进入现 场用大板车携带。 二、提升设备 修井机 各油田使用的轮胎式修 井机型号较多，目前使用较 多的有XJ650、XJ450、XJ350 型、XJ250型、库泊LTO350 型、英格索兰350型等。轮胎 式修井机一般配带自背式井 架、行走速度快，施工效率 高，适合快速转搬的需要， 其缺点是在低洼、泥泞地带 、雨季翻浆季节行走和进入 井场相对受限制。 二、提升设备 2、井架：井架是施工作业过程中支撑吊升起重系统的 构件，其顶部安装天车，与大绳、游动滑车组成吊升起重系 统，用来完成起、下油管、钻杆和抽油杆的作业。常用的井 架可分为固定式井架和车载式井架两种。在常规作业和油水 井增产增注措施作业施工中，经常使用固定式井架；在油水 井大修作业施工中，经常使用车载式井架。 车载式：井架高度：15m,18m,29m 最大承载：30t,80t,95t,100t,120t,150t 固定式：井架高度：18m,24m 最大承载：30t,50t 固定式井架 车载式井架 二、提升设备 2、天车、游动滑车：天车是安装在井架顶端的一组定滑轮 ，排成一行，采用多轴结构，快绳轮与死绳轮各为一根轴，两个 中间轮为一根轴，滑轮设有防止大绳跳槽的挡绳器；游动滑车是 与天车对应的一组动滑轮，由滑轮、天车轴、天车架及轴承等主 要零件组成。天车、滑车通过钢丝绳组成游动系统，使作业机滚 筒的钢丝绳拉力变为井下管柱起下的动力，并有省力的作用。 3、大钩：大钩主要由钩身、钩座及提环组成。主钩用于悬 挂水龙头，两个侧钩用于悬挂吊环。大钩和游动滑车组合在一起 构成组合式大钩，通过吊环、吊卡悬挂管杆柱及其它辅助施工。 二、提升设备 天车 游动滑车、大钩 二、提升设备 4、吊环：起下修井工艺管柱时连接大钩与吊卡用的专用 提升用具。在非深井作业时，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。按结构不同，吊环分双臂吊环和单臂吊环两种。 双臂吊环 单臂吊环 二、提升设备 5、吊卡：用来卡住并起吊油管、钻杆、套管等的专用工 具，在起下管柱时，用双吊环将吊卡悬吊在游车大钩上，吊 卡再将油管、钻杆、套管等卡住，便可进行起下作业，修井 施工中常用的吊卡一般有活门式和月牙形两种吊卡 。 二、提升设备 活门式 月牙式 l-l-吊卡体；吊卡体；2-2-活门销子；活门销子；3-3-吊卡活门吊卡活门 ；4-4-手柄；手柄；5-5-锁扣销子；锁扣销子；6-6-锁扣锁扣 l-l-壳体；壳体；2-2-凹槽；凹槽；3-3-插闩；插闩； 4-4-手柄；手柄； 5-5-弹簧；弹簧；6-6-弹簧底垫弹簧底垫 二、提升设备 二、提升设备 6、钢丝绳： （1）用来作滚筒与游动滑车之间的连接大绳，使修井机滚 筒、井架天车、游动滑车几大钩连接成为统一的吊升系统。将 滚筒的转动力转变为游动系统的提升力，游动滑车放到井口时 ，大绳在滚筒上的余绳不应少于15圈； （2）用于井架绷绳，固定稳定井架以及牵引、拖拉起吊设 备时承重绳套。 现场一般使用6股19丝左交互捻钢丝绳。 三、循环设备 主要指动力机、泥浆泵、水龙头、水龙带以及附属管 路配件等。下面重点介绍一下水龙头。 水龙头主要由循环部分、固定部分、承转部分组成。 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。 水龙头的作用是悬吊井下管柱、连接循环冲洗管线， 完成洗井、冲砂、解卡和冲洗打捞等施工作业。目前在修 井施工中普遍使用的是无动力水龙头，需要配套转盘、方 钻杆以及旋扣器等设备。 三、循环设备 水龙头 水龙头与水龙带配套使用， 通过水龙带在循环压井、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。 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、压 后返排不能使用水龙带；冬季使 用后要排空水龙带内的残液以防 冻住造成堵塞。 四、旋转设备 转盘是修井作业中常用的旋转 设备，是旋转钻具的主要设备，用 修井机的发动机为主动力，带动转 盘转动，转盘驱动钻具转动，把动 力机传来的水平旋转运动转化为垂 直旋转运动的减速增扭装置，用来 进行钻水泥塞、侧钻、磨铣、套铣 施工作业，在起下作业时用于悬挂 钻具。目前大修队大都装备轮式修 井机、自背式伸缩井架和钻台，钻 台上配有专用轴传动转盘。 转盘 五、井控设备 井控设备是指为实施油、气、水井压力控制技术而设 置的一整套专用的设备、仪器、仪表和专用工具。井控设 备应具有以下功用: 1、预防井喷。 2、及时发现益流。 3、迅速控制井喷。 4、处理复杂情况。 是对井喷事故进行预防、监测、控制、处理的必备装 置。通过井控装置可以做到有控施工，既可以减少对油气 层的损害，又可以保护套管，防止井喷和井喷失控，实现 安全、优质、高效、低耗、环保作业。 五、井控设备 井控装置在工艺上主要解决三个基本问题： 一是密封问题：即在井下作业过程中，确保油管及油套 管环形空间不外泄； 二是加压问题：即在起下管柱作业时，井内压力对油管 上顶力超过油管本身的重量时，控制油管上顶； 三是节流压井问题：即在井下作业过程中，确保在不同 工况下可以成功实施压井措施。 井控装置主要由检测设备、控制设备、处理设备三部分 组成。检测设备如气体测量设备、液面测量仪、密度计、粘 度计等，控制设备如防喷器、 内防喷工具、采油树，处理设 备如节流管汇、压井管汇、除气器、引流放喷装置 、地面加 压及其它辅助设备等。 五、井控设备 井控下面主要介绍一下封井器以及防喷器。 1、自封封井器：由壳 体、压盖、压环和胶芯组 成，依靠井内油套管环形 空间的压力挤压胶芯来实 现密封的，在使用时通过 胶芯的下井工具最大外径 应小于115毫米。承压低， 且安装后井口高度增加， 不便于液压钳的操作。 五、井控设备 2、半封封井器：由壳体 、传动丝杠和半圆形胶芯等组 成。通过转动两边丝杠推动半 封芯子总成向井口中心靠扰并 抱紧油管，从而密封油套环形 空间。在关半封时两侧的丝杠 旋进圈数要相等，同时还要防 止把胶芯卡在油管接箍或者井 下工具上，不使用时，两侧的 丝杠都要旋出到最大位置，以 免下井工具刮伤胶芯影响密封 。 五、井控设备 3、全封封井器：在不压 井作业条件下，当井内无油 管时封闭井口的专用工具。 它也是靠丝杠带动两块平行 胶面闸板来实现密封的。因 此，在正常起下时严禁关闭 全封，全封完全打开时通径 为178毫米，通过它的下井工 具在套管内径允许的情况下 也必须小于这个数值。 五、井控设备 4、闸板防喷器：通过转 动手动控制装置中的左右丝 杠，使其带动闸板总成向井 口中心移动并抱紧油管（或 电缆），达到密封油套环形 空间的目的。具有密封压力 高，可以密封各种规格的油 管与电缆的优点。2FZ3521 表示双闸板防喷器通径35cm, 工作压力21MPa。 五、井控设备 单闸板防喷器 双闸板防喷器 三闸板防喷器 当井内有管柱时，配上相应规格闸板能封闭套管与油管 柱间的环形空间；当井内无管柱时，配上全封闸板可全封闭 井筒；在封井情况下，通过与四通旁侧出口相连的压井、节 流管汇进行井筒内液体循环、节流放喷、压井、洗井等；与 节流、压井管汇配合使用，可控制井底压力，实现近平衡修 井；封井后在两个单闸板防喷器的配合下，可进行强行起下 钻作业。必要时用半封闸板能悬挂钻具。 六、压裂酸化设备 压裂酸化施工是通过高压使井底地层形成具有足够大小的填砂裂缝 ，以增加油气的流动性，提高油气采收率的一种行之有效的方法。 压裂酸化设备主要由压裂车、混砂车、仪表车、管汇车及辅助设备 组成。在施工过程中混砂车将压裂液、支撑剂和各种添加剂混合完成后 ，通过连接管汇提供给多台压裂车；压裂车将混合后的液体进行加压， 通过高压管汇汇集后注入井底；仪表车对作业全过程进行监控并进行分 析和记录。 六、压裂酸化设备 砂 罐 混 砂 车 液罐液罐 仪 表 车 高压管汇 压 裂 车 压 裂 车 压 裂 车 井 口 工作流程工作流程 六、压裂酸化设备 1、压裂车 压裂车(或压裂机泵组)一般分为车装式和撬装式两大类。 车装式压裂机泵组通常就叫做压裂车。撬装式压裂机泵组专 供交通不便地区和海上作业用，所用设备和压裂车一样。 六、压裂酸化设备 压裂车的主要作用： (1)向井内注入高压大排量的压裂液，将油、水层造成 人工裂缝，并向裂缝里注入带支撑剂(如砂)的混合液，支撑 住已形成的裂缝。 (2)酸化压裂时，用酸化压裂泵来冲洗油井，带出脏物 ，然后注酸，并用顶替液把酸全部挤到油层中。 压裂车的主要结构: 柴油发动机+压裂泵 六、压裂酸化设备 采用压力传感器，当压力达到设定 压力值时，发动机在得到控制信号后会 立即回到怠速状况；采用机械式安全阀 ，在施工或者试压过程中，压力达到调 定之后，安全阀会自动开启泄压；配置 CO2循环管线。 安全保护装置 六、压裂酸化设备 1、压裂车 压裂车主要趋向于向大功率、多功能、自动化和系列化方向发展。动力 大小直接反映整套机组的工作能力，其设备的先进性主要体现在动力配置、 压裂泵性能和控制系统上。 压裂泵的发展主要体现在提高泵的输出功率上，代表产品有 “HALLIBURTON” 五缸泵和“SPM” 三缸泵。 五缸泵的特点是在同等功率下的重量最轻，在同等排量下可以选用比三 缸泵小的柱塞直径，五缸泵一种柱塞便可以覆盖三缸泵的两三种柱塞工作范 围，也就是说采用一种柱塞就完全可以胜任大排量和高压力的施工要求。具 有排量大，重量轻，振动小的优点。 三缸柱塞泵是目前国内外使用最多最广的压裂泵，它具有功率范围广、 结构简单、维修保养方便等特点，仍然是目前各型压裂车的首选。 六、压裂酸化设备 1、压裂车 压裂车为适应不同地域、不同使用条件要求，压裂车演变为拖车结构 ，作业时可以通过一台拖车头将泵组拖到压裂施工井场。橇装式压裂泵组 是一种固定式结构，一般应用在海洋平台和进行丛式井压裂作业。施工安 全性是压裂泵车最重要的特性之一，在本车上必须具有两套