科學(xué)勘探天坑所需設(shè)備？

一，繩索。

二，地面絞盤。

三，地面動(dòng)力源。

四，無線雙工電臺(tái)及便攜對(duì)講機(jī)。

五，個(gè)人防護(hù)用品，包括頭盔，護(hù)目鏡，登山靴，手表，手套。

六，高能食品及水。

七，外傷用簡易藥品及消毒液。

八，多功能方便鏟。

九，小型氧氣瓶及防毒面具。

石油鉆井設(shè)備及工具有哪些？

為了勘探與開采蘊(yùn)藏在地層深處的石油和天然氣，人們必須利用各種鉆井設(shè)備與工具，鉆穿堅(jiān)硬而復(fù)雜的地層，這便是鉆井工作的主要任務(wù)。為了滿足我國石油工業(yè)飛速發(fā)展的需要，必須多打井、快打井、打好井，實(shí)現(xiàn)鉆井速度翻番。為此，在充分調(diào)動(dòng)人的積極因素的同時(shí)，還必須為鉆井工作者提供先進(jìn)的、性能良好的鉆井設(shè)備與工具，充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為石油鉆井工作服務(wù)。

鉆井設(shè)備及工具包括地面鉆井設(shè)備(石油鉆機(jī))以及鉆頭、鉆柱等。

一、石油鉆機(jī)1.鉆機(jī)的組成現(xiàn)代石油鉆機(jī)是一套大型聯(lián)合機(jī)組。圖5-2所示為旋轉(zhuǎn)鉆井的基本設(shè)備。根據(jù)鉆井工藝中鉆進(jìn),洗井,起、下鉆具等工序的需要，一套鉆機(jī)必須具備下列系統(tǒng)和設(shè)備：

圖5-2 鉆井設(shè)備

(1)起升系統(tǒng)。用于起、下鉆具，更換鉆頭，下套管等作業(yè)。

(2)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。用于帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，破碎巖石，加深井眼。

(3)循環(huán)系統(tǒng)。用于循環(huán)鉆井液以清洗井底，攜出已被破碎的巖屑，保證連續(xù)鉆進(jìn)。

(4)動(dòng)力設(shè)備。驅(qū)動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵等工作機(jī)的動(dòng)力設(shè)備，多用柴油機(jī)，也有部分鉆機(jī)由交流或直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

(5)傳動(dòng)系統(tǒng)。主要任務(wù)是把動(dòng)力設(shè)備的能量傳遞和分配給各工作機(jī)。

(6)控制系統(tǒng)。為了指揮各系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作，在整套鉆機(jī)中還裝有各種控制設(shè)備，如機(jī)械、液動(dòng)或電控制裝置，配備有集中控制臺(tái)和觀測記錄儀表等。

(7)底座。包括鉆臺(tái)底座、機(jī)房底座和鉆井泵底座等。

(8)輔助設(shè)備。一般包括井口防噴裝置、空氣壓縮設(shè)備、輔助發(fā)電設(shè)備、輔助起重設(shè)備、井口工具及活動(dòng)房屋等。

2.井口工具為了起、下鉆具和旋卸鉆具，需要使用吊鉗、吊卡和卡瓦等手動(dòng)井口工具。

吊鉗由幾個(gè)鑲有牙板的鉗頭和鉗柄組成，它們之間用鉸鏈互相連接。吊鉗用來旋卸鉆桿、鉆鋌等組成鉆柱的各類下井工具的連接絲扣。吊鉗都是內(nèi)外兩把(一正一反)成對(duì)使用，用貓頭繩來旋扣。

吊卡用來懸持、提升和下放鉆柱。吊卡的內(nèi)徑比鉆桿外徑略大，但比鉆桿接頭的外徑小。工作時(shí)卡住鉆柱接頭，以便進(jìn)行起、下鉆。

當(dāng)旋接或卸開鉆柱時(shí)，位于井內(nèi)的那段鉆柱必須暫時(shí)懸掛在轉(zhuǎn)盤上。裝入轉(zhuǎn)盤補(bǔ)心中的卡瓦是用來卡住鉆桿并懸持鉆柱的。

隨著深井、硬地層及海洋鉆井?dāng)?shù)量的迅速增加，起、下鉆操作的工作量顯著增加。用上述手動(dòng)井口工具旋卸絲扣體力消耗大、工效低、又不安全，迫切需要改進(jìn)。目前，已有多種形式的動(dòng)力大鉗和動(dòng)力卡瓦廣泛用于鉆井生產(chǎn)中。加快了起、下鉆速度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉆井工作的全盤機(jī)械化、自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)。

3.井口防噴器鉆開高壓油氣層時(shí)有可能發(fā)生井噴，引起嚴(yán)重事故。為了在井噴發(fā)生時(shí)能控制井內(nèi)鉆井液和油、氣、水的噴出，通常在鉆臺(tái)下面安裝防噴器。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的鉆機(jī)上都配備整套較完善的防噴器系統(tǒng)。如圖5-3所示為壓力等級(jí)在21～34MPa的防噴器組合。

圖5-3 井口防噴器組示意圖

一般每臺(tái)鉆機(jī)配備3～4套防噴器，如閘板防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器和萬能防噴器等。閘板防噴器有單閘板、雙閘板和三閘板三種。閘板的結(jié)構(gòu)又有盲閘板、孔閘板和剪刀閘板三種。孔閘板的芯子中心有孔，鉆井過程中發(fā)生井噴時(shí)，可將鉆柱與套管之間的環(huán)形空間封閉，防止井內(nèi)的鉆井液、油、氣、水噴出，也稱為鉆桿防噴器。盲閘板防噴器也稱為全封閉防噴器，其芯子可直接把井口封閉，用于井口無鉆桿的情況下。剪刀閘板可以在緊急情況下剪斷井中的管子，以保證井口安全。旋轉(zhuǎn)防噴器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：其橡膠芯子可以在抱緊鉆桿的情況下隨鉆桿一起旋轉(zhuǎn)，從而可以在封閉鉆桿與套管環(huán)形空間的同時(shí)，滿足邊噴邊鉆的工藝要求。萬能防噴器的膠皮芯子能在幾秒鐘內(nèi)對(duì)任何鉆具進(jìn)行封閉，爭取寶貴的搶險(xiǎn)時(shí)間。

當(dāng)鉆機(jī)上配備有閘板防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器和萬能防噴器三類防噴器時(shí)，它們既可以單獨(dú)使用，也可以重疊使用，可以實(shí)現(xiàn)邊噴邊鉆，不壓井起、下鉆和反循環(huán)鉆井等鉆井新工藝。大多數(shù)防噴器都配有手動(dòng)和液動(dòng)兩套控制裝置，以便在緊急情況下遠(yuǎn)距離控制。

二、鉆具在鉆井中除必須配備一整套的地面鉆井設(shè)備外，還要配備一系列井下鉆井工具。包括鉆井時(shí)下入井內(nèi)的鉆頭、鉆柱、井下動(dòng)力鉆具、取心工具以及一些輔助鉆井工具(如事故處理工具)等。井下鉆井工具簡稱為鉆具。

鉆柱是從鉆頭到地面全部管柱的總稱。鉆柱是連通地面與地下的樞紐，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)快速鉆井的重要手段和工具。隨著鉆井深度的不斷增加，鉆井工藝技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)鉆柱的性能要求也越來越高。目前，已廣泛使用具有防斜、防震、防卡等作用，由一種或數(shù)種鉆具組合而成的復(fù)合鉆柱。這種復(fù)合鉆柱與不同的工藝措施相互配合，可以控制井斜的變化、改善鉆頭的工作狀態(tài)、減少卡鉆事故，進(jìn)而獲得多方面的綜合效益。

鉆柱的使用貫穿于鉆井作業(yè)的全過程，因此鉆柱的作用有：(1)起下鉆頭；(2)施加鉆壓；(3)傳遞動(dòng)力；(4)輸送鉆井液。鉆柱在井下工況復(fù)雜、環(huán)境惡劣，往往是鉆井設(shè)備和工具中的薄弱環(huán)節(jié)。正確選配鉆柱、合理使用好鉆柱，對(duì)于提高鉆井速度、降低鉆井成本有著不可忽視的重要意義。

鉆柱由多種不同的鉆具組成。其組成方式隨鉆井條件和鉆井方法不同而有區(qū)別。組成鉆柱的基本鉆具包括鉆鋌、鉆桿、方鉆桿和配合接頭。

1.鉆鋌鉆鋌又叫做加重鉆桿。在鉆井時(shí)，鉆鋌下面與鉆頭相連，用自身的重力給鉆頭施加壓力。鉆鋌的特點(diǎn)是壁厚、強(qiáng)度和剛度大，受壓后不易彎曲，因而有利于鉆直井眼。

2.鉆桿鉆桿連接在鉆鋌和方鉆桿之間。鉆桿的兩端裝有相互連接用的接頭。鉆井工人習(xí)慣稱單根鉆桿為“單根”，2～3根鉆桿連在一起時(shí)稱之為“立根”。

鉆桿的壁厚比鉆鋌薄。鉆桿在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)與井壁摩擦而不斷磨損，在拉、壓與扭轉(zhuǎn)力的作用下有時(shí)會(huì)出現(xiàn)折斷事故。近年來，已廣泛使用對(duì)焊接頭鉆桿和高強(qiáng)度鋁合金鉆桿等，從而減輕了鉆柱重力，減少了鉆桿的折斷事故。

3.方鉆桿方鉆桿連接在鉆柱的最上部，它的多邊形截面與轉(zhuǎn)盤中的方補(bǔ)心內(nèi)孔相配合。方鉆桿進(jìn)入轉(zhuǎn)盤后只能上下移動(dòng)，因此在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，就能帶動(dòng)鉆桿、鉆鋌和鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。為了避免接單根后方鉆桿入不了轉(zhuǎn)盤，方鉆桿的長度一般比鉆桿長2～3m。

4.配合接頭由于組成鉆柱的鉆具種類、尺寸和扣型不同，因此一般不能直接相互連接，需要使用配合接頭才能連接成統(tǒng)一和諧的鉆柱。

綜上所述，鉆鋌、鉆桿、方鉆桿和配合接頭等幾種鉆具構(gòu)成了基本的鉆柱。隨著鉆井工藝技術(shù)的發(fā)展，在鉆井中除使用上述基本鉆柱外，還研究開發(fā)出一系列能進(jìn)一步提高鉆井工作指標(biāo)的復(fù)合鉆柱。使用最廣泛的是基本鉆柱加三器(扶正器、減振器和震擊器)構(gòu)成的復(fù)合鉆柱。鉆具組成如圖5-4所示。

圖5-4 鉆具組成示意

1―水龍頭；2―配合接頭；3―方鉆桿；4―保護(hù)接頭；5―鉆桿；6―鉆鋌；7―配合接頭；8―鉆鋌；9―鉆頭5.扶正器要用好鉆頭、提高鉆速，就要強(qiáng)化鉆井措施。一般情況下，鉆壓加得過大就會(huì)引起井斜。在鉆井實(shí)踐中往往根據(jù)地層的不同性質(zhì)和防斜要求，用扶正器構(gòu)成多種防斜鉆柱。通常要使用好幾個(gè)扶正器：下扶正器緊接在鉆頭之上，中扶正器距鉆頭約十幾米。鉆進(jìn)時(shí)，扶正器與井壁接觸，對(duì)鉆頭起扶正和導(dǎo)向作用。為了保證扶正器能較好地接觸與支承井壁，其外徑要盡可能接近鉆頭直徑。

加用扶正器構(gòu)成的防斜鉆柱若設(shè)計(jì)和使用恰當(dāng)，可以防斜，使井眼規(guī)則，保證鉆頭平穩(wěn)工作，提高工作指標(biāo)。實(shí)踐證明，這些防斜措施是行之有效的。

6.減振器減振器能吸收鉆井過程中所產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)負(fù)荷，從而提高鉆頭的使用壽命，減輕鉆鋌以及其他井下鉆具的疲勞。減振器一般都裝在靠近鉆頭的地方。

減振器的最主要構(gòu)件是減振元件。有各種類型的減振元件：不銹鋼網(wǎng)柱、橡膠筒、鋼蝶形盤、鋼彈簧及可壓縮介質(zhì)(水墊或氣墊)等。有些減振器只能吸收垂直振動(dòng)，而另一些減振器可以同時(shí)吸收垂直和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

國外從20世紀(jì)50年代開始研究減振器，60年代推廣使用，取得了明顯的效益。

7.震擊器由于普遍使用小間隙的扶正器、滿眼鉆具等防斜鉆柱以及減振器等特殊鉆具，增加了卡鉆的可能性，尤其是在復(fù)雜地層中。國外很早就使用震擊器，不僅僅把它作為打撈和處理卡鉆事故的常用工具之一，而且在地層測試、取心鉆進(jìn)、側(cè)鉆、套銑等作業(yè)和正常鉆進(jìn)時(shí)也在鉆柱中裝接震擊器。震擊器的結(jié)構(gòu)類型很多，有機(jī)械的和水力的等。它們都是采用一定的結(jié)構(gòu)，在鉆柱受拉作彈性伸長時(shí)積存彈性能量，當(dāng)拉到一定位置時(shí)突然釋放能量使震擊器發(fā)生震擊動(dòng)作，震動(dòng)被卡的下部鉆柱以達(dá)到解卡目的。

三、鉆頭油氣埋藏在地下，為了尋找油氣，取得地下資源，必須大量地破碎巖石、鉆穿地層。現(xiàn)在的鉆井方法主要是用機(jī)械方法破碎巖石。破碎巖石的工具就稱為鉆頭。

鉆頭是破碎巖石、形成井眼的主要工具。鉆頭的性能直接影響著鉆井速度、鉆井質(zhì)量與鉆井成本。如果能少用鉆頭迅速鉆完一口井，那將會(huì)使整個(gè)鉆進(jìn)過程中的起、下鉆次數(shù)減少，建井速度加快，鉆井成本降低。因此，制造具有高破碎效率、堅(jiān)固耐用的鉆頭，選擇和使用好鉆頭，就具有特別重要的意義。

由于鉆頭所破碎的巖石性質(zhì)不同、鉆井目的和要求不同，在石油鉆井中會(huì)使用多種不同類型的鉆頭，如刮刀鉆頭、牙輪鉆頭和金剛石鉆頭等。使用最廣泛的是牙輪鉆頭，多用于中硬和堅(jiān)硬地層以及深井中。刮刀鉆頭在我國一些高塑性、軟地層的油田也有突出的地位。金剛石鉆頭在極硬地層和深井中使用效果較好。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，鉆頭的類型和結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)展和改進(jìn)。20世紀(jì)70年代以后，出現(xiàn)了以人造金剛石為切削元件的鉆頭。多年的現(xiàn)場使用效果已經(jīng)證明，這種鉆頭具有很好的發(fā)展遠(yuǎn)景。

1.刮刀鉆頭刮刀鉆頭是旋轉(zhuǎn)鉆井中最早使用的一種鉆頭。這種鉆頭結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，各油田都能自己設(shè)計(jì)和制造。刮刀鉆頭適用于鉆松軟的地層(如泥巖、頁巖和泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖等地層)，可以取得很高的機(jī)械鉆速和鉆頭進(jìn)尺。但是，在鉆硬且研磨性高的地層時(shí)，刀片吃入困難、鉆頭磨損快、機(jī)械鉆速低，有時(shí)還出現(xiàn)憋跳現(xiàn)象，對(duì)鉆具和設(shè)備壽命有一定的影響。盡管如此，只要我們正確使用，充分發(fā)揮刮刀鉆頭在軟地層中鉆進(jìn)的優(yōu)勢，對(duì)提高鉆井速度、降低鉆井成本仍然是有效的。

20世紀(jì)70年代以后，我國開始研制和使用人造金剛石刮刀鉆頭。這種鉆頭刀翼的幾何形狀基本上與硬質(zhì)合金鑲塊刮刀鉆頭相同，只是將部分硬質(zhì)合金塊換成了人造聚晶金剛石鑲塊。由于金剛石的耐磨性高于硬質(zhì)合金，可以增加鉆頭的使用時(shí)間，延長鉆頭壽命，提高單只鉆頭進(jìn)尺，創(chuàng)造出許多先進(jìn)的鉆井指標(biāo)。

2.牙輪鉆頭牙輪鉆頭是石油鉆井中使用最廣泛的鉆頭。牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)具有沖擊、壓碎和剪切破碎巖石的作用。牙齒與井底的接觸面積小、比壓高，工作扭矩小，工作刃總長度大。因而使牙輪鉆頭能適用于多種性質(zhì)的巖石。常用的三牙輪鉆頭如圖5-5所示。

圖5-5 三牙輪鉆頭

目前，國內(nèi)各鉆頭廠根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場需要，不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，使牙輪鉆頭的生產(chǎn)在品種、數(shù)量和質(zhì)量方面都得到很大的提高，已初步建立了國產(chǎn)牙輪鉆頭的產(chǎn)品系列。

根據(jù)牙齒的特征，將三牙輪鉆頭產(chǎn)品分為銑齒鉆頭和鑲齒鉆頭兩大類。其中銑齒鉆頭有六個(gè)系列，鑲齒鉆頭有兩個(gè)系列。

in、6in等規(guī)格的鉆頭。國外鉆頭系列十分繁雜，這里不做介紹。

3.金剛石鉆頭以金剛石做工作刃的鉆頭稱為金剛石鉆頭。金剛石鉆頭早期是在地質(zhì)鉆探中使用，在石油鉆井中使用只有四十多年的歷史,最初只用在極硬地層和研磨性大的地層。近年來，金剛石鉆頭品種增加，使用范圍擴(kuò)大。從極軟地層到極硬地層均可使用，并取得了滿意的效果。

金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由金剛石、胎體、鋼體和接頭等四部分組成，如圖5-6所示。

圖5-6 金剛石鉆頭

1―鋼體；2―胎體；3―金剛石；4―接頭接頭上部有用于連接鉆柱的絲扣。鋼體與接頭之間也用絲扣連接，然后焊死形成一體。鋼體下部與胎體燒結(jié)在一起。胎體是固定金剛石的母體，由帶粘結(jié)劑的碳化鎢粉制成，中間有水眼，底面有水槽，側(cè)面開有排屑槽。

聚晶金剛石切削塊鉆頭是20世紀(jì)70年代后期美國鉆井工業(yè)的一項(xiàng)重要成就。這種鉆頭的切削塊是用人造金剛石單晶在高溫高壓下聚合而成的聚晶體。鉆進(jìn)時(shí)，聚晶體不斷剝落，新的鋒銳小晶體不斷出露，因而能使切削塊在磨損過程中不斷地“自銳”。其切削刃是鋒利、高耐磨、能夠“自銳”的金剛石切削塊，因此能在低鉆壓下取得高進(jìn)尺(為牙輪鉆頭的4～6倍)和高鉆速(為牙輪鉆頭的2倍以上)。聚晶金剛石切削塊鉆頭有聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(簡稱PDC鉆頭)、熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭(簡稱TSP鉆頭或BDC鉆頭，也稱巴拉斯鉆頭)、馬賽克鉆頭和大復(fù)合片PDC鉆頭。

PDC鉆頭切削塊上的聚晶金剛石復(fù)合片極薄極硬，比碳化鎢底層的抗磨性高100倍以上。鉆頭工作時(shí)，由于碳化鎢比復(fù)合片磨損得快，使復(fù)合片隨時(shí)裸露出保持銳利的刃口。在較低的鉆壓下即可切入巖石，并在扭矩的作用下切削巖石。由于切削塊可以“自銳”，這就使整個(gè)鉆進(jìn)過程中鉆頭以切削方式破碎巖石，從而能實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)。PDC鉆頭適用于軟至中硬地層。

巴拉斯鉆頭的切削塊是耐溫1200℃的熱穩(wěn)定聚晶人造金剛石。熱穩(wěn)定聚晶金剛石切削塊可制成三角體形、立方體形、圓柱體形和針狀等多種幾何形態(tài)。巴拉斯鉆頭以剪切和研磨方式破碎巖石，適合在中硬到硬地層使用，曾經(jīng)獲得過很好的鉆井指標(biāo)。四川川東地區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明：用這種鉆頭在某些地層中鉆進(jìn)，比XHP5型三牙輪鉆頭平均鉆頭進(jìn)尺提高2～4倍、機(jī)械鉆速提高20%～40%、純鉆井成本下降10%～12%。

馬賽克鉆頭既有熱穩(wěn)定聚晶塊的耐高溫性質(zhì)，又兼有復(fù)合片的切削能力。

目前，天然金剛石鉆頭和大復(fù)合片PDC鉆頭在油田使用較多，能獲得滿意的經(jīng)濟(jì)效益。