采油钻井仿真实习报告

采油仿真实习报告

一，安全操作生产：

安全操作是生产实习中最基本，最重要的环节。只有我们安全操作才能保证安全生产，有了安全生产才能有预期中的产量。所以安全操作是我们应该首先学习的知识。

安全操作包括以下十三项（其中安全基础知识，劳动保护品，采油安全事故和灭火器的使用，检查以及保养四项是重点）：

（1）安全基础知识

1安全生产法：立法宗旨、立法目的、适用范围

2权利和义务

2安全常用术语：安全生产、安全管理、安全条件、系统安全性、安全状况、特别重大事故、风险、高处作业、高处坠落、工伤、工伤保险、应急救援、特种作业、特种设备等。4安全教育

5安全色及安全标识：红色--禁止、停止，黄色--警告、注意，蓝色--指令、必须遵守，绿色--通行、安全、提示信息。

（2）劳动保护品

1头部防护2呼吸防护3眼部防护4手部防护5耳部防护6躯干防护7足部防护8背部防护9防摔

（3）电气安全

（4）防尘安全

（5）防毒安全

（6）防火防爆

（7）交通安全

（8）环境保护

（9）压力容器安全

（10）油井安全管道HSE

（11）采油安全事故

通过观看各类安全事故的模拟动画，思考导致安全事故的原因，从而加深我们了对各种采油安全事故的直观理解，从而激发了我们安全操作的意识。

1抽油机光杆伤人事故

2抽油机横梁亡人事故

3火烧没有泄压水井伤人事故

4井口工艺喷火伤人事故

5井口工艺未泄压伤人事故

6没有加强监护螺杆泵亡人事故

7没有停机抽油机曲柄亡人事故

8没有停机抽油机伤人事故

9没有系安全带抽油机伤人事故

10没有泄压水井伤人事故

11巡检不及时抽油机曲柄亡人事故

（12）修井作业安全事故及相关操作

（13）灭火器的使用、检查及保养

二，完井：

（1）定义

指油气井的完成，抽象的讲是根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层和油气井井筒之间的合理联通渠道或联通方式。

从完钻后到移交试油或投产前的工作，包括电测、井壁取心、通井划眼、下套管、住水泥固井、测声幅、钻水泥塞和试压等一系列工作。

（2）方法

1裸眼完井法：套管下至生产层顶部进行固井，生产层段完全裸露的完井方式。使用裸眼完井要求地层岩性完整，井壁不会坍塌且岩层不会脱落。

2射孔完井法：钻开油气层后，将油气层套管下至井底、井在套管与井壁间注入水泥，而有一定温高，当水泥凝固后，对油气层射孔，使油气层和井筒连通的完井方法。

3筛管完井法：钻穿油气层后，把带筛管的套管下入到油气层部位，然后注水泥封隔油气层顶界以上的环形空间的完井方法。

4砾石充填完井法：下扩孔钻头钻穿油气层，在对应油气层的部位下筒管，井在筒壁与井眼的环形空间充填砾石，最后封隔筒管以上环形空间的完井方法。

三，井身结构：

包括井中套管的层数以及各层套管的直径，下入深度和管外的水泥返高，以及相应各井段钻进所用钻头直径，井身结构是钻井施工设计的基础。

（1）井身各部分名称

1采油井口装置：井的地面部分，用于控制，调节和管理油、气井生产，密封井口油、套管环形空间的各种控制装置。为了控制油、气、水的流动方向和压力大小而在井口装备的一套控制装备。井口装置由套管头、头及采油树三部分组成。

2采油树：用于控制井口，由闸阀和四通组成的树状井口装置。由阀门和管汇组成的数量。装在头法兰最上端，用于控制油、气、水井的生产。

3套管头：井口装置的下部分称套管头。其作用是将外部的各层套管与生产套管（油层套管）连接起来，使管外空间严密不漏。

4头：头是井口装置的中间部分，由套管四通与悬伸器组成，其作用是吊挂、密封与套管之间的环形空间。

5套管：下入井眼内用于支撑晶壁、保持井眼通畅的圆形无缝钢管。用水泥固定在井壁上的钢管称为套管。它主要起封隔油、气、水层，加固油、气、水层，加固井壁等作用。6导管：防止钻井是井口坍塌，建立压井液循环而下的管柱称为导管。

7表层套管：为防止井眼上部地表疏松层的垮塌和上部地层水的侵入以及安装防喷器装置而下的套管。(图)

8技术套管：为保证钻井顺利到达目的层并有利于中途测试，对目的层上部的粉塌地层进行封隔而下入的套管。(图)

9油层套管（生产套管）：为保证正常生产和井下作业而下入井眼内的最底层套管。(图)

（2）井身结构

1直井：井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井。

流动方式：径向流。

井身结构：

第一层：表层套管：下在最上部，固定地表土，防止坍塌。

第二层：技术套管：封隔水层水窜，数量无

第三层：生产套管：封住水泥返高然后进行射孔。

2斜井：它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。

使用条件：1.地层土状况；2.地面状况：比如海洋开采平台的位置或者陆上油在住宅；地下优势：与直井相比接触面积大；

井身结构

3水平井：井斜角大于或等于86，井身沿着这种角度钻进一定长度的井。

使用条件：1.油田物性差；2.有小薄层，如果打直井接触面积小3.存在边水底水

地下优势：1.水平井可以延缓边底水推进（在直井中底水形态为水锥，水平井底水形态为水脊，水脊的波及面积大）；2.垂向渗透率高

流动方式：平面流径向流结合。

井身结构

四，注水生产：

注水开采是指油田开发过程中，通过专门的注入井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有很强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。

注水生产实习主要围绕注水生产的工艺流程进行学习，在实习中我们在老师的指导下对注水生产工艺流程的仿真教学平台进行了深入的认识，并且了解和掌握了基本的注水生产工艺流程。

（1）地面部分

水罐：储水，给管线提供压力、净化（图）。

高压泵组：柱塞泵:常压（图）；多级离心泵：高压（图）。

配水间：注水量配给（图）。

（2）井下部分

1油井（图）

2注水井

a、分层注水井：分层注水指在注水井中下入封隔器，把差异较大的油层分隔开，再用配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，中低渗透率油层注水量得到加强，使各类油层都能发挥作用。主要作用是提高了波及系数。（图）

b、笼统注水井：下和喇叭口，直接往里灌水，地下不加以控制的方式，笼统注水是相对于分层注水而言的。（图）

（3）采油树1采油树

技术上称为井口控制阀，其主要作用是：a.悬挂油、水井内的柱b.控制调节油井油气流井量c.保证注水井的注水，洗井等生产措施正常进行d.保证油井清蜡、取样、测试等生产措施正常进行。（如图）

（4）阀门

1、套管阀门：是控制油套环形空间的阀门

2、生产阀门（阀门）：是控制内空间的阀门

3、总阀门：是在套管阀门之上，生产阀门之下控制内空间的阀门

4、套压表：是反映内空间压力大小的仪表

5、套管四通：是连通油、套环形空间和套管阀门和套压表的部件

6、四通：是连通内空间和生产阀门和油压表的部件。

五，采油生产：

（1）自喷采油法

1定义：依靠油层天然能量将油从井底连续举升到地面的采油方式。原油从油层流到计量站，一般要经过四种流动过程：原油沿油层流入井底(渗流），从井底沿井筒流到井口（垂直多相或单向管流），通过油嘴（嘴流），沿地面管道流至计量站（多相水平管流）。

2自喷流体的几种流态：

a、纯油流：由于强大的地层压力将纯油向上举升在垂直管中形成的纯油流动形态。

b、泡流（图）：在井筒中从低于饱和压力的某点起，气体开始从油中分离出来，这事，由于此处压力高，气量少，气体都以小气泡状态分散在液相中，混合物的流动结构称为泡流。特点：液体是连续相，气体是分散相，由于气泡的存在，降低了井筒中混合物的比重，在相同的井底流压作用下，可使液柱高度增加，但举液的作用（或称持液）却很小。

c、断塞流（图）：当压力逐渐增加，管中气体逐渐增多，小气泡合并为大气泡。直到占据整个断面时，在井筒里形成一段油，一段气的结构，这种流动类型，称之为段塞流。这时，气泡托着油柱向上流动，气体的膨胀能得到好的发挥与利用。

d、环流（图）：压力继续增大，气相体积继续增大，炮弹状的气泡不断加长，逐渐由中间突破，形成中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构，这种流动形态称之为环流。在环流结构中，两相都是连续的，气体举油作用主要靠摩擦携带。

e、雾流：当压力增加到一定值，气体体积流量相当大，中间连续流动的气流越来越粗，沿管壁流动的油环越来越薄，绝大部分油都以小油滴的形态分散在气流中，这种流动结构称为雾流。此时气相是连续相，液相是分散相。由于仿真设备条件有限，所以压力值不能达到模拟雾流的流动结构。

（2）气举采油法

半封式气举采油：将气体注入油套环空，气流向上运动驱油，油压降低，地层油进入井底。

既可以用于连续气举，也可以用于间歇气举

（3）机械采油法

利用机械能量帮助油举升到地面的采油方式，分为无杆泵采油法和有杆泵采油法。

六：泵和抽油机：

（1）无杆泵采油

电动潜油离心泵采油（图）：是一种在井下工作的多级离心泵，用下入井内，地面电源通过潜油泵专用电缆输入井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转产生离心力，将井中的原油举升到地面。适用于液量较大的情况。

地面部分：变压器组，自动控制台和辅助设备组成

井下部分：多级离心泵，保护器和潜油电动机组成

中间部分：电缆和组成

电流卡片：正常运行（图），电源电压波动，气体影响，油泵发生气锁，泵抽空，泵抽空不合理启动，欠载停机，欠载保护失灵，正常过载停机，手动强制再启动，泵在有杂质的井液运行，载荷波动。

（2）有杆泵采油（油田常用采油方式）

螺杆泵采油方式（图）

原理：通过螺杆的回转来吸排液体。由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分割成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续的推移出排出端，将封闭在各空间的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的原理。

（3）抽油机

a.工作原理：动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄做低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂到驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱做往复运动。

b.气锚对泵效影响的实验

抽油泵的效率是分析抽油机井工作状况的重要参数，根据气液混合物流过抽油泵的能量方程式和机械能守恒原理可以分析抽油泵的效率。泵的实际排量要小于理论排量，两者的比值称作泵的容积效率，油田统称泵效。

气锚是在井下流体进入泵前将部分气体分离出来，减小气体对泵的影响，提高泵效的结构。气锚安装在泵的入口处，在油进入泵前将其中的部分气体分离出来，减少进入泵筒的气量。气锚：通过离心分离原理将进入气锚内的气液混合液体进行分离，分离后的液体再经重力分离和偏心分离，分离后的液体进入，而分离出的气体被排入环空，从而达到气液有效分离的目的。

有气锚的时候有大气泡，无气锚的时候有小气泡。

冲次6，t=30s

钻井仿真实习报告

一，钻井：

（1）钻井模型

1.泥浆池2.泥浆储备罐3.重晶石粉罐4.柴油机组5.发电房6.油罐7.配电房8.布线盒9.扶梯10.提升装置11.放喷阀12.压井放喷管汇13.压井阀14.逃生梯

15.压井车16.休息房17.远程控制房（蓄能器）18.井架19.防喷器组20.坡板21.

底座22.钻杆排放架23.监控室24.节流管汇25.液气分离器26.污水池

（2）钻井工具

1随钻上击器2随钻下击器3超级液压震击器4液压减震器5双向减震器6螺杆钻具7整体直棱稳定器8整体螺旋稳定器9涡轮钻具10双卡瓦封隔器锚定总成11地锚总成12固定角度弯接头13钻柱铣锥14自锁式取心工具15机械加压式取心工具16篮状卡瓦打捞筒17可退捞矛18公锥19母锥20正/反循环磁力打捞器21（局部）反循环打捞篮22倒接头23机械式内割刀24机械式外割刀25锯齿形安全接头26铅模27长（短）壁钩28领眼磨鞋29半圆式引鞋30随钻打捞杯31吊卡32三片式卡瓦33安全卡瓦34方补心35割缝筛管36射孔37水力射孔

（3）钻井设备

1、转盘2、5吨气动绞车3、液压大钳4、绞车5、交流变频顶驱动装置6、水龙头7、气体分离器8、大钩9、游车10、天车

二，固控：

（1）固控模型

固控教学系统主要包括钻井起升系统、泥浆循环系统、固控设备等。其中钻井起升系统包括井架、天车、游车、绞车等；泥浆循环系统包括井筒、水龙头、立管、并泵管汇、钻井泵、泥浆罐等；固控设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机、搅拌器、混合漏斗等。

1.泥浆罐2.振动筛3.除砂器4.除泥器5.离心机6.井筒7.并泵管汇8.钻杆9.钻井泵10.搅拌器11.混合漏斗12.立管13.水龙头14.游车15.井架16.天车

（2）固控系统

1，起升系统

为了起下钻、下套管、控制钻压及钻头钻进等，钻机配备有一套起升设备，以辅助完成钻井生产，主要由钻井绞车、游动系统（天车、游车、大绳）和井架机构组成。另外，还有用于起下钻操作的井口工具及机械化设备，如吊环、吊卡、动力大钳、立根移运机构等。

1.1绞车

钻井绞车不仅是起升系统设备，也是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作组之一。它是一台多智能的起重工作机。主要由以下部分组成：

①滚筒及滚筒轴总成这是绞车的核心部件。

②制动机构包括机械刹车和水刹车、电磁刹车、伊顿刹车。

③锚头和锚头轴总成用以上卸丝扣、起吊重物；有的重型钻机绞车上还包括捞砂滚筒，用以提取岩心筒。

④传动系统引入并分配动力和传递运动。

⑤控制系统包括牙嵌式、齿式、气动离合器，司钻控制台，控制阀件等，一般都属于钻机控制系统的组成部分。

⑥支撑系统有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。

1.2天车

天车是钻机提升系统的固定部分，安装在井架顶部的定滑轮组,与游车用钢丝绳联系组成一套滑轮系统，它承受最大钩载和快绳、死绳的拉力，并把这些载荷传递到井架和底座上，在最大钩载一定的情况下游动系统绳数越多，快绳的拉力越小，从而可减轻钻机绞车在钻井各种作业(起下钻、下套管、钻进、悬挂钻具)中的负荷并减少发动机组的配备功率。

1.3游车

在井架内部上下往复运动的动滑轮组。与大绳、天车共同构成游动系统。主要由滑轮、轴承、侧板、侧护板、滑轮轴、吊梁等组成。用于悬吊和起下钻柱杆、更换钻头、下套管等作业。

1.4井架

井架用来支撑全重量，钻井工艺要求它具有足够的承载能力以保证能起下一定深度的钻柱和下放一定深度的套管柱，还要求具有足够的工作高度和空间，足够的钻台面积。

井架可分为塔形井架、A型井架、桅形井架和π型井架（即前开口型井架）。其中前开口形井架本体分成四五段，各段一般为焊接的整体结构，段间采用锥销定位和螺栓连接，地面或接近地面水平安装，整体起放，分段运输；因受运输尺寸，井架本体截面尺寸比塔形井架小。为方便游动系统设备上下畅行无阻和便于放置立根，井架做成前扇敞开、截面为Π型不封闭空间结构。井架各段两侧扇桁架结构形式相同。为保证司钻良好的视野，背扇采用不同的腹杆布置形式。在钻深井方面，多采用该井架。

为了及时清洗井底、携带岩屑、保护井壁，钻机配备有全套钻井液的循环设备。2，泥浆循环系统

2.1水龙头

水龙头通过提环挂在大钩上，上部通过鹅警管与很长的水龙带相连，下部接方钻杆，连接下井钻具，是钻机中非常具有专业特点的设备。悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以至全部钻具重量；向转动着的钻杆柱内引输高压钻井液，是提升、旋转、循环三大工作机组交汇的“关节”部件，在钻机组成中占有重要的地位。

水龙头主要由承载系统、钻井液系统、辅助系统三部分组成。①承载系统主要包括中心管、方钻杆接头、壳体、耳轴、提环和主轴承等。井中钻具通过方钻杆加到中心管上；中心管通过主轴承座在壳体上，经耳轴、提环将载荷传给大钩。②钻井液系统包括鹅径管、钻井液冲管总成等。高压钻井液经鹅径管进入冲管后，流进旋转着的中心管到达钻杆柱内。冲管总成上的上、下钻井液密封盒用以防止高压钻井液泄漏。③辅助系统包括扶正和防跳辅助轴承、机油密封盒组件及上盖等。上、下辅助轴承对中心管起扶正的作用，保证其工作稳定，其摆动，以改善钻井液和机油密封的工作条件，延长其寿命。上辅助轴承是止推轴承，可承受钻修井过程中由钻杆柱传来的冲击和振动，防止中心管轴向窜跳。

浮动冲管总成是水龙头的关键组件，是将不随中心管转动的鹅径管中的高压流体传送到旋转着的中心管中的转换装置。

2.2钻杆

钻杆是钻柱组成的基本单元，是传递转盘扭矩、游车提升、加压给钻具（钻头等）的直接承载部分，是完成修井工艺过程的基本配套专用管材。钻杆与工具组成钻杆柱，其重要作用是传递扭矩，输送工作液，完成修井工作要求。

2.3钻井泵

钻井泵主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、阀室、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以角速度ω旋转，活塞即由一端向另一端移动，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，直到活塞移动到死点位置，为液缸的吸入过程。曲轴继续旋转，活塞开始从另一端向起始点运动，缸内的液体受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被打开，液体经排出阀和排出管进入排出池，直到活塞移到死点为止，为液缸的排出过程。曲轴连续运转，每一周(0-2π)内活塞往复运动一次，单作用泵的液缸完成一次吸入和排出过程。

2.4泥浆罐

泥浆罐是石油钻井中用于沉降净化和配置钻井泥浆箱体，是循环系统和固控系统的重要组成

部分。根据罐底部形状可分为方形罐和锥形罐。罐体采用平板锥形结构或瓦楞结构钢板与型钢组焊，罐面及走廊采用防滑钢板和防滑条形网板，罐面栏杆采用方钢管制作，为无障碍可折叠结构，插接牢固。罐面配备清水管线以清洗罐面及设备，罐面网板采用浸锌处理。上罐梯子采用槽钢做主体，用防滑条形网板做踏板，双侧护栏设有保险挂钩。石油钻井泥浆罐设标准防砂、防雨棚，罐内设置暖气保温管线。

3，固控设备

3.1振动筛

振动筛是钻井掖固控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的作用，分离出固相钻屑，使较清洁的钻井液进入后几级分离设备。

ZYNS—D圆形筛是根据筛面产生圆形振动轨迹的振动理论设计而成。做高速圆形旋转的筛面，每旋转一次，钻屑就被抛向筛子的上前方。2ZPTS平衡椭圆筛是根据筛面产生椭圆形运动轨迹的振动理论设计而成的。直线轨迹振动筛的工作原理是激振器上两个主轴反向对称旋转一周时，主轴上的一对激振块产生的振力，使钻井液中的钻屑沿着与水平面成50角的方向被抛向筛子的上前方，钻屑连续地从筛网上排出，透过筛网的钻井液进入后几级固控设备。

3.2除砂器

利用离心分离原理，当含有悬浮颗粒的钻井液被泵入圆柱蜗壳后，钻井液被迫做高速旋转运动，产生极大的离心力。随着液体向锥形的底部移动，由于锥形底部越来越小，液体的角速度也越来越大，相对于液体的固相部分，其密度较大，因此被甩向筒壁，最后沿筒壁做向下的惯性移动直至由锥筒底部排渣口排出。同时，与固相分离后的较轻的液体在锥筒内部产生一个反向旋涡并向上运动，经垂直导流管离开锥筒完成固液分离。

当离心力不足以使较小的颗粒从液体中分离并甩向筒壁时，则这部分固体又被液体带走。不同规格的锥筒可产生不同的离心力场，分离不同大小的固相颗粒。采用旋流器从加重钻井液中清除无用固相的同时，在底流中也有相当多的重晶石。旋流器底流下的细目筛，清除了大颗粒岩屑，而重晶石透过筛网又回到循环罐内。

3.3除泥器

由砂泵把经过除砂器处理过的钻井液以一定的压力和排量送入除泥清洁器的旋流器中，钻井液在旋流器中高速旋流，产生强大的离心力，从而实现固液分离。被分离出的固相混在极少量的钻井液中从旋流器的底流口排出，再经旋流器下方的振动筛过滤后排向循环罐外。经除泥清洁器净化后的钻井液从位于旋流器顶部的溢流口直接排入循环罐中。

3.4离心机

利用离心沉降或离心分离的原理对悬浮液进行固液分离的设备。可对钻井液中的1.5—12μm的细粒及胶体团相进行有效分离，从而降低或控制钻井液的密度及粘度。离心机可单独使用，亦可由几台联机使用。

钻井液通过卸料螺旋中心的进料管进入转鼓内，随转鼓一起高速旋转。在强大的离心力作用下，较重、较大的固颗粒被抛向转鼓内壁，并出卸料螺旋铲送至转鼓小端，经挤脱水后由喷渣口喷出转鼓；而较轻、较小的固相颗料及液相则通过转鼓大端的溢流孔溢出转鼓，从而实现钻井液的固液分离。

3.5旋流混合漏斗

一定压力的钻井液，由进液管沿切向泵入内旋筒，与从料斗加入的添加剂混合后，溢入外旋筒，再由沿切向布置的排液管排到体系中去。

3.6搅拌器

靠电机带动减速器，使叶轮旋转搅动钻井液，当钻井液接触到旋转的叶轮叶片时，它就被迫向下运动到罐底，然后沿罐壁向上返，使顶部和底部的钻井液不断地混合，

从而使钻井液密

度均匀一致。

三，井控：

（1）井控模型

井控教学系统包括防喷器控制系统、液控箱和节流压井管汇三部分。其中防喷器控制系统由司钻控制台和蓄能器组成。

1.司钻控制台2.液控箱3.蓄能器4.压井管汇5.钻井四通6.节流管汇

图2.1井控教学系统

（2）井控系统

1防喷器控制系统

防喷器控制系统是开关防喷器和液动放喷阀的装置。它能够提供足够压力和排量的压力油，井且平时把液压能贮存起来，在需要时通过控制阀件把液压油准确迅速地输送到防喷器和液动放喷阀的液缸，从而达到开关防喷器和液动阀的目的。

防喷器控制系统主要由司钻控制台和蓄能器及连接管汇等组成。

电泵或气泵将液压油打入储能器储存，当需要关闭防喷器时，将控制系统控制阀手柄扳至关位，高压油经管排架管汇进入防喷器关闭液缸，推动活塞运动．使防喷器关闭。当需要打开防喷器时，将控制手柄扳到开位，高压油进入开启油缸，推动活塞运动，打开防喷器。

1.1司钻控制台

司钻控制台是防喷器控制系统的一个重要组成部分，安装在钻台上司钻工作位置附近，由连接管汇将其与储能器连接，起到远程控制井控系统的作用。

司钻控制台主要由控制台壳体、换向阀、显示仪表等组成，如图2.2所示。

1.2蓄能器

蓄能器安装在远离井口较安全的位置，作远程控制之用。控制系统的主要部分由四部分组成：油泵组，通常包括电动泵、气动泵和手动泵；储能器组，系统中常用瓶式储能器和球形储能器。目前常用的“气控液”型控制系统均选用瓶式储能器、管路及各种阀件、底座及油箱。2液控箱

液控箱装设在钻台上立管一方。液控箱中的气泵与蓄能器能制备不高于2MPa的压力油并利用三位四通换向阀遥控节流管汇上的液动节流阀。司钻只需在钻台上观察立压表与套压表的压力变化及阀位开度的指示情况，一手操作三位四通换向阀手柄，一手调节调速阀手轮，即可实施压井作业。液控箱面板上装有立压表、套压表、阀位开度表、油压表、气压表、三位四通换向阀、调速阀等，如图2.1所示。

2.1壳体

液控箱壳体由钢板拼焊而成，坚固耐用，用于安装二位三通换向阀和显示仪表，及布置控制线路。

2.2仪表

气压表显示输入液控箱的压缩空气气压值，气源来自钻机气控系统。油压表显示液控油压值，压力油由蓄能器提供。阀位开度表用来显示液动节流阀的开启程度，即控制套管压力。立压表显示关井立管压力。套压表显示关井套管压力。

2.3换向阀

液控箱上的三位四通换向阀用来改变压力油的流动方向，遥控液动节流阀开大、关小或维持开度不变，从而控制关井套压与立压的降低、升高或稳定。

2.4调速阀

调速阀用来遥控液动节流阀开关动作的速度，从而控制套压与立压变化的快慢。3节流压井管汇

手动节流阀由人工转动手轮控制节流阀开启程度，液动节流阀由液动控制箱控制节流阀的开启程度，控制节流阀开启程度即可控制关井套压、立压的变化。当某一个节流阀发生故障需要检修时，可将上游与下游的阀门关闭，将另一个节流阀下游的阀门打开使其投入工作。当需要放喷时，可迅速打开放喷阀，关闭钻井液气分离器的输入阀门。节流管XX过节流阀的节流作用实现压井作业，替换出井里被污染的钻井液，同时控制井口套管压力与立管压力，恢复钻井液柱对井底的压力控制，直至溢流，也可以通过节流阀的泄压作用降低井口压力，实现“软关井”，还可以通过直通放喷阀通道大量泄液（气），降低井口套管压力，保护井口防喷器组。

当钻井液正常循环无法进行情况下，必须利用压井管汇往井里灌钻井液，需在压井管汇上连接高压泵使钻井液经单流阀进入井筒。当用全封闸板全封井口时，通过压井管汇往井筒里强行灌加重钻井液，实现压井作业。

（3）井控设备

1、单闸板/剪切防喷器

当液控系统高压油进入左右液缸闸板关闭腔时，推动活塞带动闸板轴及左右闸板总成沿壳体闸板腔分别向井口中心移动，实现封井。当高压油进入左右液缸闸板开启腔时，推动活塞带动闸板轴及左右闸板总成向离开井口中心方向运动，打开井口。闸板开关由液控系统换向阀控制。一般在3～5秒内即可完成开、关动作。

闸板/剪切防喷器要有四处密封起作用才能有效地密封井口，即：闸板顶密封与壳体的密封；闸板前密封与管柱、壳体及前密封相互间的密封；壳体与侧门之间的密封；闸板轴与侧门间的密封。

闸板的密封过程分为两步：一是在液压油作用下闸板轴推动闸板前密封胶芯挤压变形密封前部，顶密封胶芯与壳体间过盈压缩密封顶部，从而形成初始密封；二是在井内有压力时，井压从闸板后部推动闸板前密封进一步挤压变形，同时井压从下部推动闸板上浮贴紧壳体上密封面，从而形成可靠的密封，亦即井压助封作用。

2、环形防喷器（结构如图6）

在液压控制系统配套使用下，当井内有钻具时，能封闭不同尺寸的环形空间；当井内无钻具时，能全封闭井口。在进行取心，测井作业时发生井喷，能封闭方钻杆、取心工具、电缆、

。纲丝绳等与井筒形成的环形空间。在减压调压阀和缓冲储能器配合下，能通过18无细扣对

焊钻杆，进行强行起下钻作业。

环形防喷器由液压控制系统操纵。关闭时，高压油从壳体中部油口进入活塞下部关闭腔，推

动活塞上行，活塞锥面挤压胶芯。由于顶盖的，胶芯不能上行只能被挤向井口中心，直至抱紧钻具或全封闭井口，实现其封井的目的。

当需要开井时，操纵液压控制系统换向阀，使高压油从壳体上油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，关闭腔泄压，作用在胶芯锥面上的挤压力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，打开井口。

3、钻井套管头（结构如图7）

套管头是套管与防喷器组合之间的重要连接件，其下端与表层套管相连，上端与防喷器组连接。套管头主要作用有：①通过悬挂器支撑除表层套管以外的各层套管的重量；②承受防喷器组合的重量；③提高钻井井口装置的稳定性；④为释放可能储积在两层套管柱之间的压力提供出口，在紧急情况下可向井内泵入流体（压井泥浆、水和高效能灭火剂等）；⑤可进行钻采特殊作业，如从侧孔补注水泥以提高固井质量，酸化压裂时从侧孔加压以平衡内压力。

4、方钻杆旋塞

方钻杆旋塞是钻柱循环系统中的手动控制阀，是防止井喷的有效工具之一。装与方钻杆上部的为上旋塞，连接螺纹为左旋，下部的为下旋塞，连接螺纹为右旋。上下旋塞结构相同，均是球阀。其工作原理与普通球阀相同，即用手柄将球形塞向左或向右旋转90，即可实现关闭或打开旋塞。

5、箭形回压阀

箭型回压阀是石油、天然气钻井与修井时常用的内防喷工具之一。安装在钻杆和钻头之间，防止高压油气从钻具内喷出或钻井液从井底回流。

箭型回压阀本体是一个转换接头，顶开装置安装在上部，其它零件安装在接头内孔中。钻井液正常循环时，箭型阀芯落到下支座上，钻井液无压降的通过止回阀。当井下压力升高时，箭型阀芯紧压阀座，液体不能通过止回阀向上流。

6、投入式回压阀

投入式回压阀是石油、天然气钻井与修井时常用的内防喷工具之一。

当井下发生溢流时，将回压阀从钻具水眼内投入（或泵送）回压阀下行至就位接头，靠锯齿形锁牙相互锁定，而上行锥体迫使堵塞器胀大密封就位接头的孔壁，阀体下部孔内装有钢球和弹簧，利用弹簧力将钢球承托在阀体的密封座上，这时就位接头就和回压阀总成组成一套内防喷装置。

7、皮碗式堵塞器

皮碗式堵塞器是用于环形防喷器和半封闸板防喷器试压的一种工具，主要由心轴、堵塞器、堵塞器座、接头等件组成。

试压时将皮碗堵塞器接在钻杆下面，下入井筒第一根套管内，用于堵塞防喷器胶芯或闸板环空。从压井管汇将井口灌满清水，顺次关闭所要试压的防喷器，用钻机提升系统缓慢上提堵塞器，使其顺次通过半封闸板防喷器和环形防喷器，用试压泵憋压对防喷器进行逐一试压。

8、钻井节流管汇

手动节流阀由人工转动手轮控制节流阀开启程度，液动节流阀由液动控制箱控制节流阀的开启程度，控制节流阀开启程度即可控制关井套压、立压的变化。当某一个节流阀发生故障需要检修时，可将上游与下游的阀门关闭，将另一个节流阀下游的阀门打开使其投入工作。当需要放喷时，可迅速打开放喷阀，关闭钻井液气分离器的输入阀门。节流管XX过节流阀的节流作用实现压井作业，替换出井里被污染的钻井液，同时控制井口套管压力与立管压力，恢复钻井液柱对井底的压力控制，直至溢流，也可以通过节流阀的泄压作用降低井口压力，实现“软关井”，还可以通过直通放喷阀通道大量泄液（气），降低井口套管压力，保护井口防喷器组。

8、钻井压井管汇

当钻井液正常循环无法进行情况下，必须利用压井管汇往井里灌钻井液，需在压井管汇上连接高压泵使钻井液经单流阀进入井筒。当用全封闸板全封井口时，通过压井管汇往井筒里强行灌加重钻井液，实现压井作业。

四，固井：

（1）固井模型

1.钻机2.固井操作台3.固井管汇4.下灰车5.固井车6.实验台7.蓄水池8.供

水车9.水泥头

图2.1固井教学平台

（2）固井设备

1.1固井车

固井水泥车是由计算机进行自动控制的固井设备，它是一个集机械系统、自动控制系统和液压系统于一体的高性能的自动混浆灌浆设备。其装备的混配系统配备有轴流式混合器和自动密度控制系统，可根据需要精确地配制水泥浆，并具有重复循环二次混配功能，实现水泥浆密度的实时控制和调节。另外，工控机还能将作业过程中的施工参数自动记录保存，为固井施工和质量分析提供了一定的依据。固井水泥车只需一人在操作台上控制，即可完成固井作业。

固井水泥车主要部件包括：二类汽车底盘、柴油机、变速箱、三缸柱塞泵、齿轮水泵、水柜、

高低压管汇等。

1.2下灰车

下灰车主要功能是用于油田固井散装水泥的装载及运输，配合固井水泥车进行固井作业，下灰车利用压缩空气使水泥流态化，通过管道将水泥从灰缸输送到一定高度和水平距离。下灰车可以改善劳动条件，减少水泥损耗和环境污染，提高固井效率及固井质量。

下灰车的独特之处在于：当其他车辆的剩灰量达到一定程度，不能单独作业时，可两台或多台通过对接，将剩余水泥倒入一辆车内，从而达到降低车辆油耗，固井作业不中断的目的。

1.3供水车

供水车用于油、气固井施工时向固井车和井筒提供清水。包括一台柱塞泵、两台离心泵和两只计量罐。柱塞泵与水泥头的进液阀连接，用来压胶塞；离心泵用于向固井车提供清水混浆或与水泥头进液阀相连注洗井液或隔离液。

1.4单塞水泥头

水泥头是在注水泥作业中内装胶塞，具有压塞、注替管汇、阀门连接的高压井口装置。可实现洗井、注前置液、注水泥浆、压胶塞、顶替等操作。

2实验台

固井实验台是用于承载和摆放固井教学设备，学员进行实验学习的平台，面积是3m_2m，用优质木材制成。

井筒连接在防喷器组的下部，位于实验台内部空间，是实现井下固井流程的关键部件。由透明有机玻璃制成，设有两层玻璃管，外层为井眼，内层为固井管柱，各层间设有流动灯光，用以演示井下固井过程。

4操作台

固井操作台用于对地面固井流程进行操作。如图2.5所示，固井流程中各阀门处均由红色旋钮开关控制，各泵及车辆均用绿色按钮开关控制。按下按钮开关即为打开设备；逆时针旋转旋钮开关至竖直位置即为打开阀门，顺时针将旋钮开关拨至水平位置即为关闭阀门。

5.固井井下工具

固井井下工具是组成各种固井管柱的必要元件。

5.1水泥引鞋5.2金属引鞋5.3套管鞋5.4水泥浮鞋5.5水泥浮箍5.6浮球差压式自动灌浆阀5.7磁性定位短节5.8上（下）胶塞5.9水泥伞5.10刮泥器5.11弹簧扶正器5.12双塞水泥头5.13水龙带循环接头5.14联顶节5.15外磁式水泥浆磁化器5.16分级注水泥器5.17套管外封隔器

5.18机械液压双作用式尾管悬挂器5.19尾管回接装置5.20套管地锚5.21旋转水泥头短节

5.22套管封隔鞋5.23通径规5.24尾管水泥头5.25套管头5.26旋流短节

（3）固井管柱

2.1水泥引鞋2.2金属引鞋2.3套管鞋2.4水泥浮鞋2.5水泥浮箍2.6浮球压差式自动灌浆阀2.7磁性定位短节2.8上（下）胶塞2.9水泥伞2.10刮泥器2.11弹簧扶正器2.12双塞水泥头2.13水龙带循环接头2.14联顶节2.15外磁式水泥磁化器2.16内管法注水泥器2.17分级注水泥器2.18套管外封隔器2.19机械液压双作用式尾管悬挂器2.20尾管回接装置2.21套管地锚2.22旋转水泥头短节2.23套管封隔鞋2.24通径规2.25尾管水泥头

2.26套管头

五，测斜仪

整套模型由测斜短节、三自由度测试台、数据处理箱、计算机和连接电缆五部分组成，下面就五部分进行详细介绍。

1．测斜短节

如图一所示，测斜短节是模型核心，它由三个高灵敏度的加速

度计和三个高灵敏度的磁通门和相关电路组成，能够实现倾角和方位

的测量，给学生一个完整的立体倾斜和方位的概念，并能让学生亲手

获得不同倾角和方位数据，真正让学生完成从理论到实践的飞跃，使

学生获得锻炼，提高动手能力。

2．三自由度测试台

三自由度测试台可以完成测斜仪在倾角、方位和工具面三个角度的自由旋转和定位，通过测试台建立空间三位概念。

3．数据处理箱

图三所示为数据处理箱，主要完成测斜数据的采集、显示和上传。

4．计算机

计算机里装有测试软件，学生通过测试软件可以练习（具体请参考软件说明）。

5．连接电缆

连接电缆主要建立测斜短节和处理箱、处理箱和计算机的通讯。