防喷器基础知识

钻井施工作业时，需要一定的技术、设备，实施监测控制，防 止井喷产生。一旦发生井喷能及时准确控制井口，实施压 井作业，重新恢复对油气井的压力控制。有时井口设施损 坏严重，油气井失去压力控制，需采取抢险作业。完成上 述工作所使用的设备，通称为井控设备。所谓的井控设备 即用于实施油气井压力控制技术的一整套专用设备，仪表 与工具的总称。
井 控 设 备
操 作
返回
液压防喷器参数
公 定义：防喷器内部上下通孔直径，单位mm。
称 通
180mm、230mm、280mm、
种类： 346mm、426mm、476mm、
径
528mm、540mm、680mm。
额 定
定义：防喷器工作时能承受的最大井口压力，
工
单位MPa。
作 压 力
种类： 14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、
S
MPa
外形尺寸 mm 外径 高度
FH28-35 280(11) 35
< 30 ≤10.5 Φ1138 1056
FH35-35 346(13⅝) 35
< ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
≤10.5 Φ1270 1165
环形防喷器使用时注意事项
1、在现场不做封零的实验,只按规定做封管子的
实验。
2、液控油压不能过大,最大不许超过15MPa。通常
35
< 30
≤10.5 Φ 900 1090
FH28-35 280(11) 35
< 30
≤10.5 Φ1000 1205
FH35-21 346(13⅝) 21
< 30
≤10.5 Φ1050 1117
国产环形防喷器的技术规范
常用球形胶芯防喷器技术规范
型号
公称通径 最大工作 关井时耗 液控油压
压力
mm (in) MPa
3 强行起下钻—使 用具有18o坡度接 头的钻杆，配合减 压调节阀或缓冲储 能器。
球
组
形
合
胶
胶
芯
芯
防
防
喷
喷
器
器
环形防喷器的类型
锥 形 胶 芯 防 喷 器
锥型 胶芯 环形 防喷 器的 结构
锥形胶芯环形防喷器
特点: 1. 胶芯特点
◆ 锥形胶芯 ◆ 储胶量大 ◆ 自动恢复原状 ◆ 胶芯更换容易
无钻具时直接更换 有钻具时切割更换
液压防喷器特点：
1、动作迅速 • 环形防喷器的液动封井时间 • 一般不大于 30 秒 • 闸板防喷器的液动封井时间 • 为 3—8 秒 • 打开液动放喷阀的时间为 3 秒 2、操作方便、安全可靠：井口防喷器的开、关均
采用液压操作（是液压防喷器），气压或液压控 制
3、现场维修方便：闸板防喷器的闸板坏了，环形 防喷器的胶芯坏了，在现场都可以进行更换
发生溢流后关防喷器、关井，当进行压井作业时，钻井液泵 将钻井液从钻井液罐吸入，经地面高压管汇、立管、水龙 带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头到井底，替出井 内侵入流体，经四通侧孔至节流管汇，通过节流阀调控环 空压力。返出的钻井液经回流管线引至钻井液气体分离器， 清除侵入的气体后，合格的钻井液引至钻井液罐，清除的 气体经排气管线引至安全处燃烧，以防污染
活塞的特点
井
压
助 封
关井 (锥形胶芯)
液压油进入油缸 的关闭腔，推动活塞 上行，活塞挤胶芯， 在顶盖的限制作用下， 胶芯向心收缩，挤出 橡胶，封住井口。
开井(锥形胶芯）
液压油进入油 缸的开启腔，推动活 塞下行，活塞对胶芯 的挤压力消除，胶芯 在自身弹力的作用下， 恢复原状，把井打开。 同时下腔中的液压油 通过管线回油箱。
2) Lmax : 2000~4000m; pmax =14MPa ③FH-FZ-S (on-land); ④FZ-S-FZ (marine)
3) Lmax : 2000~4000m; pmax : 21~35MPa ⑤ FH-2FZ-S (on-land); ⑥ FH-FZ-S-FZ (marine)
4、处理复杂情况。在油气井失控的情况下， 进行灭火抢险等处理作业
井控设备组成如下：设备、仪表与工具。如图所示。
1、井口防喷器组：环形防喷器、闸板防喷器、四通等；
2、控制系统：储能器装置、遥控装置、辅助遥控装置；
3、节流管汇、压井管汇；
4、钻具内防喷工具：方钻杆球阀、钻杆回压阀、投入式单 向阀等；
5、加重钻井液装置：重晶石粉混合漏斗装置；重晶石粉气 动力下料装置；
105MPa。
注：红字数值为本油田常用。
1985以前： KPY □ □ - □ □ □
最大工作压力， 以kgf/cm2为单位。
公称通径,以cm为单位并取圆整值。 勘探用液压防喷器的汉语拼音缩写。
缺点：无法区分防喷器的具体类型。
1985以后： □□□□□-□□□
最大工作压力, 以MPa为单位。
公称通径，以cm为单位圆整。
4) Lmax : 4000~7000m; pmax : 70~105MPa ⑦ FH-FZ-2FZ-S (on-land); ⑧FH-2FZ-S-FZ (marine
14MPa井口防喷器组合形式
S+FH S+FZ+FZ FZ+S+FZ S+FZ+FH
21MPa 、35MPa井口防喷器组合形式 S+FZ+FZ+FH FZ+S+FZ+FH
2、 耐压能力 压力等级应大于可能出现的预期井口最高 压力。
3、 类型和数量 在空井、井内有钻具、钻具外径不同等各 种情况下迅速关井。
BOP 组合主要取决于最大井深Lmax和地层最大压力 pmax
1) Lmax＜2000m, pmax＜ 14MPa ①2FZ-S(on-land); ②FZ-FZ-S (marine)
5
钻具内的防喷工具
井口安装和固定
监测装置
循环罐液面监 测装置
循环罐液面报 警装置
主体组合控制
应急控制
井控装置试压泵
第一部分 防喷器原理及结构
一、概述：在钻井作业过程中，为防止地层流体侵入井内，应 始终保持井内钻井液液柱压力略大于地层压力。但在实际 钻井作业时，常常因各种因素的影响使井内钻井液液柱压 力小于地层压力，使井内压力平衡关系遭到破坏，而导致 井喷的产生，结果造成人身伤亡，钻机损坏，油层损害等。
胶芯寿命
短
长
长
开关一次 需油量的比值
2 中等
3 最多
1 最少
外形特征 径向小、高度高 径向大、高度低 径向、高度均小
重量
轻
稍重
特轻
国产环形防喷器的技术规范
常用锥形胶芯防喷器技术规范
型号
公称通径 最大工作 关井时耗 液控油压
压力
mm (in) MPa
S
MPa
外形尺寸 mm 外径 高度
FH23-35 230(9)
防喷器关闭后打不开
长期关井或固井后胶芯下残留水泥 浆凝固造成。清洗。
防喷器开关不灵活
① 连接液压管线前，用压缩空气吹扫， 将接头清洗干净。
② 油路有漏失，防喷器长时间不活动， 污物堵塞。
第三部分 闸板闸防板喷防喷器器的作用
1 封 零—井内无钻具用全封闸 板（盲板）封闭井口。
2 封 环 空 —井内有钻具时，配用 相应尺寸的半封闸板（管子闸板） 封闭环形空间。
6、起钻灌注钻井液装置；
7、钻井液气体分离器；
8、监测仪表：钻井液罐液面监测仪、甲烷、硫化氢等检测 器；
9、特殊作业设备：不压井起下钻加压装置、清障、灭火设 备等
井控作业基本流程
正常钻井作业时，钻井泵将钻井液从钻井液罐吸入，经地面 高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、 钻头循环到井底。携带岩屑沿环空上返，到井口后经防溢 管钻井液出口到振动筛、除气器，除砂器，净化后的钻井 液回流到钻井液罐。
因此了解井控设备的性能，正确安装维护，使井控设备发挥应 有的功能，是搞好油气井压力控制的重要保证
井控设备应具有下述功能
1、预防井喷。钻井作业中，保持井眼内钻井 液静液柱压力始终略大于地层压力，防止 井喷条件的形成。
2、及时发现溢流。对油气井进行监测，尽早 发现井喷预兆，尽早采取控制措施。
3、迅速控制井喷。溢流，井涌、井喷发生后 迅速关井，实施压井作业；重新建立井内 压力平衡控制。
组合胶芯环形防喷器
组合胶芯结构
内胶芯变形状况
开
封环空
封零
工作原理
关井： 液压油—关闭腔— 活塞上行—推盘推 举外胶芯—外胶芯 变形向中心挤压内 胶芯—内胶芯收拢 变形—支撑筋转动 角度向中心平移— 把井关闭。
开井：
液压油—开启腔— 活塞下行—推盘回 位—挤压力消除— 内、外胶芯靠自身 弹性复位—把井打 开。
防喷器型号代码： 国外代码： FZ -单闸板防喷器 R -Ram
2FZ -双闸板防喷器 Rd -Double Rams 3FZ -三闸板防喷器 Rt -Three Rams
FH -环形防喷器 A -Annular S -Spool
防喷器组合选择
选择井口防喷器组合时，主要考虑因素：
1、通径大小 公称通径应与套管头下的套管尺寸相匹配。
防喷器基础知识
Basic Knowledge of BOP
程瑞亮
Associate Professor
第四部分 液压防喷器控制系统
目录
第一部分 防喷器原理及结构 第二部分 环形防喷器 第三部分 闸板防喷器
第四部分 液压防喷器控制系统
1-旋转防喷器
1
2-环形防喷器
2
3-双闸板
3
4-四通
4
5-单闸板
液
3、控关油井压状在态8.起5-下-1钻0.作5M业P,只a范能围通内过。18。坡度的对焊钻
杆接头
4、不许用环形防喷器长期关井。
5、在关井状态下允许上下缓慢活动钻具,不许转动钻
具,不许用打开环形防喷器的办法泄井内压力。
6、胶芯备件妥善保管，防止胶芯老化。如胶芯保管
期很长,过了保质期，应报废。
7、关井 状态起下钻作业，只能通过有 18°坡度的对焊钻杆接头；同时使用 减压调压阀或在环形防喷器关闭油 路上安装缓冲储能器，以降低钻具 接头通过胶芯时引起的波动压力， 延长胶芯 的使用寿命
井内高压作用于 漏斗底部，加强井压 助封；漏斗形状便于 起下钻时通过钻杆接 头，减少胶芯的磨损。
2. 活塞特点 ◆ 密封段短 ◆ 扶正效果较差 ◆ 易偏磨、拉缸 ◆ 高度较低
3. 井压助封
井口高压流体作用 在活塞下部环槽 里，有助于推动 活塞向上移动， 迫使胶芯向中心 收拢从而助长了 胶芯的封井作用。
70MPa 、105MPa井口防喷器组合形式
套管四通+FZ+S +FZ+FZ+FH
套管四通+S +FZ+FZ+FZ+FH
套管四通+FZ+S+FZ +FZ+FH+旋转BOP
第二部分 环形防喷器
环形防喷器的作用
1 封零—井内无钻具 时全封井口。
2 封环空—井内有钻 具、套管、电缆等物 时，封闭环形空间。
特点 ◆ 内、外两层胶芯 ◆ 结构复杂 ◆新胶芯封零不理想 ◆ 整体体积小、重量轻 ◆ 不能用切割法换胶芯 ◆ 内胶芯变形小，操控油量少 ◆ 纯橡胶外胶芯磨损小、寿命长
环形防喷器的比较
防喷器类型
机械结构
简单
简单
复杂
封零效果
好
新芯不理想
好
用后效果好
无钻具直接更换 无钻具直接更换 无钻具直接更换 现场胶芯更换 有钻具切割更换 有钻具切割更换 有钻具无法更换
井
球型胶芯环形防喷器
控
设
备
环 形 防 喷 器
球型胶芯环形防喷器的结构
井
关井（球型）
控
设
备 液压油进入油
缸的关闭腔，推
动活塞上行，胶芯
也上行，在顶盖的
限制作用下，胶芯
环 形 防
只能向心收缩，挤 出橡胶，封住井口
喷
器
返回
井
开井（球型）
控
设
液压油进入
备 油缸的开启腔，
推动活塞下行，
活塞对胶芯 的挤
8、胶芯备件放在27℃以下干燥暗室 内妥善保管。远离电弧设备，单 个平放，防止老化。过了保质期 应予报废
日常维护
环形防喷器使用注意事项
现场安装后，按标准进行现场试压。
对环形防喷器的试压标准是
额定压力的70% 。
进入目的层后,每起下钻一次 对防
喷器试开关一次。
每次打开后，必须检查是否全开， 以防挂坏胶芯。
特殊作业后，及时清洗、保养内腔。
防喷器封闭不严 常见故障的判断及排除
① 新胶芯，可多活动几次；旧胶芯， 若支撑筋已靠拢仍封闭不严，则橡 胶消耗过度需更换新的。
② 旧胶芯严重磨损、有脱块，影响使 用的，及时更换。
③ 打开过程中长时间未关闭使用，杂 物沉积于胶芯沟槽及其它部位，造 成封闭不严。及时清洗、活动胶芯。
3 剪切钻具—井内有钻具又需全封 井口时，可用剪切闸板迅速剪切钻 具全封井口。
4 代替四通—壳体上有侧孔，可连 接管线代替节流管汇循环钻井液或 放喷。
压力消除，胶芯
在自身弹力的作
环 用下，恢复原状，
形 防
把井打开。
喷
器
返回
1. 胶芯特点 ◆ 球形胶芯 ◆ 储胶量大 ◆ 自动恢复原状 ◆ 漏斗效应 ◆ 胶芯更换容易 ◆ 摩擦力小，操控油量大
漏斗效应—关井时， 胶芯沿顶盖内腔自下 而上，从外到内移动， 造成胶芯上部集聚橡 胶较多、中部较少、 下部未挤向中心，形 成倒置的漏斗状空间。