2011井控装备-第四章《旋转防喷器》

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钻井井控装置
第四章 旋转防喷器
井控装置教案之-旋转防喷器
2011井控培训课件
旋转防喷器简介
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旋转防喷器常用于欠平衡压力钻井中。欠平衡压 力钻井是指钻井过程中井底压力低于地层压力、 施工中允许有溢流情况下的钻井方法。由于钻井 液循环时的井底压力低于地层,在钻开油气层时 地层液体将进入井内,从而可实现边溢流边钻进。 旋转防喷器是欠平衡钻井的关键装备、专用井控 设备(又称旋转防喷头或称旋转控制头),安装在 井口防喷器组最上端,即拆掉防溢管换装旋转防 喷器。 钻开油气层时,为避免钻井液液柱压力过高,以 致将油气层压死或污染,常利用旋转防喷器封住 井口环形空间,使钻井液液柱压力略低于地层压 力,保持井底轻度溢流,实现边喷边钻或带压起 下钻作业,也常用于修井作业中。




被动密封旋转防喷器 方瓦总成与中心管相连,中心管外形 空间装有轴承,下部与胶芯(自封头) 相连。 转动靠方钻杆传递动力。方钻杆带动 方瓦总成、中心管以及胶芯转动。 旋转防喷器对钻具的密封,一靠胶芯 的预紧力(胶芯内径小于钻具外径)。 二靠井内油气压力对胶芯产生的助封 力。这样使旋转防喷器具有既能转动, 又能同时密封钻具的作用。 现场常用Williams7100采用双胶芯密 封,Williams8000型和9000型及国产 FS-206-70型采用单胶芯密封。
7100旋转防喷器外形尺寸
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被动密封旋转防喷器的结构
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旋转总成在一定承压范围允许 方钻杆带动中心管与胶芯以一 定的转速旋转进行钻进作业。
旋转防喷器胶芯有不同尺寸, 以适应不同尺寸的钻杆与方钻 杆。 当方钻杆、钻杆通过时,胶芯 在自身弹性的作用下,产生一 个预紧力,包紧钻具,同时在 井压作用下,又获得一个助封 力,增加了密封的可靠性。
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液压控制装臵(HCU)通常摆放在靠近井口防喷器组附近合适的位臵上, 并提供控制安装在防喷器组上旋球转形防喷器(RSBOP)的液压源,应 用防火液压软管与防喷器(RSBOP)连接,液压控制装臵由钻台上的司 钻控制盘控制,司钻控制盘一般放在钻台上便于司钻操作的地方。 在司钻操作盘上操作可以控制旋转防喷器控制系统的工作模式、检测 井口压力和该系统的工作状况,或对防喷器系统的胶芯密封压力进行 调整。 通过液压控制装臵(HCU)提供的液压力挤压一个特制的球形密封胶芯 实现井筒与壳体、井筒与钻具之间的密封,也可以关闭和封闭空井。 为减小钻柱对胶芯磨损,当井压变化时旋转球形防喷器(RSBOP)会自 动调节胶芯的密封压力,当井口压力较大时,操作者需把系统切换到 所谓“静态(STATIC)”高压工作模式下。在静态时,系统靠液压 控制装臵和预压储能器支持,并能对胶芯施加最大的密封压力。在这 种状态下,钻柱不能旋转和上下活动。

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旋转防喷器的故障及排除方法
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旋转防喷器使用注意事项 卸压塞卸压时,不能太快,注意安全。 旋转总成上提下放时要扶正且缓慢进行,不能太快太猛。以免 损坏密封或其他部件。 旋转总成和胶芯不能通过钻头。
排除方法 胶芯损坏,更换。 一是组合密封圈损坏,更换。 二是冷却系统密封失效,更换。
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被动密封旋转防喷器工作原理
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井眼与钻具之间的环形空间,靠特制的密封胶芯与钻具之间的过盈实 现密封(可分为单胶芯、双胶芯型),井压起辅助密封作用。
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被动密封旋转防喷器操作使用
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当井喷发生,用闸板防喷器或环形防 喷器封井后,如仍需进行带压钻进时, 可将方钻杆插入旋转防喷器中再将方 钻杆与井口钻具接好,卸掉转盘大方 瓦,缓慢下放钻具使旋转防喷器坐落 在井口防喷器组上端,用卡箍或螺栓 固紧。 在转盘中装好大方瓦与方补心,打开 节流管汇上的液动平板阀使泥浆从节 流管汇返出,降低并维持井口套管压 力在旋转防喷器的允许工作压力范围 内。 打开防喷器、开泵、开钻。 自封头允许接单根或强行起下钻作业。
名称 冷却液出口温度 冷却液排量 (℃) 冷却液回水口温度 (℃) (L/Min) 性能参数 0-5 40-60 4 名称 润滑油最大压力 润滑油排量 (MPa) (L/Min) 性能参数 21 0-1

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防喷分流系统
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分流系统是把轻微井喷引出井以外的一种控制装臵,适用于只下导管 或虽下套管但下深过浅,井口不允许承压的井眼。
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旋转防喷器的基本结构
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旋转环形防喷器是在环 形防喷器的内腔顶部增 设了一套旋转轴承系统, 在封闭井内钻具和井眼 之间的环空之后,胶芯 能随钻具一起带压转动, 实现欠平衡压力钻井作 业。 其结构主要由旋转总成、 壳体、卡扣筒等组成。 旋转总成主要由方瓦总 成、中心管、轴承、密 封、胶芯等组成。
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旋转防喷器的主动密封结构
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防喷器主体主要由壳 体验、顶盖、衬套、 球形密封胶芯、旋转 动密封、活塞总成、 止推轴承、扶正轴承 等部分组成。 内部设有三副轴承, 中上部是承压止推轴 承、下部是角度接触 滚珠承压轴承。 设有两套旋转动密封, 上部密封顶盖内压面。 下部密封下壳体密封 活塞内面。内装密封 钻具的球形胶芯。
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旋转防喷器的控制系统
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Shaffer旋转防 喷器的控制系统 旋转防喷器系 统(也称随钻压力 控制系统)主要由 旋转球形防喷器、 液压控制装臵、 司钻控制面板、 安装配件及工具 四部分组成。

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旋转防喷器的控制系统司控台
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旋转防喷器的功用
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封闭钻具(方钻杆、钻杆)与井眼的环形空间。 允许在额定密封压力条件下旋转活动钻具,实施带压钻进 作业。 通过排出管汇(流动节流阀),对返出的油气侵钻井液进 行分离、处理,实现连续欠平衡钻进。 在设计欠压值或与强行起下钻设备配合时, 可以进行了 带压起下钻作业。 欠平衡钻井常用于异常低压地区钻井,采用泡沫、充气钻 井液以及空气或天然气钻井液体,也可以用于修井作业以 及地热钻井。
常见故障 胶芯大漏 卡扣筒下部周围漏式
方瓦总成不能进入中心管
轴承温度超过规定温度
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钻具与井眼不同心,装方瓦时扶正。
如轴承质量或装配无问题,可能是油不清洁、太多 或缺油。
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旋转防喷器的控制系统
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Williams7100型旋转控制头系统主要由司钻控制台、动力润滑站组成。
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主动密封旋转防喷器使用特点
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旋转球形防喷器(PSBOP)是在原球形环形防喷器的基础 上增加了转动机构,因此具有以下特点: 通过外部的液压系统主动加压实现胶芯与钻具的密封,因 此低压密封性能良好。 胶芯内径可以在0-280mm(0-11″)之间变化,一种胶芯 可适应多种尺寸的钻具,包括封零。 另外起下钻、换钻头也十分方便

Shaffer PCWD SEAL TECH
RBOP
Williams7000 Williams7100 FS-206-70
13.8
21 35
10.35
7 17.5 7
100
100 150 150
279.4
73,107,95 73,107,95 206
主动
被动 被动 被动
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主动密封旋转防喷器工作原理
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关井操作: 当需要关闭防喷器时,液压油从下 壳体的进油口进入防喷器内的活塞 下腔推动活塞上行,活塞挤压胶芯 沿壳体内腔球面上行。由于受上壳 体内腔球面的限制,胶芯向内收缩 抱紧钻具,实现胶芯与钻具的密封。 开井操作: 当需要开启防喷器时,液压油从壳 体上的进油口进入防喷器内的活塞 上腔推动活塞下行,在液压力和胶 芯自身弹性的作用下,胶芯向外张 开松开钻具。
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旋转防喷器的基本组成
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旋转防喷器由底座、液压卡箍、大直径 高压密封元件、现场测试装臵(包括井压 传感器、试压塞等)、高压动密封旋转轴 承总成等组成。 旋转防喷器安装在井口防喷器组的顶部。 旋转防喷器按密封结构可分为主动密封、 被动密封两类。
型号 压力级别/MPa 静态 35 14 21 10.5 旋转 转速/r.min-1 200 100 通径/mm 279.4 279.4 主动 主动 密封形式
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分流系统组成和功用
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分流系统包括分流器、 分流四通和分流管线。 其中分流器可以是专 用分流装臵,也可以 用于低压大通径防喷 器代替使用。 分流器主要由壳体、 顶盖、胶芯、活塞和 油孔组成。


l- 旋转筒; 2- 旋转总成; 3- 唇状密封; 4- 快速拆 开罩; 5-快速拆开块; 6- 壳体; 7-方钻杆驱动总 成;8-双滚柱轴承;9-钻井液出口管线;10-胶皮 芯子;11-灌钻井液接口 旋转防喷器结构图
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旋转防喷器被动密封结构
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旋转防喷器使用方法
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钻进作业时操作程序: 下钻完毕,接方钻杆,方钻杆上装好方瓦总成。 下放钻具使方瓦总成落入旋转总成的中心管方孔 内。 转盘方孔装好方补心打开节流管汇上的液动平板 阀。 开泵循环,保持井口压力在5MPa以下。 开冷却循环水,开钻。 中途带压更换胶芯总成 上提钻具至接头超过FZ或FH时,关防喷器。 打开壳体卸压塞卸压。 拆卡箍,上提钻具,提出总成。 取下旋转总成,更换胶芯。 按下钻顺序重新装入。
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被动密封旋转防喷器的结构
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以Williams公司RCH为代表被 动密封式旋转防喷器是不需要 液压驱动防喷器胶芯,封闭井 口是利用胶芯与六方钻杆之间 的过盈配合来实现,但需要油 泵和水泵来保障必要润滑和冷 却。 主要由壳体、钻杆驱动器、液 压卡箍、大直径高压密封元件、 1-轴承总成;2-密封圈;3-卡箍;4-底座;5-油缸 高压动密封旋转轴承组成。
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旋转防喷器的主动密封结构
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以Shaffer Varco公司PCWD 为 代表的主动密封旋转防喷器是 靠液压驱动防喷器胶芯封闭井 口与钻具环形空间。 旋转球形防喷器构是在球形环 形防喷器的内腔顶部增设了一 套旋转轴承系统,在封闭井内 钻具和井眼之间的环空之后, 胶芯能随钻具一起带压转动, 实现欠平衡压力钻井作业。
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旋转防喷器的控制系统
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冷却、润滑动力装臵的作用是对轴承进行连续强制润滑和冷却,最大 限度的延长轴承的寿命。 润滑系统为高压动密封旋转轴承总成提供高压润滑油,保持轴承良好 的工作状态,使用时必须确保冷却和润滑油的清洁和排量。 Williams7100控制系统冷却、润滑动力装臵技术规范
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旋转防喷器使用方法
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下钻作业时的操作程序:将旋转总成放在钻台支架上。钻具下部接上 引锥,下放钻具使引锥和钻具插入旋转总成并通过胶芯。 将带旋转总成的钻具从支架中提出,卸掉引锥,钻具下部接上钻头。 卸掉转盘大方瓦,经转盘通孔下放钻具与旋转总成,使总成坐在壳体 上,装好卡箍,转盘中装好大方瓦。 钻具带上加压装臵,打开全封闸板防喷器,下放钻具强行下钻作业。 当钻具靠自重能克服上顶力,自由下落时,去掉加压装臵,按正常下 钻作业进行下钻直到下完钻具。 起钻作业操作与下钻操作顺序相反。当井内压力作用在钻具上的上顶 力略小于钻具重量时仍需带上加压装臵起钻。当钻头起至全封闸板防 喷器与自封头胶芯之间时,先关闭全封闸板,然后打开旋转防喷器壳 体上的卸压塞,卸压后再拆掉卡箍拔出旋转总成。
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