2011井控装备-第四章《旋转防喷器》

井控装置教案之-旋转防喷器
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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。
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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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。

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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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。
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钻井井控装置
第四章 旋转防喷器
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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。
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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。
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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


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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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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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。
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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。
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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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
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