井控设备介绍

1.井控设备在国内外的发展状况

1.1. 国内的井控设备发展状态

国内的井控设备在近几年来取得了长足的进步，内在质量、外观质量都有了很大的提高。防喷器的一些功能试验做的也越来越全面，防喷器的可靠性较以前有了很大的提高。目前钻井用的闸板防喷器压力级别最高已经达到了105MPa，环形防喷器也已经达到了70 MPa，防喷器的种类也比较全面。

防喷器承压件的材料得到了保证

密封件的制造得到了加强

标准的细化、提高

竞争更趋于激烈

1.1.1.国内防喷器的研制及应用情况

1.1.1.1. 国内防喷器产品规格范围及特点

●闸板防喷器

●环形防喷器

●分流器

●旋转防喷器

●电缆防喷器

●不压井带压作业装置

1.1.1.

2. 防喷器可以实现的功能

随着钻机的更新，可以安装高度较高的整组防喷器，这样就为实现新工艺的井口控制提供了较为可靠的保证。同时对防喷器的功能要求也提高了。现在的国产防喷器主要可以实现以下几项功能：

1)密封钻具

2)在所有控制井喷措施都失效后可以剪断钻具

3)强行起下钻具

4)悬挂钻具。悬挂钻具的闸板主要有两种工况，一是所用的钻杆

接头为直角台阶，另一种是所用的钻杆接头为18º台阶。

5)手动、液动锁紧闸板

6)用作分流系统

1.1.1.3. 在酸性环境中的应用。

在酸性环境中，制造防喷器执行的标准是NACE MR-01-75。我们目前主要是针对内部可接触流体的零件进行抗硫处理，目前我们的防喷器具有这项功能。防硫化氢的具体措施是按照行业标准SY5087《含硫油气田安全钻井法》

防喷器可适应的外部酸性环境主要是螺栓、螺母的抗硫处理，一般的设计是降低螺栓的强度，但这样同时也就降低了防喷器的最大工作压力。如果要保持防喷器原有的额定工作压力不变，而且还要具有抗硫的功能，就要选用非常特殊的螺栓材料，成本大约要提高25~30倍。所以在选用防喷器时应注意这一点。

目前，我们对材料抗硫化氢处理的方法主要是控制材料化学成分和热处理工艺，这两项工作作好了就可以满足抗硫化氢的要求。

实验检测材料抗硫性能的方法是：首先在水中通入CO2酸化，然后再通入H2S至饱和，将试棒放置在这个水溶液中施加不低于材料屈服强度三分之二（0.67σs）的载荷，在720小时没有发生断裂为合格。

实验结果：720小时没有断裂。

丁睛橡胶密封件的抗硫化氢试验结果：老化系数略有降低，其他物理机械性能几乎没有变化。

在实际应用中，不能因为材料具有抗硫性能就放弃其他的措施，材料抗硫的性能毕竟还不是无限的。

1.1.1.4. 在气井上的应用

目前国内防喷器的气密封试验还没有开展，虽然国内也有气密封试验装置，但还从来没有进行过防喷器的试验。在标准的制定时对这一个问题意见也不太统一，主要原因还是受制造水平的制约。有些专家认为，防喷器用于气井是可以的，但要以提高其压力等级来补偿气井的危险性。但是气密封试验这项工作还是要开展。

1.1.1.5. 在修井、作业等方面

●修井作业用防喷器

随着修井技术的发展，对修井用的防喷器要求也越来越高。

●带压作业装置

陆上油田大都进入后期采油，通过分层注水来提高油层压力的方法进行采油，以提高油井产量。在注水井的作业时，由于地层具有一定压力，作业时地层的含油污水会从井口喷涌出来，从而污染环境，同时也会给作业带来很大困难，甚至将油管从井中顶出，造成事故。为了解决这一个问题，当前作业采用的方法一是放喷，二是压井。这两种方法都存在很多问题，第一种方法由于水中带有原油会污染环境，第二种方法要动用压力车、作业车等设备，使作业成本增加。在这种情况下，现在比较先进的做法就是利用一套带压作业装置，不放喷、不压井完成起下油管的作业。

这一套设备主要由防喷器、卡瓦、液控系统、升降油缸和一些辅助装置组成。可以完成的作业有：起下油管、起下油管挂、起下井下封隔器和配水器。最大的工作压力为21MPa，装置的通径为Φ125mm。整套设备与作业车相联结，而且利用了作业车上的动力源，安装、调试、拆卸方便。

1.2. 国外的井控设备发展状态

国外的防喷器主要以Hydril、Cameron和Shaffer为代表，品种规格非常齐全，防喷器所能实现的功能也多。国外也有很多其他的生产厂家，其质量也参差不一。

欠平衡钻井技术设备的开发

API RP53对欠平衡钻井的定义是：在钻井过程中允许地层流体进入井内、循环出井，并在地面得到控制。欠平衡钻井技术是钻井的一个发

展方向，它是随着水平井技术的应用和发展而产生的一种新技术，其主要优点是降低钻井成本、缩短钻井周期、减少压差卡钻、减少因泥饼产生的磨阻、降低泥浆成本和减少事故损失时间。用于该技术的关键设备就是旋转防喷器（也叫旋转控制头），其种类比较多，但比较著名的就是Williams和Shaffer两家的产品。

使用旋转防喷器应考虑的因素：

方钻杆的形状——优先选用三角型钻杆，其次是六方钻杆。

钻杆——所用的钻杆应进行外伤检查，光滑而未受损的钻杆能延长胶芯的使用寿命，应尽可能地磨平大钳的齿痕。再就是不要采用直角台阶的钻杆接头，尽量考虑不要采用有损于胶芯的钻具。

旋转密封胶芯——标准的胶芯适用于空气钻井、气体钻井和水基泥浆钻井，既可用于高压地层又可用于低压地层。聚胺基的胶芯可用于油基泥浆钻井。

转盘——转盘的直径应足够大，可以提升控制头的旋转总成（主要是针对Williams型产品）。

设备的安装——防喷器组的垂直度应在12mm以内，确保旋转防喷器的良好使用和最大限度的提高密封件的使用寿命。

现场应用方便的设备研制

Shaffer开发的NXT型闸板防喷器采用了新式结构，侧门与壳体连接液压操作，而且没有侧门螺栓，液压自动锁紧，主要适用与水下使用，并配备了ARC自动更换闸板装置。既减轻了工人的劳动强度，又节约了宝贵的时间。