旋转BOP.

欠平衡钻井的两个主要内容:
第一，井筒液柱压力一定要小于所钻储层的孔隙压力; 第二，地层流体一定要有控制地流入井筒
旋转防喷器
研究背景及意义
目前国内使用的旋转防喷系统大多数从美国引进。其 中美国威廉姆斯（Williams）公司生产的7000型和 7100型旋转防喷头在中国使用最多。 由于国外公司技术封锁，轴承总成不允许自行开启维 修，出现问题后需送往国外厂家进行维修。这样存在 两个问题:一是价格昂贵，维修一个轴承总成的费用大 约是25000美元;二是周期太长，大约需要一年的时间， 会影响正常生产。 在目前形势下单靠引进设备已经不能满足欠平衡技术 发展的需要，因此加快旋转防喷系统研制，特别是加 快研制旋转防喷导流装置的关键部件—旋转密封总成 已势在必行
4. 旋转密封水冷却系统
该旋转防喷器在工作中能连续地得到冷却水循环冷却，以 带走旋转密封与衬套摩擦产生的热量。
5. 卡箍连接方便可靠
该旋转防喷器设计的卡箍一边为销轴结构，一边用螺栓锁 紧加液压缸锁紧, 拆卸、安装十分方便。卡箍上设计有吊环，拆 装轻松、省力。
旋转防喷器
主要技术参数
型号
通径
XFH35/10.5-21
方钻杆驱动 总成 上部密封 胶芯 旋转体 卡箍 轴承总成 壳体
下部密封 胶芯
旋转防喷器
方钻杆驱动总成 旋转总成
液压卡箍
壳体
旋转防喷器
结构特点
1. 使用双胶芯密封
该旋转防喷器设计有上、下两组橡胶密封胶芯。 由于井压 的助封作用，首先是下部密封胶芯形成较大的密封力，因而其 先受到磨损。下部密封胶芯泄漏后，上部密封胶芯可继续保持 密封。这样能有效地延长使用时间。
旋转防喷器
国内主要旋转防喷器性能指标对比表
型号 通径(mm) 动压(MPa) 静压(MPa) 润滑、冷却 方式 密封方式 FX156/3.5 FX12/5 156 3.7 7 120 5 10.5 FX23-35/7B 230、280、 350 7 14 FX3510.5/21 35 10.5 21
旋转防喷器
国内外RBOP的技术现状与发展
1 2 3 4 5 6 7 8 Shaffer PCWD 旋转万能防喷器 最大井口压力（静态） 5000 Psi 最大井口压力（动态） 3000 Psi 最大井口压力（封零） 2500 Psi 5500 Psi 高压储能器压力 11-5000 Psi 万能防喷器功能 对钻具偏心要求 <15mm 密封方式 主动式（密封能力 可调节） 是否能封方钻杆 能 性能指标 Williams7100 旋转头 5000 Psi 2500 Psi 不具备 不具备 不具备 <25mm 被动式（密封能力 不可调节） 不能
旋转BOP介绍
旋转防喷器

Underbalanced drilling 欠平衡钻井 （UBD）
根据美国石油学会在RP53规范中定义:欠平衡钻井是指在 钻井过程中允许地层流体进入井内、循环出井并在地面 得到控制的一种钻井方式。 可以通过使用低密度钻井液，让井眼压力低于地层空隙 压力；但是，当地层空隙压力梯度比水的液柱压力梯度 大时，也可用加重钻井液实现欠平衡钻井。
主通径 侧通径 中心管通径 346.1mm（13 5/8”） 180mm（7 1/16”） 182mm 17.5MPa 35MPa 346.1mm（13 5/8”）-35MPa 6BX型法兰 180mm（7 1/16”）-35MPa 52.4mm（2 1/16”）-35MPa 6B型法兰 6B型法兰
强制水冷、油润滑 弹性密封、井压助封
国内对旋转防喷系统的研究和应用还存在以下的不足: ①压力等级较低，应用范围不够广泛，不能满足现代欠平衡钻井技术的 需要。 ②润滑和冷却形式仍借鉴国外同类产品的形式，系统中的核心部件—旋 转密封总成仍需采用进口产品
旋转防喷器
国内外RBOP的技术现状与发展
从国外旋转控制头的发展来看，有四个方面的特点: ①密封压力等级越来越高，动密封压力从3.15 Mpa 提高到 17.15Mpa，静密封压力从7Mpa提高到35MPa ②轴承的润滑从低压注润滑脂发展到用单独的高压油泵进行 润滑，冷却系统从没有发展到用单独的远程热交换器实现冷却 (水冷或风冷)，以提高其连续工作的时间和延长轴承的使用寿命; ③轴承组总成的锁紧装置由手动锁紧发展到液压控制锁紧， 这样既方便了操作又减轻了工人的劳动强度，同时缩短轴承组 总成的拆装时间; ④应用于较高压力的高压旋转控制头通常都配备了一个控制 和测量仪表台，方便旋转控制头的控制和操作。 因此，井口压力控制专用设备将朝着高压力、高寿命、结构 简单，运行可靠、产品系列化的方向发展
2. 旋转总成与密封胶芯整体拆装
该旋转防喷器在需更换下部密封胶芯时，只需将卡箍松开， 就可将旋转总成整体取出，更换胶芯后再整体装入，拆装省时 方便；更换上部密封胶芯时，只需将上部的旋转头连同上部胶 芯一并取出，就可方便地更换上部胶芯，极其简便。
旋转防喷器 3. 强制润滑油润滑轴承
旋转总成的侧面设计有润滑油注入通道，能对轴承进行强 制润滑。在使用中，轴承浸没在润滑油中，使其能够保证得到 冷却和润滑，这能有效地增加轴承的使用寿命。
工作压力
动压 静压
工作介质
连接规范
空气，泡沫和各种钻井液
底法兰连接 侧出口连接 辅助法兰
RBOP控制系统
RBOP控制系统
RBOP控制系统
RBOP控制系统
旋转防喷器
国内外RBOP的技术现状与发展
国内现有的旋转控制头是60年代初和80 年代末设计的低压力级别产品，而且低压旋 转控制头产品单一，生产和应用的数量也较 少。其主要表现为:单胶芯密封结构形式，承 压低，密封性能差，胶芯寿命短，不能满足 现代欠平衡钻井工艺的需要。 目前，国内各大油田使用的旋转控制头 大多是购买国外产品，随着国内各油田欠平 衡钻井技术的研究和应用发展，高压旋转控 制头的国产化研究己成当务之急。
旋转防喷器
旋转防喷器工作原理
旋转防喷器安装在井口防喷器组的最上端， 即拆掉防溢管换装以旋转防喷器。旋转防喷器 可以封闭钻杆与方钻杆并在所限定的井口压力 条件下允许钻具旋转，实施带压钻进作业（边 喷边钻）。 在钻开油气层时为避免井中钻井液液柱压力 过高以致将油气层压死或污染，常采取降低钻 井液密度的措施，使钻井液液柱压力略低于地 层压力，保持井底轻度溢流。利用旋转防喷器 封住井口环形空间，同时保持钻具旋转钻进
旋转防喷器
旋转防喷器工作原理
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旋转防喷器的主要功能是提供井口压力 控制，实现旋转密封，使得钻井作业在 井口有压力的情况下能够照常进行。在 结构上所有的旋转防喷器都是通过胶芯 包绕钻具来实现密封，通过轴承组来实 现旋转—轴承组内滚道随钻具一起转动， 外滚道与壳体保持固定不动。
旋转防喷器
结构原理
• 该旋转防喷器主要由旋转总成 和壳体两部分组成。旋转总成 包括上、下部橡胶密封胶芯、 轴承几大部分。旋转总成和壳 体用卡箍连接。 • 方钻杆通过旋转防喷器上的方 钻杆驱动总成，带动中心管及 上、下部橡胶密封胶芯与钻柱 一起旋转。橡胶密封胶芯依靠 自身的弹性变形和井压助封来 对钻柱周围实施密封。 • 旋转防喷器的密封胶芯有不同 的尺寸，以适应不同尺寸的钻
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需 过钻具时是否需拆装工 不需 作 1727mm 3098mm 旋转加万能总高度 对钻机底座高度的要求 适 用 于 任 何 高 度 的 不适合低底座钻机 钻机底座
旋转防喷器
国内外RBOP的技术现状与发展 PCWD的主动式密封能更有效地利用 胶芯，更方便地进行钻井作业，相对于 WilliamS的被动式密封有一定的优势。 PCWD，在更换胶芯或安装、拆卸蓄 能器过程中时，其轴承和液压油实际暴 露在外界渣滓中，容易导致液压油被污 染，轴承被渣滓卡死，甚至引起包括高 压油泵在内的整个液压系统失效。所以 illiams系统更适合于在现场长时间工作， 而PCWD要求的工作环境比较苛刻。
旋转防喷器安装示意图
旋转防喷器 环形防喷器
双闸板防喷器 节流管汇 单闸板防喷器
旋转防喷器
旋转防喷器工作原理
旋转防喷系统由旋转防喷导流装置、冷却/润 滑动力装置、远程控制监测装置三部分组成。 旋转防喷导流装置安装在常规防喷器组上面 ，用于在钻井作业过程中，对井口与钻柱之间的 环空起封隔密封作用，以提供安全有效的压力控 制，保证钻井作业正常进行。 冷却/润滑动力装置安装在井架底座附近，为 旋转防喷导流装置提供润滑油和冷却液。 远程控制监测装置一般安装在钻台上，用于 监测井口套压、润滑油压，为旋转防喷导流装置 底座卡紧液缸提供液压动力