井控设备(概述)zuanjing

FZ35－35 防喷器组有单、双闸板防喷器和环形防喷器3 个品种。该产品属改造型，比同类老产品（KPY35－350） 具有更优越的性能。
FZ54-14 单闸板防喷器已研制成功并填补了国内大通径防 喷器产品的空白。在深井上部井段，下入φ508mm 的套管 并固井后即可安装这种防喷器及其与之配套的四通、底法 兰等。
三、结构不断创新
近几年来，防喷器的工作原理没有多大 变化，但结构上却不断创新，新的专利技术 不断涌现。主要通过结构设计上的改进，来 达到提高技术性能，易于加工制造，降低成 本等目的。除了前述的双环形、二体合一、 三闸板防喷器等在整体结构及功能上有创新 外，防喷器的内部结构也在不断改进。主要 表现在以下两方面
液控压力达21MPa，使液压防喷器的密封更加可靠。另外， 为解决寒冷地区钻井作业的需要，国内由川南矿区钻具井 控公司等单位联合开发研制出了电液控制装置，使原控制 系统在液控液、气控液的基础上，增加了一种重要的控制 方式和手段，克服了司钻台上原控制方式在高寒情况下对 防喷器控制失灵的难题。
2、节流压井管汇
井控设备的功用
预防井喷。保持井筒内泥浆静液柱压力始 终略大于地层压力，防止井喷条件的形成。
及时发现溢流。对油气井进行监测，以便 尽早发现井喷预兆，尽早采取控制措施。
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，对油气井重新 建立压力控制
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
四、基础研究及试验工作取得可喜成绩
在井控设备承压件的材料选择、结构设计和承载特性的力学性能分析 等基础研究方面，由于国内外有关科研院所和工厂之间的相互协作， 目前已取得可喜成绩。

防喷器壳体等重要井控装备承压件的材料，原来选用的是
ZGl8CrMnSiMoV和20CrMoV合金钢，由于其断裂韧性太差，在进行
二、其他井控设备已全部国产化
1、防喷器的液控系统
在引进消化国外技术的基础上，现在北京石油机械厂、 上海第一石油机械厂、宝鸡石油机械厂、重庆矿山机器厂、 广州石油机械厂等单位已能自行研制生产。
目前，“气控液”的QY" 系列产品可控制2～7 个头， 储能器总容积达125 ～ 640L，可分别或同时满足控制环 形防喷器，单、双闸板防喷器和液动阀的开关动作的需要。
2、闸板防喷器
（1）Hydril、shaffer、cameron 三家公司都 成功开发了闸板液动锁紧机构，从而使得闸板关 闭后锁紧动作可以远距离自动控制，这对于海洋 钻井中的水下防喷器十分必要。
（2）防喷器控制油路全部置于壳体内。
（3）剪切闸板能在一次操作中顺利地剪断E级 钻杆，并完全密封井眼。
二、规格品种齐全
经过多年的发展，美国生产的防喷器已具有各种压力级别 及通径规格，能满足从陆上到海洋等各种环境工况的要求。 防喷器品种规格已超出了API 16A规范和API RP53规范所 规定的范围，通径从65～762mm(29/16in～30in)，压力 级别从3.5～175MPa(500～250001bf/in2)都一应俱全，无 一空白。
壳体强度试验时，多次出现“超前断裂”的爆破问题，经断裂力学分
析研究后，改用性能符合美国ANSI标准的25CrNiMo合金钢来制造喷
器壳体等重要承压件，加上在锻、铸及热处理工艺上的合理控制，使
得材料在强度、韧性等指标上具有较好的综合性能，大大减少了壳体
断裂现象的发生，在防喷器侧门螺栓材料的选用上，以前试用
一、标准日趋严格
为满足油气钻探业对井控装备日益严格 的要求，美国石油学会将防喷装置从 API16A《井口和采油树设备规范》中分离 出来，于86 年11 月专门发布了API16A 《钻井防喷设备规范》第一版，并不断补 充完善其内容，目前已于99 年11 月颁布了 第二版，新版标准对防喷器材料、设计制 造、试验检测方法和质量控制等方面都有 更加详细而严格的要求
1、 环形防喷器 （1）壳体与顶盖的连接普遍采用承载可靠、
拆卸方便的快松式结构。如hydril的爪块连接， shaffer 的楔形块连接，cameron 的快松盖连接等。
（2）为延长活塞及密封件寿命，普遍采用双 唇式或组合式唇形密封圈结构，在活塞部位增加 耐磨环等。
（3）普遍在法兰密封垫环槽中镶焊不锈钢衬 层，提高其抗腐蚀能力，延长法兰的使用寿命。 （4）胶芯结构形式多样， hydril的“GK”型水 下防喷器胶芯，其支承铁筋分别呈方形和角形并 间隔排列，可使储胶量增加50%； cameron的 “D”型组合胶芯，外胶套软而无铁筋，内胶芯硬 而有铁筋，有利于提高其使用寿命。
井控设备
杜春文
实施油气井压 力控制技术的一 整套专用设备、 仪表和工具。
主要内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
井控设备概述 环形防喷器 闸板防喷器 防喷器控制装置 节流管汇、压井管汇 设备的安装与试压
井控设备概述
1、井控设备的功用 2、钻井工艺对井控装置的要求 3、井控设备的组成 4、井控设备的发展简史 5、国内的井控设备发展状态 6、国外的井控设备发展状态 7、国内外技术发展水平的对比分析 8、液压防喷器的性能参数 9、液压防喷器的型号 10、井控装置的选择 11、实例
钻井工艺对井控装置的要求
1、能够有效地控制井口和钻具的内孔； 2、能够强行起下钻具(对环形防喷器)； 3、能够实施节流压井； 4、具有一定的防腐能力，以适应含硫化氢气体的 地区使用； 5、操作方便、控制迅速； 6、安全可靠; 7、维修简单、拆换方便； 8、结构紧凑、适应性强。
井控装置的组成
1、井口装置及控制系统：液压防喷器及控 制系统、四通、套管头、法兰短节等；
FZ28-70 单双闸板防喷器在设计阶段经过三维有限元计算 及光弹性应力分析，使其结构内部的应力分布更趋合理。 特别是与之配套的70MPa 胶芯性能指标已达到API16A 要 求保障了该产品在高压下的密封可靠性。
FZ35-70 闸板防喷器的主要承压件，国内有锻件（成都石 油总机厂）、铸件（上海第一石油机械厂、华北石油管理 局第二石油机械厂）两种形式，标志着我国已具备生产大 通径、高压力防喷器的能力。同时装于FZ35-35 防喷器上 的可变通径闸板已经投入实际使用，一副胶芯可封闭管柱 的直径变化范围在2in 以内，
近几年来，Shaffer公司生产了480mm×105MPa和 540mm×70MPa的高压大通径闸板防喷器，并开发了 762mm×7MPa的球形防喷器。Hydril公司也生产了 180mm×140MPa的超高压和762mm×21MPa的大通径 闸板防喷器。Cameron公司推出了103mm×175MPa的超 高压防喷器，并且最近研制成功了一种新型Annuram防喷 器，它具有闸板和环形两种防喷器功能，对于缩小井架底 座空间和安装十分方便。上述超高压、大通径、二体合一、 双环形、三闸板等防喷器的出现，标志着其研制水平又上 了一个新台阶。
国外井控设备发展状态
美国生产防喷器的公司主要有Cameron,Shaffer,Hydril三 家公司。其产品已经过了70 多年的发展历史。防喷器系 统已经历了三个技术发展阶段：
第一阶段为手动闸板防喷器； 第二阶段为液动闸板防喷器和环形防喷器的组合； 第三阶段仍为液压操作防喷器，以高压、大通径、可变通 径和不断完善的结构为其主要特点。目前正在开发完善第 四代产品，即井下防喷器。美国在防喷器研制的各个方面 都处于领先地位，代表了当今世界的先进水平，主要表现 在以下方面。
目前国内已研制成功35Mpa 和70Mpa 压力等级 的标准节流压井管汇并得到普遍应用，并具备研制 105Mpa压力等级节流压井管汇的能力。在控制方 式上有手动和液动、自动三种方式。阀体逐步由锻 造代替铸造使得承压性能有了较大提高。管汇中原 楔形闸阀结构已完全被平板闸阀取代，维修量小， 使用安全可靠。由于节流压井管汇根据工艺需要主 要由各阀件组合而成，厂家能提供通径φ52 ， φ65 ， φ78， φ80 ， φ103 ，工作压力21，35， 70Mpa, 系列阀体供用户选配。
井控装置的组成
井控设备的发展简介
然而，在60年代初钻井工艺技术还很不成熟，而我国 当时的井控设备也只有从前苏联引进的老式手动防喷器， 所以井喷失控、着火事故经常发生，造成大量人员和财产 损失。
1950～1989年期间，发生井喷失控的井有240多口， 其中井喷后失火，烧毁钻机60多台
目前，我国的石油与天然气工业，经过几十年的创业 与开拓，已经获得了举世瞩目的巨大发展。在钻井工艺技 术不断改进与革新并日趋科学化的同时，井控设备也发展 得尤为迅速。它已由单一的老式手动防喷器发展成一整套 完整的井控设备系统。
抢险用特殊井控装备正在加紧配套研制。 大排量水泵机组、远距离水力喷沙切割、 清障机械手等设备都相继投入实际抢险使 用。
三、结构得到不断完善与创新
对于液压防喷器，将其铰链总成中的承 载铰链与液压铰链分开，解决了侧门下垂 问题；采用板式壳体，简化了壳体加工； 采用全埋藏式液压油路，避免了外露油管 在吊装运输时损坏。闸板防喷器壳体闸板 腔室由矩形改为椭圆形。
35CrMo等材料，使用中出现早期断裂现象，经过对防喷器螺栓延迟
断裂的研究分析，改用42CrMo材料并改进热处理工艺后，从而杜绝
了螺栓早期断裂现象的发生。

在对防喷器等关键井控装备核心承压零部件的设计上，已广泛应
用有限元分析计算等现代先进设计方法。四川石油管理局钻采研究院
与重庆大学“八五”期间联合研制并开发出“液压防喷器计算机辅助
（4）管子闸板在盖板与钻杆接头台阶接触处堆 焊有一圈耐磨硬质合金，其悬挂钻具能力高达 273t。
（5）变径闸板能用一副胶芯密封两种或两种以 上的钻具，且结构形式多样，使用效果可靠。
四、制造技术及检测手段先进
为适应工作压力级别越来越高和减轻重量的要求，美 国cameron 公司的防喷器壳体毛坯，采用了35000t 的大型 水压机锻造成型，shaffer 和hydrill公司均采用了炉外精练 法铸造，以保证材料纯度及内在质量指标。环形防喷器还 可以用厚钢板卷筒后焊接成型，而且承压件焊接均采用埋 弧自动焊。在新材料及检测方法运用上，shaffer公司采用 钴基多相合金UNSR305 做为剪切闸板的剪切刃，将其焊 接在由超耐热不锈钢UNSR66286制成的闸板体上，改变了 剪切闸板不防硫化氢 的状况。
的基础研究更系统全面。
“八五”期间，原石油天然气总公司组织有关科研院所 和工厂，对70MPa 防喷器胶芯的结构优化设计、失效机
各公司产品检测除按API16A 规定进行常规密封和强度 试压外，还采用了先进的声发射技术对试压过程中壳体内 部缺陷进行动态监测，能及时发现裂纹的失稳扩展，确保 试压的安全和壳体等承压件内在质量，从而保证使用可靠 性。
国内井控设备现状
经过20多年的建设，目前，我国已有了自 己的防喷器制造业。液压防喷器已由“六 五”期间的7种规格3个品种。已研制成功了 180，230，280，346，540mm , 5种通径， 14，21，35，70，105，140Mpa6 种压力 等级的系列产品。
井控装置的组成
2、井控管汇：节流管汇、压井管汇、防喷 管汇和放喷管线等；
井控装置的组成
3、内防喷工具：方钻杆上、下旋塞、钻具 止回阀等
4、井控仪器仪表：综合录井仪、液面监测 仪等；
5、钻井液净化、灌注装置：钻井液净化系 统、除气装置、增加密度及自动灌注装置 等；
6、专用设备及工具：旋转头、自封头、不 压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭 火设备
工程集成软件系统”。这套专用软件集模型建立、有限元分析、优化
设计、剩余寿命评估、爆破模拟、计算机绘图6大功能于一体，其功
能的完备性，对环境的适应性，以及在应用效果和便于推广等方面都
超过美国应力工程公司(来华交流技术)的水平。

应用有限元理论分析与上海711所对防喷器壳体、井控阀件及成
套防喷器进行的光弹性电测等试验研究结果相互验证，使防喷器装置