井控设备知识

4.四种主要闸板结构
防喷器壳体 是通用的，闸 板防喷器有四 种主要闸板结 构：盲板（全 封闸板）、管 子闸板、可变 径管子闸板和 剪切盲板。见 图.
5.操作闸板防喷器规则：
①管子闸板尺寸要适合正使用中的钻杆、套管和油管尺 寸。 ②液压控制开关压力10.5MPa（1500psi），不宜采用 过高关闭压力（剪断钻杆时要高些），避免闸板上的弹性 材料磨损增加，活动管子时液压应调到有少量钻井液从闸 板漏出以减少摩擦增加润滑。 ③当钻杆在井眼中一般不要关闭盲板和剪切闸板，否则 将损坏钻杆。 ④用锁紧装置时，关闭闸板后将其锁住在关闭位置。 ⑤当环形防喷器不能用时，用闸板防喷器在压力下强行 起下钻，必须使用两个防喷器，而且相隔距离必须容纳钻 杆接头。
API防喷设备压力等级分为六级
1、2000psi（2000磅/英寸2 ）-140公斤/厘米2 -14Mpa - 2M；
2、 3000psi（3000磅/英寸2）-210公斤/厘米2 -21Mpa - 3M； 3、5000psi（5000磅/英寸2 ）-350公斤/厘米2 -35Mpa - 5M； 4、10000psi（10000磅/英寸2 ）-700公斤/厘米2 -70Mpa - 10M； 5、15000psi（15000磅/英寸2 ）-1050公斤/厘米2 -105Mpa-15M；
三、闸板防喷器
闸板防喷器
闸板防喷器是能承受高压、可靠性好的主要井控设备， 是井控的安全保证。
1.闸板防喷器结构图
2.闸板防喷器工作原理和特点
（l）工作原理： 把处于收缩位置的两个闸板通过液压控制同时向 内推移，使它们卡紧在管柱外面而实现封闭井口。 （2）工作特点：
①安装时不能上下倒置，因闸板芯只能承受向上的压力。 ②芯轴有二次密封作用。 ③闸板密封钻柱的橡胶有自封作用。 ④特殊情况下，闸板关闭后，钻杆接头可坐在闸板上。
4.井控设备的组成
井控设备应包括以下设备、仪表与工具: 压力控制设备，监视设备，固相控制设备 1.井口防喷器组—万能防喷器、闸板防喷器、四通阀门组等； 2.控制装置—储能器机组、远程遥控装置； 3.管汇—阻流管汇、压井管汇； 4.钻具内防喷器工具—钻杆球阀、钻杆回压凡尔、投入式但向 阀等； 5.加重钻井液装置—重晶石粉混合漏斗装置、重晶石粉气动下 料装置； 6.起钻灌注钻井液装置； 7.钻井液油气分离器； 8.监测仪表—泥浆池液面监测仪、甲烷、硫化氢监测器。
API按法兰通径尺寸可分为15级
21/16″ 71/16″ 29/16″ 9″ 31 /8 ″ 11″ 31/16″ 135/8″ 41/16″ 161/4″
183/4″ 203/4″
211/4″
263/4″
291/2″
二.万能防喷器（又称环形防喷器）
万能防喷器（又称环形防喷器）
万能防喷器：
井控设备知识
COSL新疆技术学院 胡万军 2009年4月
一、井控设备概述 二、万能防喷器 三、闸板防喷器 四、控制系统装置 五、防喷器选择 六、防喷器连接规范--API连接 七、防喷器的发展趋势
一、井控设备概述
井控设备概述
石油与天然气工业，经过几十年的创业与开拓，在钻井 工艺技术上更是不断改进与革新并日趋科学化。 井控设备的发展更为突出，由单一的老式手动防喷器 发展成一套完整的井控设备系统。井控设备为安全钻井提 供了保障，保护了钻井人员、钻井设备以及油气井的安全， 使油气田的勘探与开发获得更好的效益。 一套设备的好坏与其服务质量可从四个方面来评估： 1.设计； 2.材料； 3.加工制造； 4.维护和使用。
5.井口防喷器组
万能BOP
双闸板 BOP
BOP
组 钻井四通 连 阀门组 接 形 式 单闸板
BOP
井口防喷器组结构图
从上到下： 万能BOP
双闸板BOP
单闸板BOP 钻井四通
6.井口防喷器组现状
防喷器经过80年的发展，目前已经发展成多种功 能、规格标准系列产品。防喷器系统装备经历了三个 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， 第三阶段仍为液动防喷器，以高压、大通径、可变 通径和不断完善的结构为其主要特征。 现在正开发完善第四代产品及井下防喷器。
2.井控设备的功用
在钻井过程中，为了防止地层流体侵入井内，总是使井 筒内的钻井液静液柱压力略大于地层压力，这就是所谓对 油气井的初级压力控制。 但在钻井作业中，常因各种因素的变化，使油气井的压 力控制遭到破坏而导致井喷，这时就需要依靠井控设备实 施压井作业，重新恢复对油气井的压力控制。 有时井口设施严重损坏，油气井失去压力控制，这时就 需采取紧急抢救措施，对油气井抢救。因此，井控设备是 实施油气井压力控制技术的一整套专用设备、仪表与工具。
四、控制系统装置
库美控制装置
储能器
储能器各个部位的名称：
司钻控制盘 电动液泵的控制开关
减压溢流阀 油箱液位显示
旁通阀
储能器各个部位的名称：
曲轴柱塞泵 气动压力变送器
压力表及储能瓶
双作用活塞式气缸
三位四通转阀
储能器各个部位的名称：
气动油泵 液气开关 电动开关
曲轴柱塞泵的润滑油液位显示
储能瓶
5.环形防喷器使用注意事项：
①关闭空井，只有在紧急情况下使用，否则将加 速密封装置的损坏。 ②正常情况下，最大操作液压为10.5MPS （1500psi）。 ③在关闭防喷器后，强行起下钻控制关闭压力为 3.5～4.2MPa（500～600psi）。
6.万能防喷器类型
---球形防喷器
---环形防喷器
球型万能BOP结构图
顶盖 球胶芯 液缸盖 活塞 壳 体
法 兰 螺 Leabharlann 连 接2.万能防喷器工作特点：
工作特点： ①能够在不同尺寸钻柱的任何部件上关闭。 ②必要时能关闭空井。 ③能关闭试油抽子，测井或射孔的电缆及各种 工具。 ④在使用减压调节阀或缓冲储能器控制下，它 可在使用减压阀或缓冲瓶控制的情况下，能通过18° 无细扣对焊钻杆接头，能够强行上下活动钻具或强行 起下钻柱，但不能旋转钻具。
3.闸板防喷器的主要功能
其主要功能有： ①井内有钻柱、油管和套管时，利用管子闸板防 喷器封闭相应管子与井眼形成的环形空间，达到封井 目的。 ②用盲板（全封）防喷器，井中无钻具时，可 全封井眼。 ③在特殊情况下可用全封／剪切闸板防喷器剪断 钻具并达到全封井的目的。
闸板防喷器的主要功能
④可变径芯子闸板防喷器，可以适用于几个不同尺寸 的钻具，在整个起钻柱过程中不必经常更换闸板 芯，就可以达到封井目的。 ⑤必要的情况下，管子闸板防喷器可以悬挂钻柱。 ⑥通过防喷器壳体旁侧出口，可以进行循环和阻流 压井作业。
液压防喷器的特点
3.安全可靠 ①液压防喷器的强度是可靠的，出厂前防喷器的壳体组件经 过严格试压检验。 ②液压防喷器的封井性能是可靠的，出厂前防喷器的胶芯或 闸板经过严格的密封性能试验。 ③液压防喷器的操作是可靠的，当司钻在钻台上操作失灵时， 可迅速在储能器装置上操作，如果储能器装置装置液控失 效，闸板防喷器还可以手动操作关井。 4.现场维修方便 液压防喷器的胶芯或闸板是封井的密封元件，使用中易磨损 失效。当发现这些密封元件严重磨损 后，在现场条件下可 以及时进行拆换。
3.井控设备应具有以下功用：
1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 显然,井控设备是对油气井实施压力控制，对事故进行预 防、监测、控制、处理的关键手段；是实现安全钻井的可 靠保证；是钻井设备中必不可少的重要系统装备。
8.防喷器的最大工作压力
防喷器的最大工作压力是指防喷器安装在井口投 入工作时所能承受的最大井口压力。最大工作压力是 防喷器的强度指标。 按照国家石油天然气行业标准 SY5052-84规定， 防喷器的最大工作压力共分为5级，符合API规范， 即:
2000psi (140公斤/厘米2、14MPa )； 3000psi (210公斤/厘米2、21MPa )； 5000psi (350公斤/厘米2、35MPa )； 10000psi (700公斤/厘米2、70MPa )； 15000psi (1050公斤/厘米2、105MPa )；
1.井控设备维护和使用
当设备制造出来以后，维护和使用就成了设备好坏的关 键因素。如果井控设备安装、维护、使用不当，那么这些 设备就等于虚设，就有井喷、着火等重大事故隐患的威胁。 当前，由于对井控设备的安装、维护、使用不当而导 致的大小事故，每年仍时有发生。 因此，钻井人员对井控设备必须具有一定的基础知识 和正确而熟练的操作技能，使井控设备发挥应有的效能， 确保钻井工程的安全、优质与高速度，使我国的石油与天 然气工业获得更大的发展。
6、 20000psi（20000磅/英寸2 ）-1400公斤/厘米2 -140Mpa-20M
9.防喷器的公称通径尺寸
防喷器的公称通径尺寸是指防喷器的上下垂直通孔直径。 公称通径是防喷器的尺寸指标。 SY5052-84中规定，防喷器的 公称通径共分为9种，即： 180mm (71/16″); 230mm (9-5/8″); 280mm (11″); 346mm (135/8″); 426mm (163/4″); 476mm (18-3/4″); 528mm (20-3/4″); 540mm (21-1/4″); 680mm (26-3/4″);
7.液压防喷器的特点
防喷器是井控设备的核心组件。众所周知，防喷器质量的好 坏直接影响油气井压力控制的成败，老式的手动防喷器由于手 动开关费力；关井耗时多；耐压低；故障多；经常在紧急关井 时封不住井而引起井喷失控，因此这种旧式手动防喷器皆以淘 汰而以液压防喷器代替，液压防喷器有以下四个特点: 1.关井动作迅速 万能防喷器利用液压能够在30s以内实现关井； 闸板防喷器利用液压能够在3~8s以内实现关井。 2.操作方便 液压防喷器利用液压油以液压传动方式迫使胶芯和闸板等封 井元件动作，而不是采用纯机械传动的方法，因此操作省力、 简便。操作者只需在钻台或值班室的控制盘上扳动控制阀就能 实现开关动作。
储能器
1、储能器的学名为：地面防喷器控制装置
储能器用于控制井口防喷器组的装置，防喷器控制系统（储能器） 是开关防喷器和液动放喷、压井阀门的装置。它既要提供足够压力 和排量的液压油，还要在平时把这种液压能储存起来，一旦需要， 通过控制阀件把液压油准确迅速地输送给防喷器和液动阀的液缸， 从而达到开关目的。
国外厂家: SHAFFER (雪夫尔)－球形胶芯 HYDRIL (海德里耳)－锥形胶芯 CAMERON (卡麦隆)－组合胶 芯 国产万能BOP为： 球形和环形两种
球形胶芯防喷器
SHAFFER球形胶芯万能BOP
法兰螺栓式连接
楔块式连接
楔块式连接内部结构
顶盖
球胶芯
楔 形 块 连 接 缸盖
开腔油口
关腔油口 壳 体 活塞
司钻控制台 空气管缆
辅助控制台
空气管缆
储能器 （控制 台）
液控管线
2.传统库美控制的次序：
3.工作原理
储存在储能器组中的压力油通过储能器隔离阀（高压 球阀）、滤油器，再经减压溢流阀减压后，进入控制管 汇，到各三位四通转阀进口。同时来自储能器组的压力 油经滤油器进入控制环形BOP的减压溢流阀，减压后专供 环形BOP使用。只需扳动相应的三位四通转阀手柄，便可 实现“开”、“关”防喷器的操作。 三位四通转阀的换向也可通过司钻控制台遥控完成。 首先扳动司钻控制台上控制气源开关的气转阀至开位， 同时操作其他三位四通气转阀进行换向，压缩空气经空 气管缆而进入储能器（控制台），控制相应的气缸，带 动换向手柄，使储能器的控制台上相应的三位四通转阀 换向。
也叫多效能防喷器、环形防喷器或球形防喷器等。 它的作用是具有承压高、密封可靠、操作方便、 开关迅速等优点，特别适用于密封各种形状和不同尺 寸的管柱、电缆及钢丝绳等，也可全封闭井口。 万能防喷器必须配备液压控制系统方能使用。通 常它与闸板防喷器配套使用，也可单独使用。
1.基本结构和工作原理
(1)基本结构见图：壳体、顶盖、胶芯、活塞。 (2）工作原理。 关井时，液压推动活塞向上运动，迫使密封胶芯 封着管子外围。当施加液压使活塞下行运动时让 密封胶芯回到原位置，防喷器就打开。
3.万能工作示意图
4.环形防喷器胶芯
环形防喷器的主要部件是胶芯密封件（又称盘根 单元）。国产胶芯是用丁睛橡胶硫化而成，使用温 度为－10℃～100℃，适用于水基和油基钻井液环 境。 国际上生产胶芯的厂家很多，不同类型要在不同条 件下使用。如海德里公司和雪福尔公司的胶芯适用 条件见表8－9和8－10。