井控设备

33
FH28-21
280(11)
21
≤10.5
50
39
FH28-35
280(11)
35
≤10.5
56
52
FH35-35
346(135/8)
35
≤10.5
94
69
表2-2-2锥形胶芯环形防喷器技术规范
通径 mm(in) 液控油压 Mpa
型 号
工作压力
Mpa
关闭油量
L
开启油量
L
FH23-35
230(9)
2．控制装置的型号（SY5053.2-91）
例如： FKQ4005B 表示气压遥控，储能器公 称总容积为 400 升、 5 个控制对象、经第 二次改进后的防喷器控制装置。
3．节流压井管汇的型号 节流管汇型号表示方法：
压井管汇型号表示方法：
例如：压力等级为 21 Ｍ pa 带手动节流阀的 节流压井管汇，其型号为： JG/S2-21 ； YG-21。
对于生产油井，预期井口最高压力是以井 喷时井筒内仍留有一半钻井液液柱估算 的，即 预期井口最高压力＝地层压力一半井深钻 井液液柱压力 对于探井、高压井，预期井口最高压力是 以井筒内已无钻井液，井筒完全掏空的 条件估算的，即 预期井口最高压力＝预计地层压力
根据我国油气田的地质情况以及多年的 钻探经验，井深不足2000m的浅井，预期 井口最高压力常低于14MPa，因此液压 防喷器的压力等级应选用14MPa。井深 2000mm～4000mm的中深井预期，预期 井口最高中压力常在21～35MPa范围内， 液压防喷器的压力等级应用21MPa或 35MPa。井深4000mm～7000mm的深井， 预期井口最高压力可能高达70MPa或更 高，液压防喷器的压力等级应选用 70MPa或105MPa。
二、环形防喷器的类型 环形防喷器的类型按其密封胶芯的形状可 分为： • 锥型胶芯环形防喷器 • 球形胶芯环形防喷器 • 组合胶芯环形防喷器 目前，国产有锥形胶芯环形防喷器与球型 胶芯环形防喷器两种。
三、球型胶芯环形防喷器 1. 结构及工作原理 • 球型胶芯环形防喷器的结构主要由顶盖、壳体、 防尘圈、活塞、胶芯等构成。顶盖内腔为球面， 胶芯呈半球型，活塞半剖面呈“Z”字形，整体 径向尺寸较大，高度稍低。 • 发生溢流关闭防喷器时，从控制系统来和高压 油进入关闭腔，推动活塞上行，在顶盖的限制 下，迫使胶芯向井眼中心运动，支撑筋相互靠 扰，将其中间的橡胶挤向井口中心，实现密封 钻具或全封井口。打开时，从控制系统来的高 压油进入开启腔，推动活塞下行，胶芯在本橡 胶弹性力作用下复位，将井口打开。
四、锥型胶芯环形防喷器 锥型胶芯环形防喷器的结构、工作原理球形胶芯 环形防喷器类似。其胶芯的结构特点为： 1．胶芯呈锥形： 2．井压肋封： 3．寿命可测：
设防喷器处于全开状态时，活塞顶端至顶盖上平面距离为Ｈmax，胶芯报废 前最后一次封零时活塞顶盖上平面的垂直距离为Ｈmin，Ｈmax与Ｈmax 两者之差即为活塞的最大行程s大： s大＝Ｈmax－Ｈmin Ｈmax与Ｈmin的具体数值由相应防喷器说明书中给出，所以可以直接求出s 大。 s大与s实之差为剩余行程之差s余，即： s余＝s大－s实 s余即为锥形胶芯的寿命标志。s余数值越大表明胶芯离报废越远；s余数 值越小表明胶芯越接近报废；当s余为零时表明胶芯已到寿命极限，必须 予以更换。
五、控制点数的选择 控制点数除满足选择的防喷器组合所需 要的控制点数外，还需增加两个控制点 数，用来控制两个液动阀，或用来控制 一个液动阀，另一个作为备用。
第二章
第二节
井控设备
环形防喷器
一、功用 １）在钻进、取心、下套管、测井、完井等作业 中发生溢流或井喷时，能有效封闭方钻杆、钻 杆、钻杆接头、钻铤、取心工具、套管、电缆、 油管等工具与井筒所形成的环形空间。 ２）当井内无管具时，能全封闭井口。 ３）在使用减压调压阀或缓冲储能器控制的情况 下，能通过18°台肩的对焊钻杆时，可强行起 下钻作业，但起下钻速度要慢，过接头时要更 慢（不大于 0.2m/s ）。强行起下钻具时关井压 力可适当降低，允许胶芯与钻杆之间有少量泄 漏。能否进行强行起下钻作业还必须考虑井下 情况和安全施工的条件。
胶芯封零效果
好
好
初用时效果差, 试封几次后效果才好
现场更换胶芯的方 法
井内无钻具时胶芯 易更换,井内有钻 具时采用切割法
井内无钻具时胶芯 易更换,井内有钻具 时采用切割法
பைடு நூலகம்
井内无钻具时胶 芯易更换,井内有 钻具时不能换胶芯
胶芯寿命
寿命短
寿命长
寿命长
开关一次所需液 控油量的比值
2
3 所需液控油量最多
1 所需液控油量最少
2. 球形胶芯的结构特点 a. 半球形胶芯： b. 不易翻胶： c. 漏斗效应： d. 橡胶储备量大： e. 井压助封： f.胶芯寿命长：FH23－35环形防喷器试验表明， 在胶芯关闭 31 ／ 2″ 钻杆通过 18º ／ 35º 斜坡接头 1000 个循环，通过钻杆 3000m （包括接头）， 并经历耐久性试验380次，开关性能试验201次。 密封效果仍很稳定。因此，可以完成深井的封 井起下钻作业而无需更换胶芯。
六、环形防喷器的技术规范
常用环形防喷器技术规范见表2-2-1和表2-2-2 表2-2-1球形胶芯环形防喷器技术规范
型 号 通径 mm(in) 工作压力 Mpa 液控油压 Mpa 关闭油量 L 开启油量 L
FH23-21
230(9)
21
≤10.5
34
22.8
FH23-35
230(9)
35
≤10.5
42
外形特征
径向尺寸偏小、高度稍高
径向尺寸较大、 高度稍低
径向与高度 尺寸均小
重量
轻
稍重
特轻
造价
低
稍高
高
八、环形防喷器的合理使用：
1．防喷器在现场安装后，应按标准进行现场试压。 2．进入目的层后，每起下钻两次，要试关防喷器一次以 检察封井效果。如发现胶芯失效或其它问题，应立即 更换处理。 3．在井内有钻具发生井喷时，可先用环形防喷器控制井 口，但尽量不作长时间封井。一则因为胶芯易过早损 坏，再则无锁紧装置。非特殊情况，不封闭空井。封 空井时最大井压为额定工作压力的一半。 4．防喷器处于封井状态时，允许上下活动钻具，但不允 许旋转钻具。同样，在钻具转动时，不允许关闭防喷 器，以防胶芯磨损。 5．严禁打开环形防喷器来泄掉井口压力，以防刺坏胶芯。 6．每次打开后，必须检查胶芯是否全开，以防挂坏胶芯。
五、组合胶芯环形防喷器
美国卡麦隆D型环形防喷器为组合胶芯形防喷器，其胶芯 与油缸均为组合结构，顶盖与壳体为快松盖连接方式， 活塞断面为例“T“字形，推盘用内六解螺钉固定在活 塞筒体的底部。 封井时，活塞在油压作用下向上移动，依靠推盘推举外 胶芯；外胶芯被迫向中心变形挤压内胶芯；内胶芯在 我芯的包围挤压作用下向中以收拢变形，支承筋则转 动相应角度并向中以平移；于是内胶芯的橡胶迅速向 中心集聚，从而实现封井。开井时，活塞向下移动， 内外胶芯依靠自弹性恢复开井状态。 这类防喷器防喷器整体结构小，质量轻，开关一次所需 油量少，但胶芯的密封性能很不理想。
35
10.5
27.4
15.9
FH35-21
230(9)
21
10.5
48.5
25.7
七、 环形防喷器的比较 公称通径相同，最大工作压力相同的三 种环形防喷器，它们的优劣对比列于表 2-2-3。
表2-2-1 三 种 防 喷 器 的 比 较
锥形胶芯环形防喷器 球形胶芯环形防喷器 组合胶芯环形防喷器 结构复杂程度 简单 简单 复杂
⑮ 以监测和预报地层压力为主的仪器仪表。 其主要包括：钻井液密度、钻井液进出 口量、钻井液池液面、钻井液出口温度、 起钻时井筒液面等参数的监测仪。 ⑯ 钻井液加重、除气、灌注设备。其主要 包括：钻井液加重设备、钻井液／气体 分离器、常压式或真空式钻井液除气器、 起钻自动灌注钻井液装置。 ⑰ 井喷失控处理和特殊作业设备。其主要 包括：如不压井起下管柱的加压装置、 自封头、旋转防喷器、灭火设备、拆除 井口工具等。
7．推荐防喷器最大控制压力为10.5MPa。 8．使用环形防喷器强行起下钻时的注意事项： 由于强行起下钻时胶芯的工作环境比较恶劣，胶芯磨损严重，所以为 使胶芯使用寿命延长，提高胶芯过接头的次数，必须依照如下程序 进行操作。 ① 先以10.5MPa的液控油压关闭防喷器。 ② 逐渐减小关闭压力，直至有些轻微渗漏，然后再进行强行起下钻作 业。有微小的渗漏可以润滑管柱与胶芯的接触面，防止胶芯温度过 高。当胶芯磨损漏失量过大时，可适当增加液控油压。注意在强行 起下钻时应使用18゜／35゜台肩的对焊钻杆接头，但起下钻速度要 慢，过接头时要更慢（不大于0.2m/s）。 ③ 若强行起下钻具时不允许胶芯与钻杆之间有渗漏，那么液控油压应 调到刚好满足密封为止。 ④ 当关闭压力达到10.5MPa时，胶芯仍漏失严重，说明该防喷器胶芯 已严重损坏，应及时处理后再进行封井起下钻作业。 9．胶芯备件妥善保管，防止胶芯老化，如胶芯保管期很长，并已经老 化，应报废。
四、井口防喷器组合 合理选用井控设备组合或配置是安全、顺 利、高效钻井的重要环节。液压防喷器 组合、井控管汇及阀件的选择包括压力 级别、公称尺寸（通径）、组合形式及 控制系统的控制点数的选择等。影响液 压防喷器组合选择的因素主要有：井的 类别、地层压力、套管尺寸、地层流体 类型、人员技术状况、工艺技术要求、 气候影响、交通条件、物资供应状况以 及环境保护要求等。总之，能实现平衡 钻井，确保钻井安全和节省钻井费用。
3、防喷器组合形式的选择 选择防喷器组合形式主要根据地层压力、 钻井工艺要求、钻具结构及设备情况来 决定。 井口防喷器组合形式的选择应按SY/T6426 《钻井井控技术规范》执行。
⑪ 单密封组合 只有一个防喷器，这是最简单的结构，只适用于浅井或 低压气井。 ⑫ 双密封组合 有两个单闸板（一个管子闸板，一个全封闸板）防喷器， 或一个单闸板防喷器和一个环形防喷器，如附图一 （A1-A4），适用于低压油气井。 ⑬ 三密封组合 有两个单闸板（一个管子闸板，一个全封闸板）防喷器 和一个环形防喷器，如附图一（A5-A6），适用于高压 油气井。 ⑭ 四密封组合 配有三个单闸板（一个全封闸板，二个管子闸板）防喷 器和一个环形防喷器，如附图一（ A7-A8 ），适用于高 压井、超深井和预探井。
1、防喷器压力等级的选择 液压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。共有 5 种压力级别，即： 14MPa （ 2000psi ） ， 21MPa(3000psi) ， 35MPa(5000psi) ， 70MPa(10000pai) ， 105MPa(15000psi)。 其压力级别的选择取决于所用套管的抗内 压强度、套管鞋处裸眼地层的破裂压力 和预计所承受的最大井口压力。但主要 是根据防喷器组合预计承受的最大井压 力来决定。
根据原中国石油天然气总公司“科学钻井 装备配套标准”的要求，首先应配齐的 井控装置有： 液压防喷器、控制系统、 节流压井管汇、套管头、方钻杆上下旋 塞、钻具回压阀、钻具旁通阀、钻井液 除气器、起钻灌浆装置和循环池液面监 测装置。
三、井控设备的型号 1．液压防喷器的型号（SY5053-84）
例如： 2FZ35 － 35 表示公称通径 346mm ，最 大工作压力35 MPa的双闸板防喷器。
2、防喷器公称通径的选择 防喷器的公称通径，是指能通过防喷器中 心孔最大钻具的尺寸。共有9种， 180mm(71/16″) 、 230 mm(9″) 、 280(11″)、346(135/8″)、426(163/4″)、 476(183/8″) 、 528(203/4″) 、 540(211/4″) 、 680(263/4″) 。其中现场 常 用 的 有 ： 230mm 、 280mm 、 346mm 、 540mm。防喷器组合的通径必须一致，其 大小取决于井身结构设计中的套管尺寸， 即必须略大于连接套管的直径。
第二章
第一节
井控设备
概 述
一、井控设备的功用 ⑪ 预防井喷。 ⑫ 及时发现溢流。 ⑬ 迅速控制井喷。 ⑭ 处理复杂情况。 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系统装备。
二、井控设备的组成 ⑪ 以液压防喷器为主的钻井井口装置，又称防喷 器组合。其主要包括：液压防喷器、四通、过 渡法兰、套管头。 ⑫ 液压防喷器控制系统。其主要包括：司钻控制 台、远程控制台、辅助控制台。 ⑬ 以节流管汇为主的井控管汇。其主要包括：节 流管汇及液动节流阀控制箱、放喷管线、压井 管线、注水管线、灭火管线及反循环管线。 ⑭ 钻具内防喷工具。其主要包括：钻具止回阀、 方钻杆上下旋塞、投入式止回阀、旁通阀。