钻井井控装置多媒体剖析

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1、井控设备概述 井控设备作为钻井工程的手段、已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生产安全。为此，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功能，确保钻井作业安全、优质与高速，使我国的石油与天然气工业获得更大的发展。,一、井控设备概述,什么叫井控装备？ 井控装备是指实施油气井压力控制技术所需的专用设备、仪表和工具的统称。,二、井控装备的功能,(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

2、施。,二、井控装备的功能,(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，进行灭火抢险等作处理作业。,三、井控设备的组成,井控设备的组成,(1) 井口防喷器组。 (2) 控制装置。 (3) 节流与压井管汇。 (4) 钻具内防喷工具。,井控设备的组成,(5) 加重钻井液装置。 (6) 起钻灌泥浆装置。 (7) 钻井液气体分离器。 (8) 监测仪表。,井 口 防 喷 器 组,控制装置,节流管汇1,节流管汇2,压井管汇,钻具内的防喷工具,投入式止回阀,旋塞阀,箭型止回阀（1）,箭型止回阀（2）,加重钻井液装置,

3、加重钻井液装置,起钻灌泥浆装置,液气分离器,液面标尺,液压防喷器的特点,关井动作迅速 操作方便 安全可靠 现场维修方便,四、液压防喷器的工作压力与公称通径,按中华人民共和国石油与天然气行业标准SY5053-91液压防喷器规定,我国液压防喷器的最大工作压力共分为5级。即14MPa、 21 MPa、 35 MPa、 70 MPa、105MPa 。,四、液压防喷器的工作压力与公称通径,我国液压防喷器常用的公称通径尺寸有： 180mm(71/16)、 230mm(9)、 280mm(11)、 346mm(135/8)、426mm(163/4)、476mm(183/4) 、 528mm(203/4)、5

4、40mm(211/4)、680mm( 263/4)。 其中现场常用的有230mm、280mm、346mm、540mm。,四、液压防喷器的参数相互搭配,最大工作压力与公称通径两个参数相互搭配所构成的液压防喷器，在SY505284液压防喷器中确定了28个品种的规格系列，见下表。,我国液压防喷器的系列,五、液压防喷器组合的选用,合理选用井控装置组合或配置是安全、顺利、高效钻井的重要环节。液压防喷器组合选择包括压力级别、通径尺寸、组合形式及控制系统的控制点数等。选择液压防喷器组合应考虑的因素主要有：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

5、以及环境保护要求等。总之，应能实现平衡钻井，确保钻井安全和节省钻井费用。,六、液压防喷器的型号,我国液压防喷器的型号规定：型号的字头为 汉语拼音字母组成，公称通径的单位为厘米并取其圆整值，最大工作压力的单位以MPa表示。即:,六、液压防喷器的型号,单闸板防喷器 FZ公称通径最大工作压力 双闸板防喷器 2FZ 公称通径最大工作压力 三闸板防喷器 3FZ公称通径最大工作压力 环形防喷器 FH公称通径最大工作压力,第二章 环形防喷器,环形防喷器，是由于其封井元件胶芯呈环状而得名。封井时环形胶芯被迫向井眼中心积聚、环抱钻具。环形防喷器常与闸板防喷器配套使用。,环行防喷的功能,(1)当井内无钻具时，环形

6、防喷器可用以全封井口（简称封零）。 (2) 当井内有钻具、套管、电缆时，环形防喷器可用以封闭井口的环形空间。 (3) 环形防喷器，在封闭具有18坡度的对焊钻杆时，可进行起下钻作业（又称强行起下钻作）。,环形防喷器的类型,根据胶芯形状分为,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,环形防喷器的工作原理,当发现井涌需要封井时，从控制系统输来的高压油从壳体下油口进入活塞下部关闭腔推动活塞向上运动，迫使胶芯向心运动，支承筋相互靠拢，将其间的橡胶挤向井口中心，实现密封钻具，或全封闭井口。打开时，液控压力从壳体上油口进人活塞上部开启腔，推动活塞下行，胶芯在本身弹力作用下复位，将井口打开。

7、,锥形胶芯环形防喷器的结构,液压动作 井压助封,锥形胶芯环形防喷器的结构,顶盖与壳体为丝扣连接,锥形胶芯环形防喷器的胶芯,球形胶芯环形防喷器的结构,液压动作 井压助封,球形胶芯环形防喷器的胶芯,组合形胶芯环形防喷器的结构,组合胶芯环形防喷器的胶芯由内外两层胶芯组成。内胶芯包含有只承筋，只承筋沿圆周切向配置，支承筋的上下端面彼此紧靠。,组合形胶芯环形防喷器的胶芯,组合形胶芯环形防喷器的工作原理,外胶芯纯属橡胶制件，无支承筋，而且橡胶较软。 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；内胶芯在外胶芯的包围挤压作用下向中心收拢变形，支承筋则转动相应角度并向中

8、心平移；于是内胶芯的橡胶迅速向中心聚集，从而实现封井。 开井时，活塞向下移动，内外胶芯依靠自身弹性恢复开井状态。,环形防喷器的比较,现场常用锥形胶芯环行防喷器的技术规范,型号,公称通径 mm,最大工作压力 Mpa,关井时耗 s,液控油压 Mpa,FH23-35 FH28-35 FH35-21,230(9“) 280(11“) 346(135/8“ ),35 35 21,30 30 30,10.5 10.5 10.5,现场常用球形胶芯环行防喷器的技术规范,型号,公称通径 mm,最大工作压力 Mpa,关井时耗 s,液控油压 Mpa,FH28-35 FH35-35,280(11 “) 346(135

9、/8“ ),35 35,30 30,10.5 10.5,环形防喷器更换胶芯,井内无钻具时，打开顶盖取出已磨损的胶芯，放入新胶芯，紧固好顶盖即可。由于上油腔有防尘圈封闭，尽管在现场条件下，油腔也不会遭受污染。,环形防喷器更换胶芯,井内有钻具时，可采用切割法更换胶芯、如图示。新胶芯虽有刀割切口，但只要切口规矩平整仍能有效的封井。为了便于在井场更换胶芯，在井口防喷器组中环行防喷器总是安装在上部。,使用环形防喷器强行起下钻,强行起下钻胶芯的工作状况比较恶劣，胶芯磨损严重，所以为使胶芯寿命延长，不致过早地损坏，必须依照下面程序进行操作： 1、先以10.5 MPa的关闭液压关闭防喷器。 2、逐渐减小关闭压

10、力，直到有些轻微渗漏，然后进行起下钻 作业。 3、注意起下钻应使用带18坡度接头的钻具，,使用环形防喷器强行起下钻,4、过接头时起下钻的速度不得大于0.2米/秒 5、若在起下钻时不允许有渗漏，那么液控关闭压力应调节到刚好满足密封为止。 6、当关闭压力达到10.5 MPa，胶芯仍漏失严重，说明该防喷器胶芯已严重损坏，应及时处理后在进行强行起下钻作业,使用环形防喷器强行起下钻,故障判断及排除方法,防喷器封闭不严 1）若新胶芯关不严，可多次活动解决。若支承筋靠拢仍 封闭不严则应更换胶芯。 2）对旧胶芯有严重磨损，脱块，已影响胶芯使用，应及时更换。 3）若打开过程中长时间未关闭使用胶芯，使杂物沉积于胶

11、芯沟槽及其他部位，应清洗胶芯，并按规程活动胶芯。,故障判断及排除方法,防喷器关闭后打不开 这是由于长时间关闭后，胶芯产生永久性变形老化或是在用于固井后胶芯下有凝固水泥而造成。在这种情况下，只有清洗或更换胶芯。,故障判断及排除方法,防喷器开关不灵活 1）所有管线在连接前，应用压缩空气吹扫。接头要清洗干净。 2）油路有漏失，防喷器长时间不活动，有脏物堵塞等，均会影响开关的灵活性，所以必须按操作规程执行。,环形防喷器的合理使用,在现场不做封零实验。 在封井状态下不得转动钻具。 不许用微开环形防喷器的办法泄降套压。 在使用缓冲蓄能器的情况下，封井后能通过具有18坡度的无细扣对焊钻杆强行起下钻作业。,环

12、形防喷器的合理使用,液控油压不得超过10.5MPa。 不许长期封井作业。 胶芯、备件应妥善保管。,第三章 闸板防喷器,闸板防喷器的功用,1、当井内有钻具时，可用与钻具尺寸相应的半 封闸板封闭井口的环形空间。 2、当井内无钻具时，可用全封闸板全封井口。 3、当井内有钻具需将钻具剪断并全封井口时，可用剪切闸板，迅速剪切钻具全封井口。,闸板防喷器的功用,4、有些闸板防喷器的闸板允许承重，可用于悬挂钻具。 5、闸板防喷器的壳体上有侧孔，在侧孔上连接管线，可用以代替节流管汇，循环钻井液或放喷。,闸板防喷器的类型,根据所配置的闸板数量 分为： 1、单闸板防喷器 2、双闸板防喷器 3、三闸板防喷器,闸板防喷

13、器的侧孔,闸板防喷器的类型,按闸板形状：,全 封,半 封,闸板防喷器的类型,按闸板作用：,剪 切,变 径,闸板防喷器的结构概况,液 动 锁 紧 式,闸板防喷器的结构概况,手 动 锁 紧 式,闸板防喷器的工作原理,液 压 动 作,闸板防喷器的“四处”密封,(1) 闸板前部与管子的密封。 (2) 闸板顶部与壳体的密封。 (3) 侧门与壳体的密封。 (4) 侧门腔与活塞杆间的密封。,闸板前部与管子的密封,闸 板 顶 部 与 壳 体 的 密 封,壳体与侧门之间的密封图,侧门腔与活塞杆间的密封,闸板防喷器闸板的特点,井压助封: 井液压力作用在闸板的底部，推举闸板，使闸板顶部与壳体凸缘贴紧。显然，井液压力

14、愈高闸板顶部与壳体的密封效果愈好，这就是所谓井压对闸板顶部的助封作用。,闸板防喷器闸板的特点,井压助封: 在关井动作过程中，闸板前部有井压所形成的阻力，与此同时其后部也有井压所形成的。推力与阻力并不相等，如果不考虑关井过程中的各种摩擦素损耗，只要油缸活塞上受液压油的作用力超过等量井压，活塞就可以将闸板推向井眼中心。,闸板受油压推力与前进阻力的关系,如果设活塞截面积为A；活塞杆截面积为S；关井油压为p油；忽略锁紧轴的影响；那么活塞在关井油腔所受油压推力当为p油A。 则闸板受油压推力p油A与前进阻力p井S平衡表达式为 p油A= p井S p井 / p油= A /S 设 A /S= R （称为关闭压力

15、比）；在结构上A 比S大的多，国产闸板防喷器其关闭压力比R为5-8 即 p井 / p油=6,闸板受油压推力与前进阻力的关系,当p井为14MPa时， p油为2.8MPa； 当p井为21MPa时， p油为4.2MPa； 当p井为35MPa时， p油为7.0MPa。 由此看来，闸板防喷器关井所需要的液控压力油与所对抗的井压并不相等而是成正比，关井所需要的液控压力油一般情况下都不超过10.5MPa。,闸板防喷器闸板的特点,自动清沙 闸板室底部有两条向井眼倾斜的清砂槽，当闸板开关动作时，遗留在闸板室底部的泥砂被闸板排入清砂槽并滑落井内。,闸板防喷器闸板的特点,自动对中,在使用半封闸板时，闸板压块的前方，

16、制有突出的导向块与相应的凹槽，当闸板向井眼中心运动时，导向块迫使钻具居中，实现顺利关井。,闸板防喷器闸板的特点,闸板的浮动和自进式密封： 闸板总成与壳体放置闸板的体腔有一定的间隙，允许闸板在壳体腔内有上下浮动。平时闸板上部胶芯不接触顶部密封面。而在闸板关井时，闸板室底部高的支承筋和顶部密封面均一渐缓的斜坡，能保证在闸板到达密封部位之前，闸板与壳体之间有充分间隙。实现密封时闸板前端橡胶首先接触钻具，在活塞推力下，封紧钻具。,闸板防喷器的侧门,可 旋 开 式 侧 门,闸板防喷器的侧门,侧门紧固方式,闸板防喷器的侧门,平直移动式侧门,拆换闸板的操作顺序,1、使蓄能器装置上相应的换向阀手柄，从开位板到中位 。 2、拆下紧固螺栓，旋开侧门。 3、液压关井，使闸板从侧门腔中伸出。 4、拆下旧闸板，装上新闸板，新闸板装正、装平。 5、液压开井，使闸板缩回侧门腔内。 6、在蓄能器上操作，将相应换向阀手柄扳至中位。 7、旋闭侧门，上紧螺栓。 8、试压,开关侧门注意事项,侧门不应同