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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 l l 什么叫井控装备？什么叫井控装备？ 井控装备是指实施油气井压力控制井控装备是指实施油气井压力控制 技术所需的专用设备、仪表和工具的统技术所需的专用设备、仪表和工具的统 称。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
2、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。 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 l (1) 井口防喷器组。 l (2) 控制装置。 l (3) 节流与压井管汇。 l (4) 钻具内防喷工具。 井控设备的组成 l (5) 加重钻井液装置。 l (6) 起钻灌泥浆装置。 l (7) 钻井液气体分离器。 l (8) 监测仪表。 井 口 防
3、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 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 l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/
4、16)、 230mm(9)、 280mm(11)、 346mm(135/8)、426mm(163/4)、476mm(183/4) 、 528mm(203/4)、540mm(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 l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SY5052 84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 公称通径最大工作压压力MPa mmin 18071/16213570105 2309213570105 28011142135701
5、05 346135/8213570105 426163/414213570 476183/43570 528203/421 540211/41435 680263/41421 五、液压防喷器组合的选用 l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
6、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 l(1)当井内无钻具时，环形防喷器可用以全封井口 （简称封零）。 l(2) 当井内有钻具、套管、电缆时，环形
7、防喷器 可用以封闭井口的环形空间。 l(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 l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。 锥形胶芯环形防喷器的结构 液压动作 井压助封 锥形胶芯
8、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 角度并向中心平移；于是内胶芯的橡胶迅速向中心聚集
9、， 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 锥锥形胶芯球形胶芯组组合胶芯 结结构复杂杂 程度 简单简单简单简单复杂杂 胶芯封零效 果 好好 初用时时，效果差 试试几次后，效果 好 胶芯寿命寿命短寿命长长寿命长长 外形特征 径向尺寸偏 小高度稍高 径向尺寸偏 大高度稍低 径向与高度 尺寸均偏小 现场现场 更换换 胶芯 的方法 井内无钻钻具时时 ,直接更换换;有 钻钻具时时,用切 割法 井内无钻钻具时时, 直接更换换;有钻钻 具时时,用切割法 井内无钻钻具时时, 直接更换换;有钻钻 具时时,无法更换换 现场常用锥形胶芯环行防喷器的技术规范 型号
10、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(135/8“ ) 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
11、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 l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
12、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 l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 l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
13、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 l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 l在现场不做封零实验。 l在封井状态下不得转动钻具。 l不许用微开环形防喷器的办法泄降套压。 l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 。 环形防喷器的合理使用 l液控油压不得超过10.5MPa。 l不许长期封井作业。 l胶芯、备件应妥善保管
14、。 第三章第三章 闸板防喷器闸板防喷器 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 l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 闸板防喷器的侧孔 闸板防喷器的类型 l按闸板形状： 全 封 半 封 闸板防喷
15、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 l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
16、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 l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 l当p井为14MPa时， p油为2.8MPa； l当p井为21MPa时， p油为4.2MPa； l当p井为35MPa时， p油为7.0MPa。 l由此
