井控装置-晏国秀.ppt

井井 控控 设设 备备晏国秀晏国秀1.井控井控设备设备的的发发展展简简史史 在1957年2月2日，前苏联专家帮助我国所钻探的重庆巴9井，在钻井过程中因井漏起钻，未灌泥浆，发生强烈井喷。井内216m钻具全部冲出，与井架撞击着火，焰高120余米。在前苏联专家帮助下采用了空中爆炸灭火法，先后共进行3次爆炸才将大火扑灭。该井是我国解放后第一口天然气井在钻井过程中发生的井喷失控着火井。应该说，从此在我国石油天然气勘探行业引起了对天然气井钻井井喷、井喷失控和着火事故的重视。2.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。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。3.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，使油气田的勘探与开发获得更好的效益。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。因此，要求钻井人员及钻井相关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，从而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。4.据四川油气井据四川油气井灭灭火公司不完全火公司不完全统计统计，近，近1010年（年（1994-20031994-2003）我国）我国陆陆上共上共发发生生1515口井口井钻钻井井严严重井重井喷喷失控（着火）事故。其中失控（着火）事故。其中,四川油四川油田有田有3 3口。口。第第1 1口：渡一井（口：渡一井（95.12.2512.30),95.12.2512.30),井井喷喷失失控的直接原因是控的直接原因是钻钻具断。具断。第第2 2口口:温泉温泉4 4井井(98.03.22),(98.03.22),井井喷喷失控的直接失控的直接原因是地下井原因是地下井喷喷。第第3 3口口:罗罗家家1616H H井井(2003.12.23),(2003.12.23),井井喷喷失控的失控的直接原因是直接原因是抢抢装回装回压阀压阀失失败败。罗罗家家1616H-1H-1井井:开开钻时间钻时间 2004.7.19-8.24 2004.7.19-8.245.1994-20031994-2003我国我国陆陆上部分上部分钻钻井井严严重井重井喷喷失控（着火失控（着火)井情况井情况序序号号失控失控(着着火火)井井溢流溢流时间时间关井关井前前溢流溢流(M(M3 3)失控失控时间时间着火着火时间时间关井关井(MPa)(MPa)关关井井前前工工况况失控失控（着（着火火)前工前工况况地地层层流体流体H H2 2S S含量含量g/mg/m3 3失控失控（着火（着火)直接原直接原因因地地理理区区域域PdPdPcPc1 1陆陆参参1 1井井94.6.194.6.1井涌井涌94.6.194.6.194.6.294.6.2起起钻钻井涌井涌气气未能关未能关井井口井井口刺坏爆刺坏爆炸着火炸着火滇滇黔黔桂桂油油田田渡渡1 1井井95.12.2595.12.252.22.295.12.3095.12.304.24.27.57.5压压井井钻钻具具刺断刺断气气231.93231.93钻钻具断具断四四川川油油田田大宛大宛齐齐105105井井96.7.2896.7.28钻钻具具内冒内冒泥泥浆浆96.7.2896.7.28起起钻钻井内井内38m38m钻钻廷廷全全喷喷出出油、油、气气溢流未溢流未及及时发时发现现塔塔里里木木油油田田文文1313120120井井96.8.1096.8.10发现发现溢流溢流96.8.1096.8.10电电测测强强行行下下钻钻廷廷气水气水井内井内钻钻廷廷4 4根冲根冲出出中中原原油油田田6.序序号号失失控控(着着火火)井井溢流溢流时间时间关井关井前前溢流溢流(M(M3 3)失控失控时间时间着火着火时间时间关井关井(MPa)(MPa)关井关井前工前工况况失控失控(着着火火)前工前工况况地地层层流流体体H H2 2S S含量含量g/mg/m3 3失控失控(着火着火)直接原直接原因因地地理理区区域域PdPdPcPcW24W24-23-23井井96.10.2396.10.2396.10.2596.10.2596.10.2596.10.25下下钻钻通井通井井井喷喷气、气、砂砂石石未装井未装井口注水口注水井影响井影响长长庆庆油油田田仙仙7 7井井97.6.1497.6.14钻钻杆杆冒泥冒泥浆浆97.6.1597.6.154.54.55 5起起钻钻压压井井气气井口半井口半封刺坏封刺坏青青海海油油田田玛玛四四井井97.9.2797.9.2797.9.2797.9.2797.9.3097.9.30钻进钻进气割气割气气水水无井口无井口塔塔里里木木油油田田高高7 73 3井井98.2.1198.2.114 498.2.1198.2.1198.2.1298.2.120 01616钻进钻进压压井井气气油油套管蹩套管蹩爆爆冀冀东东油油田田1994-20031994-2003我国我国陆陆上部分上部分钻钻井井严严重井重井喷喷失控（着火失控（着火)井情况井情况(续续)7.1994-20031994-2003我国我国陆陆上部分上部分钻钻井井严严重井重井喷喷失控（着火失控（着火)井情况井情况(续续)序序号号失控失控(着着火火)井井溢流溢流时间时间关井关井前前溢流溢流(M(M3 3)失控失控时间时间着火着火时间时间关井关井(MPa)(MPa)关井关井前工前工况况失失控控(着着火火)前前工工况况地地层层流流体体H H2 2S S含量含量g/mg/m3 3失控失控(着火着火)直接直接原因原因地地理理区区域域PdPdPcPc温泉温泉4 4井井98.3.2298.3.225 58.58.57.97.9钻进钻进压压井井气气0.5390.539地下地下井井喷喷四四川川油油田田1010吐孜吐孜1 1井井99.11.2299.11.223.23.299.11.3099.11.3099.11.3099.11.300 00 0钻进钻进压压井井气气关旋关旋塞塞未成未成功功塔塔里里木木1111窿五窿五井井2000.12.72000.12.7事故事故处处理理2000.12.12000.12.17 71616：00-00-242400.12.1700.12.1700.12.1700.12.170 02 2处处理理井下井下事故事故压压井井气气、油油四通四通闸阀闸阀刺漏刺漏玉玉门门油油田田1212迪那迪那2 2井井2001.4.292001.4.294.34.301.4.2901.4.2901.4.2901.4.2914141616钻进钻进压压井井气气地面地面管管线线爆炸爆炸塔塔里里木木油油田田8.1994-20031994-2003我国我国陆陆上部分上部分钻钻井井严严重井重井喷喷失控（着火失控（着火)井情况井情况(续续)序序号号失控失控（着（着火火)井井溢流溢流时间时间关井关井前前溢流溢流（M M3 3)失控失控时间时间着着火火时时间间关井关井(MPa)(MPa)关井关井前工前工况况失控失控（着火（着火)前工况前工况地地层层流流体体H H2 2S S含量含量g/mg/m3 3失控失控（着（着火火)直直接原接原因因地地理理区区域域PdPdPcPc1313涩涩3 39 9井井01.9.801.9.801.9.901.9.90 02 2下下钻钻压压井井气、气、水水四通四通刺漏刺漏青青海海油油田田1414T705T705井井02.6.1502.6.1502.6.1502.6.15电测电测油油气气未安未安装全装全封、封、环环形形胶芯胶芯刺漏刺漏西西北北石石油油局局塔塔河河油油田田1515罗罗家家1616井井03.12.2303.12.231.11.103.12.2303.12.23起起钻钻关井关井气气151151抢抢装装回回压压阀阀失失败败四四川川油油田田9.第一章第一章 井控井控设备设备概述概述第二章第二章 套管套管头头与与钻钻井四通井四通第三章第三章 环环形防形防喷喷器器第四章第四章 闸闸板防板防喷喷器器第五章第五章 液液压压防防喷喷器的器的检查检查与修理与修理第六章第六章 防防喷喷器控制装置器控制装置第七章第七章 节节流管流管汇汇、压压井管井管汇汇第八章第八章 钻钻井液井液净净化、灌注装置化、灌注装置第九章第九章 旋旋转转防防喷喷器器第十章 内防喷工具第十一章 井控装置相关标准10.第一章第一章 井控井控设备设备概述概述一一 井控装置的作用井控装置的作用二二 井控装置的井控装置的组组成成三三 钻钻井工井工艺对艺对井控装置的要求井控装置的要求四四 液液压压防防喷喷器的最大工作器的最大工作压压力与公称通径力与公称通径五五 地面液地面液压压防防喷喷器的型号器的型号六六井控装置的井控装置的选择选择七七实实例例八八复复习题习题11.在油气勘探开发过程中，如何通过井内液柱压力来平衡地层压力钻井，以及这种平衡被破坏时，如何及时发现、正确控制和处理，尽快重建压力平衡的技术(简称平衡钻井及井控技术)，不仅关系着地下油气资源的发现、保护和开发，而且还直接关系着钻井速度的提高，井喷事故的防止和油气污染的消除，是一项有着重大经济效益和社会效益的关键技术。为实施这一关键技术除要有扎实的井控工艺外，还必须抓实现平衡钻井的基础井控装置的完善和配套、标准化安装等。12.13.一一 井控装置的作用井控装置的作用 在钻井生产中井控装置有如下作用：1、正常钻进及起下钻和其它停钻过程中，可对溢流及井喷进行及时准确的监测和预报；2、发生溢流、井涌或井喷时，能快速有效的控制井口，节制井筒内流体(钻井液、油、气、水)的释放；能及时泵入高密度钻井液压井，以恢复和重建井底压力平衡；3、发生井喷或井喷失控乃至着火时，具备有效地处理事故的基本条件；4、能在不压井和关井情况下下管柱以及固井，并能满足堵漏等特殊作用中防止井喷。14.井控装置由以下六部分组成：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；2、井控管汇：节流管汇、压井管汇、防喷管汇和放喷管线等；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 二二 井控装置的井控装置的组组成成15.1、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HS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。三三 钻钻井工井工艺对艺对井控装置的要求井控装置的要求16.四四 液液压压防防喷喷器的最大工作器的最大工作压压力与公称通径力与公称通径公称通径最大工作压力MPammin18071/1621357010523092135701052801114213570105346135/8213570105426163/414213570476183/4540211/41421357010517.球形类胶芯 FH 通径代号-额定工作压力MPa 锥形类胶芯 FHZ 通径代号-额定工作压力MPa 双环形防喷器 2FH 通径代号-额定工作压力MPa 单闸板防喷器 FZ 通径代号-额定工作压力MPa 双闸板防喷器 2FZ 通径代号-额定工作压力MPa 三闸板防喷器 3FZ 通径代号-额定工作压力MPa五五 地面液地面液压压防防喷喷器的型号器的型号18.选用井控装置的原则：应根据钻井中可能导致井喷的各种因素进行选用。如地层压力、流体类型、人员技术状况、现有设备状况、钻台底座高度、工艺措施的要求、防护程度(环境污染、人员、设备的安全等)；尤其是在人口密集的城市、交通要道、厂矿企业、海洋湖泊、河流等地方钻井更应考虑防护程度。原则上应以最少量的设备，能有效地实施油气井压力控制技术。六六 井控装置的井控装置的选择选择19.1、压力级别的选择井控装置压力级别的选择，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、井口可能出现的最高压力三者中最小值。目前国外对井控装置压力级别的选择，主要是根据井控装置要承受的预期最大地面压力，即井中可能出现的最高压力，而此压力应该是以溢流或井喷时迅速控制井口并保证井筒内有一半或一半以上的液柱来估算的。即井控装置耐压力=地层压力井筒内液柱压力。国内对防喷器压力级别的选择，是按全井最高地层常用压力来选用。井控装置的井控装置的选择选择包括：包括：20.2、通径尺寸的选择井口装置通径尺寸的选择，主要取决于所使用的套管尺寸，即必须略大于所使用的套管接箍的外径。我国目前井口装置通径系列共有五个尺寸可供选择，即：180mm；230mm；280mm；346mm；540mm；21.3、组合配套型式选择 井控装置组合配套型式的选择，主要是根据钻井工艺、钻具结构以及设备的具体情况来决定的。另外，它还受压力等级、井架底座的高度制约。比如，当使用复合钻具时，则需配备相应尺寸的闸板防喷器；为了适应不同尺寸的管体与电缆的封闭，应选配环形防喷器；当需要进行不压井起下钻柱时，为了倒换接头，则应配备两个以上的闸板防喷器，并应有一定间矩，便于作业。22.1)井控装置组合配套基本型式2)井控装置组合配套特殊型式井控装置组合配套特殊型式仅适用于参数井、预探井、沙漠井、滩海井、泡沫钻井及空气钻井等。特殊组合配套型式不受井身结构的限制，在任何套管程序和各次开钻情况下，均采用相同的一种钻井井口装置，仅508mm套管下入后允许采用不同通径钻井井口装置。钻具内防喷工具、井控监测仪器、仪表和钻井液净化及灌注装置、专用设备及工具，根据各油田的具体情况配齐以满足井控工艺的要求。井控管汇的额定工作压力应与最后一次开钻所配置的钻井井口装置工作压力值相同。井控装置的系列压力要一致。防喷器控制装置的控制对象应比实际所用的多1个。在含硫地区，还必须考虑防硫问题。23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.井喷、井喷失控乃至着火，处理作业艰巨，因此预防井喷失控是极为重要的。但在实际工作中，往往因追求时效和怕麻烦，在许多细小环节上总被忽略或是存在侥幸心理，往往把该严格要求的技术规范放松了。一旦发生井涌、井喷、常因在某个环节上末做好而导致极为危险的井喷失控，造成极大的损失。为了防止这类事故的发生，井口装置和预防处理井喷所必要的设备应配备齐全、压力要匹配，绝不可忽视。要知道，一旦发生井喷失控事故，其损失要比配备必要的装置所花的费用大得多。35.实实 例例36.装2FZ2835防喷器(DF2335)，测试时油压:37.5MPa,套压:44.5MPa(后一条管线放喷，套压；上升至46.2MPa)包31井套压上升至35.6MPa，均超过防喷器额定工作压力，选用应高一级压力。实实 例例 1 1包包3333井井(包包3131井井)37.实 例 2龙会2井P 地 层 压 力 87MPa，至 少 应 装 备70MPa的井控装置，实际为35MPa井口，因而井涌后尽管按程序关井，时间133min，5闸板刺坏，井口喷出钻井液5m高。经45min环形被刺坏，井口喷势越来越大，喷出气流高达25m以上，造成井口失控抢险的严重被动局面。38.1、井口用KPY23350。此井口在楚三井装过。在库内用21MPa关(活动)防喷器不动，后用30MPa才将闸板推动；2、井口试压未成，因闸板(单面用)装反了(连接为T形槽)，后拆开后装正试压方成；3、防喷器为双闸板，仅安了一个管子闸板；4、未安防喷器控制装置，用手动关井。靠振动筛方向关到位，靠司钻台方因十字头销轴被扭断未关到位，造成井口失控。实实 例例 3 3陆参一号井(滇黔桂石油勘探局钻井三公司45161队)时间：1994年6月39.固9套管后，设计要求井口承压能力为70MPa，而该井的井口组合(从下至上)：9套管头+2FS28-70+2FZ28-70(全封+5闸板)+FH28-35，除7#闸板阀为PFF78-70外，其余闸阀和节流管汇均为35MPa配套；放喷管线是旧钻杆接的。钻至井深5019m时井口试压为32MPa。当 钻 至 5037m出 现 溢 流 时(地 层 压 力 推 算 为90.54MPa、HS含量高)无法关井，造成险情。除工艺措施不当外，井控设备配套不完善、安装质量差(在较低的压力下，放喷管线、节流阀连接处发生刺漏；关井立压为32MPa时，8、9闸阀密封垫环刺漏，J9阀外刺漏)是造成险情的又一原因。实实例例4 4 渡一井渡一井40.井控装置的配套应按钻井设计执行，诸如井口装置、井控管汇、井控仪表、内防喷工具等。要保持井口装置通径一致、整个装备的系列压力要一致，否则，再高压力的设备配有一个低压的部件，则其承压能力也只能是低压；在含硫地区，还必须考虑防硫问题，除钢材的选用外，还不准采用焊接件，因易产生氢脆；对防喷管线和放喷管线，千万不能用旧钻杆代替，因为旧钻杆的腐蚀程度无法掌握。实实例例4 4 渡一井（渡一井（续续上上页页）41.1、什么叫井控装置(设备）?有何作用?2、选用井控装置应包括那些内容?3、我国常用液压防喷器的压力级别有几级？公称通径 有几种？4、井控装置置基本组合配套型式与特殊组合配套型式 的区别何在?复复 习习 题题42.第二章 套管头与钻井四通一套管套管头头 二 钻钻井四通井四通 43.第二章 套管头与钻井四通一套管头 套管头是套管与井口装置之间的重要连接件。它的下端通过螺纹与表层套管相连，上端通过法兰或卡箍与井口装置相连。(一)、套管头的作用 1、通过悬挂器支撑除表层之外的各层套管的重量；2、承受井口装置的重量；3、可在内外套管柱之间形成压力密封；44.4、为可能蓄积在两层套管柱之间的压力提供了一个出口，或在紧急情况下向井内泵入液体(压井钻井液、水或高效灭火剂等)；5、可进行钻采工艺方面的特殊作业，如：(1)若井未固好，可从侧孔补注水泥；(2)在采取增产措施而搞酸化压裂时，可从侧孔打入压力液 以平衡油管压力。45.(二)、套管头的结构套管头主要由套管头本体、套管悬挂器总成等组成。套管头本体是支撑悬挂器，形成主侧通道的承压件；套管悬挂器总成是用来悬挂套管，并在内外两管柱之间形成环状密封的重要部件。其悬挂可用螺纹、卡瓦或任何适用的悬挂方式来完成。卡瓦可以卡接箍，也可以卡管体。悬挂器密封总成一般分上、下密封。上密封在悬挂器的上部，密封上部液压。上密封分机械和液压式密封。液压式即注入密封进行密封；下密封直接同悬挂器相连，由座圈、密封圈、压圈等组成。它密封两管柱间的环空压力。下密封可采用套管自重式密封和手动密封两种。套管自重式密封靠套管的悬重压缩密封圈，但必须控制本体两个台阶的距离以控制密封圈的压缩量，使之能密封可靠又不能挤毁套管；手动密封是靠人力压缩密封圈，其与套管悬重无关，且可实现低管重下的密封。其也可采用金属对金属的密封。46.(三)、套管头的型式及型号表示法1、型式(1)按悬挂的套管层数分为：a、单级套管头；b、双级套管头；c、三级套管头。(2)、按套管悬挂器的结构型式分为：a、卡瓦式；b、螺纹式。(3)、按本体间的连接方式分为：a、卡箍式；b、法兰式；c、独立螺纹式：悬挂套管柱上端和油管头本体下端用螺纹连接的套管头。(4)、按本体的结构型式分为：a、单体式：一个本体内装一个悬挂器；b、组合式：一个本体内装多个悬挂器。47.2、型号表示法T 更新设计号，用阿拉伯数字表示额定工作压力，MPa套管层序(以套管尺寸代号表示，各套管尺寸代号间用“”连接)套管头代号注：套管头尺寸代号(包括连接套管、悬挂套管)是用套管外径的英寸值表示。例：连接套管外径为339.7mm(）；悬挂套管外径为244.5mm(95）、177.8mm(7)；额定工作压力为35MPa；型号表示为：T 95-35。48.(四)、套管头的安装层序(以螺纹式悬挂器套管头的安装为例)1、套管头下部本体的安装(1)、下表层套管前，计算好联顶节长度，以保证套管头下部本体和四通安装后，下部四通防喷管线紧靠井架底座下工字粱(或上)穿过；(2)、固井后，卸下联顶节，用双外螺纹短节与套管接箍连接后，接上托盘。套管头下部本体内螺纹与双外螺纹短节外螺纹按规定扭矩上紧，并让其侧法兰对准防喷管线的位置。套管头下部本体内装保护套，拧紧顶丝；(3)、根据套管头上部本体高度，用双法兰短节或四通安装在套管头下部本体上(占据套管头上部本体位置)。在其以上全套井口装置通径应大于悬挂器最大外径；(4)、将托盘上端面顶住套管头下部本体，下端填满沙石、水泥浆并与地面结合；49.(5)、按钻井设计要求试压，稳压30min，压降不超过 0.5MPa；(6)、钻井过程中定期活动，检查保护套。2、下第二层套管的安装(1)、下第二层套管前，先退出顶丝，用专用工具取出保护套；(2)、计算好入井套管长度和联顶节长度，最上面一根为双外螺纹套管与悬挂器相连。悬挂器上端接联顶节，将悬挂器座入套管头下部本体内；(3)、从套管头下部本体旁侧孔连接回收钻井液管线到备用三通上；(4)、第二层套管固井后，拆下全套防喷器、四通和双法兰短节或四通；50.(5)将套管头上部本体装在套管头下部本体上。下放时注意对正该层套管悬挂器上部密封部位，以免损坏上密封；从对角方向拧紧、上平连接螺栓；套管头上部本体内装入保护套，拧紧顶丝；上装四通和防喷器。在其以上全套井口装置通径应大于所用悬挂器最大外径；(6)、用手动试压泵从套管头试压孔泵入清水作密封试验，试验压力按其额定工作压力，稳压30min，压降不超过0.5MPa。3、下第三层或更多层套管的安装(1)、其安装方法同2(1)2(4)；(2)、将采气井口大四通安装在套管头上部本体上。注意下放时对正该层套管悬挂器上部密封部位；51.(3)、此步聚同2(6)；(4)、其上装采油树试压，然后换装转换四通和防喷器，按钻井设计要求试压。(五)、选用及安装要求1、套管头额定工作压力应与所选用的防喷装置组合工作压力一致；2、各连接部分的机械强度应符合相应标准；3、抗压强度应足以支撑各层套管及油管的重量。52.二 钻井四通(一)、作用 安装于防喷器组合之间的承压件，在组合间形成主侧通道，通过侧孔可安装节流管汇，可进行压井、节流循环，挤注水泥及释放井内压力。若不装四通而通过防喷器侧孔进行上述作业，必然会加快防喷器的损坏而缩短其使用寿命，因此，四通还起着保护防喷器的作用。(二)、型号表示方法：FS 额定工作压力,Mpa 通 径 代 号,cm 产 品 代 号53.(三)、结构特点及使用要求1、侧孔可以是法兰或卡箍式连接；2、其额定工作压力与防喷器组合一致；3、通径大于最内层套管的最大内径或等于防喷器组合的最大通径；4、安装位置：可直接与套管头相连或装于两闸板防喷器之间；5、防喷器与套管头本体上均有侧孔，通过它们同样可起到钻井四通的作用。但为避免高压钻井液或流体的冲刺而损坏，在非紧急情况下，不宜通过它们来完成钻井四通的任务。54.第三章 环形防喷器一 环形防喷器的用途二 环形防喷器的结构和工作原理三 球形胶芯类环形防喷器四 锥形胶芯类环形防喷器五 组合胶芯类环形防喷器六 环形防喷器的正确使用与管理七 复习题55.一 环形防喷器的用途 环形防喷器，俗称多效能防喷器、万能防喷器或球形防喷器等。它具有承压高、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，也可全封闭井口。环形防喷器通常与闸板防喷器配套使用，也可单独使用。它能完成以下作业：56.1、当井内有钻具、油管或套管时，能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环形空间；2、当井内无钻具时，能全封闭井口；3、在进行钻井、取芯、测井等作业中发生井涌时，能封闭方钻杆、取芯工具、电缆及钢丝绳等与井筒所形成的环形空间；4、在使用调压阀或缓冲蓄能器控制的情况下，能通过18无细扣对焊钻杆接头，强行起下钻具。57.二 环形防喷器的结构和工作原理 环形防喷器主要由壳体、顶盖、胶芯及活塞四大件组成。其工作原理是：关闭时，高压油从壳体中部油口进入活塞下部关闭腔，推动活塞上行，活塞推胶芯，由于顶盖的限制，胶芯不能上行，只能被挤向中心，贮备在胶芯支承筋之间的橡胶因支承筋互相靠拢而被挤向井口中心，直至抱紧钻具或全封闭井口，实现封井的目的。当需要打开井口时，操作液压控制系统换向阀换向，使高压油从壳体上油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行；关闭腔油泄压，作用在胶芯上的推挤力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，打开井口。58.59.三 球形胶芯类环形防喷器1、胶芯结构特点(1)、胶芯呈半球状。(2)、不易翻胶。在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承筋的球面上顶板阻止橡胶上翻，这样，使橡胶处于封闭的受挤压状态。因此，可承受巨大的挤压力，而不致于撕裂；(3)、漏斗效应。球形胶芯从自由状态到封闭状态，各横断面的直径收缩是不相等的，上部由于顶盖的限制缩小的数值大，下部缩小得小，因此，胶芯上部挤出的橡胶多，下部少，而形成了倒置的漏斗状。这种橡胶的流向不仅提高了密封性能，而且在关井起钻具时，钻具接头进入胶芯容易。60.61.(4)、橡胶贮备量大。球形胶芯的橡胶贮备量比其它胶芯大得多，在强行起下钻具被磨损以后，有较多的备用橡胶可陆续挤出补充。在起下钻过程中不用换胶芯。(5)、井压助封。(6)、摩擦力小，开关所需油量较大。活塞的上推力部分由支承筋承受，而支承筋与顶盖之间是金属与金属接触，摩擦阻力小。但是，由于球形胶芯含胶量多，变形大，故需较大的活塞上推力。在不提高液控力的前提下，只得增加活塞直径。故这类防喷器外径较大，关闭一次所需液压油较多。与同规格的其它防喷器比较，所需油量为锥形胶芯的两倍，组合胶芯的三倍；(7)、球形胶芯比锥形胶芯制造困难，成本高。62.63.2、活塞及密封的结构特点(1)、活塞的结构特点活塞的径向断面呈“Z”字形。行程短、高度低、径向尺寸大。故球形胶芯环形防喷器较其它类型防喷器高度低，横向尺寸大，开关一次所需液压油多；活塞高度低，扶正性能差。特别是封闭时，活塞处于上部位置上、下两支承筋扶正处距离更小，容易造成卡死、拉缸及偏磨.(2)、密封结构特点活动密封处共分三个部位：活塞外径密封部位(在活塞外径上)封隔油缸开、关两腔；活塞内径密封部位(在壳体上)，封隔井压与关闭腔；64.支承圈密封部位(在支承圈内径上)，封隔井压与开启腔。这些密封圈由U形圈夹O型胶条和双唇形密封圈组成。3、壳体结构特点 壳体与顶盖均为合金钢铸造成型。壳体与顶盖的连接。目前环形防喷器的壳体与顶盖连接有三种形式：大丝扣连接、法兰螺栓连接、爪块连接。65.66.67.四 锥形胶芯类环形防喷器1、胶芯结构特点(1)、胶芯外侧面呈园锥形，锥面母线与胶芯轴线夹角为20-。胶芯由12-30块(成偶数)铸钢支承筋与橡胶硫化而成，支承筋沿园环呈径向辐射状配置，橡胶硫化在支承筋腹板的四周。(2)、井压助封。(3)、贮胶量大，胶芯筋板之间的橡胶均可挤向井口形成密封。其胶量比需要封闭的空间面积大得多。因此，它可以封闭不同形状、不同尺寸的钻具，也可以全封闭井口。68.(4)、寿命可测。胶芯磨损后，需要靠增加活塞行程，多挤出贮备橡胶来填补。当活塞行程达最大值(即活塞走到上顶点)，或者胶芯支承筋的上、下两端分别靠紧时，说明胶芯的贮备橡胶已使用完，既使增大液控压力，胶芯也不能可靠密封。因此可以通过测量行程来测量胶芯的寿命。即在顶盖上与活塞上端对应的部位有一测孔，其内插一测杆用以指示活塞行程。(5)、胶芯工作以后逐步收缩，能完全恢复到自由状态，不影响钻具通过。(6)、更换胶芯容易。69.S大=Hmax-HminS余=S大-S实S余=070.71.五 组合胶芯类环形防喷器 美国卡麦隆公司生产的D型环形防喷器均为组合胶芯类环形防喷器。其特点是胶芯和油缸均为组合结构。这类环形防喷器体积小，重量轻，开、关一次所需液压油少。但结构复杂、制造困难、胶芯密封性能不理想。井中有钻具(或管柱)时，不能用切割法更换胶芯。72.1、组合胶芯特点(见图214)：组合胶芯是由外胶套与内胶芯组成。外侧为双锥面的外胶套，全部由硫化橡胶组成，因而变形大，所需的推力小，因它始终处于顶盖推盘与内胶芯的封闭包围之中，不易损坏。一般更换34个内胶芯才需更换外胶套。内胶芯是由橡胶和多块模锻的钢支承筋一起硫化而成。支承筋沿园周呈切向配置，相邻两支承筋的上顶板和下底板始终分别靠在一起，形成上、下两个环状法兰，将支承筋腹板之间的橡胶封闭其间，保证封井过程中橡胶不会从上、下挤出。2、组合油缸及活塞的结构特点 组合油缸由外油缸和内油缸组成，其优点在于保护壳体，只磨损油缸，损坏的油缸可以再换。活塞的截面为倒“T”字形，置于内、外油缸之间。推盘处内六角螺钉固定在活塞筒体的顶部。推盘下面的空腔通过内油缸上的通道与防喷器的垂直孔相通，以形成井压助封和易于开关动作。73.六 环形防喷器的正确使用与管理1、在井内有钻具时发生井喷，可先用环形防喷器控制井口，但尽量不用作长时间封闭，一则胶芯易过早损坏，二则无锁紧装置。非特殊情况，不用它封闭空井(仅球形类胶芯可封空井)；2、用环形防喷器进行不压井起下钻作业，必须使用带18斜坡的钻具，过接头时起、下钻速度要慢，所有钻具上的橡胶接箍应全部卸掉；3、环形防喷器处于关闭状态时，允许上下活动钻具，不许旋转和悬挂钻具；4、严禁用打开环形防喷器的办法来泄井内压力，以防刺坏胶芯。但允许钻井液有少量的渗漏，而起到延长胶芯使用寿命的目的；5、每次开井后必须检查是否全开，以防挂坏胶芯；6、进入目的层时，要求环形防喷器做到开关灵活、密封良好。每起下钻具一次，要试开关环形防喷器一次，检查封闭74.效果，发现胶芯失效，立即更换；7、固井、堵漏等作业后，要将内腔冲洗干净，保持开关灵活；8.橡胶件的存放a先使用存放时间长的橡胶件。b橡胶件尽可能放在光线暗的地方。橡胶件不能存放在阳光直照的户外。橡胶件在室内应远离窗户和天窗，避免光照。人工光源应控制在最小量。c存放地方尽可能凉爽。橡胶件不能存放在加热器，蒸汽管道，辐射器，或其他高温设备附近。d橡胶件应远离电动机，开关，或其他高压电源设备。高压电源设备产生臭氧对橡胶件有影响。e橡胶件应尽量在自由状态存放。f保持存放地方干燥。（无水、油，无酸、碱环境）g如果橡胶件必须长时间存放，则可考虑放在密封环境中。75.复习题1、环形防喷器由哪些主要部件组成?2、环形防喷器的工作原理是什么?3、环形防喷器有何作用?4、各类环形防喷器的外形尺寸有何特点?5、环形防喷器按胶芯分为哪几类?其壳体与顶盖连接方式有几种?6、使用环形防喷器主要应注意什么?76.第四章闸板防喷器一 闸板防喷器的用途二 闸板防喷器的结构和工作原理三 闸板防喷器密封原理及其特点四 闸板防喷器主要部件的结构特点五 闸板防喷器的正确使用及管理六 防喷器组合安装七 复习题77.一 闸板防喷器的用途1、当井内有钻具(或其它管材时)，能封闭套管与钻具之间的环形空间；2、当井内无钻具时，能全封闭井口；3、在封闭情况下，可通过壳体旁侧出口所连接的管汇，进行钻井液循环、节流放喷、压井作业；4、在特殊情况下，可切断钻具，并达到封井的目的5、可悬挂钻具。78.二 闸板防喷器的结构和工作原理 1、闸板防喷器是由壳体、侧门、油缸、活塞、活塞杆、锁紧轴、缸盖、闸板等组成。79.80.2、工作原理 当高压油进入左右油缸关闭腔时，推动活塞、活塞杆，使左右闸板总成沿着闸板室内导向筋限定的轨道，分别向井口中心移动，达到封井的目的。当高压油进入左右油缸的开启腔时，左右两个闸板总成分别向离开井口中心的方向移动，达到打开井口的目的。闸板开和关的方向是由换向阀控制的。一般在38秒内即能关闭，满足钻井工艺的需要。81.三 闸板防喷器密封原理及其特点 闸板防喷器要达到全封闭井口，必须要以下密封同时起作用，即：闸板顶部与壳体内顶面的密封；闸板前部与钻具的密封；壳体与侧门间的密封；活塞杆与侧门间的密封;油路密封(外部及内部).闸板的密封原理是在外力作用下，闸板胶皮被挤压变形起密封作用1、闸板密封 闸板总成与壳体的闸板室有一定的间隙，允许闸板在闸板室内上下浮动。当闸板缩回到全开位置时，闸板上部胶皮不接触闸板室顶部密封面。在闸板关闭时，闸板室82.底部高的支承筋和顶部密封面均有渐缓的斜坡，能保证在达到密封位置之前，闸板与壳体间有充分间隙，实现密封时闸板前端橡胶首先接触钻具，在活塞推力下，硫化于前端橡胶上的垫铁将橡胶挤向密封部位，封紧钻具。对于压块与闸板体分成两体的闸板总成，继续施加关闭压力，压块与闸板体间的橡胶被挤压向上突起，贴紧在闸板室顶部的密封突台面，从而完成全部密封。当闸板开启时，顶部密封橡胶脱离壳体凸台面，缩回到闸板平面内，继续打开闸板，闸板沿支承筋斜面退至全开位置。闸板这种浮动特点，即保证了密封可靠，减少橡胶磨损，延长胶芯使用寿命，又减少了闸板移动时的摩擦力。83.2、活塞杆密封结构特点 活塞杆密封是双向密封，防止井内介质和油缸油液互相窜漏，起保护液压油免受污染和漏失，减少泵及阀件磨损等作用。密封分为两组，中间由一间隔铜套将其分开。部分闸板防喷器设有二次密封装置。二次密封装置的作用是：活塞杆密封失效时，井内介质或液压油会从泄流孔中流出，此时，就可以利用二次密封装置注入塑料密封脂，让其进入密封面，形成强制密封。操作步骤是：卸掉二次密封孔口的六角堵头，用适当工具顺时针转动注入螺钉，强制棒状塑料密封脂通过单流阀，经间隔铜套径向孔进入密封面。注入量不宜过多，止漏即可。否则，会增加活塞杆的磨损及开关闸板的阻力。84.3、侧门密封4、油路密封85.四 闸板防喷器主要部件的结构特点1、壳体特点 壳体是闸板防喷器的主体，是承受高压的重要零件。一般壳体近似方形，中间有通过钻具的垂直通孔，及闸板水平运动的闸板室。壳体外部有的铸有加强筋，使重量减轻。在壳体中部和下部垂直通孔园筒部位开有旁侧法兰孔，以便需要时进行循环钻井液，当闸板关闭后，可进行封井状态下的其它作业。壳体均采用合金钢铸造和锻造成型。86.2、闸板结构特点 (1).闸板是闸板防喷器的核心部件，闸板有管子闸板、全封闸板、变径闸板、剪切闸板。87.变变径径闸闸板板结结构特点（一）构特点（一）顶密封和前密封为分 体结构，拆装方便；设计有防止前密封反 装结构；可直接与普通闸板总 成互换；88.变变径径闸闸板板结结构特点（二）构特点（二）骨架承载面相互搭 接，后部相互钩连，橡胶始终处于封闭状态，使用寿命长；骨架材质为不锈 钢，避免锈蚀卡死；89.整体式剪切整体式剪切闸板板90.分体式剪切分体式剪切闸闸板板91.剪切剪切闸闸板板主要用途主要用途 剪切剪切闸闸板装配在防板装配在防喷喷器中使用，当器中使用，当在在钻钻井、修井或井、修井或试试油等作油等作业过业过程中程中遇到遇到紧紧急情况急情况时时，关，关闭闭剪切剪切闸闸板可板可切断井内管柱，切断井内管柱，强强行封井，在正常行封井，在正常情况下也可以当作防情况下也可以当作防喷喷器的普通全器的普通全封封闸闸板使用。板使用。92.剪切剪切闸闸板板目前，我们共开发了如下规格防喷器的剪切闸板：lFZ18-21lFZ18-35lFZ28-21 lFZ28-35lFZ28-70lFZ28-105lFZ35-35lFZ35-70lFZ54-14lFZ54-35lFZ54-70lFZ53-21lFZ68-21lFZ35-105lFZ43-3593.主要技主要技术术参数参数剪切能力:液控关闭压力为14-21MPa时 可 剪 断 5、G级19.5lb/ft的钻杆，液控关闭压力为16-21MPa时可剪断 5、S级19.5lb/ft的 钻 杆（活 塞 直 径 为340mm）；剪切闸板可以密封额定工作压力额 定 液 控 工 作 压 力：21MPa(3,000psi)指示:删除样本文档图标,并替换为工作文档图标，如下:在 Word 中创建文档.返回 PowerP