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井控装置-晏国秀.ppt
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1、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,
2、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
3、,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
4、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
5、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.
6、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
7、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
8、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)
9、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
10、 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
11、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151
12、5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
13、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,
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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。
21、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。
22、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
23、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
24、。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(
25、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
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