防喷器基础知识

防喷器基础知识程瑞亮BasicKnowledgeofBOPAssociateProfessor第一部分防喷器原理及结构目录第三部分闸板防喷器第四部分液压防喷器控制系统第二部分环形防喷器第四部分液压防喷器控制系统1-旋转防喷器2-环形防喷器3-双闸板5-单闸板4-四通12345钻具内的防喷工具井口安装和固定循环罐液面监测装置循环罐液面报警装置监测装置应急控制主体组合控制井控装置试压泵第一部分防喷器原理及结构一、概述：在钻井作业过程中，为防止地层流体侵入井内，应始终保持井内钻井液液柱压力略大于地层压力。但在实际钻井作业时，常常因各种因素的影响使井内钻井液液柱压力小于地层压力，使井内压力平衡关系遭到破坏，而导致井喷的产生，结果造成人身伤亡，钻机损坏，油层损害等。钻井施工作业时，需要一定的技术、设备，实施监测控制，防止井喷产生。一旦发生井喷能及时准确控制井口，实施压井作业，重新恢复对油气井的压力控制。有时井口设施损坏严重，油气井失去压力控制，需采取抢险作业。完成上述工作所使用的设备，通称为井控设备。所谓的井控设备即用于实施油气井压力控制技术的一整套专用设备，仪表与工具的总称。因此了解井控设备的性能，正确安装维护，使井控设备发挥应有的功能，是搞好油气井压力控制的重要保证井控设备应具有下述功能1、预防井喷。钻井作业中，保持井眼内钻井液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，尽早发现井喷预兆，尽早采取控制措施。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；重新建立井内压力平衡控制。4、处理复杂情况。在油气井失控的情况下，进行灭火抢险等处理作业井控设备组成如下：设备、仪表与工具。如图所示。1、井口防喷器组：环形防喷器、闸板防喷器、四通等；2、控制系统：储能器装置、遥控装置、辅助遥控装置；3、节流管汇、压井管汇；4、钻具内防喷工具：方钻杆球阀、钻杆回压阀、投入式单向阀等；5、加重钻井液装置：重晶石粉混合漏斗装置；重晶石粉气动力下料装置；6、起钻灌注钻井液装置；7、钻井液气体分离器；8、监测仪表：钻井液罐液面监测仪、甲烷、硫化氢等检测器；9、特殊作业设备：不压井起下钻加压装置、清障、灭火设备等井控作业基本流程正常钻井作业时，钻井泵将钻井液从钻井液罐吸入，经地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头循环到井底。携带岩屑沿环空上返，到井口后经防溢管钻井液出口到振动筛、除气器，除砂器，净化后的钻井液回流到钻井液罐。发生溢流后关防喷器、关井，当进行压井作业时，钻井液泵将钻井液从钻井液罐吸入，经地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头到井底，替出井内侵入流体，经四通侧孔至节流管汇，通过节流阀调控环空压力。返出的钻井液经回流管线引至钻井液气体分离器，清除侵入的气体后，合格的钻井液引至钻井液罐，清除的气体经排气管线引至安全处燃烧，以防污染液压防喷器特点：1、动作迅速•环形防喷器的液动封井时间•一般不大于30秒•闸板防喷器的液动封井时间•为3—8秒•打开液动放喷阀的时间为3秒2、操作方便、安全可靠：井口防喷器的开、关均采用液压操作（是液压防喷器），气压或液压控制3、现场维修方便：闸板防喷器的闸板坏了，环形防喷器的胶芯坏了，在现场都可以进行更换返回操作井控设备液压防喷器参数公称通径额定工作压力定义：防喷器内部上下通孔直径，单位mm。180mm、230mm、280mm、种类：346mm、426mm、476mm、528mm、540mm、680mm。定义：防喷器工作时能承受的最大井口压力，单位MPa。种类：14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa。注：红字数值为本油田常用。1985以前：KPY□□-□□□最大工作压力，以kgf/cm2为单位。公称通径,以cm为单位并取圆整值。勘探用液压防喷器的汉语拼音缩写。缺点：无法区分防喷器的具体类型。1985以后：□□□□□-□□□最大工作压力,以MPa为单位。公称通径，以cm为单位圆整。防喷器型号代码：FZ-单闸板防喷器2FZ-双闸板防喷器3FZ-三闸板防喷器FH-环形防喷器国外代码：R-RamRd-DoubleRamsRt-ThreeRamsA-AnnularS-Spool防喷器组合选择选择井口防喷器组合时，主要考虑因素：1、通径大小公称通径应与套管头下的套管尺寸相匹配。2、耐压能力压力等级应大于可能出现的预期井口最高压力。3、类型和数量在空井、井内有钻具、钻具外径不同等各种情况下迅速关井。BOP组合主要取决于最大井深Lmax和地层最大压力pmax1)Lmax＜2000m,pmax＜14MPa①2FZ-S(on-land);②FZ-FZ-S(marine)2)Lmax:2000~4000m;pmax=14MPa③FH-FZ-S(on-land);④FZ-S-FZ(marine)3)Lmax:2000~4000m;pmax:21~35MPa⑤FH-2FZ-S(on-land);⑥FH-FZ-S-FZ(marine)4)Lmax:4000~7000m;pmax:70~105MPa⑦FH-FZ-2FZ-S(on-land);⑧FH-2FZ-S-FZ(marine14MPa井口防喷器组合形式S+FHS+FZ+FZFZ+S+FZS+FZ+FH21MPa、35MPa井口防喷器组合形式S+FZ+FZ+FHFZ+S+FZ+FH70MPa、105MPa井口防喷器组合形式套管四通+FZ+S+FZ+FZ+FH套管四通+S+FZ+FZ+FZ+FH套管四通+FZ+S+FZ+FZ+FH+旋转BOP环形防喷器的作用1封零—井内无钻具时全封井口。2封环空—井内有钻具、套管、电缆等物时，封闭环形空间。3强行起下钻—使用具有18o坡度接头的钻杆，配合减压调节阀或缓冲储能器。第二部分环形防喷器环形防喷器的类型球形胶芯防喷器组合胶芯防喷器锥形胶芯防喷器锥型胶芯环形防喷器的结构1.胶芯特点◆锥形胶芯◆储胶量大◆自动恢复原状◆胶芯更换容易无钻具时直接更换有钻具时切割更换锥形胶芯环形防喷器特点:活塞的特点井压助封液压油进入油缸的关闭腔，推动活塞上行，活塞挤胶芯，在顶盖的限制作用下，胶芯向心收缩，挤出橡胶，封住井口。关井(锥形胶芯)液压油进入油缸的开启腔，推动活塞下行，活塞对胶芯的挤压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。同时下腔中的液压油通过管线回油箱。开井(锥形胶芯）球型胶芯环形防喷器井控设备环形防喷器球型胶芯环形防喷器的结构液压油进入油缸的关闭腔，推动活塞上行，胶芯也上行，在顶盖的限制作用下，胶芯只能向心收缩，挤出橡胶，封住井口关井（球型）井控设备环形防喷器返回液压油进入油缸的开启腔，推动活塞下行，活塞对胶芯的挤压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。开井（球型）井控设备环形防喷器返回1.胶芯特点◆球形胶芯◆储胶量大◆自动恢复原状◆漏斗效应◆胶芯更换容易◆摩擦力小，操控油量大漏斗效应—关井时，胶芯沿顶盖内腔自下而上，从外到内移动，造成胶芯上部集聚橡胶较多、中部较少、下部未挤向中心，形成倒置的漏斗状空间。井内高压作用于漏斗底部，加强井压助封；漏斗形状便于起下钻时通过钻杆接头，减少胶芯的磨损。2.活塞特点◆密封段短◆扶正效果较差◆易偏磨、拉缸◆高度较低3.井压助封井口高压流体作用在活塞下部环槽里，有助于推动活塞向上移动，迫使胶芯向中心收拢从而助长了胶芯的封井作用。组合胶芯环形防喷器组合胶芯结构开封环空封零内胶芯变形状况工作原理关井：液压油—关闭腔—活塞上行—推盘推举外胶芯—外胶芯变形向中心挤压内胶芯—内胶芯收拢变形—支撑筋转动角度向中心平移—把井关闭。开井：液压油—开启腔—活塞下行—推盘回位—挤压力消除—内、外胶芯靠自身弹性复位—把井打开。特点◆内、外两层胶芯◆结构复杂◆新胶芯封零不理想◆整体体积小、重量轻◆不能用切割法换胶芯◆内胶芯变形小，操控油量少◆纯橡胶外胶芯磨损小、寿命长环形防喷器的比较机械结构简单简单复杂封零效果好好新芯不理想用后效果好现场胶芯更换无钻具直接更换有钻具切割更换无钻具直接更换有钻具切割更换无钻具直接更换有钻具无法更换胶芯寿命短长长开关一次需油量的比值2中等3最多1最少外形特征径向小、高度高径向大、高度低径向、高度均小重量轻稍重特轻防喷器类型国产环形防喷器的技术规范型号公称通径mm(in)最大工作压力MPa关井时耗S液控油压MPa外形尺寸mm外径高度FH23-35230(9)3530≤10.5Φ9001090FH28-35280(11)3530≤10.5Φ10001205FH35-21346(13⅝)2130≤10.5Φ10501117常用锥形胶芯防喷器技术规范国产环形防喷器的技术规范型号公称通径mm(in)最大工作压力MPa关井时耗S液控油压MPa外形尺寸mm外径高度FH28-35280(11)3530≤10.5Φ11381056FH35-35346(13⅝)3530≤10.5Φ12701165常用球形胶芯防喷器技术规范1、在现场不做封零的实验,只按规定做封管子的实验。3、关井状态起下钻作业,只能通过18。坡度的对焊钻杆接头2、液控油压不能过大,最大不许超过15MPa。通常液控油压在8.5--10.5MPa范围内。4、不许用环形防喷器长期关井。5、在关井状态下允许上下缓慢活动钻具,不许转动钻具,不许用打开环形防喷器的办法泄井内压力。6、胶芯备件妥善保管，防止胶芯老化。如胶芯保管期很长,过了保质期，应报废。环形防喷器使用时注意事项7、关井状态起下钻作业，只能通过有18°坡度的对焊钻杆接头；同时使用减压调压阀或在环形防喷器关闭油路上安装缓冲储能器，以降低钻具接头通过胶芯时引起的波动压力，延长胶芯的使用寿命8、胶芯备件放在27℃以下干燥暗室内妥善保管。远离电弧设备，单个平放，防止老化。过了保质期应予报废环形防喷器使用注意事项日常维护现场安装后，按标准进行现场试压。进入目的层后,每对防喷器试开关一次。对环形防喷器的试压标准是。每次打开后，必须检查是否全开，以防挂坏胶芯。特殊作业后，及时清洗、保养内腔。额定压力的70%起下钻一次常见故障的判断及排除防喷器封闭不严①新胶芯，可多活动几次；旧胶芯，若支撑筋已靠拢仍封闭不严，则橡胶消耗过度需更换新的。②旧胶芯严重磨损、有脱块，影响使用的，及时更换。③打开过程中长时间未关闭使用，杂物沉积于胶芯沟槽及其它部位，造成封闭不严。及时清洗、活动胶芯。防喷器关闭后打不开长期关井或固井后胶芯下残留水泥浆凝固造成。清洗。防喷器开关不灵活①连接液压管线前，用压缩空气吹扫，将接头清洗干净。②油路有漏失，防喷器长时间不活动，污物堵塞。4代替四通—壳体上有侧孔，可连接管线代替节流管汇循环钻井液或放喷。闸板防喷器的作用2封环空—井内有钻具时，配用相应尺寸的半封闸板（管子闸板）封闭环形空间。1封零—井内无钻具用全封闸板（盲板）封闭井口。3剪切钻具—井内有钻具又需全封井口时，可用剪切闸板迅速剪切钻具全封井口。第三部分闸板防喷器单闸板双闸板三闸板闸板防喷器的类型按闸板数量按闸板形状类型全封闸板半封闸板剪切闸板变径闸板单闸板防喷器双闸板防喷器全封闸板防喷器半封闸板防喷器剪切闸板防喷器变径闸板防喷器闸板防喷器的结构液压油进入油缸的关闭腔,推动活塞向井口方向移动,活塞杆、及闸板也向井口方向移动，实现关井的目的。关井液压油进入油缸的开启腔，推动活塞向远离井口的方向移动，活塞带动活塞杆、闸板总成也向井口方向移动，实现开井的目的。开井旁侧孔闸板防喷器的四处密封闸板前部与钻具之间的密封闸板上部与壳体之间的密封壳体与侧门之间的密封侧门腔与活塞杆之间的密封闸板前部与钻具之间的密封闸板上部与壳体之间的密封壳体与侧门之间的密封侧门腔与活塞杆之间的密封闸板防喷器的结构特点井压助封1.井内压力作用在闸板底部，推举闸板，使闸板顶部与壳体凸缘贴紧，压力越高效果越好。2.在关井过程中，井压同时作用在闸板的前部、后部，后部的活塞杆截面上没有井压，但受活塞的推力，活塞截面比活塞杆截面大数倍，因