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内防喷工具使用经验分享李锋塔里木油田分公司二〇一一年六月内防喷工具出现的问题内防喷工具失效分析与技术改进正确使用内防喷工具内防喷工具管理塔里木油田分公司吐孜1井井喷失控该井是一起严重的内防喷工具使用不当造成的井喷失控吐孜1井是吐孜勒克构造上的一口预探井，该井由第四勘探公司总包，60159队承钻。1999年11月22日用比重1.47钻进至井深2646.41米时，发生严重溢流；实施关井后，用比重1.50的泥浆压井时发生井漏。本着“先治漏再压井”的施工原则，采取正循环泵入堵漏泥浆堵漏，受钻头水眼影响，堵漏材料的浓度和体积受到限制，正循环堵漏失败；然后配制浓度为40%的从环空堵漏浆反挤堵漏。反挤堵漏前，立压1.5-6.5MPa,套管压力6.2-6.5MPa，堵漏施工时，关闭方钻杆下旋塞，施工中无法观察立压变化。一、发生经过29日反挤堵漏压井后，开下旋塞，立压9MPa，套压4.3MPa10分钟后立压升至14MPa,抢关下旋塞未成功,立压上升至24MPa将一号泵保险凡尔销子蹩断,强大的气流冲出造成着火，焰高5～20m。一、发生经过事故直接原因：在不了解钻杆内压力的情况下，贸然打开方钻杆下旋塞。在带压情况下，方钻杆下旋塞又无法关闭。抢险经过：1、关闭方钻杆下旋塞，发现已经刺坏。2、关方钻杆上旋塞，液压扳手680kg.m的扭矩无法关闭。3、反循环压井，由于无法控制钻杆回压失败。4、采用剪切闸板剪断5“钻杆，然后注水泥封井。二、原因分析及抢险经过下旋塞编号：9709012，97年9月出厂产品图中，该下旋塞开关内六方孔呈明显损伤痕迹，不能有效地传递扭矩。三、井喷时在用方钻杆旋塞解剖分析分析认为，该下旋塞在吐孜1井发生钻具内井喷后，在开关工具有磨损和钻具内存在较高流动压力的条件下，进行强行关闭，旋塞没有关到位，造成高压气流刺坏下旋塞。三、井喷时在用方钻杆旋塞解剖分析后来在抢险中尽管最后将旋塞完全关闭，但球体、上阀座等已先期刺坏，已不能起到密封作用。旋塞、球体、阀座三、井喷时在用方钻杆旋塞解剖分析上旋塞编号：9603017，是96年3月出厂产品。三、井喷时在用方钻杆旋塞解剖分析图中，干固泥浆充填内腔，分析认为，该上旋塞长期处于大半开位置使用，旋塞球腔与钻具内泥浆窜通，泥浆中的固相沉积充填在球腔内，使旋塞几乎没有旋转空间，导致开关旋塞的摩擦阻力增大，在抢险过程中用680公斤·米力矩关闭未成功，上旋塞开关的内六方孔已变成圆形，失去传递扭力的功能。三、井喷时在用方钻杆旋塞解剖分析迪那2-9溢流及地下井喷处理2006年9月16日迪那2-9井教训提前钻开目的层的井控风险地质卡层预测不准方钻杆旋塞打不开带来一系列问题由于旋塞打不开，造成被迫剪切钻具，给复杂处理增加了难度，导致最后封井弃井在对现场井控装备检查过程中发现，许多井队对于内防喷工具台账记录混乱、班组活动保养维护记录不清晰；备用内防喷工具放置区离井口太近，以至于在起下钻时泥浆会喷在内防喷工具上，长时间不清理会造成泥浆凝固，会严重影响使用性能。内防喷工具使用中存在问题1、现场对内防喷工具维护保养不到位内腔严重锈蚀《塔里木油田内防喷工具管理规定》对于如何正确使用内防喷工具已有详尽的说明，但现场依然存在不规范的动作：备用旋塞开关处于半开半关状态，极易进入泥浆凝固以至于备用旋塞活动不灵活；箭型回压阀的顶开装置未打开；顶开装置的顶开杆倒装。2、现场人员对内防喷工具使用不正确干裂的泥浆颗粒内防喷工具使用中存在问题如果现场存在上述情况，则会造成整个井口震荡幅度较大，钻具摆幅增大，势必会加大方钻杆上部接头处的承受力，过早引起上旋塞产生交变应力疲劳发生刺漏。3、现场钻机安装不正，井口偏斜幅度大,增加了旋塞本体承受的交变应力交变应力疲劳内防喷工具使用中存在问题个别井队钻井参数与邻井相差较大，在摸索阶段中持续时间较长，对内防喷工具使用方法没有充分了解，间接的缩短了其使用寿命；钻具组合对于浮阀起着至关重要的总用，如果安装浮阀部位形成一个瓶颈段，在钻进过程中交变应力就会集中在浮阀上，加快疲劳破坏。4、钻井参数或钻井组合选择不合理浮阀公接头断裂哈15-2井浮阀内防喷工具使用中存在问题内防喷工具出现的问题内防喷工具失效分析与技术改进正确使用内防喷工具内防喷工具管理内防喷工具失效情况分析2010年6月1日至12月10日内防喷工具总共累计报废48只，其中非正常报废27只，占总报废比例为56.3%：22只为试压不合格，5只为内防喷工具部件损坏。1、失效综述0246810121416旋塞箭型浮阀2、失效汇总表名称规格型号失效数量上旋塞65/8-203mm-70MPa6下旋塞51/2-178mm-105MPa051/4-178mm-70MPa15-168mm-70MPa131/2-135mm-105MPa031/2-135mm-70MPa6箭型止回阀5-168mm-70MPa131/2-127mm-70MPa4浮阀5-168mm-70MPa143/4-121mm-70MPa131/2-127mm-70MPa431/2-127mm-35MPa2内防喷工具失效情况分析失效原因统计失效的分布情况非正常失效内防喷工具主要为旋塞，占51.8%内防喷工具非正常失效主要原因为内部部件被卡死，占41%41%22%19%7%4%7%旋钮卡死阀芯卡死密封失效阀盖损坏本体漏试压不合格失效原因旋钮卡死阀芯卡死密封失效阀盖损坏本体刺漏试压不合格失效数量1165212内防喷工具失效情况分析旋塞阀主要失效形式材质及性能方面管理及操作问题保养及维护问题哈15-2旋塞刺漏DN2-9球阀刺坏，内六方变形克深7井旋塞本体断开旋塞阀技术改进在本体位置加向内球腔注油孔，减少泥浆进入该腔，防止泥浆进入该腔引起腐蚀及泥浆固化后旋塞无法打开在球阀和与本体间添加橡胶，占据泥浆位置，防止泥浆固化后无法打开密封面及弹簧采用进口件，阀座密封面焊接特殊合金材料（HRC37~40），球阀经镀铬和热处理（HRC48~52）所有产品均在塔里木油田进行气密封检测，达到了国家标准板式浮阀主要失效形式弹簧材质及性能问题阀芯橡胶密封问题哈7-4井弹簧失效大北5井盘根密封失效翻板式浮阀技术改进采用加粗进口不锈钢弹簧丝，经2万多次开关试验，弹簧没有出现疲劳现象，其抗冲蚀和抗腐蚀能力也有很大提高阀盖上密封面焊镶硬质合金环，提高其抗冲蚀及抗腐蚀能力将阀体内孔密封环骨架改成具有一定锥度，进而改变泥浆喷射角度，防止泥浆冲蚀弹簧和支架，提高浮阀使用寿命1阀芯体2密封圈3阀座4阀板5定位针，带定位针复位弹簧6减震圈7销子8复位弹簧箭型止回阀失效形式在高密度泥浆钻井作业中，箭型阀接入钻具使用，阀芯容易冲蚀刺坏，因此箭型阀一般是在起下钻中发生溢流时使用而在氮气欠平衡钻井作业中，箭型阀接入钻具中使用，对于其密封性能提出更高要求密封面及阀座均铺焊特殊合金层1.5mm，硬度分别为：大于HRC55及HRC37~40，确保较高的抗冲击及抗腐蚀能力顶开装置螺纹上方加密封圈，防止泥浆进入螺纹，易于拆卸及保养维护所有密封圈均采用进口件，提高了其使用寿命为满足氮气欠平衡作业需要，产品均在塔里木油田进行气密封检测，达到了国家标准箭型止回阀技术改进改变顶开装置的导流方向，提高箭型抢接时的安全性和可靠性老式箭型及顶开装置新式箭型及顶开装置箭型止回阀技术改进外置通道旋塞阀序号针阀状态35MpPa旋钮开关状态平衡时间(mim)序号针阀状态70MPa`旋钮开关状态平衡时间(min)泵表压(MPa)管线表压(MPa)泵表压(MPa)管线表压(MPa)1关350打开1-21关700打不开开00开2824关3502关120打开1-2开61开732关350打开1-23关203打开1-2开73开12103关353打开14关3010打开1-2开1815开20175关4017打开1-2开28246关7024打开1-2开45407关7040打开1-2开55508关7550打开1-2开62569关8056打开1-2开706410关700打不开开2419试验结果1）35MpPa外置通道旋塞阀进行了三次试验，在各种压差条件下均能顺利打开。2）70MpPa外置通道旋塞阀进行了十次试验，有八次能顺利打开，有二次未能打开。3）未能打开的原因可能是：由于泥浆粘度大、流动性差、泥浆中的固相物质容易沉淀，堵塞通道，不能有效的进行压力传递。说明外置通道旋塞阀的可靠性不稳定，还需进一步改进。高压气井旋塞阀研究测压式旋塞阀技术方案：在旋塞阀的下端加装压力计，通过压力计准确测量旋塞阀下端的压力值，在旋塞阀上端施加等值压力建立压力平衡。在零压差条件下，通过转动轴调节球形阀芯，安全快速的打开旋塞阀。测压式方钻杆旋塞阀结构方案1－阀体2—球形阀芯3—转动轴4—压力计高压气井旋塞阀研究测压式旋塞阀本方案的关键是：方钻杆旋塞阀用压力传感器。基本要求：压力传感器外形尺寸完全满足安装在方钻杆旋塞阀下端管壁上的要求。压力传感器的安装方法完全满足管内高压密封和管柱振动防脱的要求。压力传感器的结构功能完全满足压力测量数据的传输要求。结构合理，成本低廉，安装方便，测量准确。压力传感器结构、安装、实物高压气井旋塞阀研究内防喷工具出现的问题内防喷工具失效分析与技术改进正确使用内防喷工具内防喷工具管理正确选用：降低井控风险，保障安全作业例如：对于利用泥浆钻井，可以选用性能稳定的浮阀；对于利用空气钻井，可以选用密封良好的箭型正确保养：提高内防喷工具寿命，减少更换频率、节约成本例如：利用废柴油润滑阀腔，阻止泥浆颗粒凝固正确安装：减少应力集中，提高使用寿命例如：在钻柱瓶颈段尽量勿装内防喷工具，改善内防喷工具工作环境正确使用内防喷工具旋塞旋塞在送井前，必须经过密封试压和带压开关试验。旋塞到井后，应进行外观检查、开关试验和试压检查。带压条件下的打开作业最佳工况应该是旋塞两端压力相等时打开旋塞，旋塞两端压力差越小，开启旋塞所需力矩越小，因此，在带压情况下，必须先注平衡压，再用旋塞扳手打开旋塞钻具内发生井喷时的关闭作业随着旋塞的关闭所需扭矩增加，应采用专用工具实施强行关闭。如果无法完全关闭，应迅速打开旋塞，防止旋塞刺坏正确使用内防喷工具旋塞准确记录使用时间及受力状态，确定合理的使用时间使用中，防止旋塞处于半开和半关状态浮阀每次起钻后，对阀芯进行检查，发现损坏及时更换，浮阀本体寿命可达800h，而阀芯寿命只有300h左右，所以按1：3配套控压钻井时，旋塞+浮阀配套使用，安装在起钻至套管鞋相对位置处采用精细控压钻水平井时，在近钻头处使用双芯结构浮阀箭型下步钻井中需要堵漏作业，不宜选用箭型止回阀在高密度钻井液条件下使用之后，及时检查密封性能正确使用内防喷工具正确使用内防喷工具编写内防喷工作现场使用手册《方钻杆旋塞阀维修使用手册》《箭形止回阀维修使用手册》《投入式止回阀维修使用手册》《钻具浮阀维修使用手册》井控取证培训中，内防喷工具的使用、维护、管理作为专项培训在井控装备现场培训工作中，内防喷工具领用、使用、维修、维护、管理作为重点培训内容在油田举办的技能培训中，内防喷工具的配套、拆装、维护、保养作为重要考核内容之一正确使用内防喷工具内防喷工具出现的问题内防喷工具失效分析与技术改进正确使用内防喷工具内防喷工具管理内防喷工具的管理建立健全管理机制塔里木油田内防喷工具管理组织机构勘探开发部（行业管理部门）业主单位（需求方）勘探公司（使用方）工程技术部（检验、管理）物资采办事业部（采购方）内防喷工具的管理塔里木油田内防喷工具管理流程购买（订货技术条件）验收（检验规程）领用（ERP程序）使用（使用维护管理规定）淘汰（判废条件）建立健全管理机制内防喷工具的管理建立健全管理机制《塔里木油田内防喷工具管理办法》的历程•1999版吐孜1井发生井喷后，塔里木油田公司意识到内防喷工具的关键性作用，由此塔里木油田公司初步建立了对内防喷工具的统一管理办法。采取甲方统一采购，乙方队伍从甲方购