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1、钻井井控系统简介,慨述,在钻井过程中，一般情况下，为了防止地层流体侵入井内，总是使井筒内的钻井液静液柱压力略大于地层压力，形成对油气井的初级压力控制。但是在钻井作业中，常因各种因素的变化，该压力控制遭到破坏而导致井喷，这时就需要依靠井控设备进行控制，重新恢复该压力控制，因此井控设备应具有以下功用：预防井喷，保持初级压力控制；及时发现溢流；,慨述,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；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。因此，井控设备是对油气井实施压力控制，对事故进行预防、监测、控制、处理的关键手段；是实现安全钻井的可靠保
2、证；是钻井设备中必不可少的系统装备。,井控设备的分类,井口防喷器组环形防喷器、闸板防喷器、钻井四通、防溢管、旋转防喷器等；防喷器控制装置地面控制装置，司钻控制台，辅助控制台；管汇类节流管汇及其控制装置与压井管汇；钻具内防喷工具方钻杆旋塞阀、箭形止回阀、投入式止回阀、钻具浮阀等等；其他装置及监测仪表。,井控系统采用标准,SY/T5127-2002井控装置和采油树规范SY/T5053.1-2000防喷器及控制装置 防喷器GB/T20174-2006石油天然气工业钻井和采油设备 钻通设备SY/T5053.2-2002防喷器及控制装置 控制装置 SY/T5323-2005节流和压井系统API Spec
3、 6A井控装置和采油树设备规范API Spec 16A钻井通道设备规范API Spec 16C节流压井系统规范,井控设备配置图,第一部分：防喷器组,井口防喷器组 Blowout preventer stack,环形防喷器 Annular BOP,单闸板防喷器 Single-Ram BOP,双闸板防喷器 Double-Ram BOP,钻井四通 Drilling spool,旋转防喷器 rotating control devices,井口防喷器的常规安装,井口防喷器组：安装在钻机钻台之下，其中心与转盘中心一致。通常井口防喷器组的安装顺序以地面为基准向上分别是：钻井四通、闸板防喷器、环形防喷器（亦
4、称万能防喷器）以及防溢管（欠平衡钻井时安装旋转防喷器）等组成，其组合高度因各型防喷器的规格及压力不同，以及组合方式不同而不同。,井口防喷器的常规安装,控制装置： （1）地面控制装置通常安装在距井口30米以远处，通过控制管线与井口防喷器装置连接，实现远程控制；（2）司钻控制台通常安装在钻台上司钻操作区内，通过控制管线操作地面控制装置，实现对地面井口防喷器装置的控制；（3）辅助控制台通常安装在值班室，通过控制管线操作地面控制装置，实现对地面井口防喷器装置的控制。,基本慨况,井口防喷器组：行业标准对其命名的方法： 环形防喷器：F H 工作压力（Mpa） 公称通径（mm/10） 环形防喷器 钻井四通：
5、FS 工作压力（Mpa） 公称通径（mm/10） 钻井四通,基本慨况,行业标准对其命名的方法：闸板防喷器： F Z 工作压力（Mpa） 公称通径（mm/10） 闸板防喷器 不标注单闸板 2 双闸板 3 三闸板,基本慨况,液压防喷器的最大工作压力与公称通径：最大工作压力分为：14Mpa、21Mpa、35Mpa、 70Mpa、105Mpa、140Mpa.公称通径分为(括号内为简称)：180mm(18)、 230 mm(23)、280 mm(28)、346 mm(35)、 426 mm(43)、476 mm(48)、528 mm(53)、 540 mm(54)、680 mm(68).示例：（1）FH
6、35-35即公称通径346 (简称35) ，最大工作压力35Mpa的环形防喷器； （2）2FZ35-70即公称通径346 (简称35) ， 最大工作压力70Mpa的双闸板防喷器。,基本慨况,常见中深油气井井口防喷器组基本配置由下列几部分组成： 钻井四通； 双闸板防喷器； 单闸板防喷器； 环形防喷器； 防溢管； 防喷器地面控制装置； 液控管线。,工作原理,井口防喷器组井口防喷器组按工作原理可分为如下三种： 手动关闭/手动打开型； 液压关闭手动锁紧/液压打开型； 液压关闭液压锁紧/液压打开型为例。以液压关闭手动锁紧/液压打开型为例： 这是目前应用最为广泛的一种井口防喷器组，它通过地面控制装置对防喷
7、器进行液动控制，地面控制装置设置有数个液压油路，可分别或同时控制环形防喷器、闸板防喷器的一层闸板以及液动平板阀。,工作原理,环形防喷器：当井下出现井漏或井喷时，通过地面控制装置推动环形防喷器内部的活塞上行，使球形密封胶芯变形，从而抱紧井筒中的钻具形成密封，实现防喷的功能，若井筒中无钻具时，则直接形成密封，实现防喷的功能。,球形环形防喷器工作状况,工作原理,闸板防喷器：通常装备有管子闸板和全封闸板，若钻井设计需要，还可装备剪切全封闸板。当井下出现井涌或井喷时，通过地面控制装置提供的液压油推动闸板防喷器液缸中的活塞，使左右闸板关闭实现密封，若井内无钻具则关闭全封闸板密封空井筒；若井内有钻具则关闭与
8、钻具尺寸相应的管子闸板密封钻具与套管之间的环形空间；若需要剪切井筒内的钻杆或油套管，则关闭剪切全封闸板迅速剪断钻具并密封空井筒。,环形防喷器的正确使用,在井内有钻具发生井喷时，可先用环形防喷器控制井口，但不能用作长时间封闭。一则胶芯易过早损坏，二则无锁紧装置。非特殊情况下，不用于封闭空井，开或关的状态应在司钻台及远程控制台处挂牌标明；用本防喷器进行不压井起下钻作业，必须使用带18接头的钻具。过接头时的起下钻速度不得大于1米/秒，井压应小于14Mpa，并应适当降低控制压力。所有钻具上的橡胶护套(胶皮护箍)应全部卸掉；环形防喷器处于关闭状态时，允许上下活动钻具。但不允许旋转钻具；严禁用打开防喷器的
9、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，而起到延长胶芯寿命的作用；,环形防喷器的正确使用,每次打开后，必须检查是否全开，以防挂坏胶芯；进入目的层后,每起下钻具两次，要试开关球形防喷器一次,但不应作空井试开关；胶芯及密封件各件应妥善保管，放在常温(27下)干燥环境，远离产生电弧的电器设备；现场密封试压值为额定工作压力的70，稳压时间不得少于30分钟，压降不得超过0.7Mpa，无明显渗漏(不作密封空井试验)；环形防喷器壳体进出油口正对机房方向，并固定于井架底座下；环形顶盖栽丝孔应注意保护，不用的螺孔用丝堵堵上。,闸板防喷器密封钻杆工作状况,主要结构、工作原理,闸板防喷器是安装在油
10、气井井口上防止井喷的主要设备之一，可单独使用，也可组合使用。 闸板防喷器主要由壳体、侧门、油缸、缸盖、活塞、活塞杆、锁紧轴、密封件、闸板等组成。其工作原理是利用液压推动活塞、活塞杆带动闸板关闭或打开，使闸板胶芯受到挤压变形而起密封作用，从而达到封井、开井的目的。闸板密封特点1. 上下浮动2. 自动清砂及助封3. 自动对中,闸板防喷器正确使用,井喷时可用闸板防喷器封闭与管子闸板尺寸相同的钻具或用全封闸板封闭空井，需长时间封闭时，应用手动控制装置锁紧闸板，并挂牌标明开关和锁紧情况，以免误操作；严禁用打开闸板来泄井内压力(应通过放喷管线或节流管汇来泄井内压力)。每次打开闸板前，应检查手动控制装置是否
11、完全解锁，打开后，要检查闸板是否全开(后退到壳体内)，不得停留在中间位置，以防钻具碰坏闸板，拉坏井口装置；打开和关闭侧门时，应先泄掉控制管汇油压，以防损坏铰链轴的“O”形圈。侧门螺栓未上好时，不许进行开关闸板动作，以免蹩坏闸板，闸板轴或铰链。不许同时打开两边侧门；,在封井情况下，如活塞杆密封处出现漏失时，可使用二次密封装置注入密封脂，以解燃眉之急，注入量不宜过多，止漏即可，以免损坏活塞杆。一旦允许就应立即更换活塞杆密封件，不可长久依靠二次密封装置来密封井内压力；当井内有钻具时，严禁关闭全封闸板；进入目的层后，每天应开关管子闸板一次，检查开关是否灵活，每次起钻完毕，还须检查闸板开关是否灵活，并检
12、查手动锁紧装置是否完好；更换闸板时，闸板退回后，在活塞处于全开状态时, 泄掉油压，分别卸下左右侧门上的螺栓，旋转打开侧门即可更换。(不允许同时将两面的门打开)当闸板防喷器内安装有剪切闸板并需要时，可用剪切闸板剪断钻具，并封闭井口。,闸板防喷器正确使用,选择井控装置的原则,地层压力不高、井身结构简单、其它条件较好时，选择压力级别较低、管汇简单、操作方便的单密封或双密封组合的井控装置；地层压力较高的井、深探井、工程试验井，可选择三密封或四密封组合、压力级别较高、大型管汇的井控装置；选择的井控装置的压力级别，必须能满足井控时的最大井口压力。一般能承受相当于井涌时钻井液柱压力值的二分之一作为选择基数；
13、所选择的井控装置的通径能通过拟定的最大工具。,井口防喷器组安装高度,常用F35-70防喷器组：常规组合：一台防溢管FY35-35(按1.5米高计算)，一台FH35-35环形防喷器，一台FZ35-70单闸板防喷器，一台2FZ35-70双闸板防喷器，一台FS35-70钻井四通。当双闸板防喷器是两端栽丝时，其组合安装高度为：5760mm；当双闸板防喷器是上端栽丝下端法兰时，其组合安装高度为：6090mm。,井口防喷器组安装示意图,井口防喷器组安装高度,特殊组合：一台FY35-35防溢管(按1.5米高计算)，一台FH35-35环形防喷器，一台FZj35-70单闸板剪切防喷器，一台FZ35-70单闸板防
14、喷器，一台2FZ35-70双闸板防喷器，一台FS35-70钻井四通。当双闸板防喷器是两端栽丝时，其组合安装高度为：7030mm；当双闸板防喷器是上端栽丝下端法兰时，其组合安装高度为：7360mm。,井口防喷器组安装高度,常用F35-105防喷器组：常规组合：一台FY35-70防溢管(按1.5米高计算)，一台FH35-70环形防喷器，一台FZ35-105单闸板防喷器，一台2FZ35-70双闸板防喷器，一台FS35-105钻井四通。当双闸板防喷器是两端栽丝时，其组合安装高度为：7010mm；当双闸板防喷器是上端栽丝下端法兰时，其组合安装高度为：7380mm。,井口防喷器组安装高度,特殊组合：一台F
15、Y35-70防溢管(按1.5米高计算)，一台FH35-70环形防喷器，一台FZj35-105单闸板剪切防喷器，一台FZ35-105单闸板防喷器，一台2FZ35-105双闸板防喷器，一台FS35-105钻井四通。当双闸板防喷器是两端栽丝时，其组合安装高度为8190mm；当双闸板防喷器是上端栽丝下端法兰时，其组合安装高度为8560mm。,井口防喷器组安装高度,其他各型井口防喷器组合，在使用时小规格防喷器组及大规格防喷器组因使用要求不同，它的安装高度通常不会高于上述两种井口防喷器组合。,第二部分：节流和压井系统,基本慨况,节流及压井管汇系统：行业标准对其命名的方法：节流管汇：JG S Y 工作压力（
16、Mpa） 液动节流阀数量 手动节流阀数量 节流管汇压井管汇：YG 工作压力（Mpa） 压井管汇,基本慨况,节流及压井管汇最大工作压力分为： 14Mpa、21 Mpa、35 Mpa、70 Mpa、105 Mpa示例： JG-SY-70 即含1套手动节流阀和 1套液动节流阀的70 Mpa节流管汇； YG-70 即70 Mpa压井管汇。常见节流及压井管汇系统基本配置由下列几部分组成： 节流管汇； 节流管汇液控装置； 压井管汇。,第二部分：节流和压井系统,节流管汇,节流管汇 Chock manifold,节流管汇液压控制装置,节流管汇直接放喷示意图,节流管汇液动节流放喷示意图,节流管汇手动节流放喷示意
17、图,节流管汇使用说明,用途： 本装置是控制溢流、井喷，实施油气井压力控制技术必要的设备。 在油气井钻井过程中，井筒中的钻井液一旦被地层液体污染，就会使钻井液静液柱压力和地层压力之间的平衡遭到破坏，导致发生溢流和井喷。当需要循环出被污染的钻井液或泵入性能经调整的钻井液压井，以便重建此平衡关系时，在防喷器关闭的情况下，可利用节流阀的开启或关闭控制一定的回压来维持稳定的井底压力。 通过节流阀的泄压作用，降低井口压力，实现“软关井”。 通过放喷阀的大量泄流作用，降低井口套管压力，保护井口防喷器组。 节流管汇还可以用于洗井等作业。,节流管汇使用说明,产品特点 本产品设计、制造和检验符合美国石油学会API
18、 Spec 16C节流压井系统规范，API Spec 6A 井口装置和采油树设备规范及中国石油天然气行业标准SY/T 5127-2002井口装置和采油树规范和SY/T 5323-2005节流和压井系统。 本产品的承压件选用优质碳钢或低合金钢锻造而成，采用特殊热处理工艺技术，具有良好的力学性能，具备抗轻度硫化物腐蚀能力。 本产品采用手动节流和液动节流的双翼结构形式，其中手动节流线为备用支线，以加强节流管汇在使用中的可靠性。,节流管汇使用说明,操作与使用 一般在防喷器钻井四通侧靠近泥浆罐或除气器的一方安装节流管汇，节流管汇的四通出口通过法兰式平行闸阀与气体分离器进液管相连。 液动节流阀的开度调节由
19、节流管汇控制箱的液压操作来实现远程控制。 该装置以法兰式平行闸阀为主, 法兰式平行闸阀均靠手轮和阀杆螺母一起旋转，带动阀板上、下移动，以打开或关闭通道，达到开关的目的。 正常情况下，节流管汇上双联阀的前阀（靠近五通的阀）打开，后阀关闭，节流阀处于半闭状态，节流阀后的法兰式平行闸阀打开。 发生溢流时，打开节流阀前端的法兰式平行闸阀，关井求压，然后平缓调节节流阀，让其保持据井控理论所计算的立压或套压压井，以排除溢流。,平板阀使用说明,结构（见附图） PFFA系列（暗杆阀）和PFF系列（明杆阀）法兰式平行闸阀是由阀体、阀盖、阀板、阀座、阀杆（尾杆）等零件组成。工作原理 转动PFFA系列法兰式平行闸阀
20、手轮，带动阀杆旋转，旋转的阀杆带动螺母进而带动阀板上下移动（阀杆不产生上下位移），实现闸阀的开关，而阀板与阀座在波形弹簧作用下并借助密封脂和高压流体实现密封。 转动PFF系列法兰式平行闸阀手轮，带动阀杆螺母旋转，旋转的阀杆螺母阀板上下移动，实现闸阀的开关，而阀板与阀座在波形弹簧作用下并借助密封脂和高压流体实现密封。,平板阀使用说明,手轮逆时针旋转，闸阀为开；手轮顺时针旋转，闸阀为关；闸阀上有一只注脂阀，用于加注密封脂：闸阀开关10 20次，拆去注脂阀的压帽和堵头，用高压注脂枪从注脂阀处加注7903密封脂。无论闸阀开或关终了，手轮均应倒退1/4 1/2圈。PFF系列和PFFA系列平板阀只允许两种
21、工作状态：全开或全关。禁止部分开启用作节流阀，否则将导致闸阀的阀板、阀座在流体的高速冲蚀下过早损坏，影响闸阀的密封性能和使用寿命。开关过程中，手轮旋转快到终点时，不允许太快，以免损伤阀杆。,各型平板阀示意图,手动可调式筒形节流阀使用说明,本阀为筒形节流结构，通过旋转手轮调节筒形阀板与阀座的距离实现流量调节。为抗高压高速流体冲刷，筒形阀板与阀座采用硬质合金材料，可提高使用寿命。阀杆上有指示器,可观察筒形阀板所处的位置。手轮逆时针旋转，可见阀杆上升，为流量增大。手轮顺时针旋转，可见阀杆下降，为流量减少。 结构： 手动可调式筒形节流阀为筒形结构，由阀体、阀座、阀杆、筒形阀板、扶正套、阀盖、手轮等零件
22、组成。工作原理： 转动可调式筒形节流阀手轮，带动阀杆螺母旋转，阀杆产生上、下移动，使阀板与阀座的距离发生变化，达到调节流体流量的目的。 本阀只做调节介质流量和压力，禁止做截流用。,手动可调式筒形节流阀使用说明,液动可调式筒形节流阀使用说明,本阀为筒形节流结构，通过节流管汇液压控制装置提供的液压油调节筒形阀板与阀座的距离实现流量调节。为抗高压高速流体冲刷，筒形阀板与阀座采用硬质合金材料，可提高使用寿命。筒形阀板所处的位置通过节流管汇液压控制装置来控制。结构： 液动可调式筒形节流阀为筒形结构，由阀体、阀座、阀杆、筒形阀板、扶正套、阀盖、液缸等零部件组成。工作原理：通过节流管汇液压控制装置，控制液动
23、可调式筒形节流阀的液缸，使阀杆上、下移动，调节阀板与阀座的距离，达到调节流体流量的目的。 本阀只做调节介质流量和压力，禁止做截流用。,液动可调式筒形节流阀使用说明,压井管汇,第二部分：节流和压井系统,压井管汇 Kill manifold,来自泥浆泵的泥浆压井,来自压裂车的压井液压井,压井管汇使用说明,本装置是控制溢流、井喷，实施油气井压力控制技术必要的设备。当用全封闸板全封井口时，通过压井管汇往井筒里强行灌重泥浆，实施压井作业。当已经发生井喷时，通过压井管汇往井口强注清水，以防燃烧起火。当已井喷着火时，通过压井管汇往井筒里强注灭火剂，能助灭火。 本产品的承压件选用优质碳钢或低合金钢锻造而成，采
24、用特殊热处理工艺技术，具有良好的力学性能，具备抗轻度硫化物应力腐蚀能力。本产品分为单翼和双翼两种结构形式，用户可根据要求进行选择。,压井管汇使用说明,一般在防喷器钻井四通靠钻井泵的一方安装压井管汇。该装置以平板阀和单流阀为主，平板阀靠手轮和阀杆螺母一起旋转，带动阀板上、下移动，以启、闭通道，达到开关的目的。单流阀为回压自封式，靠压力液推动阀芯压缩弹簧而打开通道。在用全封闸板全封井口，钻井液正常循环无法进行的情况下，必须利用压井管汇往井里吊灌钻井液，这时需在压井管汇上连接高压泵使钻井液经单流阀进入井筒。检修单流阀时可关闭其下游的闸门。,单流阀使用说明,单流阀主要装在压井管汇上控制泥浆流向。单流阀
25、通常装在压井管汇上，高压泵将泥浆注入井筒时，泥浆从单流阀进入，停泵时泥浆不会倒流，平时以及井喷时井口高压流体不会沿单流阀逆向流动。一般在防喷器钻井四通靠钻井泵的一方安装压井管汇，单流阀装在压井管汇尾部，安装单流阀时注意阀体上方向标识。,单流阀使用说明,井控设备常规安装,节流及控制装置与压井管汇：（1）节流管汇与压力管汇通常安装在钻机底座以外两侧，各处一侧（通常面对井架大门，钻井四通右翼安装节流管汇，左翼安装压井管汇），通过管线连接至井口防喷器组，实现对井口压力重新建立初级压力控制。（2）节流管汇控制装置通常安装在钻机钻台上，通过控制管线操作节流管汇实现对节流管汇的控制。,第三部分：内防喷工具,
26、方钻杆旋塞阀 Kelly cock valve,箭形止回阀 Arrow check valve,投入式止回阀 Drop-in check valve,钻具浮阀 Drill-pipe float valve,井控设备常规安装,钻具内防喷工具：（1）方钻杆旋塞阀通常安装在钻具组合中的方钻杆两端，方钻杆上旋塞阀（通常为反扣）安装在水龙头与方钻杆之间，方钻杆下旋塞阀（通常为正扣）安装在方钻杆与钻杆之间，可在钻台上实现对钻具内防喷控制，是一种手动控制阀；,井控设备常规安装,（2）箭形止回阀，投入止回阀及钻具浮阀通常安装在钻具组合的下部或近钻头部位，是一种随钻控制阀，实现对钻具内防喷控制。其他装置及监测仪
27、表：均在地面。,基本慨况,钻具内防喷工具：（1）行业标准对其命名的方法：a方钻杆上、下旋塞阀暂无b箭形止回阀：FJ / 连接螺纹 工作压力（Mpa） 本体外径（mm） 箭形止回阀c. 投入止回阀：FT / 连接螺纹 工作压力（Mpa） 联顶接头外径（mm） 投入止回阀,基本慨况,钻具浮阀： FZF / 连接螺纹 工作压力（Mpa） 本体外径（mm） 钻具浮阀最大工作压力分为：35Mpa、70 Mpa、105 Mpa示例： FFS203/70-6 5/8REGLH 即70 Mpa工作压力，203mm外径，6 5/8REGLH连接螺纹的方钻杆上部旋塞阀（这是我厂的命名）； FJ168/35-NC5
28、0 即35Mpa工作压力，168mm外径，NC50连接螺纹的箭形止回阀。,工作原理,钻具内防喷工具：方钻杆上、下旋塞阀：在即将打开油气层的钻进过程中或在油气层中连续钻进期间，方钻杆上应安装方钻杆阀以确保安全作业，最好在整个钻井过程中均安装方钻杆旋塞阀。当钻具内发生井漏或井喷时，手动关闭旋塞阀可实现钻具内防喷，通常先关闭方钻杆下旋塞阀，再关闭方钻杆上旋塞阀，阻止井液沿钻具水眼上窜，藉以保护水龙带与主管管线。,工作原理,箭形止回阀：它通常安装在钻杆上，允许钻井液自上向下流动，但不允许井液向上窜流，保护水龙带并便于不压井继续下钻作业。,工作原理,投入式止回阀：在打钻进入油气层前，投入式止回阀的联顶接头预先安装在钻具管串的钻铤柱顶部，此时阀中并无阀芯组件，钻井液循环畅通无阻，当根据作业需要封闭钻具水眼时才将阀芯组件投入钻柱管串，坐封在联顶接头上，封堵井液上窜。,投入止回阀示意图,工作原理,钻具浮阀：通常安装在近钻头处，正常钻进时，其阀瓣在钻进液作用下处于常开状态，确保钻井液循环畅通无阻；当井液上窜时，其阀瓣自动关闭，封堵井液上窜。,钻具浮阀示意图,
