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1、钻井井控装置第四章 旋转防喷器,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,1,旋转防喷器简介,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,2,旋转防喷器常用于欠平衡压力钻井中。欠平衡压力钻井是指钻井过程中井底压力低于地层压力、施工中允许有溢流情况下的钻井方法。由于钻井液循环时的井底压力低于地层，在钻开油气层时地层液体将进入井内，从而可实现边溢流边钻进。旋转防喷器是欠平衡钻井的关键装备、专用井控设备(又称旋转防喷头或称旋转控制头)，安装在井口防喷器组最上端，即拆掉防溢管换装旋转防喷器。钻开油气层时，为避免钻井液液柱压力过高，以致将油气层压死或污染，常利用旋转防喷器封住井口环形空间，
2、使钻井液液柱压力略低于地层压力，保持井底轻度溢流，实现边喷边钻或带压起下钻作业，也常用于修井作业中。,旋转防喷器的功用,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,3,封闭钻具(方钻杆、钻杆)与井眼的环形空间。允许在额定密封压力条件下旋转活动钻具，实施带压钻进作业。通过排出管汇（流动节流阀），对返出的油气侵钻井液进行分离、处理，实现连续欠平衡钻进。在设计欠压值或与强行起下钻设备配合时，可以进行了带压起下钻作业。欠平衡钻井常用于异常低压地区钻井，采用泡沫、充气钻井液以及空气或天然气钻井液体，也可以用于修井作业以及地热钻井。,旋转防喷器的基本组成,旋转防喷器由底座、液压卡箍、大直径高压密封元
3、件、现场测试装置(包括井压传感器、试压塞等)、高压动密封旋转轴承总成等组成。旋转防喷器安装在井口防喷器组的顶部。旋转防喷器按密封结构可分为主动密封、被动密封两类。,2011井控培训课件,4,井控装置教案之-旋转防喷器,旋转防喷器的基本结构,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,5,旋转环形防喷器是在环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴承系统，在封闭井内钻具和井眼之间的环空之后，胶芯能随钻具一起带压转动，实现欠平衡压力钻井作业。其结构主要由旋转总成、壳体、卡扣筒等组成。旋转总成主要由方瓦总成、中心管、轴承、密封、胶芯等组成。,旋转防喷器的主动密封结构,2011井控培训课件,井控装置教
4、案之-旋转防喷器,6,以Shaffer Varco公司PCWD 为代表的主动密封旋转防喷器是靠液压驱动防喷器胶芯封闭井口与钻具环形空间。旋转球形防喷器构是在球形环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴承系统，在封闭井内钻具和井眼之间的环空之后，胶芯能随钻具一起带压转动，实现欠平衡压力钻井作业。,旋转防喷器的主动密封结构,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,7,防喷器主体主要由壳体验、顶盖、衬套、球形密封胶芯、旋转动密封、活塞总成、止推轴承、扶正轴承等部分组成。内部设有三副轴承，中上部是承压止推轴承、下部是角度接触滚珠承压轴承。设有两套旋转动密封，上部密封顶盖内压面。下部密封下壳体密封
5、活塞内面。内装密封钻具的球形胶芯。,主动密封旋转防喷器工作原理,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,8,关井操作：当需要关闭防喷器时，液压油从下壳体的进油口进入防喷器内的活塞下腔推动活塞上行，活塞挤压胶芯沿壳体内腔球面上行。由于受上壳体内腔球面的限制，胶芯向内收缩抱紧钻具，实现胶芯与钻具的密封。开井操作：当需要开启防喷器时，液压油从壳体上的进油口进入防喷器内的活塞上腔推动活塞下行，在液压力和胶芯自身弹性的作用下，胶芯向外张开松开钻具。,主动密封旋转防喷器使用特点,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,9,旋转球形防喷器（PSBOP）是在原球形环形防喷器的基础上增加了转
6、动机构，因此具有以下特点：通过外部的液压系统主动加压实现胶芯与钻具的密封，因此低压密封性能良好。胶芯内径可以在0-280mm（0-11）之间变化，一种胶芯可适应多种尺寸的钻具，包括封零。另外起下钻、换钻头也十分方便,被动密封旋转防喷器的结构,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,10,以Williams公司RCH为代表被动密封式旋转防喷器是不需要液压驱动防喷器胶芯，封闭井口是利用胶芯与六方钻杆之间的过盈配合来实现，但需要油泵和水泵来保障必要润滑和冷却。主要由壳体、钻杆驱动器、液压卡箍、大直径高压密封元件、高压动密封旋转轴承组成。,1-轴承总成；2-密封圈；3-卡箍；4-底座；5-油
7、缸7100旋转防喷器外形尺寸,被动密封旋转防喷器的结构,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,11,旋转总成在一定承压范围允许方钻杆带动中心管与胶芯以一定的转速旋转进行钻进作业。旋转防喷器胶芯有不同尺寸，以适应不同尺寸的钻杆与方钻杆。当方钻杆、钻杆通过时，胶芯在自身弹性的作用下，产生一个预紧力，包紧钻具，同时在井压作用下，又获得一个助封力，增加了密封的可靠性。,l-旋转筒；2-旋转总成；3-唇状密封；4-快速拆开罩；5-快速拆开块；6-壳体；7-方钻杆驱动总成；8-双滚柱轴承；9-钻井液出口管线；10-胶皮芯子；11-灌钻井液接口旋转防喷器结构图,旋转防喷器被动密封结构,2011井
8、控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,12,被动密封旋转防喷器方瓦总成与中心管相连，中心管外形空间装有轴承，下部与胶芯(自封头)相连。转动靠方钻杆传递动力。方钻杆带动方瓦总成、中心管以及胶芯转动。旋转防喷器对钻具的密封，一靠胶芯的预紧力(胶芯内径小于钻具外径)。二靠井内油气压力对胶芯产生的助封力。这样使旋转防喷器具有既能转动,又能同时密封钻具的作用。现场常用Williams7100采用双胶芯密封，Williams8000型和9000型及国产FS-206-70型采用单胶芯密封。,被动密封旋转防喷器工作原理,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,13,井眼与钻具之间的环形空间，靠特制
9、的密封胶芯与钻具之间的过盈实现密封(可分为单胶芯、双胶芯型)，井压起辅助密封作用。,被动密封旋转防喷器操作使用,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,14,当井喷发生，用闸板防喷器或环形防喷器封井后，如仍需进行带压钻进时，可将方钻杆插入旋转防喷器中再将方钻杆与井口钻具接好，卸掉转盘大方瓦，缓慢下放钻具使旋转防喷器坐落在井口防喷器组上端，用卡箍或螺栓固紧。在转盘中装好大方瓦与方补心，打开节流管汇上的液动平板阀使泥浆从节流管汇返出，降低并维持井口套管压力在旋转防喷器的允许工作压力范围内。打开防喷器、开泵、开钻。自封头允许接单根或强行起下钻作业。,旋转防喷器使用方法,2011井控培训课件
10、,井控装置教案之-旋转防喷器,15,下钻作业时的操作程序：将旋转总成放在钻台支架上。钻具下部接上引锥，下放钻具使引锥和钻具插入旋转总成并通过胶芯。将带旋转总成的钻具从支架中提出，卸掉引锥，钻具下部接上钻头。卸掉转盘大方瓦，经转盘通孔下放钻具与旋转总成，使总成坐在壳体上，装好卡箍，转盘中装好大方瓦。钻具带上加压装置，打开全封闸板防喷器，下放钻具强行下钻作业。当钻具靠自重能克服上顶力，自由下落时，去掉加压装置，按正常下钻作业进行下钻直到下完钻具。起钻作业操作与下钻操作顺序相反。当井内压力作用在钻具上的上顶力略小于钻具重量时仍需带上加压装置起钻。当钻头起至全封闸板防喷器与自封头胶芯之间时，先关闭全封
11、闸板，然后打开旋转防喷器壳体上的卸压塞，卸压后再拆掉卡箍拔出旋转总成。,旋转防喷器使用方法,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,16,钻进作业时操作程序：下钻完毕，接方钻杆，方钻杆上装好方瓦总成。下放钻具使方瓦总成落入旋转总成的中心管方孔内。转盘方孔装好方补心打开节流管汇上的液动平板阀。开泵循环，保持井口压力在5MPa以下。开冷却循环水，开钻。中途带压更换胶芯总成上提钻具至接头超过FZ或FH时，关防喷器。打开壳体卸压塞卸压。拆卡箍，上提钻具，提出总成。取下旋转总成，更换胶芯。按下钻顺序重新装入。,旋转防喷器的故障及排除方法,旋转防喷器使用注意事项卸压塞卸压时，不能太快，注意安全。
12、旋转总成上提下放时要扶正且缓慢进行，不能太快太猛。以免损坏密封或其他部件。旋转总成和胶芯不能通过钻头。,2011井控培训课件,17,井控装置教案之-旋转防喷器,旋转防喷器的控制系统,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,18,Williams7100型旋转控制头系统主要由司钻控制台、动力润滑站组成。,旋转防喷器的控制系统,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,19,Shaffer旋转防喷器的控制系统旋转防喷器系统(也称随钻压力控制系统)主要由旋转球形防喷器、液压控制装置、司钻控制面板、安装配件及工具四部分组成。,旋转防喷器的控制系统司控台,2011井控培训课件,井控装置
13、教案之-旋转防喷器,20,液压控制装置(HCU)通常摆放在靠近井口防喷器组附近合适的位置上，并提供控制安装在防喷器组上旋球转形防喷器(RSBOP)的液压源，应用防火液压软管与防喷器(RSBOP)连接，液压控制装置由钻台上的司钻控制盘控制，司钻控制盘一般放在钻台上便于司钻操作的地方。在司钻操作盘上操作可以控制旋转防喷器控制系统的工作模式、检测井口压力和该系统的工作状况，或对防喷器系统的胶芯密封压力进行调整。通过液压控制装置(HCU)提供的液压力挤压一个特制的球形密封胶芯实现井筒与壳体、井筒与钻具之间的密封,也可以关闭和封闭空井。为减小钻柱对胶芯磨损，当井压变化时旋转球形防喷器(RSBOP)会自动
14、调节胶芯的密封压力，当井口压力较大时，操作者需把系统切换到所谓“静态（STATIC）”高压工作模式下。在静态时，系统靠液压控制装置和预压储能器支持，并能对胶芯施加最大的密封压力。在这种状态下，钻柱不能旋转和上下活动。,旋转防喷器的控制系统,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,21,冷却、润滑动力装置的作用是对轴承进行连续强制润滑和冷却，最大限度的延长轴承的寿命。润滑系统为高压动密封旋转轴承总成提供高压润滑油，保持轴承良好的工作状态，使用时必须确保冷却和润滑油的清洁和排量。Williams7100控制系统冷却、润滑动力装置技术规范,防喷分流系统,2011井控培训课件,井控装置教案之
15、-旋转防喷器,22,分流系统是把轻微井喷引出井以外的一种控制装置，适用于只下导管或虽下套管但下深过浅，井口不允许承压的井眼。,分流系统组成和功用,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,23,分流系统包括分流器、分流四通和分流管线。其中分流器可以是专用分流装置，也可以用于低压大通径防喷器代替使用。分流器主要由壳体、顶盖、胶芯、活塞和油孔组成。,分流系统组成和功用,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,24,利用液压防喷器控制系统提供高压油可以密封方钻杆、钻杆、钻杆接头、钻铤、套管等各种形状尺寸的管柱，同时分流放喷井内液体。分流系统不是用来蹩压的，而是按预先铺设的分流管线将
16、井内液体从井场引至安全距离以外，使井内液体回压最低，以防井口和井眼承受高压造成井口损坏，蹩漏井眼、地面而窜漏。利于井口、井眼及井场设备的安全。放喷阀的开与关和分流器胶芯的关与开是联动的。即防喷阀打开的同时胶芯随即关闭，胶芯打开的同时放喷阀关闭。,分流器的工作原理,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,25,当钻遇高压油气层需分流放喷时，将远程控制台换向阀手柄扳至“分流”位（即开放喷阀关分流器），高压油从分流器壳体油口进入活塞下部关闭腔，推动活塞向上运动，迫使胶芯向中心运动，将胶芯挤向井口中心，抱紧钻具封闭井口。井内液体经分流四通从分流防喷管线和全开阀引至井场下风口的安全地方。当需要
17、打开井口时只需泄掉关闭腔油压，同时打开分流器壳体油口处的手动阀即可。这时关闭腔液压油迅速流回油箱，活塞在自身重量的作用下落回起点，胶芯在自身弹力的作用下恢复原位，将井口打开。,防喷分流系统,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,26,分流系统包括分流器、分流四通和分流管线。,放喷阀的开与关和分流器胶芯的关与开是联动的。即防喷阀打开的同时胶芯随即关闭，胶芯打开的同时放喷阀关闭,防喷分流系统的构成,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,27,分流器可以是专用分流装置，也可以用低压大通径防喷器代替使用。分流器主要由壳体、顶盖、胶芯、淤塞和油孔组成。,防喷分流系统特点,2011
18、井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,28,油缸为单作用式:关闭动作由液压实现，打开动作利用胶芯自身的弹性和活塞目重实现。各运动表面采取防腐措施，以防钻井液及橡胶件的电化学腐蚀，从而提高使用性能，延长使用寿命。壳体与项盖采用卡块式连接，现场装卸方便结构紧凑。顶盖上装有防磨板，以防胶芯支撑筋与顶盖磨损。外壳采用整体全封闭式。,课堂练习,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,29,1、常用于（）地区，采用诸如泡沫钻井液钻井、充气钻井液钻井以及空气或天然气钻井。也可用于修井作业以及地热钻井。A、异旋转防喷器常高压 B、异常低压 C、碳酸盐2、井眼与钻具之间的环形空间，靠特制的密封胶芯
19、与钻具之间的过盈实现密封，井压起()作用。A、辅助密封 B、主密封3、如图所示钻井过程中使用的分流器，一些部件已经编号。请将下列部件的正确编号填在相应部件前的横线上。A_环形胶芯B_钻井液进入管线C_活塞D_主体E_分流器关闭孔,课堂练习,2011井控培训课件,井控装置教案之-旋转防喷器,30,4、旋转防喷器按密封结构方式可分为主动密封式旋转防喷器和（）旋转防喷器。A、液压密封式 B、动密封式 C、被动密封式 5、被动密封式旋转防喷器高压动密封旋转总成采用了上下（）胶芯密封结构。A、三个 B、两个 C、四个6、如图所示的液压旋转防喷器。请将下列部件的正确编号填在相应部件前的横线上。A_下壳体.B_ 主轴成C_活塞D_胶心.E_壳体,
