石油鉆采新裝備井控設備PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 井控設備概述井控設備概述 井控設備是指實施油氣井壓力控制技術的所有設備、專用工具和管匯。 一、井控設備的功用一、井控設備的功用 1、預防井噴保持井內泥漿靜液柱壓力略高于地層壓力； 2、及時發(fā)現(xiàn)溢流對上返泥漿量進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)溢流征兆； 3、迅速控制井噴井噴一旦發(fā)生，迅速關井、并實施壓井。 二、井控設備的組成二、井控設備的組成 1、井口防噴器組環(huán)形防噴器、閘板防噴器、四通等； 2、控制系統(tǒng)遠程控制臺（儲能器裝置）、司鉆控制臺； 3、節(jié)流與壓井管匯； 4、監(jiān)測儀表泥漿罐液面監(jiān)測儀、有毒氣體監(jiān)測儀； 5、鉆具內防噴工具方鉆桿球閥、鉆桿回壓凡爾、投入式單向閥等； 6、輔助設備加重泥漿配

2、制設備、液氣分離設備。 參見下圖。 第1頁/共40頁返回39圖1第2頁/共40頁 三、液壓防噴器的特點三、液壓防噴器的特點 防噴器是井控設備的核心組件。 最原始的防噴器是手動的，開關費力，關井耗時多，承受壓力低，故障多，經(jīng)常在需要關井時封不住井，造成井噴失控，因而已被淘汰，取而代之的是液壓防噴器。 我國70年代初研制出液壓防噴器，它具有以下特點： 1、關井動作迅速。閘板防噴器38秒內可關井；環(huán)形防噴器30秒內可以關井。 2、操作方便。用液壓傳動的方式迫使膠芯變形、閘板運動，操作省力、方便。 3、安全可靠。防噴器強度可靠；防噴器封井機能可靠，出廠前進行嚴格試壓；防噴器的控制操作可靠，若司鉆操作控

3、制失靈，可以用遠程控制臺控制，若遠程控制臺控制也失靈，閘板防噴器還可以用手動關井。 4、現(xiàn)場維修方便。液壓防噴器的膠芯和閘板是最關鍵元件，最易損壞，若發(fā)現(xiàn)損壞，可以及時拆換。第3頁/共40頁 四、液壓防噴器的主參數(shù)四、液壓防噴器的主參數(shù) 液壓防噴器的最重要的參數(shù)是最大工作壓力和公稱通徑。 最大工作壓力封井時，防噴器能夠承受的最大井口壓力； 公稱通徑防噴器上下垂直通孔直徑。該尺寸表明防噴器可以通過的最大鉆頭直徑。（注：公稱通徑是經(jīng)過圓整的，實際通經(jīng)與其有微小差異） 我國規(guī)定的防噴器最大工作壓力和公稱通徑見下表。公稱通經(jīng)公稱通經(jīng)最大工作壓力最大工作壓力，MPammin1807 1/16213570

4、（105）2309213570（105）2801114213570（105）34613 5/8213570（105）42616 3/41421357047618 3/4357052820 3/42154021 1/4143568026 3/41421第4頁/共40頁 五、液壓防噴器的類型及型號五、液壓防噴器的類型及型號 1 1、液壓防噴器的類型、液壓防噴器的類型 液壓防噴器的類型有三大類： 1）閘板防噴器有單、雙、三閘板防噴器三種； 2）環(huán)形防噴器有錐形膠芯、球形膠芯防噴器兩種； 3）旋轉防噴器一種在封井的情況下允許鉆具旋轉鉆進的特殊防噴器。 2 2、液壓防噴器的型號、液壓防噴器的型號 防噴器

5、的型號要反映其類型、最大工作壓力和公稱通徑。 我國規(guī)定的防噴器型號表示如下： 1）單閘板防噴器： FZ 公稱通經(jīng)最大工作壓力； 2）雙閘板防噴器： 2FZ 公稱通經(jīng)最大工作壓力； 3）三閘板防噴器： 3FZ 公稱通經(jīng)最大工作壓力； 4）環(huán)形防噴器： FH 公稱通經(jīng)最大工作壓力。 例如： FZ 2321，代表單閘板防噴器，公稱通經(jīng)為230mm，最大工作壓力為 21MPa。 第5頁/共40頁 六、井口防噴器的組合六、井口防噴器的組合 油氣井口所安裝的部件自下而上依次為： a）套管頭套管頂部的法蘭盤。 b）四通帶有四個通道和法蘭盤的管接頭；其下法蘭與套管頭連接，上法蘭與上部設備相連，左右兩法蘭分別接

6、壓井管匯和接流管匯。 c）雙閘板防噴器一個為全封閘板，另一個為半封閘板。 d）環(huán)形防噴器也稱萬能防噴器，其即可以封零（封空井），也可以封環(huán)空（封閉井內環(huán)形空間）。 e）防溢管其下部與防噴器相連，上部伸至鉆井平臺底面，中部有一旁通管。井下上返泥漿由旁通管引至泥漿凈化系統(tǒng)。 根據(jù)所鉆井的深度不同，預期的井下地層壓力就不同，井口所配備的防噴器的類型、數(shù)量、公稱通經(jīng)、壓力等級就不同。這些是由多種因素決定的： 1 1、根據(jù)套管頭通徑確定防噴器的通徑、根據(jù)套管頭通徑確定防噴器的通徑 防噴器的公稱通經(jīng)不得小于套管頭的通徑，以便可以通過所需的鉆頭和鉆具。第6頁/共40頁 2 2、根據(jù)預期井口最大壓力確定防噴器

7、的壓力等級、根據(jù)預期井口最大壓力確定防噴器的壓力等級 預期井口最大壓力根據(jù)油氣井的性質不同而不同。 a）對于生產井： 預期井口最大壓力 = 地層壓力 - 半井深鉆井液液柱壓力 b）對于深井、高壓氣井： 預期井口最大壓力 = 地層壓力 根據(jù)我國油氣田的地質情況以及多年的鉆探經(jīng)驗，得出如下規(guī)律： 若井深小于2000m， 預期井口最大壓力一般低于1414 MPa ，防噴器的壓力等級選1414 MPa ； 若井深為20004000 m， 預期井口最大壓力為2121 3535 MPa ，防噴器的壓力等級選2121或3535MPa ； 若井深為40007000 m， 預期井口最大壓力可達7070 MPa

8、或更高，防噴器的壓力等級選7070 或105105MPa ；第7頁/共40頁 3 3、防噴器類型和數(shù)量的確定、防噴器類型和數(shù)量的確定 為了提高關井的可靠性，井口所裝防噴器的數(shù)量不止一個，以保證在井內有無鉆具的情況下都可關井。 防噴器的使用原則為： 井內無鉆具時，用全封閘板防噴器封井； 井內有鉆具時，用半封閘板防噴器封井； 井內有不規(guī)則物體時，用環(huán)形防噴器封井； 在封井狀態(tài)下又需要強行起下鉆時，用環(huán)形防噴器封井。 很明顯，在實際鉆井過程中，以上四種情況均可能產生，理論上講，各類防噴器均應有。但是，鉆機底座的高度是有限的，防噴器的數(shù)量也不能太多。 根據(jù)規(guī)定，在各種壓力等級情況下，防噴器的數(shù)量與類型

9、組合如下： 1）壓力等級為14MPa a）一個環(huán)形防噴器； b）一個雙閘板防噴器； c）兩個單閘板防噴器； d）一個單閘板防噴器與一個環(huán)形防噴器組合。第8頁/共40頁第9頁/共40頁2）壓力等級為2135MPa a） 一個雙閘板防噴器與 一個環(huán)形防噴器組合 b） 兩個單閘板防噴器與 一個環(huán)形防噴器組合 第10頁/共40頁3）壓力等級為70105MPaa） 一個雙閘板防噴器、 一個單閘板防噴器與 一個環(huán)形防噴器組合b） 一個三閘板防噴器與 一個環(huán)形防噴器組合c） 一個雙閘板防噴器、 一個單閘板防噴器、 一個環(huán)形防噴器、與 一個旋轉防噴器組合 第11頁/共40頁第二節(jié) 液壓防噴器的結構原理 國內目

10、前使用最廣泛的防噴器是閘板防噴器和環(huán)形防噴器，旋轉防噴器暫時還用得不多。但是，隨著欠平衡鉆井新工藝的出現(xiàn)和推廣，旋轉防噴器的應用會越來越多。 一、環(huán)形防噴器 功用： 當井內無鉆具時，全封井口（簡稱封零）； 當井內有鉆具或其他物體時，封閉井口環(huán)形空間（簡稱封環(huán)空）。 類型： 按照膠芯形狀的不同，環(huán)形防噴器有以下幾種類型： 1）錐形膠芯環(huán)形防噴器膠芯的主體呈錐臺形（見圖）； 2）球形膠芯環(huán)形防噴器膠芯的主體呈球形（見圖） ； 3）組合膠芯環(huán)形防噴器膠芯由內膠芯（有金屬支撐筋）、外膠芯（純橡膠）組成。 第12頁/共40頁 1、錐形膠芯環(huán)形防噴器 結構 防噴器結構：由殼體、活塞、膠芯、頂蓋、密封件等部

11、分組成， 具體見裝配示意圖。 膠芯結構：膠芯外形呈截錐狀，錐度40 ；沿圓周方向均布有1230塊相隔一定距離的鑄鋼支撐筋（通經(jīng)越大，筋越多），經(jīng)橡膠硫化成一個整體，見膠芯結構圖。 工作原理： 1）液壓動作 下油口進油，上油口出油，活塞上行，推擠膠芯，封井；上油口進油，下油口出油，活塞下行，膠芯靠彈性恢復，開井。 2）井壓助封 錐形膠芯環(huán)形防噴器在封井過程中和封井之后，井內壓力流體可以進入活塞上部環(huán)形槽內，產生對活塞的上推力，協(xié)助液壓油推擠膠芯，幫助封井。 注：不能單靠井內壓力流體封井。第13頁/共40頁返回13返回14第14頁/共40頁 膠芯壽命及其檢測： 一個膠芯可以封井多次。 有些錐形膠芯

12、環(huán)形防噴器的頂蓋有一檢測孔，現(xiàn)場可以檢測膠芯的壽命，如下圖。 在防噴器開啟時，測出 ；在最后一次封零時，測出 ；則，活塞實際最大行程為： = - ， 在產品說明書中可以查出活塞應有的最大行程 ，則，膠芯的剩余壽命為： = - 當 為0時，膠芯壽命已盡，必須更換。 注：由于膠芯價格較高，封井次數(shù)只有幾次，因此，環(huán)形膠芯防噴器不做“封零”實驗。 maxHminH實SmaxHminH大S余S大S實S余S第15頁/共40頁返回16第16頁/共40頁膠芯的更換： 一般情況下，打開頂蓋便可方便地更換膠芯； 在使用中需更換，則和用“切割法”(如圖)。第17頁/共40頁 2、球形膠芯環(huán)形防噴器 結構 防噴器結

13、構：由殼體、“Z”形活塞、膠芯、頂蓋、密封件等部分組成， 具體見裝配示意圖。 膠芯結構：膠芯外形呈球面狀；沿圓周方向均布有1220塊相隔一定距離的鑄鋼支撐筋（通經(jīng)越大，筋越多），經(jīng)橡膠硫化成一個整體，見膠芯結構圖。 工作原理： 1）液壓動作 下油口進油，上油口出油，活塞上行，推擠膠芯，封井；上油口進油，下油口出油，活塞下行，膠芯靠彈性恢復，開井。 2）井壓助封 球形膠芯環(huán)形防噴器在封井過程中和封井之后，井內壓力流體可以進入活塞上部環(huán)形槽內，產生對活塞的上推力，協(xié)助液壓油推擠膠芯，幫助封井。 注：不能單靠井內壓力流體封井。 球形膠芯環(huán)形防噴器的封井狀態(tài)見封井狀態(tài)示意圖。第18頁/共40頁返回19

14、第19頁/共40頁球形膠芯的結構返回19返回13第20頁/共40頁球形膠芯的封井狀態(tài)返回19第21頁/共40頁 3、環(huán)形防噴器的比較 公稱通經(jīng)相同、最大工作壓力相同的環(huán)形防噴器，各有自己的優(yōu)劣。 項目項目 類型類型錐形膠芯環(huán)形防噴器錐形膠芯環(huán)形防噴器球形膠芯環(huán)形防噴器球形膠芯環(huán)形防噴器組合膠芯環(huán)形防噴器組合膠芯環(huán)形防噴器結構復雜程度結構復雜程度最簡單簡單復雜膠芯封零效果膠芯封零效果好很好 初用時效果差；試用幾次后，效果才好更換膠芯的方法及更換膠芯的方法及 難易程度難易程度井內有鉆具時，切割法；井內無鉆具時，更換方便井內有鉆具時，切割法；井內無鉆具時，更換方便井內有鉆具時，不能更換；井內無鉆具時

15、，更換方便膠芯壽命膠芯壽命壽命較短壽命長壽命長開關一次所需控制液開關一次所需控制液量的相對大小量的相對大小231外形特征外形特征徑向尺寸小，高度較大徑向尺寸大，高度較小徑向尺寸和高度均小重重 量量輕稍 重最 輕造造 價價低稍 高高第22頁/共40頁 4、環(huán)形防噴器的合理使用 由于環(huán)形防噴器是利用膠芯的強烈變形來完成封井、利用膠芯的彈性完成開井的，膠芯的磨損、膠芯老化導致的彈性下降，都會降低膠芯的壽命，影響環(huán)形防噴器的封井效果。因此，合理使用環(huán)形防噴器，對保證其膠芯的壽命以及封井效果至關重要。 使用中，應注意以下幾點： 1）在現(xiàn)場不做“封零”實驗，但應做“封環(huán)空”實驗； 2）在封井狀態(tài)下，可以慢

16、速上下活動鉆具，但不允許旋轉鉆具； 3）不允許采用微開防噴器的方法卸降套管壓力； 4）嚴禁將防噴器當刮泥器使用； 5）強行起下鉆時，只能通過具有18度坡度的對焊鉆桿接頭； 6）封井的液控壓力不能太大。液控壓力一般為10.5MPa，最大不得超過15MPa； 7）不允許長期處于關井狀態(tài)，否則，橡膠會加速老化，彈力下降； 8）膠芯備件應平放在27以下、干燥避光的場合，不要壓擠疊堆，還要遠離產生電弧的設備，以防變形、老化。 第23頁/共40頁 二、閘板防噴器 閘板防噴器是利用液壓力將兩塊帶有膠芯的閘板，從兩側推向井眼中心，封閉井口。該類防噴器在國內研制最早，現(xiàn)場應用最多。 功用： 1） 當井內無鉆具時

17、，利用全封閘板全封井口； 2） 當井內有鉆具時，利用與鉆具尺寸相應的半封閘板封閉井口環(huán)形空間。 3）當井內有鉆具，又需要將鉆具剪斷全封井口時，可用剪切閘板迅速剪斷鉆具，全封井口。 類型： 按照閘板形狀的不同，閘板防噴器有以下幾種類型： 1）單閘板防噴器殼體內只有一個閘板室，只能裝一副閘板； 2）雙閘板防噴器殼體內有兩個閘板室，能裝兩副閘板； 3）三閘板防噴器殼體內有三個閘板室，能裝三副閘板。 國內只有單閘板防噴器和雙閘板防噴器，其中雙閘板防噴器用得最多，一般裝一副全封閘板、一副半封閘板。國內目前尚無研制三閘板防噴器。第24頁/共40頁 1、閘板防噴器結構概況 由于生產廠家不同，閘板防噴器的具體

18、結構有很大的差異。使用時應熟悉所用閘板防噴器的具體結構。這里介紹閘板防噴器的一般構造。 基本組成： 閘板防噴器由殼體、側門、油缸體、端蓋、活塞與活塞桿、鎖緊桿、閘板等組成（見結構圖）。 結構要點： 1）殼體上有垂直通孔；上下端面有與其他部件連接的雙頭螺栓孔；體內有閘板室，當防噴器開啟時，閘板處于閘板室內； 2）殼體兩側有上下雙鉸鏈座，鉸接著可以開啟的側門； 3）鉸鏈座上有油口。其中，上鉸鏈座的油口與關閉閘板的油路相通；下鉸鏈的油口與開啟閘板的油路相通（也有例外的，要注意）； 4）側門通過螺釘與殼體固連；卸掉螺釘，可以打開側門，以便更換閘板。 5）側門的外側是液壓缸，液壓缸的活塞與活塞桿是整體結

19、構，活塞桿端部有“T”形鉤頭，鉤掛著閘板體； 6）活塞桿內有左旋螺紋孔，中間旋有鎖緊桿。當閘板關井后，順時針旋轉鎖緊桿，鎖死閘板，控制系統(tǒng)可以卸壓；當關井前液壓系統(tǒng)出故障，順時針旋轉鎖緊桿，則可手動關井。第25頁/共40頁第26頁/共40頁返回26返回29第27頁/共40頁 2、閘板防噴器的工作原理與特殊結構 在了解了閘板防噴器的總體結構后，下面將對其工作原理和一些特殊結構問題作進一步的介紹。 1）液壓動作（見結構圖） 閘板防噴器的上、下鉸鏈座的兩個油口，分別與遠程控制臺上的三位四通換向閥的工作油口相通。操作換向閥，使上鉸鏈座油口進油，下鉸鏈座油口出油，則左右兩油缸通過活塞和活塞桿推動閘板向中

20、心運動，實現(xiàn)封井；反之，則實現(xiàn)開井。 特別注意，有的閘板防噴器與上所述相反。 2）閘板結構 閘板有全封、半封和剪切閘板三類，最常用的是前兩類。閘板由閘板體、密封膠芯、壓塊三部分組成，見結構示意圖。 3）閘板防噴器的四處密封（見結構圖） 為保證閘板防噴器可靠封井，必須保證以下四處密封可靠： a、閘板前部與鉆具之間；b、閘板頂部與殼體之間； c、側門與殼體之間； d、側門腔與活塞桿之間。 第28頁/共40頁單面半封閘板單面全封閘板雙面半封閘板返回29第29頁/共40頁 4）井壓助封 當閘板封井后，井內流體壓力可以協(xié)助液壓系統(tǒng)實現(xiàn)可靠封井。這樣，可以減輕液壓系統(tǒng)的負擔。井壓助封可以體現(xiàn)在兩個方面：

21、a）軸向助封。幫助完成上述第二項密封：閘板頂部與殼體之間； b）徑向助封。幫助完成上述第一項密封：閘板前部與鉆具之間。 注：不能單靠井內壓力流體封井。 第30頁/共40頁 5）鉆具自動居中、自動清沙 閘板防噴器工作中，可能會出現(xiàn)兩個問題：a）當需要封井時，鉆具有可能不在井眼中心，無法實現(xiàn)封井；b）鉆井液中的泥沙會沉積在閘板室內，堵塞閘板，使閘板無法移動。為防止這些問題，在結構上做了特殊考慮： a）閘板體上設居中撞塊（見下圖）； b）閘板室底部設計成向中心傾斜的斜面，以利泥沙沖入井內。閘板則支撐在很窄的兩條支撐筋板上，保證閘板的水平移動（見下圖）。第31頁/共40頁 6）閘板防噴器的機械鎖緊裝置

22、 作用： 1、液壓封井后，鎖緊活塞，使液壓系統(tǒng)卸壓，保持長時間封井； 2、當液壓控制系統(tǒng)失效后，可以手動封井。 組成： 活塞桿內孔與鎖緊軸構成的左旋螺紋副、止推軸承、手輪（未畫）。 操作要點： 1、液壓封井后，順時針旋轉鎖緊軸，鎖緊軸退出，實現(xiàn)機械鎖緊； 2、在未封井情況下，順時針旋轉鎖緊軸，實現(xiàn)手動封井； 3、在鎖緊情況下要液壓開井，必須先逆時針旋轉鎖緊軸解鎖。第32頁/共40頁 7）閘板防噴器活塞桿的二次密封 閘板防噴器的側門體與活塞桿之間有兩組密封圈（如圖），右側一組防止液壓缸內的油外泄，左側一組防止井內泥漿進入液壓缸。 兩組密封圈必須背靠背安裝。利用下部的觀察孔可以判斷何組密封圈失效。

23、 在封井情況下，若密封圈失效，特別是左側密封圈失效，將造成嚴重的井噴失控。為此設計了以防萬一的二次密封裝置。 該裝置由單向閥、二次密封脂、起推擠作用的內六方螺釘、螺塞組成。 使用注意： 1、預先填滿二次密封脂，專用扳手妥善放好，以備急用； 2、防噴器使用時，卸掉觀察螺塞，隨時觀察； 3、密封失效后，壓注二次密封脂，量以堵住泄漏為限，不可過多。第33頁/共40頁 3 3、閘板防噴器的合理使用、閘板防噴器的合理使用 （1）半封閘板防噴器的尺寸應與鉆桿桿身尺寸相對應； （2）井中有鉆具時切忌使用全封閘板封井； （3）當需要長期封井時，應手動鎖緊，然后將遠程控制臺上的換向閥手柄扳至 “中” 位，使液壓

24、系統(tǒng)卸壓，也為下次開井做好準備； （4）閘板在手動鎖緊操作時，兩手輪必須順時針旋轉到位，再回轉1/41/2圈； （5）長期封井后，開井之前，應首先解鎖，然后才扳動液壓換向閥手柄至 “開” 位，液壓開井；未解鎖不得液壓開井；未開井，不得上提鉆具； （6）閘板在手動解鎖操作時，兩手輪必須逆時針旋轉到位，再回轉1/41/2圈；第34頁/共40頁 （7）半封閘板封井后不能旋轉鉆具； （8）進入油氣層后，每次起下鉆前，應開、關活動閘板一次； （9）半封閘板不得在空井情況下試開、關； （10）防噴器在“待命”狀態(tài)下應旋下二次密封觀察孔螺塞；在封井狀態(tài)下應有專人負責監(jiān)視二次密封觀察孔是否溢流； （11）井噴后需要封井，應先關環(huán)形防噴器短時阻斷液流，再關閘板防噴器，防止高速流體刺壞閘板密封；然后打開環(huán)形防噴器。第35頁/共40頁第三節(jié) 防噴器液壓控制裝置 一、概述 1、防噴器液壓控制裝置的組成 防噴器液壓控制系統(tǒng)主要由三大部分組成： （1）司鉆控制臺(遙控裝置)安放在鉆臺上，由司鉆操作實現(xiàn)井噴控制； （2）遠程控制臺（儲能器裝置）安放在井架大門側前方25米以遠處，當無法用司鉆控制臺時，可用其控制井噴。主要由電動液壓泵、氣動液壓泵、儲能器、油箱、各種液壓元件等組成。 （3）控制管匯液壓管匯排、氣壓管匯束。將遠程控制臺與井口裝置聯(lián)系起來、將司鉆控制臺與遠程控制