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井控装置,目 录第一章 井控设备概述第二章 井口装置及控制系统第三章 闸板防喷器第四章 防喷器控制装置第五章 节流与压井管汇第六章 内防喷工具第七章 除气设备第八章 专用设备及工具第九章 井控装置的安装与维护及常见故障与排除第十章 井控装置相关标准,在钻进过程中，当钻遇高压油、气、水层时，如果该油、气、水层的压力大于循环泥浆液柱的压力，或者由于起下钻作业对井筒产生抽吸作用，降低井筒压力，油、气、水就会从地层进入循环泥浆中，引起泥浆的密度下降，粘度升高，泵压下降，泥浆进少出多，泥浆池液面升高。当油气侵入严重时，从井中返出的泥浆中有强烈的天然气和原油的气味，泥浆有气泡，井口有外涌现象，进而产生井喷。,井 喷,如果井喷不能及时控制住，往往引发火灾、爆炸，尤其是海上钻井，一旦井喷失去控制引起火灾，在难以救援的茫茫大海上，大量的油气无节制地燃烧，不仅酿成井毁人亡、污染海洋，同时可能使一个有价值的油气田枯竭失去开发价值，造成难以估量的损失。,如 1970年 12月美国路易安那州 Marchand海湾的两口海上油井的井喷，采取在事故井旁打救援井的方法，即打一口通往事故并与之相交的定向井，通过定向并向事故并注入高密度泥浆压井的方法控制井喷，如图所示。这次事故耗时136天，共耗资2 800万美元。,为预防井喷，可采取以下措施：提高泥浆密度，加强泥浆的除气工作；在钻达油、气、水层前加强监测预报，使防喷、防火设备处于良好备用状态；在钻穿高压油、气、水层时，操作要平稳，避免产生抽吸现象发生。,当发生井喷时，应立即关闭防喷器，提高泥浆密度压井，使井喷得到控制；同时清除钻台和泥浆净化系统附近的易燃物，关闭全部发动机，切断电源，避免引起火灾；立即清点人员，将不必要人员撒离现场。如果井喷控制不住，需要请井控专家处理。一旦发生火灾，就得采用空中爆炸或打救援井等特殊方法灭火。,井控设备的发展简史 在1957年2月2日，前苏联专家帮助我国所钻探的重庆巴9井，在钻井过程中因井漏起钻，未灌泥浆，发生强烈井喷。井内216m钻具全部冲出，与井架撞击着火，焰高120余米。在前苏联专家帮助下采用了空中爆炸灭火法，先后共进行3次爆炸才将大火扑灭。该井是我国解放后第一口天然气井在钻井过程中发生的井喷失控着火井。应该说，从此在我国石油天然气勘探行业引起了对天然气井钻井井喷、井喷失控和着火事故的重视。,然而，在60年代初钻井工艺技术还很不成熟，而我国当时的井控设备也只有从前苏联引进的老式手动防喷器，所以井喷失控、着火事故经常发生，造成大量人员和财产损失。目前，我国的石油与天然气工业，经过几十年的创业与开拓，已经获得了举世瞩目的巨大发展。在钻井工艺技术不断改进与革新并日趋科学化的同时，井控设备也发展得尤为迅速。它已由单一的老式手动防喷器发展成一整套完整的井控设备系统。,井控设备为安全钻井提供了保障，保护了钻井人员、钻井设备以及油气井的生产安全，使油气田的勘探与开发获得更好的效益。如果井控设备安装、维护、使用不当，那么这些设备就等于虚设，就有井喷、着火等重大事故隐患的威胁。因此，要求钻井人员及钻井相关人员对井控设备必须具有一定的基础知识和正确而熟练的操作技能，使井控设备发挥应有的效能，从而确保钻井工程的安全、优质与高速度，使我国的石油与天然气工业获得更大的发展。,第一章 井控设备概述,一、井控设备的功用井控设备是实施油气井压力控制技术的一整套专用设备、仪表与工具。具有如下功用：1、正常钻进及起下钻和其它停钻过程中，可对溢流及井喷进行及时准确的监测和预报；2、发生溢流、井涌或井喷时，能快速有效的控制井口，节制井筒内流体(钻井液、油、气、水)的释放；能及时泵入高密度钻井液压井，以恢复和重建井底压力平衡；3、发生井喷或井喷失控乃至着火时，具备有效地处理事故的基本条件；4、能在不压井和关井情况下下管柱以及固井，并能满足堵漏等特殊作用中防止井喷。,二、井控设备的组成井控设备由以下六部分组成：1、井口装置及控制系统：液压防喷器及控制系统、四通、套管头、法兰短节等；2、井控管汇：节流管汇、压井管汇、防喷管汇和放喷管线等；3、钻具内防喷工具：方钻杆上、下旋塞、钻具止回阀等4、井控仪器仪表：综合录井仪、液面监测仪等；5、钻井液净化、灌注装置：钻井液净化系统、除气装置、增加密度及自动灌注装置等；6、专用设备及工具：旋转头、自封头、不压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭火设备,图11 井控装置配套示意图,根据不同油气井的实际情况，可采用单四通和双四通配置，下四通旁侧出口应位于地面之上。,A、单四通配置示意图,B、双四通配置示意图,三、液压防喷器的特点1.关井动作迅速闸板防喷器利用液压能够在38s内实现关井；环形防喷器利用液压能够在30s内实现关井；2.操作方便开关井是利用液压传动的方式，而非机械的方式，并可直接在司钻台遥控。3.安全可靠液压防喷器强度可靠、封井机能可靠、操作可靠。4.现场维修方便,四、液压防喷器的参数与规格最大工作压力(用P表示)指防喷器安装在井口投入工作时所能承受的最大工作压力，是防喷器耐压强度指标。SY505284液压防喷器规定，P分5级：14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa公称通径(用D表示)指防喷器的上下垂直通孔直径，是防喷器的尺寸指标。SY505284液压防喷器规定，D分9种：180mm、230mm、280mm、346mm、426mm、476mm、528mm、540mm、680mm。,我国液压防喷器的规格系列,球形类胶芯 FH 通径代号-额定工作压力MPa 锥形类胶芯 FHZ 通径代号-额定工作压力MPa 双环形防喷器 2FH 通径代号-额定工作压力MPa 单闸板防喷器 FZ 通径代号-额定工作压力MPa 双闸板防喷器 2FZ 通径代号-额定工作压力MPa 三闸板防喷器 3FZ 通径代号-额定工作压力MPa,五、地面液压防喷器的型号,六、压力级别的选择井控装置压力级别的选择，取决于所用套管的抗内压强度、套管鞋处裸眼地层的破裂压力、井口可能出现的最高压力三者中最小值。目前国外对井控装置压力级别的选择，主要是根据井控装置要承受的预期最大地面压力，即井中可能出现的最高压力，而此压力应该是以溢流或井喷时迅速控制井口并保证井筒内有一半或一半以上的液柱来估算的。即井控装置耐压力=地层压力井筒内液柱压力。国内对防喷器压力级别的选择，是按全井最高地层常用压力来选用。对高压、超高压油气井、探井等应选用工作压力级别高的井控装置。,七、通径尺寸的选择井口装置通径尺寸的选择，主要取决于所使用的套管尺寸，即必须略大于所使用的套管接箍的外径。我国目前井口装置通径系列共有五个尺寸可供选择，即：180mm；230mm；280mm；346mm；540mm；,八、井口防喷器组合配套型式选择 井控装置组合配套型式的选择，主要是根据钻井工艺、钻具结构以及设备的具体情况来决定的。另外，它还受压力等级、井架底座的高度制约。比如，当使用复合钻具时，则需配备相应尺寸的闸板防喷器；为了适应不同尺寸的管体与电缆的封闭，应选配环形防喷器；当需要进行不压井起下钻柱时，为了倒换接头，则应配备两个以上的闸板防喷器，并应有一定间矩，便于作业。,1)井控装置组合配套基本型式2)井控装置组合配套特殊型式井控装置组合配套特殊型式仅适用于参数井、预探井、沙漠井、滩海井、泡沫钻井及空气钻井等。特殊组合配套型式不受井身结构的限制，在任何套管程序和各次开钻情况下，均采用相同的一种钻井井口装置，仅508mm套管下入后允许采用不同通径钻井井口装置。井控管汇的额定工作压力应与最后一次开钻所配置的钻井井口装置工作压力值相同。井控装置的系列压力要一致。防喷器控制装置的控制对象应比实际所用的多1个。在含硫地区，还必须考虑防硫问题。,选用井控装置的原则：应根据钻井中可能导致井喷的各种因素进行选用。如地层压力、流体类型、人员技术状况、现有设备状况、钻台底座高度、工艺措施的要求、防护程度(环境污染、人员、设备的安全等)；尤其是在人口密集的城市、交通要道、厂矿企业、海洋湖泊、河流等地方钻井更应考虑防护程度。原则上应以最少量的设备，能有效地实施油气井压力控制技术。,九、井控装置的选择,井喷、井喷失控乃至着火，处理作业艰巨，因此预防井喷失控是极为重要的。但在实际工作中，往往因追求时效和怕麻烦，在许多细小环节上总被忽略或是存在侥幸心理，往往把该严格要求的技术规范放松了。一旦发生井涌、井喷、常因在某个环节上末做好而导致极为危险的井喷失控，造成极大的损失。为了防止这类事故的发生，井口装置和预防处理井喷所必要的设备应配备齐全、压力要匹配，绝不可忽视。要知道，一旦发生井喷失控事故，其损失要比配备必要的装置所花的费用大得多。,图1-2 压力等级为14MPa的防喷器组合形式,1-环形防喷器 2-单闸板防喷器 3-双闸板防喷器 4-钻井四通5-套管头,图1-3 压力等级为21MPa的防喷器组合形式,1-环形防喷器 2-单闸板防喷器 3-双闸板防喷器 4-钻井四通5-套管头,图1-4 压力等级为35MPa的防喷器组合形式,1-环形防喷器 2-单闸板防喷器 3-双闸板防喷器 4-钻井四通5-套管头,图1-5 压力等级为70MPa的防喷器组合形式,1-环形防喷器 2-单闸板防喷器 3-双闸板防喷器 4-钻井四通5-套管头,装2FZ2835防喷器(DF2335)，测试时油压:37.5MPa,套压:44.5MPa(后一条管线放喷，套压；上升至46.2MPa)包31井套压上升至35.6MPa，均超过防喷器额定工作压力，选用应高一级压力。,实 例 1包33井(包31井),实 例 2龙会2井,P地层压力87MPa，至少应装备70MPa的井控装置，实际为35MPa井口，因而井涌后尽管按程序关井，时间133min，5闸板刺坏，井口喷出钻井液5m高。经45min环形被刺坏，井口喷势越来越大，喷出气流高达25m以上，造成井口失控抢险的严重被动局面。,1、井口用KPY23350。此井口在楚三井装过。在库内用21MPa关(活动)防喷器不动，后用30MPa才将闸板推动；2、井口试压未成，因闸板(单面用)装反了(连接为T形槽)，后拆开后装正试压方成；3、防喷器为双闸板，仅安了一个管子闸板；4、未安防喷器控制装置，用手动关井。靠振动筛方向关到位，靠司钻台方因十字头销轴被扭断未关到位，造成井口失控。,实 例 3陆参一号井(滇黔桂石油勘探局钻井三公司45161队)时间：1994年6月,固9套管后，设计要求井口承压能力为70MPa，而该井的井口组合(从下至上)：9套管头+2FS28-70+2FZ28-70(全封+5闸板)+FH28-35，除7#闸板阀为PFF78-70外，其余闸阀和节流管汇均为35MPa配套；放喷管线是旧钻杆接的。钻至井深5019m时井口试压为32MPa。当钻至5037m出现溢流时(地层压力推算为90.54MPa、HS含量高)无法关井，造成险情。除工艺措施不当外，井控设备配套不完善、安装质量差(在较低的压力下，放喷管线、节流阀连接处发生刺漏；关井立压为32MPa时，8、9闸阀密封垫环刺漏，J9阀外刺漏)是造成险情的又一原因。,实例4 渡一井,井控装置的配套应按钻井设计执行，诸如井口装置、井控管汇、井控仪表、内防喷工具等。要保持井口装置通径一致、整个装备的系列压力要一致，否则，再高压力的设备配有一个低压的部件，则其承压能力也只能是低压；在含硫地区，还必须考虑防硫问题，除钢材的选用外，还不准采用焊接件，因易产生氢脆；对防喷管线和放喷管线，千万不能用旧钻杆代替，因为旧钻杆的腐蚀程度无法掌握。,实例4 渡一井（续上页）,1、什么叫井控装置(设备）?有何作用?2、选用井控装置应包括那些内容?3、我国常用液压防喷器的压力级别有几级？公称通径 有几种？4、井控装置置基本组合配套型式与特殊组合配套型式 的区别何在?5、你们井队所配置的井控设备有哪些？,复 习 题,第二章 井口装置及控制系统,第一节 套管头与钻井四通 第二节 液压防喷器第三节 防喷器控制系统,第一节 套管头与钻井四通一、套管头 套管头是套管与井口装置之间的重要连接件。它的下端通过螺纹与表层套管相连，上端通过法兰或卡箍与井口装置相连。(一)、套管头的作用 1、通过悬挂器支撑除表层之外的各层套管的重量；2、承受井口装置的重量；3、可在内外套管柱之间形成压力密封；,4、为可能蓄积在两层套管柱之间的压力提供了一个出口，或在紧急情况下向井内泵入液体(压井钻井液、水或高效灭火剂等)；5、可进行钻采工艺方面的特殊作业，如：(1)若井未固好，可从侧孔补注水泥；(2)在采取增产措施而搞酸化压裂时，可从侧孔打入压力液 以平衡油管压力。,为有效地保护不同地层压力的油气产层,避免钻井作业中产生喷、塌、漏、卡等井下事故，套管设计除遵循正常的设计程序外还必须满足井控技术的要求：,（二）、套管设计,返回,（1）应避免同一裸眼井段有两个以上不同压力的产层。（2）套管鞋处裸露地层不会被钻下部地层时的钻井液液柱压力压裂，也不会因溢流关井或进行压井作业而被压裂。（3）应杜绝长裸眼井段不下技术套管，造成打开油气层前井控复杂情况出现。,（4）超深井、复杂井的套管程序，应在目前的套管基础上增加一层大直径的套管。（5）在含硫化氢地区的套管设计中，套管材质选择不仅要考虑强度，还要考虑抗硫化氢腐蚀能力。（6）天然气井各层套管固井时，钻井液都应尽量返至地面。,击入式管或结构管 导管 表层套管 技术套管 生产套管 抗硫化氢套管,（三）、套管种类,返回,表层套管：用来封隔含淡水的砂层以及任何有危害的浅层，下入深度一般在3001200米之间,技术套管：用于保护上部薄弱地层，免受因平衡下部地层用高密度钻井液的影响，或是用于隔开上部高压地层以便在下部地层使用低密度钻井液。,生产套管：有产能井完井之前下入生产套管，水泥返高应封过油气层以上150米。,4）下套管过程中，不因压差卡套管。,1）保护油气层不受钻井液的损害；,2）避免事故；,3）钻下部高压层用的高密度钻井液，不致压 破上部套管鞋处的地层；,（四）、下入深度和层次设计的原则,（五）、套管头的结构套管头主要由套管头本体、套管悬挂器总成等组成。套管头本体是支撑悬挂器，形成主侧通道的承压件；套管悬挂器总成是用来悬挂套管，并在内外两管柱之间形成环状密封的重要部件。其悬挂可用螺纹、卡瓦或任何适用的悬挂方式来完成。卡瓦可以卡接箍，也可以卡管体。悬挂器密封总成一般分上、下密封。上密封在悬挂器的上部，密封上部液压。上密封分机械和液压式密封。液压式即注入密封进行密封；下密封直接同悬挂器相连，由座圈、密封圈、压圈等组成。它密封两管柱间的环空压力。下密封可采用套管自重式密封和手动密封两种。套管自重式密封靠套管的悬重压缩密封圈，但必须控制本体两个台阶的距离以控制密封圈的压缩量，使之能密封可靠又不能挤毁套管；手动密封是靠人力压缩密封圈，其与套管悬重无关，且可实现低管重下的密封。其也可采用金属对金属的密封。,(六)、套管头的型式及型号表示法1、型式(1)按悬挂的套管层数分为：a、单级套管头；b、双级套管头；c、三级套管头。(2)、按套管悬挂器的结构型式分为：a、卡瓦式；b、螺纹式。(3)、按本体间的连接方式分为：a、卡箍式；b、法兰式；c、独立螺纹式：悬挂套管柱上端和油管头本体下端用螺纹连接的套管头。(4)、按本体的结构型式分为：a、单体式：一个本体内装一个悬挂器；b、组合式：一个本体内装多个悬挂器。,2、型号表示法T 更新设计号，用阿拉伯数字表示额定工作压力，MPa套管层序(以套管尺寸代号表示，各套管尺寸代号间用“”连接)套管头代号注：套管头尺寸代号(包括连接套管、悬挂套管)是用套管外径的英寸值表示。例：连接套管外径为339.7mm(）；悬挂套管外径为244.5mm(95）、177.8mm(7)；额定工作压力为35MPa；型号表示为：T 95-35。,（七）套管头的安装层序(以螺纹式悬挂器套管头的安装为例)1、套管头下部本体的安装(1)、下表层套管前，计算好联顶节长度，以保证套管头下部本体和四通安装后，下部四通防喷管线紧靠井架底座下工字粱(或上)穿过；(2)、固井后，卸下联顶节，用双外螺纹短节与套管接箍连接后，接上托盘。套管头下部本体内螺纹与双外螺纹短节外螺纹按规定扭矩上紧，并让其侧法兰对准防喷管线的位置。套管头下部本体内装保护套，拧紧顶丝；(3)、根据套管头上部本体高度，用双法兰短节或四通安装在套管头下部本体上(占据套管头上部本体位置)。在其以上全套井口装置通径应大于悬挂器最大外径；(4)、将托盘上端面顶住套管头下部本体，下端填满沙石、水泥浆并与地面结合；,(5)、按钻井设计要求试压，稳压30min，压降不超过 0.5MPa；(6)、钻井过程中定期活动，检查保护套。2、下第二层套管的安装(1)、下第二层套管前，先退出顶丝，用专用工具取出保护套；(2)、计算好入井套管长度和联顶节长度，最上面一根为双外螺纹套管与悬挂器相连。悬挂器上端接联顶节，将悬挂器座入套管头下部本体内；(3)、从套管头下部本体旁侧孔连接回收钻井液管线到备用三通上；(4)、第二层套管固井后，拆下全套防喷器、四通和双法兰短节或四通；,(5)将套管头上部本体装在套管头下部本体上。下放时注意对正该层套管悬挂器上部密封部位，以免损坏上密封；从对角方向拧紧、上平连接螺栓；套管头上部本体内装入保护套，拧紧顶丝；上装四通和防喷器。在其以上全套井口装置通径应大于所用悬挂器最大外径；(6)、用手动试压泵从套管头试压孔泵入清水作密封试验，试验压力按其额定工作压力，稳压30min，压降不超过0.5MPa。3、下第三层或更多层套管的安装(1)、其安装方法同2(1)2(4)；(2)、将采气井口大四通安装在套管头上部本体上。注意下放时对正该层套管悬挂器上部密封部位；,(3)、此步聚同2(6)；(4)、其上装采油树试压，然后换装转换四通和防喷器，按钻井设计要求试压。(八)、选用及安装要求1、套管头额定工作压力应与所选用的防喷装置组合工作压力一致；2、各连接部分的机械强度应符合相应标准；3、抗压强度应足以支撑各层套管及油管的重量。,二 钻井四通(一)、作用 安装于防喷器组合之间的承压件，在组合间形成主侧通道，通过侧孔可安装节流管汇，可进行压井、节流循环，挤注水泥及释放井内压力。若不装四通而通过防喷器侧孔进行上述作业，必然会加快防喷器的损坏而缩短其使用寿命，因此，四通还起着保护防喷器的作用。(二)、型号表示方法：FS 额定工作压力,Mpa 通 径 代 号,cm 产 品 代 号,(三)、结构特点及使用要求1、侧孔可以是法兰或卡箍式连接；2、其额定工作压力与防喷器组合一致；3、通径大于最内层套管的最大内径或等于防喷器组合的最大通径；4、安装位置：可直接与套管头相连或装于两闸板防喷器之间；5、防喷器与套管头本体上均有侧孔，通过它们同样可起到钻井四通的作用。但为避免高压钻井液或流体的冲刺而损坏，在非紧急情况下，不宜通过它们来完成钻井四通的任务。,第二节 液压防喷器,防喷器是钻井井口装置的主要组成部分。它是保证安全、快速、优质钻开高压油、气层的关键设备。在钻井过程中，人们把它比喻成为一口油、气井的“总闸门”，关气老虎的铁笼子。如果使用不可靠防喷器和不正确的使用方法，就可能发生重大事故，甚至直接关系着一口井的成败。,一、环形防喷器（一）环形防喷器的用途 环形防喷器，俗称多效能防喷器、万能防喷器或球形防喷器等。它具有承压高、密封可靠、操作方便、开关迅速等优点，特别适用于密封各种形状和不同尺寸的管柱，也可全封闭井口。环形防喷器通常与闸板防喷器配套使用，也可单独使用。它能完成以下作业：,1、当井内有钻具、油管或套管时，能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环形空间；2、当井内无钻具时，能全封闭井口；3、在进行钻井、取芯、测井等作业中发生井涌时，能封闭方钻杆、取芯工具、电缆及钢丝绳等与井筒所形成的环形空间；4、在使用调压阀或缓冲蓄能器控制的情况下，能通过18无细扣对焊钻杆接头，强行起下钻具。思考题:强行起下钻应注意的问题?应使用具有180坡度的对焊钻杆接头；适当降低控制油压；井内压力不超过7MPa；作业时起下钻速度不宜过快（不得大于0.2m/s),（二）环形防喷器的结构和工作原理 环形防喷器主要由壳体、顶盖、胶芯及活塞四大件组成。其工作原理是：关闭时，高压油从壳体中部油口进入活塞下部关闭腔，推动活塞上行，活塞推胶芯，由于顶盖的限制，胶芯不能上行，只能被挤向中心，贮备在胶芯支承筋之间的橡胶因支承筋互相靠拢而被挤向井口中心，直至抱紧钻具或全封闭井口，实现封井的目的。当需要打开井口时，操作液压控制系统换向阀换向，使高压油从壳体上油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行；关闭腔油泄压，作用在胶芯上的推挤力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，打开井口。,（三）球形胶芯类环形防喷器结构特点1、胶芯结构特点(1)、胶芯呈半球状。(2)、不易翻胶。在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承筋的球面上顶板阻止橡胶上翻，这样，使橡胶处于封闭的受挤压状态。因此，可承受巨大的挤压力，而不致于撕裂；(3)、漏斗效应。球形胶芯从自由状态到封闭状态，各横断面的直径收缩是不相等的，上部由于顶盖的限制缩小的数值大，下部缩小得小，因此，胶芯上部挤出的橡胶多，下部少，而形成了倒置的漏斗状。这种橡胶的流向不仅提高了密封性能，而且在关井起钻具时，钻具接头进入胶芯容易。,(4)、橡胶贮备量大。球形胶芯的橡胶贮备量比其它胶芯大得多，在强行起下钻具被磨损以后，有较多的备用橡胶可陆续挤出补充。在起下钻过程中不用换胶芯。(5)、井压助封。(6)、摩擦力小，开关所需油量较大。活塞的上推力部分由支承筋承受，而支承筋与顶盖之间是金属与金属接触，摩擦阻力小。但是，由于球形胶芯含胶量多，变形大，故需较大的活塞上推力。在不提高液控力的前提下，只得增加活塞直径。故这类防喷器外径较大，关闭一次所需液压油较多。与同规格的其它防喷器比较，所需油量为锥形胶芯的两倍，组合胶芯的三倍；(7)、球形胶芯比锥形胶芯制造困难，成本高。,2、活塞及密封的结构特点(1)、活塞的结构特点活塞的径向断面呈“Z”字形。行程短、高度低、径向尺寸大。故球形胶芯环形防喷器较其它类型防喷器高度低，横向尺寸大，开关一次所需液压油多；活塞高度低，扶正性能差。特别是封闭时，活塞处于上部位置上、下两支承筋扶正处距离更小，容易造成卡死、拉缸及偏磨.(2)、密封结构特点活动密封处共分三个部位：活塞外径密封部位(在活塞外径上)封隔油缸开、关两腔；活塞内径密封部位(在壳体上)，封隔井压与关闭腔；,支承圈密封部位(在支承圈内径上)，封隔井压与开启腔。这些密封圈由U形圈夹O型胶条和双唇形密封圈组成。3、壳体结构特点 壳体与顶盖均为合金钢铸造成型。壳体与顶盖的连接。目前环形防喷器的壳体与顶盖连接有三种形式：大丝扣连接、法兰螺栓连接、爪块连接。,（四）锥形胶芯类环形防喷器结构特点1、胶芯结构特点(1)、胶芯外侧面呈园锥形，锥面母线与胶芯轴线夹角为20-。胶芯由12-30块(成偶数)铸钢支承筋与橡胶硫化而成，支承筋沿园环呈径向辐射状配置，橡胶硫化在支承筋腹板的四周。(2)、井压助封。(3)、贮胶量大，胶芯筋板之间的橡胶均可挤向井口形成密封。其胶量比需要封闭的空间面积大得多。因此，它可以封闭不同形状、不同尺寸的钻具，也可以全封闭井口。,(4)、寿命可测。胶芯磨损后，需要靠增加活塞行程，多挤出贮备橡胶来填补。当活塞行程达最大值(即活塞走到上顶点)，或者胶芯支承筋的上、下两端分别靠紧时，说明胶芯的贮备橡胶已使用完，既使增大液控压力，胶芯也不能可靠密封。因此可以通过测量行程来测量胶芯的寿命。即在顶盖上与活塞上端对应的部位有一测孔，其内插一测杆用以指示活塞行程。(5)、胶芯工作以后逐步收缩，能完全恢复到自由状态，不影响钻具通过。(6)、更换胶芯容易。,S大=Hmax-HminS余=S大-S实S余=0,（五）环形防喷器的正确使用与管理1、在井内有钻具时发生井喷，可先用环形防喷器控制井口，但尽量不用作长时间封闭，一则胶芯易过早损坏，二则无锁紧装置。非特殊情况，不用它封闭空井(仅球形类胶芯可封空井)；2、用环形防喷器进行不压井起下钻作业，必须使用带18斜坡的钻具，过接头时起、下钻速度要慢，所有钻具上的橡胶接箍应全部卸掉；3、环形防喷器处于关闭状态时，允许上下活动钻具，不许旋转和悬挂钻具；4、严禁用打开环形防喷器的办法来泄井内压力，以防刺坏胶芯。但允许钻井液有少量的渗漏，而起到延长胶芯使用寿命的目的；5、每次开井后必须检查是否全开，以防挂坏胶芯；6、进入目的层时，要求环形防喷器做到开关灵活、密封良好。每起下钻具一次，要试开关环形防喷器一次，检查封闭,效果，发现胶芯失效，立即更换；7、固井、堵漏等作业后，要将内腔冲洗干净，保持开关灵活；8.橡胶件的存放a先使用存放时间长的橡胶件。b橡胶件尽可能放在光线暗的地方。橡胶件不能存放在阳光直照的户外。橡胶件在室内应远离窗户和天窗，避免光照。人工光源应控制在最小量。c存放地方尽可能凉爽。橡胶件不能存放在加热器，蒸汽管道，辐射器，或其他高温设备附近。d橡胶件应远离电动机，开关，或其他高压电源设备。高压电源设备产生臭氧对橡胶件有影响。e橡胶件应尽量在自由状态存放。f保持存放地方干燥。（无水、油，无酸、碱环境）g如果橡胶件必须长时间存放，则可考虑放在密封环境中。,复习题1、环形防喷器由哪些主要部件组成?2、环形防喷器的工作原理是什么?3、环形防喷器有何作用?4、各类环形防喷器的外形尺寸有何特点?5、环形防喷器按胶芯分为哪几类?其壳体与顶盖连接方式有几种?6、使用环形防喷器主要应注意什么?,第三章闸板防喷器,一、闸板防喷器的类型 闸板防喷器按其壳体内闸板室的数量可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器（见图215、16）。,二、闸板防喷器的用途1）当井内有钻具(或其它管材时)，能封闭套管与钻具之间的环形空间；2）当井内无钻具时，能全封闭井口；3）在封闭情况下，可通过壳体旁侧出口所连接的管汇，进行钻井液循环、节流放喷、压井作业；4）在特殊情况下，带剪切闸板的防喷器，可切断钻具，并达到封井的目的；5）可悬挂钻具（部分）。6）闸板防喷器的闸板可用于长期封井。,三、闸板防喷器的结构和工作原理 1）结构 闸板防喷器是由壳体、侧门、油缸、活塞、活塞杆、锁紧轴、缸盖、闸板等组成。,2）、工作原理 当高压油进入左右油缸关闭腔时，推动活塞、活塞杆，使左右闸板总成沿着闸板室内导向筋限定的轨道，分别向井口中心移动，达到封井的目的。当高压油进入左右油缸的开启腔时，左右两个闸板总成分别向离开井口中心的方向移动，达到打开井口的目的。闸板开和关的方向是由换向阀控制的。一般在38秒内即能关闭，满足钻井工艺的需要。,四、闸板防喷器密封原理及其特点 闸板防喷器要达到全封闭井口，必须要以下密封同时起作用，即：闸板顶部与壳体内顶面的密封；闸板前部与钻具的密封；壳体与侧门间的密封；活塞杆与侧门间的密封;油路密封(外部及内部).闸板的密封原理是在外力作用下，闸板胶皮被挤压变形起密封作用1、闸板浮动密封 闸板总成与壳体的闸板室有一定的间隙，允许闸板在闸板室内上下浮动。当闸板缩回到全开位置时，闸板上部胶皮不接触闸板室顶部密封面。在闸板关闭时，闸板室,底部高的支承筋和顶部密封面均有渐缓的斜坡，能保证在达到密封位置之前，闸板与壳体间有充分间隙，实现密封时闸板前端橡胶首先接触钻具，在活塞推力下，硫化于前端橡胶上的垫铁将橡胶挤向密封部位，封紧钻具。对于压块与闸板体分成两体的闸板总成，继续施加关闭压力，压块与闸板体间的橡胶被挤压向上突起，贴紧在闸板室顶部的密封突台面，从而完成全部密封。当闸板开启时，顶部密封橡胶脱离壳体凸台面，缩回到闸板平面内，继续打开闸板，闸板沿支承筋斜面退至全开位置。闸板这种浮动特点，即保证了密封可靠，减少橡胶磨损，延长胶芯使用寿命，又减少了闸板移动时的摩擦力。,2.闸板自动清砂及井压助封,闸板室底部被制成朝井眼倾斜的“漏斗形”，闸板放在高而窄的支承筋上(见图219)。这种结构能使闸板在关闭时，自动清除砂子和淤泥，防止堵塞，减少闸板开关阻力。在井内有压力时，还能从封闭的闸板背部和下部产生一种助封推力，如图218所示。井内介质压力愈大，助封力愈大。,3.闸板自动对中,闸板的前端具有相互突出的导向块，又插入对面闸板的凹槽内，导向块斜面能迫使钻具在闸板关闭的过程中移向井眼中心，保证闸板与钻具间密封可靠，如图220所示。,（三）闸板防喷器主要部件的结构特点1、壳体特点 壳体是闸板防喷器的主体，是承受高压的重要零件。一般壳体近似方形，中间有通过钻具的垂直通孔，及闸板水平运动的闸板室。壳体外部有的铸有加强筋，使重量减轻。在壳体中部和下部垂直通孔园筒部位开有旁侧法兰孔，以便需要时进行循环钻井液，当闸板关闭后，可进行封井状态下的其它作业。壳体均采用合金钢铸造和锻造成型。,2、闸板结构特点(1).闸板是闸板防喷器的核心部件，闸板有管子闸板、全封闸板、变径闸板、剪切闸板。,变径闸板结构特点,顶密封和前密封为分 体结构，拆装方便；设计有防止前密封反 装结构；可直接与普通闸板总 成互换；,整体式剪切闸板,分体式剪切闸板,剪切闸板主要用途,剪切闸板装配在防喷器中使用，当在钻井、修井或试油等作业过程中遇到紧急情况时，关闭剪切闸板可切断井内管柱，强行封井，在正常情况下也可以当作防喷器的普通全封闸板使用。,产品特点,剪切闸板分为上闸板和下闸板，关闭时两部合拢将钻杆剪断，继续关闭实现密封；均采用V形刀刃，降低实际剪切关闭压力，增大剪切应力，提高剪切能力。,剪切示意,剪切后的钻杆断口,3、活塞杆密封结构特点 活塞杆密封是双向密封，防止井内介质和油缸油液互相窜漏，起保护液压油免受污染和漏失，减少泵及阀件磨损等作用。密封分为两组，中间由一间隔铜套将其分开。部分闸板防喷器设有二次密封装置。二次密封装置的作用是：活塞杆密封失效时，井内介质或液压油会从泄流孔中流出，此时，就可以利用二次密封装置注入塑料密封脂，让其进入密封面，形成强制密封。操作步骤是：卸掉二次密封孔口的六角堵头，用适当工具顺时针转动注入螺钉，强制棒状塑料密封脂通过单流阀，经间隔铜套径向孔进入密封面。注入量不宜过多，止漏即可。否则，会增加活塞杆的磨损及开关闸板的阻力。,4、闸板锁紧装置的结构特点 所有闸板防喷器均设有锁紧装置。锁紧装置分手动锁紧和液压锁紧两种方式。手动锁紧装置是靠人力旋转手轮关闭或锁紧闸板。其作用是：当液压失效时，用手动锁紧装置能及时关闭闸板，封闭井口；当需长时间封井时，可用手动锁紧装置锁紧闸板，此时可以泄掉液压。使用时注意：手动锁紧装置只能关闭闸板，不能打开闸板。锁紧后要打开闸板，必须手动解锁到底后，再用液压打开闸板。,(1)、螺杆式 活塞杆内孔和锁紧轴外径为左旋梯形螺纹连接，锁紧轴外端通过万向节与手动杆、手轮相连。当需用手动关闭闸板时，右旋手轮，通过手动杆带动锁紧轴旋转，由于锁紧轴的台肩顶在缸盖上，不能后退，强迫活塞向前运动，关闭并锁紧闸板。在非锁紧状态，液压开关闸板时，锁紧轴随开关闸板做往复运动。当需在液压关闭后锁紧闸板时，右旋手轮，通过手动杆带动锁紧轴旋转，由于锁紧轴的台肩顶在缸盖上(或止推轴承上)，不能后退，则为在关闭状态下锁紧了闸板。当液压关闭闸板后，锁紧轴的销子(或四方头)在最内侧(观察孔见不到轴的光亮部分)；若右旋手轮，使之锁紧，销子(或四方头)移到最外侧(可见轴光亮部分)，同开启闸板相同，故关闭不锁紧状态明显，而开启或关闭后锁紧状态不明。,(2)、花键轴套式 花键轴套外径与活塞杆内孔用左旋梯形螺纹连接，轴套内孔与锁紧轴为滑动键连接，锁紧台肩卡在缸盖内孔止推轴承与挡圈内，使之只能转动而不能前后运动。当需手动关闭闸板或锁紧闸板时，右旋手轮，手动杆带动锁紧轴并使花键轴套随之旋转，花键套一端顶在缸盖上不能后退，迫使活塞(杆)前进，关闭并锁紧闸板。这种结构的缺点是无法在外部观察闸板开关及锁紧情况，且花键轴套易粘结卡死。,(3)、简易式 简易式锁紧装置是在缸体上直接加一个装锁紧螺杆的护罩，内孔为正扣母螺纹；锁紧螺杆后接手动杆及手轮。旋转手轮锁紧螺杆直接推动活塞杆前进，关闭并锁紧闸板。这种锁紧装置的特点是直观性强，从活塞杆尾部位置可判断闸板的开关和锁紧状况。这种装置结构简单、操作方便。但防喷器横向尺寸增加，锁紧杆暴露在外，保养不好易锈死转不动。,（四）、闸板防喷器的基本关井、开井操作1、液压关井（1）液压关井-在钻台上操作空气换向阀进行关井动作。（2）手动锁紧-顺时针旋转操作杆手轮，到位后回旋两手轮1/41/2圈。2、液压开井（1）手动解锁-逆时针旋转操作杆手轮，到位后回旋两手轮1/41/2圈。（2）液压开井-在钻台上操作空气换向阀进行开井动作。,3、闸板防喷器的手动关井（1）操作储能器装置上换向阀使其处于关位.（2）手动关井,（五）、闸板防喷器拆换闸板的操作顺序检查蓄能器装置上控制该闸板防喷器的换向阀手柄位置,使之处于中位.拆下侧门紧固螺栓,旋开侧门.液压关井,使闸板从侧门内伸出.拆下旧闸板,装上新闸板.液压开井,使闸板缩入侧门内.蓄能器装置上操作,将换向阀手柄搬回中位.旋闭侧门,上紧螺栓.,(六).闸板防喷器侧门开关守则侧门不应同时打开.侧门未充分旋开或未用螺栓固 紧前,都不许进行液压关井动作.旋动侧门时,液控压力油应处于卸压状态.侧门打开后,液动伸缩闸板时须挡住侧门.,（七）闸板防喷器的正确使用及管理1、井喷时可用闸板防喷器封闭空井或与闸板尺寸相同的钻具。需长时间关井时，应手动锁紧闸板，并挂牌标明开关后锁紧情况，以免误操作。锁紧或解锁手轮均不得强行板紧，扳到位后回1/4-1/2圈。2、使用中所装的闸板规格，在现场至少有一付备用件，一旦所装闸板损坏，能及时更换。3、严禁用打开闸板防喷器的方法来泄井内压力。每次打开闸板前，应检查手动锁紧装置是否解锁到底；打开后要检查是否全开(闸板总成后退到体内)，不得停留在中间位置，以防钻具碰坏闸板。4、打开和关闭侧门时应先泄掉控制管汇压力，以防损坏铰链的“O”形圈，打开侧门换闸板，要注意用液压开关闸板时，避免蹩坏闸板、闸板轴或铰链。不许同时打开两个侧门。,5、有二次密封装置的闸板防喷器，只有在活塞杆密封处严重漏失时，才使用二次密封装置注入密封脂。注入量不宜过多，止漏即可，以免损坏活塞杆，一有可能就立即更换活塞杆密封，不可长久依赖二次密封装置。6、若闸板在正常压力下打不开时，可在认真分析原因的基础上处理，对“库美”及仿库美型控制系统，可打开管汇旁通阀，直接用蓄能器的21MPa压力来控制，若仍打不开，则还可用气液泵直接打压至36.5MPa控制，但这须将蓄能器进出油截止阀关闭后，才允许升至36.5MPa。7、当井内有钻具时，严禁关闭全封闸板。特殊情况时，可用剪切闸板在剪断井内钻具的同时，封闭井口。,8、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。并检查手动锁紧装置是否开关灵活。9、配装有环形防喷器的井口防喷器组,在发生井喷紧急关井时必须按以下顺序操作:首先,利用环形防喷器封井。其目的是一次封井成功并防止闸板防喷器封井时发生刺漏。然后,再用闸板防喷器封井。其的是充分利用闸板防喷器适于长期封井的特点。最后，及时打开环形防喷器。其目的是避免环形防喷器长期封井作业。,六 复习题1、闸板防喷器有何作用?2、闸板防喷器由哪些主要部件组成?按闸板室的数量可分为几类?3、简述闸板防喷器的工作原理。4、闸板防喷器必须保持哪几处密封才能处于全封闭状态?5、长期关井是用环形防喷器，还是用闸板防喷器?为什么?6、手动关井和开井怎样操作?7、闸板总成的结构有几种?各种闸板总成的结构特点是什么?8、闸板锁紧轴有几种?其原理是什么?9、换闸板应怎样操作?,四川石油管理局 西南油气田分公司 文件 川油工技发(2004)11号 西油司工监发(2004)4号 关于下发剪切闸板防喷器的安装、使用 与维护暂行规定的通知局属有关单位、分公司有关单位：为满足川、渝油气田钻井及试修作业井控安全的要求，所有含硫油、气井、探井、评价井、预计可获高压高产油气的开发井都要求安装剪切闸板防喷器。针对剪切闸板防喷器的安装、使用和维护要求，特制定剪切闸板防喷器安装、使用与维护暂行规定（以