防喷器基础知识

主要内容第一部分防喷器原理及结构第二部分环形防喷器第三部分闸板防喷器第四部分液压防喷器控制系统

在钻井作业过程中，为防止地层流体侵入井内，应始终保持井内钻井液液柱压力略大于地层压力。但在实际钻井作业时，常常因各种因素的影响使井内钻井液液柱压力小于地层压力，使井内压力平衡关系遭到破坏，而导致井喷的产生，结果造成人身伤亡，钻机损坏，油层损害等。

钻井施工作业时，需要一定的技术、设备，实施监测控制，防止井喷产生。一旦发生井喷能及时准确控制井口，实施压井作业，重新恢复对油气井的压力控制。有时井口设施损坏严重，油气井失去压力控制，需采取抢险作业。完成上述工作所使用的设备，通称为井控设备。所谓的井控设备即用于实施油气井压力控制技术的一整套专用设备，仪表与工具的总称。

因此了解井控设备的性能，正确安装维护，使井控设备发挥应有的功能，是搞好油气井压力控制的重要保证。

1、预防井喷。钻井作业中，保持井眼内钻井液静液柱压力始终略大于地层压力，防止井喷条件的形成。

2、及时发现溢流。对油气井进行监测，尽早发现井喷预兆，尽早采取控制措施。

3、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；重新建立井内压力平衡控制。

4、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。

井控设备组成如下：设备、仪表与工具。如图所示。

1、井口防喷器组：环形防喷器、闸板防喷器、四通等；

2、控制系统：储能器装置、遥控装置、辅助遥控装置；

3、节流管汇、压井管汇；

4、钻具内防喷工具：方钻杆球阀、钻杆回压阀、投入式单向阀等；

5、加重钻井液装置：重晶石粉混合漏斗装置；重晶石粉气动力下料装置；

6、起钻灌注钻井液装置；

7、钻井液气体分离器；

8、监测仪表：钻井液罐液面监测仪、甲烷、硫化氢等检测器；

9、特殊作业设备：不压井起下钻加压装置、清障、灭火设备等。

正常钻井作业时，钻井泵将钻井液从钻井液罐吸入，经地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头循环到井底。携带岩屑沿环空上返，到井口后经防溢管钻井液出口到振动筛、除气器，除砂器，净化后的钻井液回流到钻井液罐。

发生溢流后关防喷器、关井，当进行压井作业时，钻井液泵将钻井液从钻井液罐吸入，经地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头到井底，替出井内侵入流体，经四通侧孔至节流管汇，通过节流阀调控环空压力。返出的钻井液经回流管线引至钻井液气体分离器，清除侵入的气体后，合格的钻井液引至钻井液罐，清除的气体经排气管线引至安全处燃烧，以防污染。

1、动作迅速

环形防喷器的液动封井时间一般不大于30秒；

闸板防喷器的液动封井时间为3—8秒；

打开液动放喷阀的时间为3秒。

2、操作方便、安全可靠

井口防喷器的开、关均采用液压操作（是液压防喷器），气压或液压控制。

3、现场维修方便

闸板防喷器的闸板坏了，环形防喷器的胶芯坏了，在现场都可以进行更换。

1、公称通径

定义：

防喷器内部上下通孔直径，单位mm。

种类：

180mm、230mm、280mm、

346mm、426mm、476mm、

528mm、540mm、680mm。

2、额定工作压力

定义：

防喷器工作时能承受的最大井口压力，单位MPa。

种类：

14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa。

注：红字数值为油田常用。

选择井口防喷器组合时，主要考虑因素：

1、通径大小

公称通径应与套管头下的套管尺寸相匹配。

2、耐压能力

压力等级应大于可能出现的预期井口最高压力。

3、类型和数量

在空井、井内有钻具、钻具外径不同等各种情况下迅速关井。

BOP组合主要取决于最大井深Lmax和地层最大压力pmax

1)Lmax＜2000m,pmax＜14MPa

①2FZ-S(on-land);②FZ-FZ-S(marine)

2)Lmax:2000~4000m;pmax=14MPa

③FH-FZ-S(on-land);④FZ-S-FZ(marine)

3)Lmax:2000~4000m;pmax:21~35MPa

⑤FH-2FZ-S(on-land);⑥FH-FZ-S-FZ(marine)

4)Lmax:4000~7000m;pmax:70~105MPa

⑦FH-FZ-2FZ-S(on-land);⑧FH-2FZ-S-FZ(marine)

14MPa井口防喷器组合形式：

21MPa、35MPa井口防喷器组合形式：

70MPa、105MPa井口防喷器组合形式：

1、封零—井内无钻具时全封井口。

2、封环空—井内有钻具、套管、电缆等物时，封闭环形空间。

3、强行起下钻—使用具有180坡度接头的钻杆，配合减压调节阀或缓冲储能器。

锥形胶芯防喷器

球形胶芯防喷器

组合胶芯防喷器

（1）胶芯特点

锥形胶芯

储胶量大

自动恢复原状

胶芯更换容易

无钻具时直接更换

有钻具时切割更换

（2）关井(锥形胶芯)

液压油进入油缸的关闭腔，推动活塞上行，活塞挤胶芯，在顶盖的限制作用下，胶芯向心收缩，挤出橡胶，封住井口。

（3）开井(锥形胶芯）

液压油进入油缸的开启腔，推动活塞下行，活塞对胶芯的挤压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。同时下腔中的液压油通过管线回油箱。

（1）关井（球型）

液压油进入油缸的关闭腔，推动活塞上行，胶芯也上行，在顶盖的限制作用下，胶芯只能向心收缩，挤出橡胶，封住井口。

（2）开井（球型）

液压油进入油缸的开启腔，推动活塞下行，活塞对胶芯的挤压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。

（3）胶芯特点

球形胶芯

储胶量大

自动恢复原状

漏斗效应

胶芯更换容易

摩擦力小，操控油量大

漏斗效应—关井时，胶芯沿顶盖内腔自下而上，从外到内移动，造成胶芯上部集聚橡胶较多、中部较少、下部未挤向中心，形成倒置的漏斗状空间。

井内高压作用于漏斗底部，加强井压助封；漏斗形状便于起下钻时通过钻杆接头，减少胶芯的磨损。

（4）活塞特点

密封段短

扶正效果较差

易偏磨、拉缸

高度较低

（5）井压助封

井口高压流体作用在活塞下部环槽里，有助于推动活塞向上移动，迫使胶芯向中心收拢从而助长了胶芯的封井作用。

（1）工作原理

关井：液压油—关闭腔—活塞上行—推盘推举外胶芯—外胶芯变形向中心挤压内胶芯—内胶芯收拢变形—支撑筋转动角度向中心平移—把井关闭。

开井：液压油—开启腔—活塞下行—推盘回位—挤压力消除—内、外胶芯靠自身弹性复位—把井打开。

（2）特点

内、外两层胶芯

结构复杂

新胶芯封零不理想

整体体积小、重量轻

不能用切割法换胶芯

内胶芯变形小，操控油量少

纯橡胶外胶芯磨损小、寿命长

1、在现场不做封零的实验，只按规定做封管子的实验。

2、液控油压不能过大，最大不许超过15MPa。通常液控油压在8.5--10.5MPa范围内。

3、关井状态起下钻作业，只能通过18。坡度的对焊钻杆接头。

4、不许用环形防喷器长期关井。

5、在关井状态下允许上下缓慢活动钻具，不许转动钻具，不许用打开环形防喷器的办法泄井内压力。

6、胶芯备件妥善保管，防止胶芯老化。如胶芯保管期很长，过了保质期，应报废。

7、关井状态起下钻作业，只能通过有18°坡度的对焊钻杆接头；同时使用减压调压阀或在环形防喷器关闭油路上安装缓冲储能器，以降低钻具接头通过胶芯时引起的波动压力，延长胶芯的使用寿命。

8、胶芯备件放在27℃以下干燥暗室内妥善保管。远离电弧设备，单个平放，防止老化。过了保质期应予报废。

1、防喷器封闭不严

①新胶芯，可多活动几次；旧胶芯，若支撑筋已靠拢仍封闭不严，则橡胶消耗过度需更换新的。

②旧胶芯严重磨损、有脱块，影响使用的，及时更换。

③打开过程中长时间未关闭使用，杂物沉积于胶芯沟槽及其它部位，造成封闭不严。及时清洗、活动胶芯。

2、防喷器关闭后打不开

长期关井或固井后胶芯下残留水泥浆凝固造成。清洗。

3、防喷器开关不灵活

①连接液压管线前，用压缩空气吹扫，将接头清洗干净。

②油路有漏失，防喷器长时间不活动，污物堵塞。

双闸板防喷器

双闸板防喷器

全封闸板防喷器

半封闸板防喷器

剪切闸板防喷器

变径闸板防喷器

1、井压助封

（2）在关井过程中，井压同时作用在闸板的前部、后部，后部的活塞杆截面上没有井压，但受活塞的推力，活塞截面比活塞杆截面大数倍，因此可用远低于井压的液控压力容易地开关封井器。

注：活塞截面积与活塞杆截面积之比称为关闭压力比

2、自动清砂

闸板室底部有两条向井眼倾斜的清砂槽，闸板动作时，遗留在此的泥沙被闸板排入槽中滑落井内。防止堵塞，减少阻力与磨损。

3、自动对中

闸板压块的前方制有突出的导向块与相应的凹槽。闸板向中心运动时，导向块迫使偏心的管子移向井眼中心，顺利实现封井。关井后，导向块进入另一压块的凹槽内。

1、作用

（1）封闭闸板室

（2）传递液压油

（3）安装双向密封

2、类型

（1）平直移动式

（2）旋开式：承重与液路合一式铰链、承重与液路分开式铰链

3、侧门开关守则

（1）两侧门不能同时打开

（2）侧门未充分旋开或未用螺栓固紧前，不许进行液压开关井动作。

（3）旋动侧门时，液控压力油应处于卸压状态。

（4）侧门开关后，液动伸缩闸板时，应挡住侧门以防止晃动。

4、拆换闸板的操作顺序

（1）卸压—蓄能器上该换向阀手柄置于中位。

（2）开侧门—拆下侧门紧固螺栓,旋开侧门。

（3）液压关井—使闸板从侧门腔内伸出。

（4）拆旧换新—注意装正、装平。

（5）液压开井—使闸板缩入侧门腔。

（6）关侧门—旋闭侧门，上紧螺栓。

（7）试压—根据防喷器额定压力进行试压。

闸板防喷器的锁紧装置分为：

手动锁紧装置和液压自动锁紧装置

1、自动锁紧装置

利用液压完成的机械锁紧装置。适用于无法进行人工操作的环境。

缺点：不能手动关井，液控失效情况下无法进行关井动作。

操作特点：闸板BOP利用液压实现关井后，随即在液控油压作用下自动完成闸板锁紧动作；闸板BOP利用液压开井时，在液控油压作用下首先自动完成闸板解锁动作，然后再实现液压开井。

2、手动机械锁紧装置组成

万向节手轮

锁紧轴随动结构

3、操作要领

手动锁紧

顺旋到位回旋¼~½

手动解锁

逆旋到位回旋¼~½

1、关井正常情况

（1）液压关井

（2）手动锁紧

（3）液控油泄压

2、关井特殊情况（液控失效）

（1）液控换向手柄置于关位

（2）手动关井

（3）液控换向手柄置于中位

3、开井步骤

（1）手动解锁

（2）液压开井

（3）液控油泄压

1、半封闸板的通径尺寸应与所用钻杆、套管等管柱尺寸相对应。

2、井中有钻具时切忌用全封闸板关井。

3、双闸板防喷器应记清上下全封、半封位置，包括剪切闸板。

4、长期关井时应手动锁紧闸板。

5、长期关井后，在开井以前必须先将闸板解锁，然后再液压开井。

6、闸板在手动锁紧或手动解锁操作时两手轮必须旋转足够的圈数，确保锁紧轴到位。

7、液压开井操作完毕后应到井口检查闸板是否全部打开。

8、半封闸板关井后严禁转动或上提钻具。

9、进入油气层后，每次起下钻前应对闸板防喷器开关活动一次。

10、半封闸板不准在空井条件下试开关。

11、防喷器处于“待命”工况时，应卸下活塞杆二次密封装置观察孔处丝堵。防喷器处于关井工况时，应有专人负责注意观察孔是否有液体流出现象。

12、配装有环形防喷器的井口防喷器组，在发生井喷时首先关环形防喷器，保证一次关井成功，防止闸板防喷器关井时发生“水击效应”。第二步用闸板防喷器关井，充分利用闸板防喷器适于长期封井的特点。关井后，及时打开环形防喷器。

平时用来制备和储存高压液压油（压力油），当需要时使控制对象（防喷器）实施开关。

1、遥控装置（又叫司钻控制台或叫主控制装置）

2、蓄能器装置（又叫远程控制台）

3、连接管汇

4、有的还安有辅助遥控装置

1、根据换向阀先导控制方式分：

（1）液控液型—陆地钻井

（2）气控液型—陆地钻井

（3）电控液型—海洋钻井

气控液型比液控液型的信号传输快；

安全、经济、无污染；

得到广泛的应用。

2、控制系统的型号

FKQ4005A型控制系统介绍

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