井控设备介绍

1.井控设备在国内外的发展状况

1.1. 国内的井控设备发展状态

国内的井控设备在近几年来取得了长足的进步，内在质量、外观质量都有了很大的提高。防喷器的一些功能试验做的也越来越全面，防喷器的可靠性较以前有了很大的提高。目前钻井用的闸板防喷器压力级别最高已经达到了105MPa，环形防喷器也已经达到了70 MPa，防喷器的种类也比较全面。

防喷器承压件的材料得到了保证

密封件的制造得到了加强

标准的细化、提高

竞争更趋于激烈

1.1.1.国内防喷器的研制及应用情况

1.1.1.1. 国内防喷器产品规格范围及特点

●闸板防喷器

●环形防喷器

●分流器

●旋转防喷器

●电缆防喷器

●不压井带压作业装置

1.1.1.

2. 防喷器可以实现的功能

随着钻机的更新，可以安装高度较高的整组防喷器，这样就为实现新工艺的井口控制提供了较为可靠的保证。同时对防喷器的功能要求也提高了。现在的国产防喷器主要可以实现以下几项功能：

1)密封钻具

2)在所有控制井喷措施都失效后可以剪断钻具

3)强行起下钻具

4)悬挂钻具。悬挂钻具的闸板主要有两种工况，一是所用的钻杆

接头为直角台阶，另一种是所用的钻杆接头为18o台阶。

5)手动、液动锁紧闸板

6)用作分流系统

1.1.1.3. 在酸性环境中的应用。

在酸性环境中，制造防喷器执行的标准是NACE MR-01-75。我们目前主要是针对内部可接触流体的零件进行抗硫处理，目前我们的防喷器具有这项功能。防硫化氢的具体措施是按照行业标准SY5087《含硫油气田安全钻井法》

防喷器可适应的外部酸性环境主要是螺栓、螺母的抗硫处理，一般的设计是降低螺栓的强度，但这样同时也就降低了防喷器的最大工作压力。如果要保持防喷器原有的额定工作压力不变，而且还要具有抗硫的功能，就要选用非常特殊的螺栓材料，成本大约要提高25~30倍。所以在选用防喷器时应注意这一点。

目前，我们对材料抗硫化氢处理的方法主要是控制材料化学成分和热处理工艺，这两项工作作好了就可以满足抗硫化氢的要求。

实验检测材料抗硫性能的方法是：首先在水中通入CO2酸化，然后再通入H2S至饱和，将试棒放置在这个水溶液中施加不低于材料屈服强度三分之二（0.67σs）的载荷，在720小时没有发生断裂为合格。

实验结果：720小时没有断裂。

丁睛橡胶密封件的抗硫化氢试验结果：老化系数略有降低，其他物理机械性能几乎没有变化。

在实际应用中，不能因为材料具有抗硫性能就放弃其他的措施，材料抗硫的性能毕竟还不是无限的。

1.1.1.4. 在气井上的应用

目前国内防喷器的气密封试验还没有开展，虽然国内也有气密封试验装置，但还从来没有进行过防喷器的试验。在标准的制定时对这一个问题意见也不太统一，主要原因还是受制造水平的制约。有些专家认为，防喷器用于气井是可以的，但要以提高其压力等级来补偿气井的危险性。但是气密封试验这项工作还是要开展。

1.1.1.5. 在修井、作业等方面

●修井作业用防喷器

随着修井技术的发展，对修井用的防喷器要求也越来越高。

●带压作业装置

陆上油田大都进入后期采油，通过分层注水来提高油层压力的方法进行采油，以提高油井产量。在注水井的作业时，由于地层具有一定压力，作业时地层的含油污水会从井口喷涌出来，从而污染环境，同时也会给作业带来很大困难，甚至将油管从井中顶出，造成事故。为了解决这一个问题，当前作业采用的方法一是放喷，二是压井。这两种方法都存在很多问题，第一种方法由于水中带有原油会污染环境，第二种方法要动用压力车、作业车等设备，使作业成本增加。在这种情况下，现在比较先进的做法就是利用一套带压作业装置，不放喷、不压井完成起下油管的作业。

这一套设备主要由防喷器、卡瓦、液控系统、升降油缸和一些辅助装置组成。可以完成的作业有：起下油管、起下油管挂、起下井下封隔器和配水器。最大的工作压力为21MPa，装置的通径为Φ125mm。整套设备与作业车相联结，而且利用了作业车上的动力源，安装、调试、拆卸方便。

1.2. 国外的井控设备发展状态

国外的防喷器主要以Hydril、Cameron和Shaffer为代表，品种规格非常齐全，防喷器所能实现的功能也多。国外也有很多其他的生产厂家，其质量也参差不一。

欠平衡钻井技术设备的开发

API RP53对欠平衡钻井的定义是：在钻井过程中允许地层流体进入井内、循环出井，并在地面得到控制。欠平衡钻井技术是钻井的一个发

展方向，它是随着水平井技术的应用和发展而产生的一种新技术，其主要优点是降低钻井成本、缩短钻井周期、减少压差卡钻、减少因泥饼产生的磨阻、降低泥浆成本和减少事故损失时间。用于该技术的关键设备就是旋转防喷器（也叫旋转控制头），其种类比较多，但比较著名的就是Williams和Shaffer两家的产品。

使用旋转防喷器应考虑的因素：

方钻杆的形状——优先选用三角型钻杆，其次是六方钻杆。

钻杆——所用的钻杆应进行外伤检查，光滑而未受损的钻杆能延长胶芯的使用寿命，应尽可能地磨平大钳的齿痕。再就是不要采用直角台阶的钻杆接头，尽量考虑不要采用有损于胶芯的钻具。

旋转密封胶芯——标准的胶芯适用于空气钻井、气体钻井和水基泥浆钻井，既可用于高压地层又可用于低压地层。聚胺基的胶芯可用于油基泥浆钻井。

转盘——转盘的直径应足够大，可以提升控制头的旋转总成（主要是针对Williams型产品）。

设备的安装——防喷器组的垂直度应在12mm以内，确保旋转防喷器的良好使用和最大限度的提高密封件的使用寿命。

现场应用方便的设备研制

Shaffer开发的NXT型闸板防喷器采用了新式结构，侧门与壳体连接液压操作，而且没有侧门螺栓，液压自动锁紧，主要适用与水下使用，并配备了ARC自动更换闸板装置。既减轻了工人的劳动强度，又节约了宝贵的时间。

●井控装备功能的配套

1)可以配备多种不同性能的闸板。大变径闸板有2 7/8″~5″、5″

~7″，可抗硫化氢的剪切闸板，起下钻闸板等。

2)优良的密封件性能。密封性能好；储存寿命长；有不同材料的密

封件可选择，可以满足各种温度、环境的使用；

2.国内目前井控装备的状态

●设备老化，大多为80年代的产品，而且品种规格少，不能适应生产

需要。这几年有了很大的发展，但大部分油田都受许多条件的限制，超期服役的设备仍占多数。

●密封件的质量不够过硬，并且材料的种类比较单一，不能满足多种

工况的使用，同时也影响了防喷器整机的性能，现在可以耐高温（175℃）的橡胶密封件正在研制中。

●受制造工艺水平的制约，防喷器的内在质量与国外相比，仍有相当

的差距。如大部分的承压件仍然是采用铸钢件，即便是采用锻造件的也是自由锻造，制造成本、加工周期增加比较多。

●和国外产品相比，功能仍然不够齐全。现在闸板防喷器都可以配备

剪切闸板、小变径范围的变径闸板，但大范围变径的闸板还没有真正过得硬的产品（目前正处于研制中），还有象专门用于起下钻作业的闸板、可抗硫化氢的剪切闸板等，基本上还是处于空白。

●国产的欠平衡钻井设备——旋转防喷器开发也有多年了，但普遍存

在的问题是动密封、轴承寿命低，这也是我们国家基础工业落后的

一个表现。

在修井作业方面的设备更为落后，以前这方面的工作一直没有得到重视，生产厂家也没有投入大的力量来开发这一块，有些国外很多年前就已经广泛使用的技术我们现在才刚刚开始。但现在这方面也加入了井控检查的范围，在以后会有所加强的。

3.使用井控设备的注意事项

1)所选用的设备压力等级是否与相应井段的最高地层压力和所使用的

套管的抗内压强度相匹配；特别是现在105MPa防喷器的应用就存在这个问题。

2)节流管汇的压力级别和组合形式是否与防喷器的压力级别和组合形

式相匹配；

3)所选用设备的材质是否与油气井的环境相匹配。主要包括金属承压

件本体的材料是否满足抗硫化氢的要求；金属承压件本体的性能是否能满足环境温度（低温）的要求；所选用的密封件的材料是否满足流体温度（高温）的要求；在这里也要强调一下我们平常所说的防喷器的温度等级的概念，API 16A中规定，温度等级主要是指金属件的工作温度范围，其下限是指防喷器金属件所能承受的最低环境温度，而上限是指流经防喷器的流体的最高温度。而密封件由于是一种易损件，所以它的温度等级是另外规定的，在使用中应注意密封件上的标识。应该注意到，无论是国内还是国外，现在还没有一种密封件又可以适合于低温环境，同时又可以适合于高温环境。满

足这两种工况的密封件要分别分别选用不同材料的胶料制成的密封件。

T0：-18℃-121℃（0～250℉）

T20：-29℃-121℃（-20～250℉）

T75：-59℃-121℃（-75～250℉）

4)设备上井前的试压和更换部件后的试压是否合格；

5)使用剪切闸板时应注意液控系统要有足够的有效储存液量和足够的

压力，并且在剪切前应将液控装置的旁通阀打开，以获得所需要的关闭压力。

6)变径闸板不可以手动关闭来实现封井的目的，只能通过液压操作来

实现。

7)在采用环形防喷器进行起下钻作业时，一定要注意所用的钻杆接头

是18o台阶的，并且注意钻杆上的钳痕对胶芯有很大的损伤。在起下钻时，要尽可能降低液控关闭压力，使胶芯处于一种微漏状态（每小时小于4升），以湿润钻杆，减低摩擦阻力。在用闸板防喷器起下钻时，只能用于光杆的起下钻，不能过钻杆接头。而且井压不能太高，否则由于闸板防喷器具有井压助封特点，会由于对钻杆的抱紧力太大而损坏闸板胶件。不论是环形防喷器还是闸板防喷器在防喷器关闭状态下是不允许钻具的，因为这样会损坏密封件。

8)防喷器的关井程序。必须是先关环形防喷器，等环形防喷器的控制

油压回升到关井前的初始压力后，再关闭闸板防喷器。因为闸板防

喷器的胶芯远比环形防喷器的胶芯储胶量小，在发生井喷时，若直接关闸板防喷器，高压气体或液体有可能刺坏闸板胶芯。另外，当井较深，并且井内钻具较多时，通过先关环形防喷器可以促使钻具对中，为顺利关闭闸板防喷器创造有利条件。

9)环形防喷器仅是在关井时的一个过渡设备，不能用它长时间的封井，

长时间的封井应采用闸板防喷器；

10)防喷器是否开关到位的判断。

11)手动锁紧装置的开关操作。首先要使液控装置的三位四通转阀处于

关的位置，然后在顺时针旋转锁紧轴，或者旋转锁紧丝杆。打开闸板前切记要解锁，并在解锁后反向回转1/4圈。要注意，对一些大通径的防喷器来说，手动关闭到位是比较困难的，再就是在有井压的情况下手动关闭也很艰难，所以，手动关闭只是一种最后的办法，一般情况下，这个装置的功能主要是锁紧作用。关于这一点，我们行业标准明确要求手动关闭，而在API 16A标准中，只是要求锁紧，这也是国内有争论的一点。另外，关于手动锁紧和液压自动锁紧在陆地油井使用的好坏也是一直存在争论的。

12)不能采用打开防喷器闸板或胶芯的办法来卸压，这样容易刺坏胶件。

13)闸板防喷器在维修时，不允许在未上紧侧门螺栓或侧门完全旋转打

开的情况下进行闸板的开关动作（液压开启侧门结构的除外）。不允许同时完全打开多个侧门，这样会使防喷器的重心偏移而倾倒。

14)防喷器组的组合型式。

15)试验标准。