钻井井控系统简介共80页文档
钻井井下控制系统
钻井井下控制系统是一种控制井口压力、钻头进出等操作的装置。
它是井下作业的核心机器，在采油、开采矿物、地质勘探等领域都有广泛的应用。
本文将从的工作原理、构造和应用等方面进行探讨。
一、工作原理分为控制部分和执行部分，控制部分由中央处理器、液晶显示器、控制板、控制按钮等电器元件组成；执行部分由控制阀、安全阀、防喷器等机械部件组成。
在工作时，首先将控制阀和安全阀安装在钻井管的下端，接通井口高压油气管路后，通过控制板上的按钮进行控制。
当需要将钻头下放或收起时，控制板上的“下钻”和“收钻”按钮被触发，调节控制阀和安全阀的流量，同时控制阀的气压也会相应改变，使得油气输出的方向改变，从而控制钻头的升降。
在钻井过程中，井口的压力是需要被精确控制的。
当井口压力过大时，需要通过安全阀减压，避免钻孔壁被破坏，或者油气泄露造成危险。
如果井口压力不足的话，则可以通过调整控制阀的流量增加进钻头的油气量，提高井口压力。
二、构造的构造相对来说比较复杂，但也比较规整。
整个控制系统分为核心、液晶显示器、键盘，控制板和执行部分等几个部分。
首先是核心部分，也叫做主机，主机需要完成系统的显示、控制和数据采集等任务。
主机一般由高速处理器、闪存以及各种电磁阀和传感器组成，可以同时完成多种功能操作。
同时，主机下面镶嵌的液晶显示器可以实时监控井口的操作情况，方便操作人员掌握操作的实时状态。
除了核心部分之外，控制板也是的必要构件。
控制板上包含了各种控制按钮、指示灯和拨动开关等元件，能够实现各种操作指令的发送和函数切换等功能，同时也可以将数据实时上传到主机上，方便数据分析和操作人员对系统的维护。
最后，执行部分则由各种控制阀以及机械部件等组成，主要用于控制井口的压力以及钻头的升降等操作。
因为井下环境的复杂性，所以执行部分的构造相对来说比较精密，同时也需要钢化材料和防爆材料等。
三、应用的应用十分广泛，可以应用在各种地质勘探、采油以及开采金属矿物等领域。
在海域开发方面，的应用非常重要。
自动化智能化石油钻井系统
五、实现自动化智能化钻井系统的地面关键设备—智能司钻控制系统 1、智能司钻控制系统技术方案 智能司钻控制系统是基于神经网络控制技术，现场总线技术，信息网络技术集成于一 体的全数字化、智能化、网络化、可视化、高度集成化的控制系统。
随钻测量数据实时与钻时预测数据进行比较和修正，使钻井专家系统模型更加科学和合 理。
钻井信息化：钻井现场的钻井工程数据、井眼轨迹数据、随钻测井数据、录井数据、设 备运行以及故障信息、井场视频信息等通过无线网络（如卫星网、ＧＳＭ网络）实时传送到 公司总部，现场工程师和总部的地质师、地球物理师、油藏工程师、设备工程师，可随时参 与和协同工作，设计井眼轨道、调整钻井措施、确定完井策略等提出专家会诊决策指令意见， 反馈到钻井队，实现实时最优化钻井施工，还可使钻井和油藏地质人员“透视”地下三维图 像实时监督正钻井和待钻井的井眼轨迹。
井身结构及随钻轨迹控制：采用钻柱下部组装的随钻测井工具和各类传感器，如地层 电阻率ρ、岩性特征测量探头伽玛γ、中子-密度探头 N-D、声波探头 S、核磁共振探头 NR、 地层空隙压力 P、井斜角θ、方位角α和导向工具面的工具面角ω、钻头井底钻压 pb、井底 转数 n、井底扭矩 Tb、钻柱不同截面处的测力传感器等等，采集并经过处理后准确得到真实 的地层剖面完整资料。主要可包括地层岩性和密度、储层特性及标志层、气顶、油层、夹层、 油底等岩性及其深度、地层流体深度和流体压力、流体性质、实钻三维井身轨迹、钻柱及其 各组配件与钻头的实时工况、井下钻井动态工况等，这些数据与地震、SWD、测井、工程录 井等方法及数据库中的信息，运用软件进行综合分析与整合集成，解释处理得出待钻井段优 化的技术参数及决策，并与设计井身结构地质和工程模型时刻比较，使井下执行工具准确动 作。
钻井井控概述及压力
1 井喷失控的原因
．
7）井口不 8）井控设 安装防喷器 备的安装及 试压不合格
9）井身结构 设计不合理
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1 井喷失控的原因
．
10）空井时 间过长，又 无人观察井 口。
11）地质设计 未能提供准确 的地层孔隙压 力资料。
当班柴油机司机停了带泵的柴油机，但是，由于带动绞车和转盘 的主柴油机在一个中间平台上，井喷喷势加剧后难以接近，未能 停止，喷出的气体可能被柴油机排气管的火花点燃。 或者，由于井口喷势剧烈，气体裹带地层泥砂打击井架底座产生 的火花点燃了喷出的天然气。
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目
第一章 第 二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
录
绪论 井下各种压力的概念及其相互关系 地层压力检测 地层破裂压力 井控设计 溢流的原因、预防与检验 井内气体的膨胀和运移 井底常压法压井 特殊压井
强。10时55分，机泵房先爆燃，保温棚被炸飞，铁板及支架飞出，火焰
高达100m，井场设备全部烧毁。造成轻重伤员17人，其中1人抢救无效死 亡，1人失踪。2000年12月30日抢装井口成功，历时11天的大火终于被制
服。
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事故主要原因：
测井时间长、仪器被卡是一个主要原因 该井从2000年12月8日完钻，一直到17日发现溢流，其间 历时9天5小时10分，从井深3551m到油层底部4229m井段一直 没有建立过循环，加之在处理测井仪器事故过程中，穿心打 捞失误，导致1160m电缆落井；在后面的打捞中捞矛下的过深， 导致了后两次井内产生抽吸，使得泥浆液柱压力最终低于地 层压力。
井控设备概述
五、组合胶芯环形防喷器
美国卡麦隆D型环形防喷器为组合胶芯形防喷器，其胶芯 与油缸均为组合结构，顶盖与壳体为快松盖连接方式， 活塞断面为例“T“字形，推盘用内六解螺钉固定在活 塞筒体的底部。
封井时，活塞在油压作用下向上移动，依靠推盘推举外 胶芯；外胶芯被迫向中心变形挤压内胶芯；内胶芯在 我芯的包围挤压作用下向中以收拢变形，支承筋则转 动相应角度并向中以平移；于是内胶芯的橡胶迅速向 中心集聚，从而实现封井。开井时，活塞向下移动， 内外胶芯依靠自弹性恢复开井状态。
a. 半球形胶芯：
b. 不易翻胶：
c. 漏斗效应：
d. 橡胶储备量大：
e. 井压助封：
f.胶芯寿命长：FH23－35环形防喷器试验表明， 在胶芯关闭31／2″钻杆通过18º／35º斜坡接头 1000个循环，通过钻杆3000m（包括接头）， 并经历耐久性试验380次，开关性能试验201次。 密封效果仍很稳定。因此，可以完成深井的封 井起下钻作业而无需更换胶芯。
对于生产油井，预期井口最高压力是以井 喷时井筒内仍留有一半钻井液液柱估算 的，即
预期井口最高压力＝地层压力一半井深钻 井液液柱压力
对于探井、高压井，预期井口最高压力是 以井筒内已无钻井液，井筒完全掏空的 条件估算的，即
预期井口最高压力＝预计地层压力
根据我国油气田的地质情况以及多年的 钻探经验，井深不足2000m的浅井，预期 井口最高压力常低于14MPa，因此液压 防喷器的压力等级应选用14MPa。井深 2000mm～4000mm的中深井预期，预期 井口最高中压力常在21～35MPa范围内， 液压防喷器的压力等级应用21MPa或 35MPa。井深4000mm～7000mm的深井， 预期井口最高压力可能高达70MPa或更
① 先以10.5MPa的液控油压关闭防喷器。
第八章 钻井井控
3．三级井控是指二级井控失败后，井涌量大，且失去控 制，发生了井喷，这时候要利用专门的设备和技术重新恢 复对井的控制，使其达到二级井控状态，进一步恢复到初 级井控状态。
二、与井控相关的概念 1．井侵 当地层压力大于井底压力时就会侵入井内，通常称之 为井侵。 2．溢流 当井侵发生后，井口返出的钻井液的量比泵入的钻井 液的量多，停泵后井口钻井液有外溢现象，这种现象就称之为 溢流。 4．井喷 井喷是指地层流体(天然气、石油、地层水)无控制的 进入井内，使井内钻井液喷出井口。 5．井喷失控井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞 喷的现象。这就是钻井作业中的恶性事故。
1．起下钻杆过程中溢流的发现 (1)起钻杆时，如果发现起出管柱体积大于灌注钻井液体积。 (2)下钻杆时，如果下入井内管柱体积小于钻井液返出井口的体积。 2．压井过程中溢流的发现 (1)进口排量小，出口排量大，出口液体中气泡增多。 (2)进口液体密度大，出口液体密度小，密度有下降的趋势。 (3)停泵后进口压力增高。 3．空井 ：井口有外溢钻井液的现象。 4．钻进时溢流的发现 (1)钻井液液面升高。 (2)出口钻井液流速加快。 (3)悬重下降。 (4)循环泵压下降。 5)钻井液性能发生变化： ①油侵时，密度降低，粘度降低。 ②气侵时，密度降低，粘度升高。
例 大港油田 王15—33井
• 1．基础资料 • (1)表层套管，ф339．7mm，下深 156．56m。 • (2)技术套管：ф244.5mm，下深 1695．53m。 • (3)裸眼：ф215．9mm钻头，钻深 1759．27m。 • (4)钻井液：密度1．21g／cm3。
2．工程师法压井 发生溢流先关井，待钻井液加重好后，用一个循环周完成压 井。 (1)缓慢启动泵，调节节流阀维持套压等于关井套压，直到排 量达到压井排量Qv，这时立管总压力达到Pn。 (2)泵入压井钻井液．调节节流阀使立管总压力在压井钻井液 从井口到达钻头的t，时间内，从初始循环总压力Pti，降到终了 循环总压力Ptf。 (3)当压井钻井液出钻头在环形空间上返时，调节节流阀保持 立管总压力始终等于Pif，压井钻井液返出井口时，套压降到零， 压井作业结束，可以恢复正常生产。
钻井井控装置
3.旋转防喷器系统结构Ｃ
7100旋转防喷器系统 司钻控制台
润滑油压力表 井口压力压力表 换向阀
司钻控制台外形图
3.旋转防喷器系统结构Ｄ
PCWD旋转防喷器系统液压控制装置
4.旋转防喷器系统的作用
旋转控制头：主要功能实现井筒与钻具之间的 密封，防止井中高压流体、气体外窜，在一定 范围内承受套压，带压旋转钻具和带压起下钻。 司钻控制台 ：检测套压、润滑油压力、为夹紧 装置提供动力并控制高压旋转动密封总成的夹 紧或松开。通过该装置可以监视旋转控制头防 喷系统的操作。 液压控制装置：对轴承进行连续强制润滑和冷 却。最大程度的延长轴承的寿命。
PCWD旋转防喷器
名 通 称 径 规 格 序号 7 8 9 名 称 规 格
11″ API 11″-5M Ｒ54 API 13-5/8″-5M BX160
外经 高度 质量
1320 mm 1289 mm 5980kg
上部法兰 底部法兰
4
侧部输出口
API 1-13/16″-10M BX151 10
4300kg 11
方钻杆驱动器 上胶芯 轴承总成 下胶芯 液压卡箍
底座
3.旋转防喷器系统结构Ｂ
Ｂ. 旋转球形防喷器
在环形防喷器的基础上增加了转 动机构，设计了旋转防喷器。
特点：
a. 通过外部的液压系统主动加 压实现胶芯与钻具的密封，因而 低压密封性能良好。 b. 胶芯内径可以在 0-11″之间 变化，一种胶芯可适应多种尺寸 的钻具，包括封零。起下钻具、 换钻头都十分方便。
壳体螺栓
密封件
4-1/2 ″ （115mm)
井控系统
220 第六部分 井控系统第一节 概述井控系统主要包括实施油气井压力控制技术的井口设备、专用工具和管汇。
井控系统必须能在钻进过程中对地层流体、钻井参数、井涌和井喷等进行准确和监测和预报，以便采取相应的工艺措施。
当发生井涌或井喷时，井控系统能快速控制井口、节制井筒流体的释放，并及时地泵入性能经调整的加重泥浆，恢复和重建井底压力平衡。
即使发生井喷失控乃至着火事故，井控系统也应具备有效处理事故的条件，并能进行不压井起下管柱等特殊作业。
井控系统应由以下几部分组成：1．以液压防喷器为主体的井口系统；2．以节流管汇为主的井控管汇；3．钻具内防喷工具（包括钻具回压阀、方钻杆上、下旋塞等）4．以监测和预报地层压力为主的井控仪器仪表；5．泥浆净化、泥浆加重、起下钻自动灌泥浆等设备；6．适于特殊作业和井喷失控后处理事故的专用设备和工具（包括自封头、不压井起下钻系统，灭火设备等）。
井控系统的组合根据地区、地下油气层压力不同而不同。
井控系统示意图如下，在本章中主要介绍防喷器、防喷器控制系统及井控管汇。
1.防喷器远程控制台2.防喷器液压管线3.防喷器管束4.压井管汇5.四通6.套管头7.方钻杆下旋塞8.旁通阀9.钻具止回阀10.手动阀11.液动闸阀12.套管压力表13.节流管汇14.放喷管汇15.泥浆气体分离器16.真空除气器17.泥浆池液面监测仪18.泥浆罐19.泥浆池液面监测装置传感器20.自动灌泥浆装置21.泥浆池液面报警器22.自灌装置报警箱23.节流管汇控制箱24.节流管汇控制管线25.压力传感器26.立管压力表27.防喷器司钻控制台28.方钻杆上旋塞29.溢流管30.万能防喷器31.双闸板防喷器32.单闸板防喷器图6-1 井控系统组合示意图第二节防喷器防喷器是井控系统的重要组成部分，防喷器组合型式主要根据被控压力级别和作业工况要求来选择。
防喷器压力级别主要分为14MPa、21～35MPa、70～105MPa三种，所选择的防喷器组合应符合SY/T5964-94标准规定要求。
井控设备知识(全套课件84P)
三、闸板防喷器
闸板防喷器
闸板防喷器是能承受高压、可靠性好的主要井控设备， 是井控的安全保证。
1.闸板防喷器结构图
2.闸板防喷器工作原理和特点
（l）工作原理： 把处于收缩位置的两个闸板通过液压控制同时向 内推移，使它们卡紧在管柱外面而实现封闭井口。 （2）工作特点：
①安装时不能上下倒置，因闸板芯只能承受向上的压力。 ②芯轴有二次密封作用。 ③闸板密封钻柱的橡胶有自封作用。 ④特殊情况下，闸板关闭后，钻杆接头可坐在闸板上。
3.万能工作示意图
4.环形防喷器胶芯
环形防喷器的主要部件是胶芯密封件（又称盘根 单元）。国产胶芯是用丁睛橡胶硫化而成，使用温 度为－10℃～100℃，适用于水基和油基钻井液环 境。 国际上生产胶芯的厂家很多，不同类型要在不同条 件下使用。如海德里公司和雪福尔公司的胶芯适用 条件见表8－9和8－10。
1.井控设备维护和使用
当设备制造出来以后，维护和使用就成了设备好坏的关 键因素。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。 当前，由于对井控设备的安装、维护、使用不当而导 致的大小事故，每年仍时有发生。 因此，钻井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， 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。
国外厂家: SHAFFER (雪夫尔)－球形胶芯 HYDRIL (海德里耳)－锥形胶芯 CAMERON (卡麦隆)－组合胶 芯 国产万能BOP为： 球形和环形两种
球形胶芯防喷器
SHAFFER球形胶芯万能BOP
法兰螺栓式连接
楔块式连接
楔块式连接内部结构
顶盖