井控设备讲义

井控设备

一、概述

1.井控设备

井控设备是用来控制和预防井喷的装置、仪器、仪表和专用工具，是井下作业施工必须配备的系列设备。包括防喷器组（采油(气)井口、套管头）,内防喷工具,防喷器控制系统,井控管汇,井控仪器仪表,井液加重、除气、灌注设备,特殊井控设备和工具等。

2学习井控设备的目的

井控设备是对井喷事故进行预防、监测、控制、处理的必备装置。通过井控装置可以做到有控施工,既可以减少对油气层的损害,

又可以保护套管,防止井喷和井喷失控,实现安全、优质、高效、低耗、环保作业。

3.并控设备的功用

(1).及时发现溢流，预防井喷。

(2)能够关闭井口,密封管柱内和环空的压力，迅速控制井喷。

(3)允许井内流体可控制地排放，处理复杂情况。

(4)处理井喷失控。

显然，井控设备是压力控制的关键手段，是修井安全的可靠保证。二、防喷器

是井下作业井控必须配备的防喷装置,对预防和处理井喷有非常重要的作用;是井口的密封工具

1、防喷器分类防喷喷器包括手动防喷器和液压防喷器；根据密封方式的不同可分为：

锥形胶芯防喷器

环形防喷器筒型胶芯防喷器

球形胶芯防喷器

防喷器

液压闸板防喷器

手动闸板防喷器

闸板防喷器单闸板防喷器

双闸板防喷器

三闸板防喷器

双闸板防喷器环形防喷器

旋转防喷器

液压双闸板防喷器

单闸板防喷器

2、防喷器的型号

MPa

cm

表示类型H、Z、X

表示防喷器

S.1.2.3表示手

动、单、双、三闸板数

旋转防喷器型号

改进号

,MPa

动密封最大工作压力,MPa

,cm

3.防喷器两大性能指标

(1)防喷器的最大工作压力

是指防喷器安装在井口投入工作时所能承受的最大井口压力

最大工作压力是防喷器的强度指标。

(2)防喷器的公称通径

是指防喷器的上下垂直通孔直径。

公称通径是防喷器的尺寸指标。

4.解释防喷器的型号:

(1).2FZ35-21

·双闸板防喷器通径35cm,工作压力21MPa

(2).FH35-35

·环形防喷器通径35cm,工作压力35MPa

(3).FZ18-21

·表示公称通径为180mm,最大工作压力为21MPa的单闸板防喷器(4).2FZ18-35

表示公称通径为180mm,最大工作压力为35MPa的双闸板防喷器。(5)FH18-35

表示公称通径为180mm,最大工作压力为35MPa的环形防喷器

5.液压防喷器的最天工作压力共分为6级

14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa、140 MPa

6．液压防喷器的公称通径共分为11种

103mm、180mm、230mm、280mm、346mm、426mm、476mm、528mm、540mm、680mm、760mm

7.井控装置的选择

(1).压力级别:原则上应不小于施工层位目前最高

地层压力和所使用套管抗内压强度以及套管四通额定工作压力三者

中最小者。

(2).通径尺寸:防喷器的公称通径应与油层套管尺寸相匹配,以便通

过相应的井下作业工具,继续井下作业。

(3).组合形式:

(4).控制系统控制点数和控制能力的选择

一般情况下低压井配备手动防喷器；高压井、大修作业井、含有毒、在害气体井配备液压防喷器。

第一节手动闸板防喷器

一．手动闸板防喷器的组成

1—锁紧螺母;2—护盖;3—侧门螺栓

4—侧门；5一壳体;6—闸板总成；7—侧门密封圈;8—闸板轴密封圈；9—螺钉；10—闸板轴;11—锁紧；12—锁帽;13—轴承;14—扳手。

二、规格型号

目前、江汉油田使用有FZ18-21、FZ18-35、2FZ18-35、2FZ18-105几种。

型号前数字表示闸板数量；FZ-表示闸板防喷器；18-通径代号，公称通径为180mm；最后数字表示最大工作压力。

三、主要技术参数（FZ18-21）

1.最大额定工作压力：21MPa

2、内通孔直径:：Φ180mm

3、最大行程：105mm

4、手轮最大扭矩：﹤421N.m

5、闸板规格：60.3mm 73mm 89mm 全封

6、适用介质：泥浆、清水、原油、天然气

四．工作原理

1.闸板开关、锁紧动作原理

当人工旋转左右丝杠时,推动与丝杠配合的闸板轴,带动装有橡胶密

封件的左右闸板,沿壳体闸板腔分别向井口中心移动,锁紧闸板,实现关井。当人工反方向旋转左右丝杠时,拉动与丝杠配合的闸板轴,带动装有橡胶密封件的左右闸板, 向离开井口中心方向运动,实现开井。2．井压密封原理

闸板防喷器要有四处密封起作用才能有效地密封井口,即:闸板顶部

与壳体的密封（顶密封）;闸板前部管柱的密封（全密封）;壳体与侧门(盖)的密封（侧密封）;闸板轴与侧门（盖)的密封（轴密封）。

闸板的密封过程分为两步:一是在丝杠拧紧力的作用下推动闸板前密封胶芯挤压变形密封前部,顶密封胶芯与壳体间过盈压缩密封顶部,

从而形成初始密封;二是在井内有压力时,井压从闸板后部推动闸板

前密封进一步挤压变形,同时井压从下部推动闸板上浮贴紧壳体上密封面,从而形成可靠的密封,亦即井压助封作用。

五.操作

1.关井:手动一顺旋、到位、回旋(1/2-1/4)圈;是为了浮动密封性能；

2.开井:手动一逆旋、到位、回旋(1/2-1/4)圈;是为了闸板开关灵活。

六.使用方法

1．使用前的准备工作

(1)手动闸板防喷器王井安装前要进行闸板密封试验，试验时,应在防喷器内加满水,并且开关闸板试验时,应在防喷器内加满水,并且开关闸板压力为最大工作压力,合格后方能使用。与井口连接时,各连接件和连接部位应保持干净并涂上润滑油脂,螺栓应对角上紧。

(2)检查防喷器是否安装正确:壳体顶密封面是否在上部;手动开关装置要装全;如用手控总成进行远距离控制,在适当位置加安支架,将手控总成固定好,并在丝杠旋转处挂牌标明开关旋转圈数及开关的旋转方向;各处联接螺栓对角依次均勺上紧。

(3)操作手动控制裝置,进行关闭和打开闸板的作业,检查灵活程度,

开关无卡阻, 轻便灵活方可使用。

(4)防喷器和井口连接后,整套进行压力试验,检査各连接部位的密封性,试压程序应按有关井控规程条例执行。试压后对各连接螺栓再一次紧固,克服松紧不均现象,法兰螺栓的上紧力矩按有关井控规程条

例执行。

(6)防喷器用完后,应使闸板处于全开位置,以便检修

(7)起下管柱之前要检查闸板总成是否呈全开状态,严禁在闸板未全

开的情况下强行起下。起下管柱过程中要保持平稳,保证不碰防喷器。

(8)更换闸板总成或闸板密封胶芯时定要防喷器腔内无压力的情况下进行,闸板总成应开到位后再打开侧门。

(9)防喷器使用时,应定期检査开关是否灵活若遇卡阻,应査眀原因,

予以处理,不要强开强关,以免损坏机件。

(10)防喷器使用过程中要保持其清洁,特别是丝杠外露部分,应随时

渣洗,以免泥砂卡死丝杠, 造成操作时不能灵清使用。

(11)每口井用完后,应对防喷器进行一次清洗检査,运动件和密封件

作重点检查,对已损坏和失效零件应更换,对防喷器外部、壳体腔、闸板室、闸板总成、丝杠应作重点清洗。清洗擦干后在螺栓孔、钢圈槽、闸板室顶部密封凸台、底部支承筋、侧门铰链处均涂上润滑脂。

(12)拆开的小零件及专用工具应点齐清洗装箱。

(13)保养后,应按工作位置摆平,用木枕垫起,避免日晒雨淋。环境温度30～40℃。

(14)在进行试压、挤注等施工前一定要将闸板关闭并检验,严禁在闸板未全部关闭的情况下进行挤注等施工。以防刺坏闸板胶芯,造成人身事故。

液压防喷器（控制装置）远程控制台

液压防喷器控制流程如图所示。

按井下作业方式的不同分为：适用于井下小修等作业——液

控箱；另一种适用于钻井、大修、测试等作业——液控台。

液控台分遥控与非遥控两种。井下作业常用可遥控的气控液型液

控台。

功用：远程控制台就是预先制备与储存足量的压力油并控制压力油的流动方向,使控制对象(防喷器及液动阀)得以迅速的开关动作。当液压油因使用消耗，油量减少，油压低于一定程度时，控制装置将自动补充储油量，使液压油始终保持在设定的压力范围内。

远程控制台

第二节环形防喷器

环形防喷器是由于其封井胶芯呈环状而得名。封井时,环形胶芯被迫向井筒中心集聚、环拖管柱。过去也曾称之为万能防喷器或多效能防喷器。环形防喷器常与闸板防喷器配套使用。

1．环形防喷器的功用:

(1)能有效封闭不同形状、不同尺寸管柱及电缆等环形空间(简称为封环空)。

(2)当井内无管柱时能全封井口(简称为封零)。

(3)使用18°台肩的对焊钻杆接头,能进行强行起下钻作业(又称不压井起下钻作业)。

环形防喷器的功能是较为全面的,能适应井口的多种工况迅速封井。

2.环形防喷器类型

按胶芯的形状可分:锥形锥型胶巷环形防喷器、球型胶芯环形防喷器、组合胶芯环形防喷器。

3．锥型胶芯环形防喷器

1)结构:

由顶盖、防尘圈、胶芯、活塞、支撑筒、壳体等组成。

2)工作原理

(1)液压动作环形防喷器的关井、开井动作是靠液压实现的。

关井动作时,来自液控系统的压力油进入下油腔(关井油腔),推动活

塞迅速向上移动。胶芯受顶盖的限制不能上移,在活塞内锥面的作用下被迫向井筒中心挤压、紧缩、环抱管柱,封闭井口环形空间。当井

内无管柱时,胶芯向中心挤、紧缩直至胶芯中空部位填满橡胶为止,从而全封井口。上油腔里的液压油通过液控系统管路流回油箱。

开井动作时,来自液控系统的压力油进入上油腔(开井油腔),推动活塞迅速向下移动

活塞内锥面对胶芯的挤压力迅即消失,胶芯靠本身橡胶的弹性向外伸张,恢复原状,井口全开。在开井动作时,下油腔里的液压油通过液控系统管路流回油箱。

(2).井压助封

关井动作时以及实现关井后,井口高压流体作用在活塞底部有助于推动活塞向上移动,迫使胶芯向中心收拢,促使胶芯密封更紧密,增加密封的可靠性,从而降低了所需的液控关闭压力,从而加强了胶芯的封井作用,这就是所谓井压助封作用。

3)胶芯的特点

胶芯外形呈截锥状,锥度40°；胶芯更换方便；胶芯寿命可测。4．球型胶芯环形防喷器

(1)结构

由顶盖、壳体、防尘圈、活塞、胶芯等构成。

1)工作原理

(1).关井动作时,下油腔(关井油腔)里的压力油推动活塞迅速向上移动,胶芯被迫沿顶盖球面内腔, 自下而上;自外缘向中心挤压、收拢、变形,从而实现封井。

(2)开井动作时,上油腔(开井油腔)里的压力油推动活塞向下移动,胶芯所承受挤压力消失,在橡胶弹力作用下迅速恢复原状,井口打开。井口高压流体作用在活塞上部的环槽里,形成上举力, 有助于活塞推举胶芯封井。因此井压对球型胶芯环形防喷器亦有助封作用。

球形胶芯的特点

(1)半球形胶芯(2)不易翻胶(3)漏斗效应(4)橡胶储备量大(5)井压助封(6)胶芯寿命长。

环形防喷器使用要求

(1)环形防喷器在现场安装后,应按标准进行现场试压。在现场一般不做封零试验,但应按规定做封环空试验。

(2)不许长期关井作业。环形防喷器虽然能适应井口的多种情况迅速实现关井,然而却不利于长期关井的原因是无机械锁紧装置、橡胶老化变脆、降低使用寿命。

(3)防喷器处于封井状态时,允许慢速上下活动管柱,但不允许旋转管柱。

(4)严禁用微开环形防喷器的办法泄降套压。严禁将环形防喷器当做刮泥器使用。

（5）封井强行起下作业时,只能通过具有18°坡度的对焊钻杆接头。过接头时的起下速度不得大于0.2米/秒。

二、节流、压井管汇

节流管汇:通过节流阀的节流作用实施压井作业;通过节流阀的泄压

作业, 降低井口压力,实现关井;通过节流阀的分流放喷作用,降低井

口套管压力,保护井口防喷器组,并将井内溢流物引出井场以外。防止经常着火和人员中毒，确保钻（修）井安全。

节流管汇

压井管汇：实施压井作业时，通过压井管汇向井内注加重钻井液；当已经发生井喷时，通过压井管汇往井筒里强注清水，以防燃烧起火；当已井喷着火时，通过压井管汇往井筒里强注灭火剂，，以助灭火；

压井管汇

三、内防喷工具

（一）．油管旋塞阀

1、功用:是用来封闭管柱的中心通孔,与井口防喷器组配套使用。2．安装位置:装在管串上的专用工具

3．结构

主要由阀体、上下阀座、球体、旋块、挡圈、弹簧、非金属密封件等组成,如图

4.特点

单向密封。密封性能更可靠。在阀体的表面打有明显的“开启”、“关闭”标记,使得旋塞阀的开关状态一目了然。

5.作用原理

油管旋塞阀是管柱循环系统中的手动控制阀,当出现溢流时,将其抢装于井内管柱顶端,对井口内通道实施控制当井口旋塞处于开启状态时,修井液可无压降地自由流过该阀。油管旋塞阀平时为常开式,当发生溢流井涌时,关闭该阀门,可防止地层流体沿管柱水眼向上喷出。在井控作业中,水龙带,高压管汇损坏时,关闭该装置,即可进行安全换。6．主要技术参数

产品型号 XS3.5—35MPa

额定工作压力 5000psi (35MPa)

阀体外径Φ95mm

最小通径Φ36mm

工作温度≤120℃

连接螺纹 2 7/8 UPTBG（连接螺纹可根据用户订做）7．安装使用

本阀门的安装方向为内螺纹在上，外螺纹在下。连接前应在内外螺纹部位和肩口涂抹薄层螺纹脂，保持阀门处于“开启”位置。

旋塞阀手柄应置在操作台的固定位置,便于取用。

8．维护保养

每次使用完毕后,应仔细清洗该阀门,检査密封件的使用情况,磨损严重的应予更换;

对更换零件的阀门必须按前面的试验方法经检验后方可使用;

“O”形密封圈的存放期不应超过12个月,过期作失效处理.

（二）简易防喷工具

简易防喷工具主要由提升短节、旋塞阀、油管悬挂器或油管头异径接头、转换接头或分瓣捞矛等组成。

对于法兰盘式悬挂器的井口,当发生溢流时,停止作业,将带有提升短节的简易防喷装置(自上而下的组成为:提升短节+旋塞阀十油管头异径接头+分瓣捞矛)迅速连接在井口油管上,下入井内并上紧螺栓。

1. 提升短节

2. 旋塞阀

3.油管头异径接头a、油管悬挂器b

4.分瓣捞矛a、转换接头b

对于顶丝法兰盘悬挂器的井口,当发生溢流时作业,将带有提升短节的简易防喷装置(自上而下的组成为:提升短节+旋塞阀+油管悬挂器+转换接头)迅速连接在井口油管上,坐入大四通内,上紧顶丝。如图

内防喷工具的试压标准(in×5000psi)油管旋塞阀)

强度试验

油管旋塞阀应在“开启”位置进行,试验压力50MPa, 稳压3min,而后泄压。试压时应无可见渗漏和压降。

密封性能试验

油管旋塞阀应在“关团”位置进行,从外螺纹端加压,内螺绞一端通大气。试验压力35MPa稳压3min,而后泄压。重复上述步骤进行第二次。每次试压时应无可见渗漏和压降

（三）井下安全阀

（四）管柱止回阀

（五）背压阀和油管堵塞器

（六）防顶装置

四、液气分离器

用来处理含气压井液,压井液气侵的初级脱气设备。

五、液面报警仪

用于监测泥浆罐液面高度、体积

液面报警仪

六、采油(气)井口装置

1、概述

是油气井最上部控制和调节油气生产的主要设备,主要由套管头、油管头(采油四通)和采油(气)树三部分组成。是用来连接套管柱、油管挂，并密封各层套管之间及油管之间的环形空间，并可控制生产井口的压力和调节油（气）井口流量，也可用于酸化压裂、注水、测试等特殊作业。

2、作用

（1）连接井内的各层套管，密封各层套管环形空间。

（2）密封油、套环空，承挂井内管柱。

（3）控制、调节油气井生产，使油井内流体按给定的出油管道进入分离器和输油管道。

（4）压井时调节控制压井液的流量方向。

（5）油井正常生产时清蜡、测压和录取油、套压资料。

采油(气)树:装于油管头最上部的阀门和附件的组合装置