井控設備模型

 井控設備模型系指實施油氣井壓力控制所需的一整套設備、儀器儀表和專用工具。

(一)油氣鉆井井控設備模型的安全配套標準

　　為了滿足油氣井壓力控制的要求，井控設備必須能在鉆井過程中對地層壓力、地層流體、鉆井主要參數、鉆井液參數等進行準確地監測和預報；當發生溢流、井噴時，能迅速控制井口、節制井眼中流體的排放，并及時泵人壓井鉆井液使之在維持穩定的井底壓力條件下重建井底與地層之間的壓力平衡。即使發生井噴失控乃至著火事故，也具備有效的處理條件。因此，標準配套的井控設備應由以下主要部分組成。

　　1．以液壓防噴器模型為主體的鉆井井口，又稱防噴器組合。其主要包括：

　　(1)液壓防噴器模型；

　　(2)套管頭模型；

　　(3)四通模型；

　　(4)過渡法蘭模型。

　　2．液壓防噴器控制系統模型。其主要包括：

　　(1)司鉆控制臺；

　　(2)遠程控制臺；

　　(3)輔助遙控控制臺。

　　3．以節流管匯為主的井控管匯模型。其主要包括：

　　(1)節流管匯及液動節流閥控制箱；

　　(2)放噴管線；

　　(3)壓井管匯；

　　(4)注水管線；

　　(5)滅火管線；

　　(6)反循環管線。
(二)液壓防噴器模型組合

　　液壓防噴器模型組合選擇包括壓力級別、公稱尺寸(通徑)、組合形式及控制系統的控制點數的選擇等。

　　液壓防噴器組合的工作壓力取決于所用套管的抗內壓強度、套管鞋處裸眼地層的破裂壓力和預計所承受的最大井口壓力。但主要是根據防噴器組合預計承受的最大井口壓力來決定。 

　　2．通徑的選擇

　　防噴器組合的通徑取決于井身結構設計中的套管尺寸，即必須略大于所連套管的外徑。

　(三)環形防噴器模型

　　1．結構與原理

　　發生溢流關閉環型防噴器時，從控制系統來的高壓油進入關閉腔，推動活塞上行，在頂蓋的限制下，迫使膠芯向心運動，支撐筋相互靠攏，將其間的橡膠擠向井口中心，實現密封鉆具，或全封井口。打開時，從控制系統來的高壓油進入開啟腔，推動活塞下行，膠芯在本身橡膠彈性力作用下復位，將井口打開。

(四)閘板防噴器模型

　　1．原理

　　當控制系統高壓油進入閘板防噴器左右液壓關閉腔時，推動活塞帶動閘板軸及閘板總成沿著室內導向筋限定的軌道分別向井口中心移動，實現關井動作。當控制系統高壓油進入閘板防噴器左右液壓開啟腔時，推動活塞帶動閘板軸及閘板總成分別向離開井口中心方向移動，實現開井動作。閘板開關由控制系統三位四通換向閥控制，一般在3～8秒內完成開井或關井動作。

　　液壓油流動路線為：

　　關閉時：液壓油經殼體關閉油口→殼體油路→鉸鏈座→側門油路→液缸油路→缸蓋油路+液缸關閉腔。

　　開啟時：液壓油經殼體開啟油口→殼體油路→鉸鏈座→側門油路→液缸開啟腔。

　　密封原理：

　　閘板防噴器模型有四道密封起作用，才能有效地封閉井口，即：

　　前密封：閘板芯子前緣與鉆具之間的密封；

　　頂密封：閘板芯子頂部與殼體內臺階之間的密封；

　　側密封：殼體與側門之間的密封；

(五)液壓防噴器控制系統模型

　　1．結構與原理

　　(1)結構

　　防噴器模型控制系統主要有遠程控制臺、司鉆控制臺或輔助控制臺。遠程控制臺位于井口側前方25米以遠的安全處，主要有儲能器組、油泵組、閥件及管匯、油箱及底座；司鉆控制臺位于鉆臺上司鉆操作臺后側，主要有閥件、壓力表及殼體；輔助控制臺位于值班房內，作為應急備用。

　　(2)工作原理

　　控制系統預先用油泵給儲能器打滿和儲備好足夠壓力、足夠數量的壓力油。一旦需要，可通過相應三位四通換向閥，迅速將高壓油輸送到防噴器或管匯閥件油缸中，從而實現對井口的控制。

(六)節流壓井管匯模型

　　節流管匯的功用是：

　　(1)壓井時實施節流循環，控制井內流體的流出井口，控制井口回壓(立壓和套壓)，維持井底壓力)地層壓力，并且保持不變，制止溢流。

　　(2)起泄壓作用，降低井口壓力，實現“軟關井”。

　　(3)起分流放噴作用，將溢流物引出井場以外，防止井場著火和人員中毒，確保鉆井安全。

　　壓井管匯模型的功用是：

　　(1)當全封閘板關井時，通過壓井管匯往井眼內強行泵入加重鉆井液，實現反循環壓井。

　　(2)發生井噴時，通過壓井管匯往井眼內強行泵入清水，以防燃燒起火。

　　(3)發生井噴著火時，過壓井管匯往井眼內強行泵注滅火劑，以助滅火。

　　按其額定工作壓力，節流管匯有三種配置形式、壓井管匯有兩種配置形式。節流壓井管匯其額定工作壓力應與所用防噴器組合的額定工作壓力相一致。從經濟上考慮，在開鉆時，可安裝一套此井將要配置的最高壓力節流壓井管匯，這就避免了經常隨防噴器組合的壓力級別的改變而更換節流壓井管匯，由此可將節流壓井管匯的備用量減到最少。

(七)鉆具內防噴工具及鉆具旁通閥模型

　　鉆井模型過程中，當地層壓力超過井底壓力時，鉆井液被推動沿鉆柱水眼向上噴出，為了保護水龍帶不被高壓蹩壞，需要使用鉆具內防噴工具。它的使用還可起到節約鉆井液，保持鉆臺清潔，減少環境污染的作用。

　　1．方鉆桿上、下旋塞模型

　　方鉆桿上、下旋塞一般采用球閥結構，其開啟和關閉多半采用手動方式。上旋塞也有采用氣動遠程控制方式。聯合使用上、下旋塞時，無論方鉆桿處于任何位置，都有一個可使用，即當其中一個發生故障時，另一個可起作用。鉆井作業時，方鉆桿球閥的水眼暢通并不影響鉆井液的正常循環。需要關井時，可關閉方鉆桿上或下旋塞阻止井內流體沿鉆具上竄，用于保護水龍帶和立管。為防止起下鉆鋌過程中發生井噴，鉆臺上應備有短節或單根，它可連接方鉆桿和鉆鋌。

　　方鉆桿上、下旋塞的安全使用注意事項：

　　(1)堅持經常開關方鉆桿上、下旋塞，如接單根時或定時使用活動方鉆桿上、下旋塞，以免銹死無法正常開關。

　　(2)在接單根后，應及時將關閉的旋塞閥打開，以免造成開泵時蹩泵。

　　(3)旋塞閥內六方扳手應放在離井口較近的地方，并防止落井或丟失。

　　2．鉆具止回閥模型

　　按結構形式分，鉆具止回閥有碟形、浮球形、箭形、投入式等，它們的使用方法也不相同。有的被連接在鉆柱中，有的在需要時才連接在鉆柱上，而有的在需要時才投入鉆具水眼內起封堵井內壓力的作用。鉆具止回閥裝在鉆柱上，允許鉆井液自上而下流動，但不允許鉆井液向上流動。根據現場使用經驗，在正常鉆井過程中通常并不裝設鉆具止回閥。因為把鉆具止回閥(投入式除外)長期連接在鉆柱上進行鉆井作業，其零部件(尤其是密封件)會因鉆井液的沖刷、腐蝕而損壞，當發生井噴時就能不封堵水眼。一般情況是將鉆具止回閥放在鉆臺上備用，需要時再連接到鉆柱上。

　　目前，現場大量使用的箭型止回閥性能優于彈簧式碟型回壓閥。它受鉆井液沖蝕作用小、表面有較高硬度，密封墊采用耐沖蝕、抗腐蝕的尼龍材料，其整體性能好。

　　投入式止回閥模型由止回閥組件和一個聯頂接頭組成。聯頂接頭事先裝在靠近鉆鋌的鉆柱部位上，當發生井涌或井噴和進行不壓井起下鉆作業時，投入鉆具水眼的止回閥組件將自動鎖緊在聯頂接頭處即可封堵水眼。需要時還可通過此閥循環出氣侵鉆井液。止回閥組件除有橡膠密封圈以增強其密封能力外，還有強有力的鎖緊細齒使其可靠牢固地鎖在聯頂接頭處。

    3．鉆具旁通閥模型

　　鉆開油氣層前將鉆具旁通閥接在靠近鉆頭的鉆柱處，壓井作業中鉆頭水眼被堵時，旁通閥可建立新的循環通道繼續實施壓井作業。使用方法是：一旦發現鉆頭水眼被堵而無法解堵時，卸掉方鉆桿投球后再接方鉆桿使球落至鉆具旁通閥閥座處(若鉆頭水眼未堵死，可用小排量泵送)，開泵后只要泵壓升高到一定壓力值就剪斷固定銷，使閥座下行直到排泄孔全部打開，泵壓隨即下降，從而建立新的循環通道。

　　旁通閥的安全使用注意事項：

　　(1)要保持入井鉆井液的清潔，以防鉆頭水眼堵塞，提前打開旁通閥；

　　(2)旁通閥的鋼球應在使用前準備放好，以便需要時能及時取用。

(八)起鉆灌鉆井液裝置、鉆井液／氣體分離器模型和鉆井液循環池液面監測裝置

　　1．起鉆灌鉆井液裝置模型

　　起鉆灌鉆井液裝置分兩類：一類是重力灌注式，另一類是自動灌注式。

　　(1)重力灌注裝置是給井隊配置一個刻有計量鉆井液標度的灌注小罐(2～3m³)，起鉆時當井眼液面下降后，灌注小罐中的鉆井液借助其出口與井眼出口管的高度差，利用鉆井液的重力將鉆井液注入井眼以保持井眼液面的一定高度。灌注小罐的鉆井液注完后，可及時泵送補充。

　　(2)自動灌鉆井液裝置由傳感器、電控柜、顯示箱和灌注系統等部份組成。其工作原理是：安裝在高架渡槽上的傳感器把井眼液流信號轉化為電信號輸送到電控柜中，由電子控制系統指揮灌注系統按預調時間定時向井內灌注鉆井液，并能自動計量和自動停灌，預報井涌和井漏。即：定時灌注；灌滿自停；超時報漏；續流報涌。

　　起鉆灌鉆井液裝置的安裝與安全使用注意事項：

　　(1)起鉆灌鉆井液裝置應安裝在司鉆易觀察的地方，以便觀察液面的高低；

　　(2)應定時清除起鉆灌鉆井液裝置內沉積物，以確保刻度的準確；

　　(3)為便于計量使用，應另使用一個起鉆灌鉆井液補充罐。

    2．鉆井液循環池液面監測裝置

　　該裝置用來監測鉆井液循環池液面在鉆井過程中的變化，并以此判斷井眼是否發生溢流或漏失，它是井隊盡早發現溢流顯示的有效手段。其工作原理是：鉆井液循環池液面變化經傳感器轉化為電壓信號(或氣壓信號)，傳輸到監測報警儀中，經二次儀表轉化為數字顯示訊號。鉆井人員可隨時了解到循環池鉆井液總量和增減變化量。配有打印機的監測裝置還可定時打印監測數值。該裝置也可用于觀察起鉆灌鉆井液時的灌入量。

(九)旋轉防噴器模型

　　旋轉防噴器模型安裝在井口防噴器組的最上端，即拆掉防溢管換裝以旋轉防噴器。旋轉防噴器可用于異常低壓地區，諸如泡沫鉆井液鉆井、充氣鉆井液鉆井以及空氣或天然氣鉆井。也可用于高壓、低滲透、低產量層段。采用低于地層壓力當量鉆井液密度的鉆井液，封閉方鉆桿或鉆桿與井眼的環空并在所限定的井口壓力條件下旋轉鉆具，實施帶壓作業，實現欠平衡鉆進(UBD，俗稱邊噴邊鉆)。還可用于不壓井強行起下管串作業。旋轉防噴器最關鍵的技術參數是旋轉鉆進狀態下的動密封壓力和轉速。