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安全工程师讲义生产技术第七章第六节

第六节　钻井安全技术

钻井作业中，一旦井喷将导致井下情况复杂化，被迫终止正常作业进行压井。

一、井控装置

(一)作用

井控装置是为了实施平衡钻井工艺而装设的。即在钻井中当井内液柱压力与地层压力之间的平衡被破坏时，利用井控装置去及时发现、正确控制和处理溢流，尽快重建井底压力平衡。

(二)井控设备

井控装置，系指实施油气井压力控制技术的所有设备、专用工具和管汇。按井控设备的功能可分为：

1.监测设备

监测设备对液流显示能及时、准确地监测和预报，这是实现平衡钻井和实施井控作业的前提。它包括：泥浆池液面监测仪、报警仪等。

2.控制设备

控制设备

控制设备对溢流能迅速准确地控制。

控制设备包括：各种类型的防喷器，防喷器远程控制台，司钻控制台，各种闸阀，钻具内专用工具(方钻杆上、下旋塞，钻具止回阀)和旁通阀。

3.处理设备

溢流处理设备应配套，适应性要强。处理设备包括：节流管汇及控制系统、压井管汇、放喷管汇、泥浆气体分离器、真空除气器、泥浆罐、自动灌泥浆装置等。

(三)闸板防喷器

闸板防喷器按壳体内闸板室的数量，可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器、三闸板防喷器。在国内使用最多的是双闸板防喷器。

1.功能

(1)当井内有钻具(或其他管柱时)，能封闭套管与钻具之间的环开空间;

(2)当井内无钻具时，能全封闭井口;

(3)在封闭情况下，可通过壳体旁侧出口所连接的管汇，进行泥浆循环、节流放喷、压井作业;

(4)在特殊情况下，可切断钻具，并达到关井的目的;

(5)可悬挂钻具。

2.工作原理

闸板防喷器由壳体、侧门、油缸、活塞、活塞杆、锁紧轴、闸板总成等主要零部件组成。

(四)环形防喷器

环形防喷器具有承压高、密封可靠、操作方便、开关迅速等优点，特别适用于密封各种形状和不同尺寸的管柱，也可全封闭井口。

1.功能

(1)当井内有钻具、油管或套管时，能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环开空间;

(2)当井内无钻具时，能全封闭井口;

(3)在进行钻井、取心、测井等作业过程中发生溢流时，能封闭方钻杆、取心工具、电缆及钢丝绳等与井筒所形成的环形空间;

(4)在使用减压溢流阀或缓冲储能器控制的情况下，能通过18度无细扣对焊钻杆接头，强行起下钻具。

2.工作原理

环形防喷器形式各不相同，但主要由壳体、顶盖、胶芯及活塞4大部分组成。环形防喷器关闭时，高压油从壳体下部油口进入活塞下部关闭腔，推动活塞上行。

当需要打开井口时，操纵液压系统换向阀，使高压油从壳体上油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，消除了在胶芯锥面上的挤压力，胶芯在本身弹性力的作用下逐渐复位，打开井口。

(五)节流压井装置

1.用途和适用范围

节流压井装置作为液压防喷器的配套装置是排除溢流、实施油气井压力控制技术的必要设备。

2.分类

(1)手动节流压井装置。由压井管汇和只能手动操作的节流管汇组成。

(2)遥控节流压井装置。由压井管汇、可以遥控操作的节流阀组成的节流管汇和节流管汇控制箱组成。

二、井控装置的安全要求

(一)防喷器

防喷器安装完毕后，必须校正井口。转盘、天车中心偏差不大于10mm。应用16mm

的钢丝绳在井架底座的对角线上绷紧防喷器。

1.闸板防喷器

(1)必须装齐闸板手动操纵杆，靠手轮端应支撑牢固，操作杆与锁紧轴中心线的偏斜不大于30度。

(2)井喷时可用闸板防喷器封闭空井或与闸板尺寸相同的钻具，需长时间关闭时，应手动锁紧闸板。

(3)现场应配备备用闸板，一旦闸板损坏，能及时更换。

(4)严禁用打开闸板来泄掉井内压力。每次打开闸板前，应检查手动锁紧装置是否解锁(到底);打开后，要检查闸板是否全开(后退到体内)，不得停留在中间位置，以防钻具损坏闸板。

(5)打开和关闭侧门时应先泄掉控制管汇压力，以防损坏铰链的“O”形圈。

(6)装有二次密封装置的闸板防喷器，只有在活塞杆密封处严重漏失时，才能注入三次密封膏(EMOS)。

(7)当井内有钻具时，严禁关闭全封闭闸板。

(8)进入油气层后，每天应开启闸板1次，检查开关是否灵活，并检查手动锁紧装置是否开关灵活。

(9)用完后，闸板应处于打开位置。

2.环形防喷器

(1)如井内有佔具发生井喷时，可选用环形防喷器控制井口。

(2)用环形防喷器进行井下作业，必须使用带180接头的钻具;过接头的时候，起、下钻速度不得大于1m/s;所有钻具上的胶皮护箍应全部卸掉。

(3)环形防喷器处于关闭状态时，允许有限制地上、下活动钻具，不许旋转钻具和悬挂钻具。

(4)严禁用打开环形防喷器的办法来泄井内压力，以防刺坏胶芯。

(5)每次开启后，必须检查是否全开，以防挂坏胶芯。

(6)进入油气层后，每起下钻2次，要试开关环形防喷器1次，检查封闭效果，发现胶芯失效立即更换。

(二)节流、压井装置和放喷管线

1.平行闸板阀在阀板处于浮动状态时才能密封，因此开或关到底后必须再回转1/4—1/2圈，严禁开关扳死。

2.液动放喷阀作打开离喷管线用，此阀在1~3 s时间内即可。

3.平板阀只能作截止阀用，而不能作节流阀用。

4.节流阀只能作节流用，不能作截止阀用。

5.节流、压井管汇的承压能力应与防喷器工作压力相匹配，应能满足反循环、回收钻井液、消防作业和节流压井等要求。

6.压力变送器应垂直安装，在测试压力的管路上应装一截止阀，以便在无气源时，截断压力信号。返回压力表是气液比为1：200的压力表，不能用普通压力表代替。

三、钻井油气层的防喷

井喷最根本的原因是井内液柱压力低于地层孔隙压力，使井底压力不平衡。

(一)准确预报地层压力

钻井中要加强地层对比，及时提出地质预告，尤其对异常高压层的盖层预报一定要准确。

(二)及时发现溢流

溢流显示，往往有下列表现：

(1)憋跳钻、钻时加快或放空。油气层岩性往往比较疏松，钻速快，可能发生憋钻。

(2)钻井液循环出口流量增大、减少或断流，池液面上升或降低。

(3)泵压上升或下降。当溢流速度快时，会发现钻井液循环出口量剧增。

(4)钻井液中出现油、气、水显示。

当溢流是气体是,钻井液密度降低、黏度上升，气泡多，取气样能点燃，出口管返出不均匀，有井涌情况。

(5)悬重变化。

溢流、井喷有多种早期显示，其中循环出口流量和池液面变化是发现溢流、井喷的主依据。

短起下发现起钻中溢流的可靠方法。在以下情况下应进行短起下钻：

(1)钻井中发现溢流经循环排除后;

(2)钻井中其他录井(如砂样、钻时录井等)发现有可能钻遇油气层时;

(3)由于各种原因造成钻井液密度下降而未加重时;

(4)正常起钻中发现灌不进钻井液或灌量偏少时。

短期下钻的具体作法是以正常的速度起钻至钻头高于检验的油气层10柱钻杆，再下钻过油气层循环一周以上，观察有无溢流发生。

(三)溢流控制

发现溢流后，应尽快关井，将溢流量控制到尽可能小的程度。

不同的溢流速度会发生不同的地面反应。

四、井漏后的防喷

井漏和井喷是井下压力失去平衡的两种极端状况。

井漏后，井内钻井液将降至一个与地层压力相当的静液面。

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