1、1、井控设备的功用、井控设备的功用2、钻井工艺对井控装置的要求、钻井工艺对井控装置的要求3、井控设备的组成、井控设备的组成4、井控设备的发展简史、井控设备的发展简史8、液压防喷器的性能参数、液压防喷器的性能参数9、液压防喷器的型号、液压防喷器的型号10、井控装置的选择、井控装置的选择11、实例、实例预防井喷。保持井筒内泥浆静液柱压力始终略大于地层压力，防止井喷条件的形成。及时发现溢流。对油气井进行监测，以便尽早发现井喷预兆，尽早采取控制措施。迅速控制井喷。溢流、井涌、井喷发生后，迅速关井，实施压井作业，对油气井重新建立压力控制处理复杂情况。在油气井失控的情况下,进行灭火抢险等处理作业钻井工艺对
2、井控装置的要求钻井工艺对井控装置的要求 1、能够有效地控制井口和钻具的内孔；2、能够强行起下钻具(对环形防喷器)；3、能够实施节流压井；4、具有一定的防腐能力，以适应含硫化氢气体的 地区使用；5、操作方便、控制迅速；6、安全可靠;7、维修简单、拆换方便；8、结构紧凑、适应性强。井控装置的组成井控装置的组成1 1、井口装置及控制系统：、井口装置及控制系统：液压防喷器及控液压防喷器及控制系统、四通、套管头、法兰短节等；制系统、四通、套管头、法兰短节等；井控装置的组成井控装置的组成2 2、井控管汇：、井控管汇：节流管汇、压井管汇、防喷节流管汇、压井管汇、防喷管汇和放喷管线等管汇和放喷管线等；井控装置
3、的组成井控装置的组成3 3、内防喷工具：、内防喷工具：方钻杆上、下旋塞、钻具方钻杆上、下旋塞、钻具止回阀等止回阀等4 4、井控仪器仪表：、井控仪器仪表：综合录井仪、液面监测综合录井仪、液面监测仪等；仪等；5 5、钻井液净化、灌注装置：、钻井液净化、灌注装置：钻井液净化系钻井液净化系统、除气装置、增加密度及自动灌注装置统、除气装置、增加密度及自动灌注装置等；等；6 6、专用设备及工具：、专用设备及工具：旋转头、自封头、不旋转头、自封头、不压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭火设备火设备井控设备的发展简介井控设备的发展简介美国生产防喷器的公司主要有Cameron
4、,Shaffer,Hydril三家公司。其产品已经过了70 多年的发展历史。防喷器系统已经历了三个技术发展阶段：第一阶段为手动闸板防喷器；第二阶段为液动闸板防喷器和环形防喷器的组合；第三阶段仍为液压操作防喷器，以高压、大通径、可变通径和不断完善的结构为其主要特点。目前正在开发完善第四代产品，即井下防喷器。美国在防喷器研制的各个方面都处于领先地位，代表了当今世界的先进水平，主要表现在以下方面。一、标准日趋严格 为满足油气钻探业对井控装备日益严格的要求，美国石油学会将防喷装置从API16A井口和采油树设备规范中分离出来，于86 年11 月专门发布了API16A钻井防喷设备规范第一版，并不断补充完善
5、其内容，目前已于99 年11 月颁布了第二版，新版标准对防喷器材料、设计制造、试验检测方法和质量控制等方面都有更加详细而严格的要求二、规格品种齐全经过多年的发展，美国生产的防喷器已具有各种压力级别及通径规格，能满足从陆上到海洋等各种环境工况的要求。防喷器品种规格已超出了API 16A规范和API RP53规范所规定的范围，通径从65762mm(29/16in30in)，压力级别从3.5175MPa(500250001bf/in2)都一应俱全，无一空白。近几年来，Shaffer公司生产了480mm105MPa和540mm70MPa的高压大通径闸板防喷器，并开发了762mm7MPa的球形防喷器。H
6、ydril公司也生产了180mm140MPa的超高压和762mm21MPa的大通径闸板防喷器。Cameron公司推出了103mm175MPa的超高压防喷器，并且最近研制成功了一种新型Annuram防喷器，它具有闸板和环形两种防喷器功能，对于缩小井架底座空间和安装十分方便。上述超高压、大通径、二体合一、双环形、三闸板等防喷器的出现，标志着其研制水平又上了一个新台阶。三、结构不断创新 近几年来，防喷器的工作原理没有多大变化，但结构上却不断创新，新的专利技术不断涌现。主要通过结构设计上的改进，来达到提高技术性能，易于加工制造，降低成本等目的。除了前述的双环形、二体合一、三闸板防喷器等在整体结构及功能
7、上有创新外，防喷器的内部结构也在不断改进。主要表现在以下两方面1、环形防喷器 （1）壳体与顶盖的连接普遍采用承载可靠、拆卸方便的快松式结构。如hydril的爪块连接，shaffer 的楔形块连接，cameron 的快松盖连接等。（2）为延长活塞及密封件寿命，普遍采用双唇式或组合式唇形密封圈结构，在活塞部位增加耐磨环等。（3）普遍在法兰密封垫环槽中镶焊不锈钢衬层，提高其抗腐蚀能力，延长法兰的使用寿命。（4）胶芯结构形式多样，hydril的“GK”型水下防喷器胶芯，其支承铁筋分别呈方形和角形并间隔排列，可使储胶量增加50%；cameron的“D”型组合胶芯，外胶套软而无铁筋，内胶芯硬而有铁筋，有利
8、于提高其使用寿命。2、闸板防喷器 （1）Hydril、shaffer、cameron 三家公司都成功开发了闸板液动锁紧机构，从而使得闸板关闭后锁紧动作可以远距离自动控制，这对于海洋钻井中的水下防喷器十分必要。（2）防喷器控制油路全部置于壳体内。（3）剪切闸板能在一次操作中顺利地剪断E级钻杆，并完全密封井眼。（4）管子闸板在盖板与钻杆接头台阶接触处堆焊有一圈耐磨硬质合金，其悬挂钻具能力高达273t。（5）变径闸板能用一副胶芯密封两种或两种以上的钻具，且结构形式多样，使用效果可靠。四、制造技术及检测手段先进 为适应工作压力级别越来越高和减轻重量的要求，美国cameron 公司的防喷器壳体毛坯，采用
9、了35000t 的大型水压机锻造成型，shaffer 和hydrill公司均采用了炉外精练法铸造，以保证材料纯度及内在质量指标。环形防喷器还可以用厚钢板卷筒后焊接成型，而且承压件焊接均采用埋弧自动焊。在新材料及检测方法运用上，shaffer公司采用钴基多相合金UNSR305 做为剪切闸板的剪切刃，将其焊接在由超耐热不锈钢UNSR66286制成的闸板体上，改变了剪切闸板不防硫化氢 的状况。各公司产品检测除按API16A 规定进行常规密封和强度试压外，还采用了先进的声发射技术对试压过程中壳体内部缺陷进行动态监测，能及时发现裂纹的失稳扩展，确保试压的安全和壳体等承压件内在质量，从而保证使用可靠性。经
10、过20多年的建设，目前，我国已有了自己的防喷器制造业。液压防喷器已由“六五”期间的7种规格，15 个品种，发展到现在的10 种规格，23个品种。已研制成功了180，230，280，346，540mm,5种通径，14，21，35，70，105，140Mpa6 种压力等级的系列产品。国内井控设备现状FZ3535 防喷器组有单、双闸板防喷器和环形防喷器3个品种。该产品属改造型，比同类老产品（KPY35350）具有更优越的性能。FZ54-14 单闸板防喷器已研制成功并填补了国内大通径防喷器产品的空白。在深井上部井段，下入508mm 的套管并固井后即可安装这种防喷器及其与之配套的四通、底法兰等。FZ28
11、-70 单双闸板防喷器在设计阶段经过三维有限元计算及光弹性应力分析，使其结构内部的应力分布更趋合理。特别是与之配套的70MPa 胶芯性能指标已达到API16A 要求保障了该产品在高压下的密封可靠性。FZ35-70 闸板防喷器的主要承压件，国内有锻件（成都石油总机厂）、铸件（上海第一石油机械厂、华北石油管理局第二石油机械厂）两种形式，标志着我国已具备生产大通径、高压力防喷器的能力。同时装于FZ35-35 防喷器上的可变通径闸板已经投入实际使用，一副胶芯可封闭管柱的直径变化范围在2in 以内，二、其他井控设备已全部国产化 1、防喷器的液控系统 在引进消化国外技术的基础上，现在北京石油机械厂、上海第
12、一石油机械厂、宝鸡石油机械厂、重庆矿山机器厂、广州石油机械厂等单位已能自行研制生产。目前，“气控液”的QY 系列产品可控制27 个头，储能器总容积达125 640L，可分别或同时满足控制环形防喷器，单、双闸板防喷器和液动阀的开关动作的需要。液控压力达21MPa，使液压防喷器的密封更加可靠。另外，为解决寒冷地区钻井作业的需要，国内由川南矿区钻具井控公司等单位联合开发研制出了电液控制装置，使原控制系统在液控液、气控液的基础上，增加了一种重要的控制方式和手段，克服了司钻台上原控制方式在高寒情况下对防喷器控制失灵的难题。2、节流压井管汇 目前国内已研制成功35Mpa 和70Mpa 压力等级的标准节流压
13、井管汇并得到普遍应用，并具备研制105Mpa压力等级节流压井管汇的能力。在控制方式上有手动和液动、自动三种方式。阀体逐步由锻造代替铸造使得承压性能有了较大提高。管汇中原楔形闸阀结构已完全被平板闸阀取代，维修量小，使用安全可靠。由于节流压井管汇根据工艺需要主要由各阀件组合而成，厂家能提供通径52，65，78，80，103，工作压力21，35，70Mpa,系列阀体供用户选配。抢险用特殊井控装备正在加紧配套研制。大排量水泵机组、远距离水力喷沙切割、清障机械手等设备都相继投入实际抢险使用。三、结构得到不断完善与创新 对于液压防喷器，将其铰链总成中的承载铰链与液压铰链分开，解决了侧门下垂问题；采用板式壳
14、体，简化了壳体加工；采用全埋藏式液压油路，避免了外露油管在吊装运输时损坏。闸板防喷器壳体闸板腔室由矩形改为椭圆形。四、基础研究及试验工作取得可喜成绩 “八五”期间，原石油天然气总公司组织有关科研院所和工厂，对70MPa 防喷器胶芯的结构优化设计、失效机理分析、制作工艺及质量控制体系等方面进行了系统的科研攻关，并按攻关后确定的胶芯结构形状、胶料配方、硫化工艺，制作了9副闸板胶芯、3 只球形胶芯，按照API16A 的试验程序和要求进行试验，闸板胶芯每开关7次承压1次，每副试验胶芯共开关546 次，承压78 次；球形胶芯每开关1次承压20 次，每只试验胶芯的开关次数不少于19 次，承压不少于365
15、次。试验结果，两种胶芯的寿命指标均达到或超过API16A 的规定值。70MPa 防喷器的胶芯不仅在室内进行了模拟工况试验，而且在现场还对环形胶芯和闸板胶芯分别经过了180斜坡接头、活动钻具及悬重等特殊工况的性能试验。通过上述攻关和试验，有效地保证和提高了防喷器胶芯在油田现场使用的可靠性。五、完善了质量监测手段，建全了监督机制 为保证防喷器整机的出厂性能，国内授权生产井控设备的厂家都配备了承压件质量无损探伤仪、理化指标分析设备并建立了整机性能试验车间，保证了产品在出厂前能按设计要求及有关标准进行强度及密封性能试验，从而有效地避免了质量低劣的产品流入市场。在井控装备的生产厂家资格和质量审核方面，石
16、油天然气集团公司技术监督局会同有关部门对生产厂家的质保体系、产品声誉等进行了全面考查审核，并对液压防喷器、控制系统等关键设备实行生产许可证制度。国内唯一的井控装置质量监督检验中心99 年正式通过国家级评审验收，标志着我国在井控装备特别是防喷器的功能测试、质量监督检验、生产许可证发放检测等方面拥有了权威的 机构，并逐步与国际接轨。六、井控装备的使用管理日趋规范 产品的可靠性由三个环节来最终实现，第一是设计阶段将产品固有的可靠性设计到产品的图纸上；第二是加工制造过程中将设计的固有可靠性固化到产品的每一个零件中；第三是使用过程中让产品固有的可靠性予以保持与维护。而在现有设计能力和加工手段的情况下，产
17、品在出厂前的可靠度指标只能达到一定的量值。为了让产品有限的可靠性在使用过程中能够保持正常的水平，这就要求对产品的维护保养进行科学的管理，为此，四川石油管理局钻采工艺研究院在“八五”后期相继制定了钻井井控装置组合配套规范、钻井井控装置安装调试与维护、液压防喷器检查与修理及各井控作业队现场巡回检查制度、各油田井控工作互检制度等几个行业标准及管理措施。这不但对井控装备的使用与维护实现了制度化、规范化管理，而且也提高了井控技术的整体水平。国内外技术发展水平对比分析一、设计技术相对落后 美国各生产公司已普遍采用大型计算机对壳体等承压件进行三维有限元应力分析和非线性结构化设计，这项技术的应用，可大大缩短设
18、计周期，充分利用材料特性，提高其安全可靠性。而我国几个从事防喷器装置研制的单位，大多仍处于半理论、半经验的设计阶段，以常规方法来验证设计质量。尽管目前都配备有计算机辅助设计，但大多停留在代替手工制图的水平上，就是有限元分析计算，也多是事后验证，而未真正运用到指导设计上。可靠性设计、优化设计、疲劳设计等现代设计方法在国内防喷器的设计应用上，也只是刚刚起步。二、制造技术相对落后 国产防喷器特别是大通径防喷器承压件大多采用铸件，由于工艺手段有限，因而铸造时微量有害元素不能有效控制，毛坯缺陷较多，成品率低。此外，我国防喷器生产厂家除了缺乏用来锻造承压件的大型水压机和毛坯的炉外精练技术及设备外，在机加工
19、设备上也较美国有较大差距。美国公司普遍采用刚度好、振动小、精度高的大型数控机床来加工防喷器的主要零件，国内除宝鸡石油机械厂外，其他厂家仍采用普通机床加工。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三、试验检测手段不全 国内各厂家虽然都已建成整机性能试验室（房）但仅局限于整机出厂前的常规试验。就是全国唯一的井控装置质检中心，在检测手段及功能上尚需完善，目前还没有声发射仪用于试压监测，各种工艺动作的模拟也仍是常规工况，在高低温环境性能、气密封性能、旋转防喷器旋转工况性能、硫化氢环境
20、性能以及除防喷器外的其他井控装备的全面检测（包括元件和整机）方面都有待扩充、完善。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。四、产品质量不稳定 主要表现在样机的质量好，而批量产品质量较差；加工质量好，装配质量差，特别是前几年，由于物资采购环节中疏于管理，少数质量不合格的井控装备进入油田，一些不具备井控装备生产资格的单位或个人也在从事新产品生产加工，给 井控设
21、备的质量留下了不安全的隐患；另外，防喷器胶芯等关键密封件经过攻关达标后，由于胶芯原材料质量差，加之某些环节把关不严，其性能又回落，特别是环形胶芯现场封零效果不理想，疲劳寿命低，回弹性能不好，闸板胶芯易撕裂掉胶等。少数防喷器侧门开关不灵活；井控阀件扳转费力；液控装置压力调节不灵，达 不到规定的压力；其他井控监测及预报用仪器仪表耐环境性能差等。五、井控装备的配套不完善 随着我国石油钻井技术的发展，二次井控技术取得了长足的进步，二次控制装备也相应地受到重视，但是有人却把防喷器做为唯一的井控装备，忽视相应的配套工作。使井控装备总体使用效果受到限制。表现在：防喷器与节流管汇不配套，井口整体承压能力受限；
22、防喷器与套管头不配套使用，使环形铁板处成了整个井口的薄弱环节，一旦发生事故，井口很可能失控。配套性差还表现在：大部分井队尚未配备有泥浆池液面监测仪、钻井液除气器、自动灌钻井液装置等井控监测用的仪器，就是原来配有这些仪器的井队在实际使用中由于人员素质和条件所限，加之调试维修工作跟不上等因素，使其没能发挥出应有的作用。而国外除了有较完善配套的地面井控装备外，还在井下防喷器及随钻监测井底压力设备的研制与使用效果上都取得了很大进展，使井控工作赢得了更大的主动权。井控设备的评估井控设备的评估井控设备的评估井控设备的评估设计设计维护和使用维护和使用加工制造加工制造材质材质液压防喷器的性能参数液压防喷器的性
23、能参数公称通径液压防喷器的性能参数液压防喷器的性能参数SY/T 5053.1-2000液压防喷器的型号勘探用液压防喷器公称通径（cm）最大工作压力（kgf/cm2）85年后产品代号通径代号最大工作压力井控装置的选择井控装置的选择 选用原则：应根据钻井中可能导致井喷的各种因素进行选用。如地层压力、流体类型、人员技术状况、现有设备状况、钻台底座高度、工艺措施的要求、防护程度(环境污染、人员、设备的安全等)；尤其是在人口密集的城市、交通要道、厂矿企业、海洋湖泊、河流等地方钻井更应考虑防护程度。原则上应以最少量的设备，能有效地实施油气井压力控制技术。井控装置的选择井控装置的选择1、压力级别的选择井控装
24、置压力级别的选择，取决于所用套管的抗内压强度、套管鞋处裸眼地层的破裂压力、井口可能出现的最高压力，三者中最小值。目前国外对井控装置压力级别的选择，主要是根据井控装置要承受的预期最大地面压力，即井中可能出现的最高压力，而此压力应该是以溢流或井喷时迅速控制井口并保证井筒内有一半或一半以上的液柱来估算的。即预期井口压力=地层压力井筒内液柱压力。井控装置的选择井控装置的选择2、通径尺寸的选择 井控装置通径尺寸的选择，主要取决于所使用的套管尺寸，即必须略大于所使用的套管接箍的外径。我国目前井口装置通径系列共有五个尺寸我国目前井口装置通径系列共有五个尺寸可供选择，即：可供选择，即：180mm180mm；2
25、30mm230mm；280mm280mm；346mm346mm；540mm540mm；长庆规定：所装防喷器与四通的通径一致。长庆规定：所装防喷器与四通的通径一致。同时应安装防偏磨法兰同时应安装防偏磨法兰井控装置的选择井控装置的选择组合配套型式的选择组合配套型式的选择 主要是根据钻井工艺、钻具结构以及设备的主要是根据钻井工艺、钻具结构以及设备的具体情况来决定的。具体情况来决定的。另外，它还受压力等级、井另外，它还受压力等级、井架底座的高度制约架底座的高度制约。比如，当使用复合钻具时，。比如，当使用复合钻具时，则需配备相应尺寸的闸板防喷器；则需配备相应尺寸的闸板防喷器；为了适应不同为了适应不同尺寸
26、的管体与电缆的封闭，应选配环形防喷器尺寸的管体与电缆的封闭，应选配环形防喷器；当需要进行不压井起下钻柱时，为了倒换接头，当需要进行不压井起下钻柱时，为了倒换接头，则应配备两个以上的闸板防喷器，并应有一定间则应配备两个以上的闸板防喷器，并应有一定间矩，便于作业。矩，便于作业。按中国石油按中国石油天然气总公天然气总公司颁发的司颁发的石油与天石油与天然气钻井井然气钻井井控技术规控技术规定定，对于，对于压力等级为压力等级为14MPa的的井口防喷器井口防喷器有有5种方案种方案可供选择，可供选择，对于压力等级为对于压力等级为21MPa、35MPa的防喷器组有的防喷器组有3种方案可供选择，种方案可供选择，对
27、于压力等对于压力等级为级为70MPa、105MPa的井的井口防喷器组口防喷器组有有4种方案可种方案可供选择供选择包包33井井(包包31井井)装2FZ2835防喷器(DF2335)，测试时油压:37.5MPa,套压:44.5MPa(后一条管线放喷，套压上升至46.2MPa)包31井套压上升至35.6MPa，均超过防喷器额定工作压力，选用应高一级压力。实实 例例1、井口用KPY23350。此井口在楚三井装过。在库内用21MPa关(活动)防喷器不动，后用30MPa才将闸板推动；2、井口试压未成，因闸板(单面用)装反了(连接为T形槽)，后拆开后装正试压方成；3、防喷器为双闸板，仅安了一个管子闸板；4、
28、未安防喷器控制装置，用手动关井。靠振动筛方向关到位，靠司钻台方因十字头销轴被扭断未关到位，造成井口失控。陆参一号井(滇黔桂石油勘探局钻井三公司45161队)时间：1994年6月实实 例例固9套管后，设计要求井口承压能力为70MPa，而该井的井口组合(从下至上)：9套管头+2FS28-70+2FZ28-70(全封+5闸板)+FH28-35，除7#闸板阀为PFF78-70外，其余闸阀和节流管汇均为35MPa配套；放喷管线是旧钻杆接的。钻至井深5019m时井口试压为32MPa。渡一井渡一井实实 例例当钻至当钻至5037m出现溢流时出现溢流时(地层压力推算为地层压力推算为90.54MPa、HS含量高含量高)无法关井，造成无法关井，造成险情。险情。除工艺措施不当外，井控设备配套不完善、除工艺措施不当外，井控设备配套不完善、安装质量差安装质量差(在较低的压力下，放喷管线、在较低的压力下，放喷管线、节流阀连接处发生刺漏；关井立压为节流阀连接处发生刺漏；关井立压为32MPa时，时，8、9闸阀密封垫环刺漏，闸阀密封垫环刺漏，J9阀外刺漏阀外刺漏)是造成险情的又一原因。是造成险情的又一原因。渡一井渡一井（续）（续）实实 例例渡一井（续）渡一井（续）实实 例例1、请问你所在井队的防喷设备有哪些？2、你们在施工过程中常用的防喷器的最 大工作压力是多少？常用防喷器的组合形式是哪种？
