1、井控技术培训,井控设备是指实施油气井压力控制技的一 整套专用设备、仪表和工具,井控设备,讲授内容,第七章 井控装置的安装与维护及常见故障与排除,第一章 概 述,第二章 井口装置及控制系统,第三章 井控管汇,第八章 井控装置相关标准,第五章 除气设备,第四章 内防喷工具,第六章 专用设备及工具,第一章 概 述,第一节 钻井工艺对井控装置的要求 第二节 井控装置一井控装置的组成二井控装置的作用 第三节 井控装置的选择一.防喷器的最大工作压力二.防喷器公称通经三压力级别的选择 四通径尺寸的选择 五组合配套型式选择 复习思考题,在油气勘探开发过程中，如何通过井内液柱压力来平衡地层压力钻井，以及这种平衡
2、被破坏时，如何及时发现、正确控制和处理，尽快重建压力平衡的技术(简称平衡钻井及井控技术) ,不仅关系着地下油气资源的发现、保护和开发，而且还直接关系着钻井速度的提高，井喷事故的防止和油气污染的消除，是一项有着重大经济效益和社会效益的关键技术。为实施这一关键技术除要有扎实的井控工艺外，还必须抓实现平衡钻井的基础井控装置的完善和配套、标准化安装等。,四川裂缝性碳酸盐岩高压油气藏，地层岩相变化大、裂缝、孔洞发育不均质，含气构造纵向产层多，压力梯度大小悬殊，横向地层各种压力规律性差，难以绘制准确的压力剖面，简单的井身结构和单一密度的钻井液很难适合这种多压力系统地层。四川油气产层埋藏深，因而裸眼井段长、
3、钻井周期长、钻遇复杂地层多、地温梯度高，加上含硫天然气特有的理化性质，给井控工艺技术和井控装备提出了苛刻要求，加之井队离后勤远，交通不便，通讯困难，给井控工作增加了难度。因此，四川钻井工艺对井控装置的要求是 ：,第一节 四川钻井工艺对井控装置的要求, 能够有效地控制井口和钻具的内孔； 能够强行起下钻具(对环形防喷器)； 能够实施节流压井； 具有一定的防腐能力，以适应含HS气体的地区使用 操作方便、控制迅速； 安全可靠，耐压能力高，能长时间起作用 维修简单、拆换方便； 结构紧凑、适应性强。,第二节 井控装置,井控设备是指实施油气井压力控制 技术的一整套专用设备、仪表和工具。 井控装置总汇见图1,
4、井控设备总汇,图1,1.井控装置的组成, 井口装置及控制系统：液压防喷器及控制系 统、四通、套管头、法兰短节等； 井控管汇：节流管汇、压井管汇、防喷管汇和放喷管线等； 内防喷工具：方钻杆上、下旋塞、钻具止回等； 井控仪器仪表：综合录井仪、液面监测仪等； 钻井液净化、灌注装置：钻井液净化系统、除气装置、增加密度及自动灌注装置等； 专用设备及工具：旋转头、自封头、不压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭火设备等。,2.井控装置的作用, 正常钻进及起下钻和其它停钻过程中，可对 溢流及井喷进行及时准确的监测和预报； 发生溢流、井涌和井喷时，能快速有效的控制井口，节制井筒内流体(钻井液、油、气、水)的释放
5、；必要时及时泵入性能合适的高密度钻井液，以恢复和重建井底压力平衡； 发生井喷、井喷失控乃至着火时，具备有效地处理事故的基本条件； 能在不压井和关井情况下，下管柱以及固井，堵漏等特殊作用中防止井喷。,第三节 井控装置的选择,1.井控装置的原则 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) 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,2. 防喷器的最大工作压力,定义：液压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按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/
6、T5053.1-2000防喷器及控制系统防喷器规定，我国液压防喷器的最大工作压力共分为5级，即：14MPa、21MPa、35MPa、70MPa和105MPa。,3.防喷器的公称通径,定义：液压防喷器的公称通径是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，见图2SY/T5053.1-2000防喷器及控制系统 防喷器中规定我国液压防喷器的公称通径共分为9种，即：180mm、230mm、280mm、346mm、426 mm 、476 mm 、528 mm 、540mm、680 mm。,防喷器通孔直径,公称通经,图2,最大工作压力与公称通径两个参数相互匹配所构成的液压防喷器，在SY/T505
7、3.1-2000中确定了27个品种的规格系列，见表1-1,4.液压防喷器型号及表示方法,1985年以前，我国的液压防喷器型号都是以KPY公称通经最大工作压力表示，其中KPY为勘探液压防喷器的汉字拼音字母。公称通经以 cm单位表示并取其圆整值，最大工作压力以kg/cm2单位表示，如公称通经230cm；最大工作压210kg/cm2的液压防喷器，其型号为KPY23-210。,1985年始液压防喷器型号的字头仍为汉语拼音字母组成，公称通经以 cm单位表示并取其圆整值，最大工作压力的单位则以MPa表示。例如公称通经230mm，最大工作压力21MPa的单闸板防喷器，型号为FZ2321；公称通经346mm，
8、最大工作压力35MPa的双闸板防喷器，型号为2FZ3535；公称通经280mm，最大工作压力35MPa的环形防喷器，型号为FH2835,目前液压防喷器的表示方法,5.压力级别的选择,液压防喷器的压力等级标志着防喷器的耐压能力。井口上所装设的防喷器其压力等级应大于可能出现的预期井口最高压力，确保封井可靠，不致因耐压不够而导致井口失控。 API规定：对于生产井，预期井口最高压力是以井喷时井筒内仍保留有一半钻井液柱估算，即,对于探井，高压气井，预期井口最高压力是以井 筒内无钻井液，井筒完全掏空的条件估算， 即6.通经尺寸的选择井口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
9、管接箍的外径。,.组合配套型式选择,井控装置组合配套型式选择原则： 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 设计压力等级 井架底座高度制约（1）井控装置组合配套基本型式防喷器组压力级别的选用应不小于相应井段最高地层压力。选用各次开钻液压防喷器的压力等级和组合形式，按图1-2、图1-3、图1-4、图1-5的组合形式进行选择。四通安装在防喷器组中间的连接形式，仅为特殊作业时使用。,（2）井控装置组合配套特殊型式：特殊组合配套型式指不受井身结构的限制，在任何套管程序和各次开钻情况下，均采用相同的一种钻井井口装置(除508mm套管下入后允许采用不同通径钻井井口装置外).适用条件:井控装置
10、组合配套特殊型式仅适用于参数井、预探井、沙漠井、滩海井、泡沫钻井及空气钻井等。 使用要求: 井控管汇的额定工作压力应与最后一次开钻所配置的钻井井口装置工作压力值相同。 井控装置的系列压力系列要一致。 防喷器控制装置的控制对象应比实际所用的多1个 含硫地区，还必须考虑防硫问题,思 考 题1.什么叫井控装置?有何作用?2.选用井控装置应包括那些内容?3.我国常用的井控装置压力级别如何? 防喷器常用的通径有哪几种?4.钻井井控装置基本组合配套型式与特殊组合配套型式的区别何在?5.你们井队所配备的井控设备有哪些?,第二章 井口装置及控制系统,第一节 套管头与钻井四通 一套管头 二钻井四通 第二节 液压
11、防喷器 一环形防喷器 二闸板防喷器 第三节 防喷器控制系统 一概述 二“气控液”型控制系统 复习思考题,第一节 套管头与钻井四通,一.套管头套管头是套管与井口装置之间的重要连接件.它的下端通过螺纹与表层套管相连，上端通过法兰或卡箍与井口装置相连。 (一)套管头的作用1.通过悬挂器支撑除表层之外的各层套管的重量；2.承受井口装置的重量；3.可在内外套管柱之间形成压力密封；,4.为可能蓄积在两层套管柱之间的压力提供了一个出口，或在紧急情况下向井内泵入液体(压井钻井液、水或高效灭火剂等) 5.可进行钻采工艺方面的特殊作业，如：(1)若井未固好，可从侧孔补注水泥；(2) 采取增产措施而搞酸化压裂时，可
12、从侧孔打入压力液以平衡油管压力,(二)套管头的结构,套管头主要由套管头本体、套管悬挂器总成等组成，见图2-1,(三)套管头的型式,(2) 按套管悬挂器的结构型式分为： 卡瓦式； 螺纹式, 单级套管头, 双级套管头, 三级套管头,(1) 按悬挂的套管层数分为：,1.型式,(3) 按本体间的连接方式分为： 卡箍式； 法兰式； 独立螺纹式：悬挂套管柱上端和油管头本体下端用螺纹连接的套管头。 (4) 按本体的结构型式分为： 单体式：一个本体内装一个悬挂器； 组合式：一个本体内装多个悬挂器。,2.套管头型号表示法,(四)套管头的安装程序(以螺纹式悬挂器套管头的安装为例),1.套管头下部本体的安装(1)下
13、表层套管前，计算好联顶节长度，以保证套管头下部本体和四通安装后，下部四通防喷管线紧靠井架底座下工字粱(或上)穿过；(2)固井后，卸下连顶节，用双外螺纹短节与套管接箍连接后，接上托盘。套管头下部本体内螺纹与双外螺纹短节外螺纹按规定扭矩上紧，并让其侧法兰对准防喷管线的位置。套管头下部本体内装保护套，拧紧顶丝；,(3) 根据套管头上部本体高度，用双法兰短节或四通安装在套管头下部本体上(占据套管头上部本体位置)。在其以上全套井口装置通径应大于悬挂器最大外径 (4) 将托盘上端面顶住套管头下部本体，下端填满沙石、水泥浆并与地面结合； (5) 按钻井设计要求试压，稳压30min，压降不超过0.5MPa；
14、(6) 钻井过程中定期活动，检查保护套,2.下第二层套管的安装(1) 下第二层套管前，先退出顶丝，用专用工具取出保护套(2) 计算好入井套管长度和联顶节长度，最上面一根为双外螺纹套管与悬挂器相连。悬挂器上端接联顶节，将悬挂器座入套管头下部本体内；(3) 从套管头下部本体旁侧孔连接回收钻井液管线到备用三通上,(4) 第二层套管固井后，拆下全套防喷器、四通和双法兰短节或四通；(5) 将套管头上部本体装在套管头下部本体上。下放时注意对正该层套管悬挂器上部密封部位，以免损坏上密封；从对角方向拧紧、上平连接螺栓；套管头上部本体内装入保护套，拧紧顶丝；上装四通和防喷器。在其以上全套井口装置通径应大于所用悬
15、挂器最大外径；(6) 用手动试压泵从套管头试压孔泵入清水作密封试验，试验压力按其额定工作压力，稳压30min，压降不超过0.5MPa,3.下第三层或更多层套管的安装 (1) 其安装方法同2（1）2（4） (2) 将采气井口大四通安装在套管头上部本体上。注意 下放时对正该层套管悬挂器上部密封部位 (3) 此步聚同2（6） (4) 其上装采油树试压，然后换装转换四通和防喷器，按钻井设计要求试压,(五)选用及安装要求 1.套管头额定工作压力应与所选用的防喷装置组合工作压力一致； 2.各连接部分的机械强度应符合相应标准； 3.抗压强度应足以支撑各层套管及油管的重量,二.钻井四通,(一)作用安装于防喷器
16、组合之间的承压件，在组合间形成主侧通道，通过侧孔可安装节流管汇，可进行压井、节流循环，挤注水泥及释放井内压力。(二)型号表示方法,(三)结构特点1.侧孔可以是法兰或卡箍式连接；2.其额定工作压力与防喷器组合一致；3.通径大于最内层套管的最大内径或等于防喷器组合的最大通径；4.安装位置：可直接与套管头相连或装于两闸板防喷器之间；5.防喷器与套管头本体上均有侧孔，通过它们同样可起到钻井四通的作用。但为避免高压钻井液或流体的冲刺而损坏，在非紧急情况下，不宜通过它们来完成钻井四通的任务,第二节 液压防喷器,防喷器是钻井井口装置的主要组成部分。它是保安全、快速、优质钻开高压油、气层的关键设备液压防喷器的
17、特点：动作迅速 环形防喷器的液动封井时间一般不大于 30 秒闸板防喷器的液动封井时间为 38 秒打开液动放喷阀的时间为 3 秒, 操作方便，安全可靠 井口防喷器的开,关均采用液压操作(是液压防喷器)，气压或液压控制,闸板防喷器除可用气、液控制外，还备有手动锁紧装置,保证在密封情况下不会自动打开 现场维修方便闸板防喷器的闸板坏了，环形防喷器的胶芯坏了，在现场都可以进行更换。,液压防喷器型号及表示方法,1985年以前，我国的液压防喷器型号都是以KPY公称通经最大工作压力表示，其中KPY为勘探液压防喷器的汉字拼音字母。公称通经以 cm单位表示并取其圆整值，最大工作压力以kg/cm2单位表示，如公称通
18、经230cm；最大工作压210kg/cm2的液压防喷器，其型号为KPY23-210。,1985年始液压防喷器型号的字头仍为汉语拼音字母组成，公称通经以 cm单位表示并取其圆整值，最大工作压力的单位则以MPa表示。例如公称通经230mm，最大工作压力21MPa的单闸板防喷器，型号为FZ2321；公称通经346mm，最大工作压力35MPa的双闸板防喷器，型号为2FZ3535；公称通经280mm，最大工作压力35MPa的环形防喷器，型号为FH2835,目前液压防喷器的表示方法,一.环形防喷器,1.环形防喷器的用途环形防喷器通常与闸板防喷器配套使用，也可单独使用。它能完成以下作业1)当井内有钻具、油管
19、或套管时，能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环形空间2) 当井内无钻具时，能全封闭井口3) 在进行钻井、取芯、测井等作业 中发生井涌时，能封闭方钻杆、取芯工具、电缆及钢丝绳等与井筒所形成的环形空间4) 在使用调压阀或缓冲蓄能器控制的情况下，能通过18无细扣对焊钻杆接头，强行起下钻具,(一)概述,(根据胶芯形状 ),锥型胶芯环形防喷器,球型胶芯环形防喷器,组合胶芯环形防喷器,类 型,2.环形防喷器的类型,环形防喷器的结构),壳体,顶盖,胶芯,活塞,3.环形防喷器的结构,关闭时，高压油从壳体中部油口进入活塞下部关闭腔，推动活塞上行，活塞推胶芯，由于顶盖的限制，胶芯不能上行，只能被挤向中心，贮备在胶芯支
20、承筋之间的橡胶因支承筋互相靠拢而被挤向井口中心，直至抱紧钻具或全封闭井口，开井口时，操作液压控制系统换向阀换向，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；关闭腔油泄压，作用在胶芯上的推挤力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，打开井口,4.工作原理,(二)锥型胶芯环形防喷器,锥型胶芯环形防喷器的结构,关井,开井,工作原理,工作原理,1) 胶芯外侧面呈园锥形,锥面母线与胶芯轴线夹角为 2025胶芯由230块(成偶数)铸钢支承筋与橡胶 硫化而成，支承筋沿园环呈径向辐射状配置，橡胶硫化在支承筋腹板的四周。胶芯外形像南瓜 ,故有“南瓜胶芯”之称,2)井压助封。封井时，活塞在液控压力推动下
21、向上运动，推挤胶芯，胶芯向心收缩，支承筋相互靠拢，支承筋之间的橡胶被挤向井口，形成初步密封。作用在活塞下端面上的井内压力也推动活塞上行，使胶芯封闭得更紧密，从而提高了胶芯的密封性能,1.胶芯的结构特点,3)贮胶量大，胶芯筋板之间的橡胶均可挤向井口形成密封。其胶量比需要封闭的空间面积大得多。因此，它可以封闭不同形状、不同尺寸的钻具，也可以全封闭井口。由于贮胶量大 ，若胶芯损坏不严重，仍可密封,4)寿命可测。胶芯磨损后，需要靠增加活塞行程，多挤出贮备橡胶来填补。当活塞行程达 最大值(即活塞走到上顶点)，或者胶芯支承筋的上、下两端分别靠紧时，说明胶芯的贮备橡胶已使用完，既使增大液控压力，胶芯也不能可
22、靠密封。因此可以通过测量行程来测量胶芯的寿命。即在顶盖上与活塞上端对应的部位有一测孔，其内插一测杆用以指示活塞行程,5) 胶芯工作以后逐步复原，能完全恢复到自环形防喷器胶芯由状态，不影响钻具通过。液控压力、井内压力越高，封井时间越长，则胶芯完全恢复到自由状态所需时间也越长,6) 更换胶芯容易。井内无钻具时，只要打开顶盖即可更换。即使在井内有钻具的情况下，也可用切割法更换胶芯，但要求新胶芯的割口平整,2. 壳体结构特点锥形胶芯类环形防喷器的壳体与顶盖均为合金钢铸造成型。并经热处理，制造较易，成本较低，其外径小于其它类型的环形防喷器，但高度较高 3. 壳体与顶盖的连接目前锥形胶芯类环形防喷器的壳体
23、与顶盖连接有三种形式：大丝扣连接、法兰连接、爪块连接,4.活塞、油路及密封结构特点 1)活塞结构特点 (1) 活塞上部内腔为园锥形，母线与轴线的夹角2025,与胶芯背锥相配，由于锥度较小，封闭所需的活塞轴向上推力也小，但相应的活塞行程要增加，从而增加了整个防喷器的高度。故比同规格的其它类型环形防喷器高20%左右,(2) 活塞的上、下封闭支承部位间距大，扶正性能好， 不易卡死、偏磨、拉缸或粘合，增加了密封寿命；,(3) 结构简单、制造容易、拆装方便,2)油路结构特点,3)密封结构特点,(1) 固定密封采用矩形密封圈、O型密封圈或带垫环的O型密封圈； (2)活动密封采用唇形密封圈或双唇形密封圈，具
24、有压力自封作用,结构,(三)球型胶芯环形防喷器,关井,开井,工 作 原 理,工作原理,1.球型胶芯结构特点,1) 胶芯呈半球状,它是由1014块沿半球面呈辐射状配置的弓形支承筋与橡胶硫化而成，支承筋用合金钢铸造。,2) 不易翻胶。在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承筋的球面上顶板阻止橡胶上翻，这样，使橡胶处于封闭的受挤压状态。因此，可承受巨大的挤压力，而不致于撕裂,3) 漏斗效应。,4) 橡胶贮备量大。球形胶芯的橡胶贮备量比其它胶芯大得多，在强行起下钻具被磨损以后，有较多的备用橡胶可陆续挤出补充。在起下钻过程中不用换胶芯。特别适宜海洋浮式钻井船上由于海浪冲击而引起钻具与胶芯频繁磨擦的场合
25、使用,5) 井压助封。作用在活塞内腔上部环形面积上的井内压力向上推活塞，促使胶芯封闭更加紧密，增加密封可靠性,6)摩擦力小，开关所需油量较大。活塞的上推力部分由支承筋承受，而支承筋与顶盖之间是金属与金属接触，摩擦阻力小。但是，由于球形胶芯含胶量多，变形大，故需较大的活塞上推力。在不提高液控力的前提下，只得增加活塞直径。故这类防喷器外径较大，关闭一次所需液压油较多。与同规格的其它防喷器比较，所需油量为锥形胶芯的两倍，组合胶芯的三倍,7) 与锥形胶芯一样，当井内有钻具时，可用切割胶芯的办法进行更换,8) 球形胶芯比锥形胶芯制造困难，成本高,2.活塞及密封的结构特点,(1)活塞的径向断面呈“Z”字形
26、。行程短、高度低、径向尺寸大。故球形胶芯环形防喷器较其它类型防喷器高度低，横向尺寸大，开关一次所需液压油多； (2) 活塞高度低，扶正性能差。特别是封闭时，活塞处于上部位置，上、下两支承筋扶正处距离更小，容易造成卡死、拉缸及偏磨,1)活塞的结构特点,2）密封结构特点,(1) 活塞外径密封部位（在活塞外径上），封隔油缸开、关两腔； (2) 活塞内径密封部位（在壳体上），封隔井压与关闭腔； (3) 支承圈密封部位（在支承圈内径上），封隔井压与开启腔,这些密封圈由U形圈夹O型胶条和双唇形密封圈组成,(四)环形防喷器的比较,型号,公称通径mm,最大工作压力MPa,关井时耗s,液控油压MPa,FH23-
27、35FH28-35FH35-21,230(9“)280(11“)346(135/8“),353521,303030,10.510.510.5,(1)现场常用锥型胶芯环形防喷器的技术规范,(五)现场常用环型防喷器的技术规范,型号,公称通径mm,最大工作压力MPa,关井时耗s,液控油压MPa,FH28-35FH35-35,280(11“)346(135/8“),3535,3030,10.510.5,(2)现场常用球型胶芯环形防喷器的技术规范,型 号,关闭一次所 需的油量(L),打开一次所 需油量(L),FH23-35FH35-35,4294,3369,(3) 球型胶芯环形防喷器技术规范,(1) 在
28、井内有钻具时发生井喷，可先用环形防喷器控制井口，但尽量不用作长时间封闭，一则胶芯易过早损坏，二则无锁紧装置。非特殊情况，不用它封闭空井(仅球形类胶芯可封空井),(2)用环形防喷器进行不压井起下钻作业，必须使用带18斜坡的钻具，过接头时起、下钻速度要慢，所有钻具上的橡胶接箍应全部卸掉； (3)环形防喷器处于关闭状态时，允许上下活动钻具，不许旋转和悬挂钻具,(六)环形防喷器的正确使用与管理,(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。但允许钻井液有少量的渗漏，而起到延长胶芯使用寿命的目的； (5) 每次开井后必须检查是否全开，以防挂坏胶芯； (6) 进入目的层时，要求环形防喷器做
29、到开关灵活、密封良好。每起下钻具一次，要试开关环形防喷器一次，检查封闭效果，发现胶芯失效，立即更换； (7) 固井、堵漏等作业后，要将内腔冲洗干净，保持开关灵活,(8) 橡胶件的存放先使用存放时间较长的橡胶件。存放地方尽可能凉爽。橡胶件不能存放在加热器，蒸汽管道，辐射器，或其他高温设备附近。橡胶件应远离电动机，开关，或其他高压电源设备。高压电源设备产生臭氧对橡胶件有影响。橡胶件应尽量在自由状态存放。保持存放地方干燥。（无水，油）如果橡胶件必须长时间存放，则可考虑放在密封环境中,一、填充空白 1. 环形防喷器的液控油压一般不超过_。 2. 在现场对环形防喷器进行试压或活动检查时不做_试验。 3.
30、 在现场对环形防喷器进行试压或活动检查时只做_试验。 4. 环形防喷器封闭井中钻杆时,为防止卡钻可以_,但不许_钻具。 二、判断是非 1. 环形防喷器的上油腔输进高压油，下油腔通油箱，胶芯立即动作关井。 2. 环形防喷器在封闭井内国产114.3mm（41/2”）钻杆情况下，根据需要可强行下钻作业。 3. 由于井压助封的作用，环形防喷器在关井后可以将液控油压泄掉。,复习思考题,4. 环形防喷器在封井状态下允许钻具转动，但转速应尽可能缓慢。 5. 环形防喷器在封井状态下可以微开胶芯以泄降套压。 6. 锥形胶芯环形防喷器的胶芯底部受有井压作用，这就是所谓井压助封 三、回答问题 1. 环形防喷器由哪些
31、主要部件组成? 2. 环形防喷器的工作原理是什么? 3. 环形防喷器有何作用? 4. 各类环形防喷器的外形尺寸有何特点? 5. 环形防喷器按胶芯分为哪几类?其壳体与顶盖连接方式有几种? 6. 使用环形防喷器主要应注意什么?,1.闸板防喷器的用途闸板防喷器按其壳体内闸板室的数量可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器 1) 当井内有钻具(或其它管材时)，能封闭套管与钻具之间的环形空间；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安装连接管汇，进行钻井液循环、节流放喷、压井作业；4) 在特殊情况下，通过使用剪切闸板切断钻具，并达到封井的目的；5) 可悬挂钻具,二
32、.闸板防喷器,(一)概述,按闸板付数分,单闸板防喷器,双闸板防喷器,三闸板防喷器,按闸板形状分,全封闸板防喷器,半封闸板防喷器,剪切封闸板防喷器,变径闸板防喷器,类型,2.闸形防喷器的类型,闸形防喷器的结构),壳体,油缸,胶芯,活塞,3.闸形防喷器的结构,活塞杆,锁紧轴,侧门,闸板,缸盖,关井,开井,工 作 原 理,(4)闸板防喷器的工作原理,闸板防喷器要达到全封闭井口，必须要四处密封同时起作用，即,(二)闸板密封原理及其特点, 闸板顶部与壳体内顶面的密封, 壳体与侧门间的密封, 闸板前部与钻具的密封，, 活塞杆与侧门间的密封,闸板的密封原理是在外力作用下，闸板胶皮被挤压变形起密封作用,1.闸
33、板浮动, 闸板总成与壳体的闸板室有一定的间隙，允许闸板在闸板室内上下浮动 当闸板缩回到全开位置时，闸板上部胶皮不接触闸板室顶部密封面 在闸板关闭时，闸板室底部高的支承筋和顶部密封面均有渐缓的斜坡，能保证在达到密封位置之前，闸板与壳体间有充分间隙 实现密封时闸板前端橡胶首先接触钻具，顶部橡胶与密封突台面接触，从而完成全部密封, 当闸板开启时，顶部密封橡胶脱离壳体凸台面，缩回到闸板平面内，继续打开闸板，闸板沿支承筋斜面退至全开位置 闸板这种浮动特点，即保证了密封可靠，减少橡胶磨损，延长胶芯使用寿命，又减少了闸板移动时的摩擦力,2.闸板自动清砂,闸板室底部被制成朝井眼倾斜的“漏斗形”，闸板放在高而窄
34、的支承筋上。这种结构能使闸板在关闭时，自动清除砂子和淤泥，防止堵塞，减少闸板开关阻力,3.井压助封,在井内有压力时，还能从封闭的闸板背部和下部产生一种助封推力,井内介质压力愈大，助封力愈大,4.闸板自动对中,闸板的前端具有相互突出的导向块，可插入对面闸板的凹槽内，导向块斜面能迫使钻具在闸板关闭的过程中移向井眼中心，保证闸板与钻具间密封可靠,导向块,导向块,壳体是闸板防喷器的主体，是承受高压的重要零件。一般壳体近似方形，中间有通过钻具的垂直通孔，及闸板水平运动的闸板室。在壳体中部和下部垂直通孔园筒部位开有旁侧法兰孔，以便需要时进行循环钻井液，当闸板关闭后，可进行封井状态下的其它作业。壳体均采用合
35、金钢铸造和锻造成型,(三)闸板防喷器主要部件的结构特点,1.壳体特点,1)双面用闸板结构特点,(1) 闸板上、下对称。闸板体后部与闸板轴的连接为横向“T”形槽连接。 (2) 闸板浮动性能好。由于闸板体与压块是分成两体的，受挤时，连接螺钉上的长形槽可以移动； (3) 对不同尺寸的钻具，只需更换橡胶密封半环和闸板压块，其余零件可通用,2.闸板结构特点,2)单面用闸板结构特点,单面用闸板不能翻面使用，但拆换闸板胶芯较方便。 (1) 整体胶皮式，这种闸板密封半环是整体的，由闸板体、密封半环压块及压块螺钉组成。由于压块螺钉垂直放置，因此受剪力很大，常发生剪弯和剪断现象；,(2) 除有平常使用的全封闸板和
36、管子闸板外，还设 计有变径闸板,(1)剪切闸板,3.油缸总成是指侧门、缸体、缸盖、活塞、活塞杆及各种密封部件组成,1) 缸体与缸盖的结构特点国产闸板防喷器、美歇福尔SL、LWS型闸板防喷器均采用园筒式缸体，用双头长螺柱将缸盖和缸体串联紧固到侧门上。这种结构简单、拆装容易，当油缸磨损后容易在现场更换，制造成本低。但进入关闭室的液压油管暴露于缸体外，安装运输途中容易碰环,2) 油缸总成的结构特点,3)活塞及其密封结构特点,闸板防喷器一般为整体结构。活塞与油缸间的密封一般采用“O”型圈、唇型密封及组装皮碗式。组装皮碗式拆装方便、成本较低、但密封圈寿命不长,4) 活塞杆密封结构特点,活塞杆密封是双向密
37、封，防止井内介质和油缸油液互相窜漏，起保护液压油免受污染和漏失，减少泵及阀件磨损等作用。密封分为两组，中间由一间隔铜套将其开。 部分闸板防喷器设有二次密封装置。二次密封装置的作用是：活塞杆密封失效时，井内介质或液压油会从泄流孔中流出，此时，就可以利用二次密封装置注入塑料密封脂，让其进入密封面，形成强制密封,4.闸板锁紧装置的结构特点,所有闸板防喷器均设有锁紧装置。锁紧装置分类:手动锁紧作用： 手动锁紧装置是靠人力旋转手轮关闭或锁紧闸板。 当液压失效时，用手动锁紧装置能及时关闭闸板，封闭井口 当需长时间封井时，可用手动锁紧装置锁紧闸板，此时可以泄掉液压。 使用时注意：手动锁紧装置只能关闭闸板，不
38、能打开闸板。锁紧后要打开闸板，必须手动解锁到底后，再用液压打开闸板,手动锁紧,液压锁紧,手动锁紧装置按结构不同可分为：,1)螺杆式活塞杆内孔和锁紧轴外径为左旋梯形螺纹连接，锁紧轴外端通过万向节与手动杆、手轮相连。, 当需用手动关闭闸板时，右旋手轮，通过手动杆带动锁紧轴旋转，由于锁紧轴的台肩顶在缸盖上，不能后退，强迫活塞向前运动，关闭并锁紧闸板 在非锁紧状态，液压开关闸板时，锁紧轴随开关闸板做往复运动 当需在液压关闭后锁紧闸板时，右旋手轮，通过手动杆带动锁紧轴旋转，由于锁紧轴的台肩顶在缸盖上(或止推轴承上)，不能后退，则为在关闭状态下锁紧了闸板。 当液压关闭闸板后，锁紧轴的销子(或四方头)在最内
39、侧(观察孔见不到轴的光亮部分)；若右旋手轮，使之锁紧，销子(或四方头)移到最外侧(可见轴光亮部分)，同开启闸板相同，故关闭不锁紧状态明显，而开启或关闭后锁紧状态不明,2)花键轴套式,花键轴套外径与活塞杆内孔用左旋梯形螺纹连接，轴套内孔与锁紧轴为滑动键连接，锁紧台肩卡在缸盖内孔止推轴承与挡圈内，使之只能转动而不能前后运动当需手动关闭闸板或锁紧闸板时，右旋手轮，手动缸盖上不能后退，迫使活塞（杆）前进，关闭并锁紧板。 这种结构的缺点是无法在外部观察闸板开关及锁紧情况，且花键轴套易粘结卡死,3)简易式,简易式锁紧装置是在缸体上直接加一个装锁紧螺杆的护罩，内孔为正扣母螺纹；锁紧螺杆后接手动杆及手轮。旋转
40、手轮锁紧螺杆直接推动活塞杆前进，关闭并锁紧闸板,这种锁紧装置的特点是直观性强，从活塞杆尾部位置可判断闸板的开关和锁紧状况。这种装置结构简单、操作方便。但防喷器横向尺寸增加，锁紧杆暴露在外，保养不好易锈死转不动。上述手动锁紧装置，在液压关闭后锁紧，或手动关闭后锁紧，必须在控制台上标明已锁紧。,活塞杆、锁紧轴、万向节、锁紧杆、手轮等,手动锁紧装置的组成（液压关闭锁紧轴随动结构为例）,顺旋,到位,回旋 1/4 -1/2 圈,逆旋,到位,回旋 1/4 -1/2 圈,锁紧,解锁,手动锁紧与解锁的操作要领,要打开闸板必须手动解锁（到底），其方法是左旋手轮到底，再液压打开，否则易造成损坏锁紧装置事故。无论是
41、关闭锁紧或解锁都必须把手轮旋到底，不得停留在中间位置,特别提示,.侧门及油路,侧门是用来封闭闸板室，安装油缸总成及活塞杆密封，传送液压油的重要部件。一般近似长方体，在安装油缸处铸有加强筋，以增加侧门刚度。侧门与壳体、油缸采用螺钉连接，并有密封沟槽。螺钉卸下后可方便打开，迅速更换闸板按侧门开启方式可分： 铰链支承旋转侧门 液缸直行开启侧门两种结构,（1）铰链支承旋转侧门及油路,铰链支承侧门，可在水平面转动，其转动角超过120，各类型防喷器旋转侧门及其它零部件的密封均大致相同. a.铰链同侧门为一体的结构这种铰链由铰链、铰链座、油管、螺钉、定位销以及密封件等组成，铰链同侧门为一体，位于侧门侧面的中
42、部，铰链内钻有两条液压油通道，一条钻到油缸内，进入油缸开启室；另一条钻至油缸之外，经油管、缸盖进入油缸关闭室，分别控制开关闸板的动作,上下铰链座与铰链销为一铸造整体，用螺钉和定位销固定在壳体侧面。一对侧门同一水平线上的两铰链座用油管连通，用来同时开或关一付闸板。这两铰链上的进油孔，只接一根控制油管，另一孔口用丝堵堵死，以备用。,这种铰链的特点是：既起支承作用，又是液压油通道，侧门打开时，仍可液压控制闸板开关，便于维修更换闸板。这种油路沿途还需外露油管连接，故称部分埋藏式油路。油路沿程密封均采用“O”形圈,b.铰链销结构 这种结构为单一铰链座，固定于壳体闸板体腔中部。侧门上的铰链为上下两部件，长
43、铰链销贯通上下铰链。其液压油进铰链座孔口铰链销铰链铡门埋藏油路(油缸)油管缸盖油缸。全部油道沿途密封均用“O”形圈,c.组合铰链,组合铰链是将液压铰链座和承载铰链座分开，中部液压铰链仅起连接油路通道的作用。可在壳体上直接更换修理，增加了密封寿命。其承载铰链座上配有自行润滑轴承，在承受全部重量下，开关侧门很轻便；铰链与侧门不是一体，是用螺钉固定在侧门侧面，方便了油路的加工.,（2）液缸直行开启侧门及油路,卡麦隆u型防喷器侧门及中间法兰，为锻造结构，缸体上除闸板开关主油缸外，两边备有一对侧门液缸，如图230所示。当需要更换闸板时，拆掉四颗侧门螺钉，施加关闭液压，在关闭闸板的同时，就自行开启侧门（如
44、图中左半部），即可更换闸板；更换完后，可施加打开油压，侧门就会在闸板打开的同时自行合拢。,打开侧门液压流程：液压油进关闭油口中间轴向通孔柱塞侧门油缸及缸套与缸体环形空间主油缸关闭腔，则闸板关闭(侧门螺钉松掉时，侧门直行打开)。 关闭侧门液压流程： 液压油进开启油口径向有孔柱塞侧门油缸及中间法兰油孔闸板主油缸开启腔，则闸板打开(侧门螺钉松掉时，侧门直行关闭)。主油缸及侧门开关油缸均嵌在中间法兰槽内，由缸体限定位置，缸体与中间法兰用八个内六角螺钉相连。此种结构为全埋藏式油路，安装和运输不易损坏。其不足之处为侧门开启后太长、耗油多., 两侧门不能同时打开, 侧门未充分旋开或未用螺栓固紧前,不许进行液
45、压开关井动作, 旋动侧门时,液控压力油应处于卸压状态, 侧门开关后,液动伸缩闸板时应挡住侧门,防止晃动,(1)侧门的开关原则,特别提示:,(2)拆换闸板的顺序,(四) 闸板防喷器的正确使用及管理,1. 井喷时可用防喷器封闭空井或与闸板尺寸相同的钻具。需长时间关井时，应手动锁紧闸板，并挂牌标明开关后锁紧情况，以免误操作。锁紧或解锁手轮均不得强行板紧，扳到位后回转1/41/2圈。 2. 使用中所装的闸板规格，在现场至少有一付备用件，一旦所装闸板损坏，能及时更换。 3. 严禁用打开闸板来泄井内压力。每次打开闸板前，应检查手动锁紧装置是否解锁到底；打开后要检查是否全开(闸板总成后退到体内)，不得停留在
46、中间位置，以防钻具碰坏闸板,（五）常用闸板防喷器的技术规范,附: 四川石油管理局关剪切闸板防喷器的安装、使用与维护暂行规定,1钻井设计 1.1 钻井设计中应包括剪切闸板防喷器的安装、试压与使用内容。 1.2 钻井工程设计中，剪切闸板防喷器的压力等级、通径应与其配套的井口装置的 压力级别和通径一致。 2 剪切闸板防喷器的安装 2.1下列情况应安装剪切闸板防喷器 2.1.1 所有含硫油、气井，从固技术套管后直至完井、原钻机试油的全过程。 2.1.2 所有探井、评价井，从固技术套管后直至完井、原钻机试油的全过程。,2.1.3 预计可获高压高产天然气的开发井，从固技术套管后直至完井、原钻机试油的全过程
47、。 2.2 安装剪切闸板防喷器的井口装置组合,2.2.1 高含硫、预计可获高压高产天然气井,选择图2-31所示的井口装置组合,2.2.2 除2.2.1以外需要安装剪切闸板的深井、中深井可选择图2-32所示的井口 装置组合,2.2.3 需要安装剪切闸板的浅井和试修井，可选择图2-33所示的井口装置组合,2.3 远程控制台控制剪切闸板防喷器的三位四通阀上方应安装防误操作的安全装置在司钻控制台上不安装剪切闸板控制阀,2.4 剪切闸板防喷器应安装手动操作杆，靠手轮端应支撑牢固，中心线与锁紧 轴之间的夹角不大于30，并挂牌标明开关方向和圈数。手动操作杆手轮下方应 安装操作台。 3 剪切闸板防喷器的试验、
48、试压与维护 3.1 井控车间应对每批剪切闸板（芯子）进行外观检查和按10%进行剪切钻杆 抽样试验。 3.1.1 2835、3535、2870、3570、28105和35105剪切闸板防喷器选用5S135钻杆做抽样试验。 3.1.2 1835和1870剪切闸板防喷器选用3 1/2S135钻杆或3油管做抽样试验。,3.1.3 剪断钻杆后按额定工作压力进行密封试压，剪切刀刃无损伤和密封试压合格后 才可使用该批剪切闸板，试验过的剪切闸板不再安装使用。 3.2 在井场安装好后, 剪切闸板防喷器按额定工作压力试压。 3.3 剪切闸板防喷器的日常检查、试压、维护保养与活动，按全闭防喷器的要求执行。 3.4
49、剪切闸板在遇井喷失控剪切钻杆后应及时更换，已剪切过的剪切闸板不再使用。 4 剪切闸板防喷器的使用 4.1 剪切闸板防喷器原则上不能作全闭使用。在全闭闸板防喷器失效情况下，剪切 闸板防喷器可在空井状态下关井,4.2 使用剪切闸板防喷器剪断井内钻杆（油管）控制井口的前提条件 在采用正常关井程序处理井喷中，当环形防喷器和半闭防喷器或钻具内防喷工具失效 而导致井喷失控的情况下，才能使用剪切闸板防喷器剪断井内钻杆（油管）控制井口，创 造放喷点火的条件。 4.3 关剪切闸板必须由钻井队队长指挥钻井技术负责人或当班副司钻在远程控制台操作， 实现剪切关井。 4.4 使用剪切闸板防喷器实现剪切关井的指挥权限 在无法控制井口而发生井喷失控的情况下，钻井队队长在同甲方钻井监督协商后， 立即请示矿区(公司)井控第一责任人或井控负责人同意后，组织实施剪断钻杆（油管）关井。 在来不及请示的特殊情况下，钻井队队长经与甲方钻井监督协商后可以决定并组织实施剪断 钻杆（油管）关井,
