張哲 馬文超 張偉 劉洪濤 馬建兵

中圖分類號：TE24 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2020）07-157-02

摘 要 石油資源在人們的生活中扮演重要角色，隨著人們對石油資源需求量的不斷增加，這也推動了石油鉆井行業(yè)的發(fā)展。而在石油鉆井中，由于其施工環(huán)境和條件具有顯著的特殊性，對鉆井施工造成了很大的難度，這就需要借助各種類型的井控設(shè)備來確保其施工的安全性和質(zhì)量性。下面，本文就針對井控設(shè)備在石油鉆井施工過程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對石油鉆井施工提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 井控設(shè)備 石油鉆井 施工過程 施工應(yīng)用

石油鉆井是石油資源生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，其對后續(xù)石油開采提供了基本條件。在石油鉆井中，往往會發(fā)生諸多的安全事故和質(zhì)量事故，為了實(shí)現(xiàn)石油鉆井能夠安全和高質(zhì)施工，越來越多的井控設(shè)備逐漸得到了使用，并對石油鉆井安全問題與質(zhì)量問題實(shí)現(xiàn)了有效控制。在石油鉆井的施工中，不同的井控設(shè)備具有不同的功能，而它們?nèi)绾卧谑豌@井的施工中有效運(yùn)用，就是本文主要研究的內(nèi)容。

一、井控設(shè)備的概述

所謂井控，主要是在地層的壓力大于鉆井液的液柱壓力狀態(tài)時，及時對溢流發(fā)現(xiàn)，從而對井內(nèi)壓力控制，防止并對溢流排除，避免出現(xiàn)井噴，在出現(xiàn)井噴的失控事故后及時處理。而井控設(shè)備主要是實(shí)現(xiàn)油氣井的壓力控制所需一套的專用設(shè)備和工具、管匯、儀表等。在石油鉆井中，常用的井控設(shè)備也有很多，比較常見的有井口裝置、井控管匯、鉆具內(nèi)的防噴工具、井控的儀器儀表、鉆井液的凈化和灌注裝置、專業(yè)的設(shè)備與工具等。其中井口裝置又包括防噴器、套管頭、四通和控制系統(tǒng)等；井控管匯主要有壓井、節(jié)流、防噴等管匯；鉆具內(nèi)的防噴工具有方鉆桿的上下旋塞和鉆具的止回閥；井控的儀器儀表有液面的監(jiān)測儀和綜合性錄井儀等；鉆井液的凈化和灌注裝置主要有鉆井液除氣的裝置、凈化的系統(tǒng)、自動灌注的裝置和密度增加裝置等；專用的設(shè)備和工具主要有自封頭、旋轉(zhuǎn)頭、清障工具、不壓井的起下裝置和滅火的設(shè)備等[1]。

二、井控設(shè)備的功用

在石油鉆井施工中，于正常的鉆進(jìn)施工、起下鉆或者其它的停鉆環(huán)節(jié)中，井控設(shè)備能夠?qū)畤?、溢流等及時準(zhǔn)確實(shí)施監(jiān)測與預(yù)報(bào)；當(dāng)在出現(xiàn)井噴、溢流或者井涌的情況時，井控設(shè)備能夠快速有效對井口實(shí)施控制，對井簡內(nèi)鉆井的液、氣、油和水等流體的釋放實(shí)施控制，并且還能夠及時泵入相應(yīng)高密度的鉆井液實(shí)現(xiàn)壓井效果，對井底的壓力平衡性實(shí)現(xiàn)有效恢復(fù)、重建；當(dāng)出現(xiàn)井噴、井噴的失控或者著火的情況時，井控設(shè)備能夠?qū)?fù)雜事故處理提供良好的條件，如滅火、搶險(xiǎn)等作業(yè)處理；通過相應(yīng)的井控設(shè)備能夠在不壓井或者關(guān)井的情況下，實(shí)現(xiàn)管柱的起下和固井操作，并能夠?qū)崿F(xiàn)堵、漏等一些特殊作用條件下的井噴情況控制[2]。

三、井控設(shè)備在石油鉆井施工過程中的應(yīng)用

（一）液壓防噴器的運(yùn)用

想要確保石油鉆井能夠安全和高效進(jìn)行，需要對井控設(shè)備合理選用。在對液壓防噴器選用中，要對壓力的級別、組合的形式、通徑的尺寸和控制系統(tǒng)內(nèi)控制的點(diǎn)數(shù)等綜合考慮。在對液壓防噴器的組合中，要對井的類型、地層的壓力、地層的流體、套管的尺寸、人員的技術(shù)水平、工藝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、氣候因素、交通因素和物資供應(yīng)的狀況等全面分析，要確保能夠?qū)崿F(xiàn)平衡性鉆井，實(shí)現(xiàn)鉆井的安全性和鉆井費(fèi)用的節(jié)省性。

對液壓防噴器選用中，常用的型號有單閘板、雙閘板、三閘板和環(huán)形等防噴器型號。其中閘板的防噴器在使用中，在井內(nèi)存在鉆具時，則可以用和鉆具的尺寸適應(yīng)性半封閘板對井口的環(huán)形空間實(shí)施封閉；在井內(nèi)沒有鉆具時，就可以通過全封閘板對井口實(shí)施全封處理；在井內(nèi)存在鉆具要把鉆具剪斷且對井口全封時，則可以借助剪切閘板對鉆具迅速剪切并對井口全封；一些閘板的防噴器使用中，其閘板能夠承重，可以進(jìn)行鉆具的懸掛；在閘板的防噴器殼體上存在側(cè)孔，通過側(cè)孔能夠和管線連接，對節(jié)流管匯代替，可以對鉆井液循環(huán)或者放噴處理[3]。

此防噴器的閘板具有著顯著的特點(diǎn)，首先，它能夠發(fā)揮井壓助封的作用。在關(guān)井的動作中，在閘板的前部存在井壓而產(chǎn)生阻力，同時后部也存在井壓，此時推力和阻力是不相等的，若對關(guān)井過程內(nèi)各種的摩擦損耗不考慮，只要其油缸的活塞上所受液壓油作用力大于等量的井壓，則活塞就能夠把閘板向井眼中心推動。其次，閘板具有自動清沙的功能。在閘板室的底部位置，存在兩條朝井眼呈現(xiàn)傾斜性的清砂槽，在閘板開關(guān)發(fā)生動作時，則閘板室的底部所遺留的泥砂就會被閘板向清砂槽內(nèi)排入并會滑落到井內(nèi)。再次，閘板還能夠?qū)崿F(xiàn)自動對中。對半封閘板使用時，在閘板壓塊前方位置，存在突出性導(dǎo)向塊和凹槽，在閘板朝井眼中心發(fā)生運(yùn)動時，則導(dǎo)向塊就會迫使鉆具維持居中狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)順利地關(guān)井。最后，閘板還具有浮動與自進(jìn)式的密封作用，閘板的總成和殼體放置的閘板體腔存在一定間隙，則閘板就能夠在殼體腔內(nèi)可以上下地浮動，而平時閘板的上部膠芯和頂部的密封面是不接觸的，在閘板的關(guān)井時，其閘板室的底部支承筋與頂部的密封面均存在漸緩的斜坡，則能在閘板到密封的部位前，保證閘板和殼體間存在充分的間隙；在密封時，閘板的前端橡膠先和鉆具發(fā)生接觸，在活塞的推力作用下，對鉆具實(shí)現(xiàn)封緊[4]。

（二）控制系統(tǒng)的運(yùn)用

此系統(tǒng)在平時主要對液壓油實(shí)施制備與儲存，在需要時對防噴器的開關(guān)進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)中，主要包括遙控裝置、蓄能器的裝置、連接管匯和輔助性遙控的裝置等組成，且此系統(tǒng)按照換向閥的先導(dǎo)方式，往往可以分作液控液型、氣控液型和電控液型，本文以氣控液型控制系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。此系統(tǒng)具有顯著的特點(diǎn)，它使用電力泵與氣動泵量兩種不同動力源，蓄能器是多個柱形的，具有較大的容量；一些系統(tǒng)還配備有氮?dú)鈧溆玫南到y(tǒng)，且還具有油箱加熱的裝置、壓力補(bǔ)償?shù)难b置等。此系統(tǒng)內(nèi)，主要包括遠(yuǎn)程的控制臺和司鉆的控制臺，通過遙控裝置對井口位置防噴器開和關(guān)實(shí)施控制。在關(guān)井操作中，左手對氣源總閥手柄搬動，讓其處在開位狀態(tài)，用右手對相應(yīng)三位四通的氣閥手柄搬動，讓其處在關(guān)位的狀態(tài)。在開井的操作中，用左手對氣源總閥手柄搬動，讓其處在開位狀態(tài)，用右手對相應(yīng)三位四通的氣閥手柄搬動，也讓其處在開位狀態(tài)。

（三）節(jié)流和壓井管匯

在井涌關(guān)井之后，借助節(jié)流閥的不同啟閉程度，對一定套管的壓力實(shí)施控制，就能夠?qū)Ψ€(wěn)定性井底壓力控制，防止地層流體流入到井內(nèi)。在不能借助鉆具正常實(shí)現(xiàn)循環(huán)時，則可以借助壓井管匯朝井中泵入一定鉆井液，對井底壓力的平衡實(shí)現(xiàn)恢復(fù)與重建。要求井場內(nèi)所裝的節(jié)流的壓井管匯壓力的等級一定要和井口的防噴器組保持一致性，一般管匯壓力的等級選定按照最后一次的開鉆中井口的防噴器組壓力等級當(dāng)作基準(zhǔn)，防止因?yàn)榫诘姆绹娖鹘M內(nèi)壓力等級變化而對管匯頻繁換裝。在節(jié)流管匯中，平板閥和節(jié)流閥是重要的部分，平板閥僅僅具有斷流功能而不能實(shí)現(xiàn)節(jié)流，無法處在半開或者半關(guān)的位置，但用手輪在開關(guān)到位后，一定要回旋有1/4到1/2圈；而節(jié)流閥在開關(guān)中，要看套壓而定，大就開，小就關(guān)[5]。

在壓井管匯中，主要的作用是強(qiáng)行灌注重泥井，實(shí)現(xiàn)壓井效果；在發(fā)生井噴時候，還能夠強(qiáng)行灌注清水，防止出現(xiàn)燃燒起火現(xiàn)象，另外，在井噴著火的時候，還能夠強(qiáng)行灌注滅火器，具有協(xié)助滅火的功能。

（四）智能化井控系統(tǒng)

在智能化井控系統(tǒng)中，主要包括節(jié)流管匯、電液的控制箱、工控機(jī)和其控制監(jiān)測的軟件三大部分。通過節(jié)流管匯部位傳感器把所檢測各類的信號在工控機(jī)顯示屏上匯總和呈現(xiàn)，其信號內(nèi)容的參數(shù)十分豐富，包括節(jié)流閥的降壓、排量等，相關(guān)控制的信號先于電液的控制箱內(nèi)實(shí)施轉(zhuǎn)化，后進(jìn)行發(fā)送，從而對液動的節(jié)流閥實(shí)施掌握，且隨時按照需要對液動的節(jié)流閥開度控制，讓井內(nèi)的壓力能夠在所給定壓力值的范圍內(nèi)變動，確保施工作業(yè)的順利完成。通過多項(xiàng)的控制系統(tǒng)共同結(jié)合為智能化井控的系統(tǒng)，在使用中可以按照不同場合需求和系統(tǒng)特點(diǎn)合理選用，如在陸地區(qū)域鉆井施工，則可選用氣控、液控系統(tǒng)的組合，具有很好的控制效果。

（五）發(fā)聲的檢測儀與欠平衡的狀態(tài)處理

因?yàn)殂@井的各項(xiàng)設(shè)備往往需要長期和連續(xù)性使用，這就會使其不可避免存在內(nèi)部的缺陷情況，若沒有及時對其缺陷處理或?qū)嵤┯袚p的探測，就會對設(shè)備使用的壽命產(chǎn)生影響，還會導(dǎo)致安全事故和質(zhì)量事故的發(fā)生。而通過發(fā)聲的檢測儀以及無傷性檢測的技術(shù)，由于此類技術(shù)和設(shè)備具有很好的敏感性和準(zhǔn)確性，能夠?qū)υO(shè)備內(nèi)存在的問題或者缺陷實(shí)現(xiàn)有效和及時掌握，如在井控的防噴器的厚壁探傷檢測中，就能更準(zhǔn)確掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，便于對設(shè)備及時處理，確保它們具有良好的狀態(tài)[6]。另外，在鉆井施工中往往還會遇到欠平衡的鉆井，此種情況主要是在相應(yīng)情況下導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)的泥漿高度超過鉆桿內(nèi)的泥漿高度，或者鉆桿的壓力比地層壓力低，而導(dǎo)致井底的流體朝上涌，如連接單根的操作時，會出現(xiàn)此種情況，會導(dǎo)致一些不必要損失的發(fā)生，為了防止此類情況的出現(xiàn)，可在鉆桿其上底部的鉆具組合中進(jìn)行鉆桿閥的安裝。

綜上所述，在石油鉆井的施工過程中，使用到大量的井控設(shè)備，且隨著科技技術(shù)的發(fā)展，井控設(shè)備的類型越來越多，設(shè)備技術(shù)也是越來越高。這些設(shè)備對石油鉆井施工發(fā)揮著中要的作用，為石油鉆井的高質(zhì)和安全施工提供了保障，為了確保這些設(shè)備效果的充分發(fā)揮，就需要在積極引進(jìn)井控設(shè)備的同時，還需要做好對使用和管理要點(diǎn)的掌握，為石油鉆井施工提供支持。

參考文獻(xiàn)：

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