井控技术培训(上)

井控技术培训（上）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、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H２S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井控设备总汇图11.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；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/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、426mm、476mm、528mm、540mm、680mm。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/T5053.1-2000防喷器及控制系统防喷器中确定了27个品种的规格系列，见表1-14.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FZ23—21；公称通经346mm，最大工作压力35MPa的双闸板防喷器，型号为2FZ35—35；公称通经280mm，最大工作压力35MPa的环形防喷器，型号为FH28—35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•••.,;;,;,981.213maxmaxmHcmgMPaPMPapHoooPPmPzmpz井深钻井液密度，所钻井段最大地层压力防喷器最大工作压力•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管接箍的外径。maxpzpp７.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；(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0.5MPa3.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3—8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