節(jié)流壓井管匯功能分析及其在鉆井船中的應(yīng)用

劉敏

摘 要：節(jié)流壓井管匯是石油鉆井工程的基礎(chǔ)作業(yè)工具。通過(guò)節(jié)流壓井管匯操作，不僅可以控制鉆井船內(nèi)部流體流出井口，而且可以避免井口出現(xiàn)回壓情況，保證井底壓力始終在地層壓力以上。該文以節(jié)流壓井管匯為研究對(duì)象，對(duì)節(jié)流壓井管匯功能進(jìn)行分析，簡(jiǎn)單介紹了其在鉆井船中的規(guī)范應(yīng)用。同時(shí)以從井控、壓井2個(gè)方面對(duì)節(jié)流壓井管匯的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了具體闡述。

關(guān)鍵詞：節(jié)流管匯;壓井管匯;鉆井船

中圖分類(lèi)號(hào)：TE951? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

節(jié)流管匯主要利用節(jié)流閥的泄壓及放噴閥的泄流作用，避免井場(chǎng)出現(xiàn)氣體濃度超標(biāo)或發(fā)生火災(zāi);而壓井管匯可以在全封閘板全封井口階段，在井筒內(nèi)部進(jìn)行重泥漿的吊灌，并在井噴發(fā)生前期，投注適量清水或者滅火試劑，從而保證鉆井安全。因此，為了使井下作業(yè)安全穩(wěn)定進(jìn)行，對(duì)節(jié)流壓井管匯在鉆井船中的應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治龇浅Ｓ斜匾?/p>

1 節(jié)流壓井管匯功能分析

1.1 節(jié)流管匯功能分析

節(jié)流管匯主要是通過(guò)節(jié)流閥的應(yīng)用，控制節(jié)流閥開(kāi)合程度，進(jìn)而控制兩端壓差。其可以從井口防噴器下端與節(jié)流閥組進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)良好的控制效果。

1.2 壓井管匯功能分析

壓井管匯主要包括固井泵、鉆井泵等模塊。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其可需要選擇井口鉆井四通位置，進(jìn)行高壓管線、閘閥的聯(lián)合組裝。即在具體井控作業(yè)的過(guò)程中，利用BOP，向井內(nèi)泵入壓力，促使壓井實(shí)現(xiàn)反向循環(huán)，進(jìn)而保證井下閥門(mén)閉合后泥漿立管固定。

1.3 節(jié)流壓井管匯功能分析

為了便于生產(chǎn)、組裝、現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)，在實(shí)際井下作業(yè)過(guò)程中，井下施工方常常將節(jié)流管匯、壓井管匯進(jìn)行綜合布設(shè)。即將鉆井液通過(guò)壓井管匯、節(jié)流管匯、防噴器等模塊泵入井下，從而保證整體井下作業(yè)壓力的穩(wěn)定平衡。節(jié)流壓井管匯在具體作業(yè)過(guò)程中主要依據(jù)的是API 16C要求，在大于1×104 psi壓力的井內(nèi)，綜合利用4個(gè)CHOKE閥，對(duì)井下作業(yè)返回泥漿、油氣進(jìn)行精確測(cè)量，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏、液體堵塞等問(wèn)題并解決。

2 節(jié)流壓井管匯在鉆井船的應(yīng)用探微

2.1 節(jié)流壓井管匯在鉆井船中應(yīng)用流程

以DSJ320-1型鉆井船節(jié)流壓井管匯為例，其主要包括鉆臺(tái)閘閥組、節(jié)流壓井傳感器、泵沖傳感器、液氣分離器和高壓管線等幾個(gè)模塊。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鉆井船閘閥組主要采用雙路壓井、節(jié)流的方式，通過(guò)4路串聯(lián)方式，地層壓力可直接通過(guò)鉆井四通、1路液動(dòng)節(jié)流軟管，經(jīng)緩沖管進(jìn)入鉆井液凈化體系。在整個(gè)過(guò)程中，若地層壓力大于標(biāo)準(zhǔn)值，或者出現(xiàn)不可控的風(fēng)險(xiǎn)故障，則可以利用直接排泄閥門(mén)進(jìn)行壓力的調(diào)控。最后在鉆井液進(jìn)入液氣分離器后，其劃分為液態(tài)、氣態(tài)2種模式。其中氣態(tài)可以通過(guò)氣體井架直接放空;而液體則可通過(guò)液氣分離器底部U型管道，回流到鉆井凈化模塊內(nèi)。

2.2 節(jié)流壓井管匯設(shè)備構(gòu)成

節(jié)流壓井管匯設(shè)備主要包括鉆井船閘閥組、節(jié)流壓井控制器、氣液分離器幾個(gè)模塊。其中氣液分離器主要是安裝在鉆井船節(jié)流管匯端，其主要為傘形分散式分離模式。在其內(nèi)部具有3個(gè)進(jìn)液端口、1個(gè)U型沖洗管線，可有效地分離鉆井液中有害氣體。其標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)壓力為5.0 MPa，實(shí)際作業(yè)壓力為4.2 MPa，最大鉆井液處理量及最大氣體處理量分別為195 m3/h、2662 m3/h，腐蝕裕度為2.8 mm。

鉆井船閘閥組主要為T(mén)型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部包括2套21/14in

×101.4 MPa單向閥、1套21/14in×101.4 MPa手動(dòng)節(jié)流閥或液動(dòng)節(jié)流閥、3套135 MPa防震壓力表、20套21/14in×101.4 MPa閘板閥等幾個(gè)模塊。其中放噴閥門(mén)主要在鉆井四通兩端，為壓井管線、節(jié)流管線連接樞紐。

節(jié)流壓井管匯控制器在實(shí)際應(yīng)用中主要采用遠(yuǎn)程控制液動(dòng)節(jié)流閥開(kāi)度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)節(jié)流前后壓力及節(jié)流閥閥門(mén)開(kāi)度、液壓計(jì)、手動(dòng)加壓控制等方式。節(jié)流壓井管匯控制器主要在壓井船作業(yè)面位置，大多數(shù)為不銹鋼防腐蝕材質(zhì)。

2.3 節(jié)流壓井管匯應(yīng)用要點(diǎn)

首先，節(jié)流壓井管匯的應(yīng)用必須按照API 16C《壓井與節(jié)流管匯規(guī)范》、GB《鋼制壓力容器使用規(guī)范》、SY/T5323《壓井與節(jié)流管匯應(yīng)用規(guī)范》、NACE MR《油田材料抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂規(guī)范》、《船級(jí)設(shè)入規(guī)范》等文件的相關(guān)規(guī)定。

其次，在節(jié)能壓井管匯應(yīng)用前期，相關(guān)作業(yè)人員應(yīng)對(duì)節(jié)能壓井管匯應(yīng)用設(shè)備、管線進(jìn)行全面評(píng)估，保證高風(fēng)險(xiǎn)井下作業(yè)節(jié)流壓井管匯具有應(yīng)急處理風(fēng)險(xiǎn)故障的能力。同時(shí)整體鉆井船應(yīng)具有較高的冗余性，保證后勤補(bǔ)給工具配置充足。再次，由于鉆井船允許可變荷載具有一定的約束性，其內(nèi)部作業(yè)空間較狹窄，因此在實(shí)際節(jié)能壓井管匯系統(tǒng)模塊設(shè)置的過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先選擇輕質(zhì)高效的系統(tǒng)模塊。為了避免鉆井船作業(yè)中的鉆井液對(duì)節(jié)能壓井管匯作業(yè)安全性的影響，可在節(jié)能壓井管匯關(guān)鍵設(shè)備位置進(jìn)行防腐材料的均勻全面噴涂，如閘閥組、結(jié)構(gòu)件、連接件等。

最后，在保證節(jié)能壓井管匯設(shè)備閘閥組與壓井船固定穩(wěn)固連接的基礎(chǔ)上，可設(shè)置靈活性能較高的移動(dòng)底座，從而為鉆井船在平臺(tái)縱深方向、平面方向的靈活移動(dòng)提供依據(jù)。

3 節(jié)流壓井管匯在鉆井船中優(yōu)化應(yīng)用

3.1 節(jié)流壓井管匯在鉆井船中應(yīng)用設(shè)計(jì)

一方面，在基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)置過(guò)程中，主要是在相關(guān)設(shè)備連接之后，將節(jié)流管匯、壓井管匯布設(shè)成空間結(jié)構(gòu)，并與控制柜組裝在一定框架內(nèi)。

另一方面，為了保證節(jié)流壓井管匯在鉆井船中的合理應(yīng)用，可進(jìn)行配套遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)置。即利用PLC技術(shù)進(jìn)行終端節(jié)流壓井管匯數(shù)據(jù)分析，并由液壓站對(duì)整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控。如在起下鉆時(shí)，通過(guò)回注操作的自動(dòng)啟動(dòng)，可得到錄井信息、起下鉆參數(shù)，自動(dòng)進(jìn)行鉆井液補(bǔ)給注入體系的核算。將相關(guān)輸入傳輸?shù)浇K端控制模塊，可有效地保證進(jìn)入井筒流量與標(biāo)準(zhǔn)值一致。

3.2 節(jié)流壓井管匯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

選擇某井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)井段水平段常2 318 m～2 514 m，

段長(zhǎng)119 m，預(yù)測(cè)地層壓力系數(shù)為1.16～1.24。采用鉆具組合為φ213.3 mm鉆頭+φ168 mm 1.24°單彎動(dòng)力鉆具+φ210 mm扶正器+φ125.7 mm無(wú)磁承壓鉆桿?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要依據(jù)前期設(shè)計(jì)方案，將旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備、自動(dòng)節(jié)流設(shè)備、壓井設(shè)備、液氣分離器、數(shù)據(jù)分離系統(tǒng)、回壓泵正確連接。鉆井船節(jié)流壓井管匯在鉆井作業(yè)中，鉆井泵泵效為89 %，鉆井液密度最優(yōu)控制值為1.34 g/ cm3，井口施加壓力為0.95 MPa，折算井底當(dāng)量循環(huán)密度為1.38 g/ cm2，實(shí)際地層壓力為20.98 MPa。根據(jù)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出在常規(guī)作業(yè)過(guò)程中，鉆井液排量為28.9 L/s，氣液分離效率為99.9 %，整體作業(yè)效果良好。

3.3 節(jié)流壓井管匯應(yīng)用效果

鉆井船節(jié)流壓井管匯經(jīng)出廠測(cè)試、聯(lián)合組裝完畢后，于2018年初交工。在2018年4月作業(yè)工地中，利用固定井泵進(jìn)行壓力載荷測(cè)試，得出鉆井船節(jié)流壓井管匯內(nèi)閥門(mén)壓力溫度，且整體井控功能良好。在2018年6月實(shí)際鉆井運(yùn)行中，利用節(jié)流壓井管匯成功實(shí)施了一次井控作業(yè)，保障了鉆井船設(shè)備及人員的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了滿足不同環(huán)境、井深及地層的要求，在實(shí)際的鉆井船節(jié)流壓井管匯應(yīng)用過(guò)程中，可依據(jù)API規(guī)范及具體作業(yè)項(xiàng)目的要求，確定節(jié)流壓井管匯在鉆井船中標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。然后從基礎(chǔ)設(shè)備配置、作業(yè)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。結(jié)合數(shù)據(jù)管控平臺(tái)的應(yīng)用，可有效提高節(jié)能壓井管匯在鉆井船中的應(yīng)用效果，提高井下作業(yè)安全性。

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