井控設(shè)備在石油鉆井施工過程中的應(yīng)用

張哲 馬文超 張偉 劉洪濤 馬建兵

中圖分類號(hào)：TE24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：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(duì)石油資源需求量的不斷增加，這也推動(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)后續(xù)石油開采提供了基本條件。在石油鉆井中，往往會(huì)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(duì)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(shí)，及時(shí)對(duì)溢流發(fā)現(xiàn)，從而對(duì)井內(nèi)壓力控制，防止并對(duì)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(shí)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(cè)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(dòng)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(shí)準(zhǔn)確實(shí)施監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)；當(dāng)在出現(xiàn)井噴、溢流或者井涌的情況時(shí)，井控設(shè)備能夠快速有效對(duì)井口實(shí)施控制，對(duì)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(shí)泵入相應(yīng)高密度的鉆井液實(shí)現(xiàn)壓井效果，對(duì)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(shí)，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(duì)井控設(shè)備合理選用。在對(duì)液壓防噴器選用中，要對(duì)壓力的級(jí)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(duì)液壓防噴器的組合中，要對(duì)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(duì)液壓防噴器選用中，常用的型號(hào)有單閘板、雙閘板、三閘板和環(huán)形等防噴器型號(hào)。其中閘板的防噴器在使用中，在井內(nèi)存在鉆具時(shí)，則可以用和鉆具的尺寸適應(yīng)性半封閘板對(duì)井口的環(huán)形空間實(shí)施封閉；在井內(nèi)沒有鉆具時(shí)，就可以通過全封閘板對(duì)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(duì)井口全封時(shí)，則可以借助剪切閘板對(duì)鉆具迅速剪切并對(duì)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(duì)節(jié)流管匯代替，可以對(duì)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(dòng)作中，在閘板的前部存在井壓而產(chǎn)生阻力，同時(shí)后部也存在井壓，此時(shí)推力和阻力是不相等的，若對(duì)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(dòng)。其次，閘板具有自動(dòng)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(dòng)作時(shí)，則閘板室的底部所遺留的泥砂就會(huì)被閘板向清砂槽內(nèi)排入并會(huì)滑落到井內(nèi)。再次，閘板還能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對(duì)中。對(duì)半封閘板使用時(shí)，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(dòng)時(shí)，則導(dǎo)向塊就會(huì)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(dòng)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(dòng)，而平時(shí)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(shí)主要對(duì)液壓油實(shí)施制備與儲(chǔ)存，在需要時(shí)對(duì)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(dòng)泵量兩種不同動(dòng)力源，蓄能器是多個(gè)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(tái)和司鉆的控制臺(tái)，通過遙控裝置對(duì)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(duì)氣源總閥手柄搬動(dòng)，讓其處在開位狀態(tài)，用右手對(duì)相應(yīng)三位四通的氣閥手柄搬動(dòng)，讓其處在關(guān)位的狀態(tài)。在開井的操作中，用左手對(duì)氣源總閥手柄搬動(dòng)，讓其處在開位狀態(tài)，用右手對(duì)相應(yīng)三位四通的氣閥手柄搬動(dòng)，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(duì)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(shí)，則可以借助壓井管匯朝井中泵入一定鉆井液，對(duì)井底壓力的平衡實(shí)現(xiàn)恢復(fù)與重建。要求井場(chǎng)內(nèi)所裝的節(jié)流的壓井管匯壓力的等級(jí)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(jí)選定按照最后一次的開鉆中井口的防噴器組壓力等級(jí)當(dāng)作基準(zhǔn)，防止因?yàn)榫诘姆绹娖鹘M內(nèi)壓力等級(jí)變化而對(duì)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(shí)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(shí)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(cè)的軟件三大部分。通過節(jié)流管匯部位傳感器把所檢測(cè)各類的信號(hào)在工控機(jī)顯示屏上匯總和呈現(xiàn)，其信號(hào)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(hào)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(duì)液動(dòng)的節(jié)流閥實(shí)施掌握，且隨時(shí)按照需要對(duì)液動(dòng)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(dòng)，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(chǎng)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(cè)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(huì)使其不可避免存在內(nèi)部的缺陷情況，若沒有及時(shí)對(duì)其缺陷處理或?qū)嵤┯袚p的探測(cè)，就會(huì)對(duì)設(shè)備使用的壽命產(chǎn)生影響，還會(huì)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(cè)儀以及無傷性檢測(cè)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(shí)掌握，如在井控的防噴器的厚壁探傷檢測(cè)中，就能更準(zhǔn)確掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，便于對(duì)設(shè)備及時(shí)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(huì)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(shí)，會(huì)出現(xiàn)此種情況，會(huì)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(duì)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(shí)，還需要做好對(duì)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)：

[1]趙永剛.鉆井施工中樹立"大井控"意識(shí)的重要性[J].石化技術(shù)，2017，24（12）：229-229.

[2]李如強(qiáng)，袁金雷.石油鉆井井控設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀與改進(jìn)對(duì)策[J].云南化工，2018，045（003）：229-229.

[3]宋衛(wèi)兵，林果，劉煥臻，等.鉆井施工過程中的井控技術(shù)措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（01）：218-218.

[4]史洪旺.關(guān)于鉆井井控設(shè)備管理的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)村科學(xué)實(shí)驗(yàn)，2017（10）：69-69.

[5]杜建勇.研究石油鉆井井控設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀與改進(jìn)對(duì)策[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019（9）：74.

[6]許豐平，劉寶軍.石油鉆井井控工藝技術(shù)措施探討[J].云南化工，2018，45（03）：136.