2011井控裝備-第四章《旋轉(zhuǎn)防噴器》

鉆井井控裝置

第四章旋轉(zhuǎn)防噴器2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器1旋轉(zhuǎn)防噴器簡介2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器2旋轉(zhuǎn)防噴器常用于欠平衡壓力鉆井中。欠平衡壓力鉆井是指鉆井過程中井底壓力低于地層壓力、施工中允許有溢流情況下的鉆井方法。由于鉆井液循環(huán)時(shí)的井底壓力低于地層，在鉆開油氣層時(shí)地層液體將進(jìn)入井內(nèi)，從而可實(shí)現(xiàn)邊溢流邊鉆進(jìn)。旋轉(zhuǎn)防噴器是欠平衡鉆井的關(guān)鍵裝備、專用井控設(shè)備(又稱旋轉(zhuǎn)防噴頭或稱旋轉(zhuǎn)控制頭)，安裝在井口防噴器組最上端，即拆掉防溢管換裝旋轉(zhuǎn)防噴器。鉆開油氣層時(shí)，為避免鉆井液液柱壓力過高，以致將油氣層壓死或污染，常利用旋轉(zhuǎn)防噴器封住井口環(huán)形空間，使鉆井液液柱壓力略低于地層壓力，保持井底輕度溢流，實(shí)現(xiàn)邊噴邊鉆或帶壓起下鉆作業(yè)，也常用于修井作業(yè)中。旋轉(zhuǎn)防噴器的功用2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器3封閉鉆具(方鉆桿、鉆桿)與井眼的環(huán)形空間。允許在額定密封壓力條件下旋轉(zhuǎn)活動(dòng)鉆具，實(shí)施帶壓鉆進(jìn)作業(yè)。通過排出管匯（流動(dòng)節(jié)流閥），對返出的油氣侵鉆井液進(jìn)行分離、處理，實(shí)現(xiàn)連續(xù)欠平衡鉆進(jìn)。在設(shè)計(jì)欠壓值或與強(qiáng)行起下鉆設(shè)備配合時(shí)，可以進(jìn)行了帶壓起下鉆作業(yè)。欠平衡鉆井常用于異常低壓地區(qū)鉆井，采用泡沫、充氣鉆井液以及空氣或天然氣鉆井液體，也可以用于修井作業(yè)以及地?zé)徙@井。旋轉(zhuǎn)防噴器的基本組成旋轉(zhuǎn)防噴器由底座、液壓卡箍、大直徑高壓密封元件、現(xiàn)場測試裝置(包括井壓傳感器、試壓塞等)、高壓動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)軸承總成等組成。旋轉(zhuǎn)防噴器安裝在井口防噴器組的頂部。旋轉(zhuǎn)防噴器按密封結(jié)構(gòu)可分為主動(dòng)密封、被動(dòng)密封兩類。2011井控培訓(xùn)課件4井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器型號(hào)壓力級(jí)別/MPa轉(zhuǎn)速/r.min-1通徑/mm密封形式靜態(tài)旋轉(zhuǎn)ShafferPCWD3521200279.4主動(dòng)SEALTECH1410.5100279.4主動(dòng)RBOP13.810.35100279.4主動(dòng)Williams700021710073,107,95被動(dòng)Williams71003517.515073,107,95被動(dòng)FS-206-707150206被動(dòng)旋轉(zhuǎn)防噴器的基本結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器5旋轉(zhuǎn)環(huán)形防噴器是在環(huán)形防噴器的內(nèi)腔頂部增設(shè)了一套旋轉(zhuǎn)軸承系統(tǒng)，在封閉井內(nèi)鉆具和井眼之間的環(huán)空之后，膠芯能隨鉆具一起帶壓轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井作業(yè)。其結(jié)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)總成、殼體、卡扣筒等組成。旋轉(zhuǎn)總成主要由方瓦總成、中心管、軸承、密封、膠芯等組成。旋轉(zhuǎn)防噴器的主動(dòng)密封結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器6以ShafferVarco公司PCWD為代表的主動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器是靠液壓驅(qū)動(dòng)防噴器膠芯封閉井口與鉆具環(huán)形空間。旋轉(zhuǎn)球形防噴器構(gòu)是在球形環(huán)形防噴器的內(nèi)腔頂部增設(shè)了一套旋轉(zhuǎn)軸承系統(tǒng)，在封閉井內(nèi)鉆具和井眼之間的環(huán)空之后，膠芯能隨鉆具一起帶壓轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)欠平衡壓力鉆井作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器的主動(dòng)密封結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器7防噴器主體主要由殼體驗(yàn)、頂蓋、襯套、球形密封膠芯、旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封、活塞總成、止推軸承、扶正軸承等部分組成。內(nèi)部設(shè)有三副軸承，中上部是承壓止推軸承、下部是角度接觸滾珠承壓軸承。設(shè)有兩套旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，上部密封頂蓋內(nèi)壓面。下部密封下殼體密封活塞內(nèi)面。內(nèi)裝密封鉆具的球形膠芯。主動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器工作原理2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器8關(guān)井操作：當(dāng)需要關(guān)閉防噴器時(shí)，液壓油從下殼體的進(jìn)油口進(jìn)入防噴器內(nèi)的活塞下腔推動(dòng)活塞上行，活塞擠壓膠芯沿殼體內(nèi)腔球面上行。由于受上殼體內(nèi)腔球面的限制，膠芯向內(nèi)收縮抱緊鉆具，實(shí)現(xiàn)膠芯與鉆具的密封。開井操作：當(dāng)需要開啟防噴器時(shí)，液壓油從殼體上的進(jìn)油口進(jìn)入防噴器內(nèi)的活塞上腔推動(dòng)活塞下行，在液壓力和膠芯自身彈性的作用下，膠芯向外張開松開鉆具。主動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器使用特點(diǎn)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器9旋轉(zhuǎn)球形防噴器（PSBOP）是在原球形環(huán)形防噴器的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此具有以下特點(diǎn)：通過外部的液壓系統(tǒng)主動(dòng)加壓實(shí)現(xiàn)膠芯與鉆具的密封，因此低壓密封性能良好。膠芯內(nèi)徑可以在0-280mm（0-11″）之間變化，一種膠芯可適應(yīng)多種尺寸的鉆具，包括封零。另外起下鉆、換鉆頭也十分方便被動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器的結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器10以Williams公司RCH為代表被動(dòng)密封式旋轉(zhuǎn)防噴器是不需要液壓驅(qū)動(dòng)防噴器膠芯，封閉井口是利用膠芯與六方鉆桿之間的過盈配合來實(shí)現(xiàn)，但需要油泵和水泵來保障必要潤滑和冷卻。主要由殼體、鉆桿驅(qū)動(dòng)器、液壓卡箍、大直徑高壓密封元件、高壓動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)軸承組成。1-軸承總成；2-密封圈；3-卡箍；4-底座；5-油缸7100旋轉(zhuǎn)防噴器外形尺寸被動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器的結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器11旋轉(zhuǎn)總成在一定承壓范圍允許方鉆桿帶動(dòng)中心管與膠芯以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯有不同尺寸，以適應(yīng)不同尺寸的鉆桿與方鉆桿。當(dāng)方鉆桿、鉆桿通過時(shí)，膠芯在自身彈性的作用下，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊力，包緊鉆具，同時(shí)在井壓作用下，又獲得一個(gè)助封力，增加了密封的可靠性。l-旋轉(zhuǎn)筒；2-旋轉(zhuǎn)總成；3-唇狀密封；4-快速拆開罩；5-快速拆開塊；6-殼體；7-方鉆桿驅(qū)動(dòng)總成；8-雙滾柱軸承；9-鉆井液出口管線；10-膠皮芯子；11-灌鉆井液接口旋轉(zhuǎn)防噴器結(jié)構(gòu)圖旋轉(zhuǎn)防噴器被動(dòng)密封結(jié)構(gòu)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器12被動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器方瓦總成與中心管相連，中心管外形空間裝有軸承，下部與膠芯(自封頭)相連。轉(zhuǎn)動(dòng)靠方鉆桿傳遞動(dòng)力。方鉆桿帶動(dòng)方瓦總成、中心管以及膠芯轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)防噴器對鉆具的密封，一靠膠芯的預(yù)緊力(膠芯內(nèi)徑小于鉆具外徑)。二靠井內(nèi)油氣壓力對膠芯產(chǎn)生的助封力。這樣使旋轉(zhuǎn)防噴器具有既能轉(zhuǎn)動(dòng),又能同時(shí)密封鉆具的作用?，F(xiàn)場常用Williams7100采用雙膠芯密封，Williams8000型和9000型及國產(chǎn)FS-206-70型采用單膠芯密封。被動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器工作原理2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器13井眼與鉆具之間的環(huán)形空間，靠特制的密封膠芯與鉆具之間的過盈實(shí)現(xiàn)密封(可分為單膠芯、雙膠芯型)，井壓起輔助密封作用。被動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)防噴器操作使用

2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器14當(dāng)井噴發(fā)生，用閘板防噴器或環(huán)形防噴器封井后，如仍需進(jìn)行帶壓鉆進(jìn)時(shí)，可將方鉆桿插入旋轉(zhuǎn)防噴器中再將方鉆桿與井口鉆具接好，卸掉轉(zhuǎn)盤大方瓦，緩慢下放鉆具使旋轉(zhuǎn)防噴器坐落在井口防噴器組上端，用卡箍或螺栓固緊。在轉(zhuǎn)盤中裝好大方瓦與方補(bǔ)心，打開節(jié)流管匯上的液動(dòng)平板閥使泥漿從節(jié)流管匯返出，降低并維持井口套管壓力在旋轉(zhuǎn)防噴器的允許工作壓力范圍內(nèi)。打開防噴器、開泵、開鉆。自封頭允許接單根或強(qiáng)行起下鉆作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器使用方法2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器15下鉆作業(yè)時(shí)的操作程序：將旋轉(zhuǎn)總成放在鉆臺(tái)支架上。鉆具下部接上引錐，下放鉆具使引錐和鉆具插入旋轉(zhuǎn)總成并通過膠芯。將帶旋轉(zhuǎn)總成的鉆具從支架中提出，卸掉引錐，鉆具下部接上鉆頭。卸掉轉(zhuǎn)盤大方瓦，經(jīng)轉(zhuǎn)盤通孔下放鉆具與旋轉(zhuǎn)總成，使總成坐在殼體上，裝好卡箍，轉(zhuǎn)盤中裝好大方瓦。鉆具帶上加壓裝置，打開全封閘板防噴器，下放鉆具強(qiáng)行下鉆作業(yè)。當(dāng)鉆具靠自重能克服上頂力，自由下落時(shí)，去掉加壓裝置，按正常下鉆作業(yè)進(jìn)行下鉆直到下完鉆具。起鉆作業(yè)操作與下鉆操作順序相反。當(dāng)井內(nèi)壓力作用在鉆具上的上頂力略小于鉆具重量時(shí)仍需帶上加壓裝置起鉆。當(dāng)鉆頭起至全封閘板防噴器與自封頭膠芯之間時(shí)，先關(guān)閉全封閘板，然后打開旋轉(zhuǎn)防噴器殼體上的卸壓塞，卸壓后再拆掉卡箍拔出旋轉(zhuǎn)總成。旋轉(zhuǎn)防噴器使用方法2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器16鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)操作程序：下鉆完畢，接方鉆桿，方鉆桿上裝好方瓦總成。下放鉆具使方瓦總成落入旋轉(zhuǎn)總成的中心管方孔內(nèi)。轉(zhuǎn)盤方孔裝好方補(bǔ)心打開節(jié)流管匯上的液動(dòng)平板閥。開泵循環(huán)，保持井口壓力在5MPa以下。開冷卻循環(huán)水，開鉆。中途帶壓更換膠芯總成上提鉆具至接頭超過FZ或FH時(shí)，關(guān)防噴器。打開殼體卸壓塞卸壓。拆卡箍，上提鉆具，提出總成。取下旋轉(zhuǎn)總成，更換膠芯。按下鉆順序重新裝入。旋轉(zhuǎn)防噴器的故障及排除方法常見故障排除方法膠芯大漏膠芯損壞，更換?？弁蚕虏恐車┦揭皇墙M合密封圈損壞，更換。二是冷卻系統(tǒng)密封失效，更換。方瓦總成不能進(jìn)入中心管鉆具與井眼不同心，裝方瓦時(shí)扶正。軸承溫度超過規(guī)定溫度如軸承質(zhì)量或裝配無問題，可能是油不清潔、太多或缺油。旋轉(zhuǎn)防噴器使用注意事項(xiàng)卸壓塞卸壓時(shí)，不能太快，注意安全。旋轉(zhuǎn)總成上提下放時(shí)要扶正且緩慢進(jìn)行，不能太快太猛。以免損壞密封或其他部件。旋轉(zhuǎn)總成和膠芯不能通過鉆頭。2011井控培訓(xùn)課件17井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器旋轉(zhuǎn)防噴器的控制系統(tǒng)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器18Williams7100型旋轉(zhuǎn)控制頭系統(tǒng)主要由司鉆控制臺(tái)、動(dòng)力潤滑站組成。旋轉(zhuǎn)防噴器的控制系統(tǒng)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器19Shaffer旋轉(zhuǎn)防噴器的控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)(也稱隨鉆壓力控制系統(tǒng))主要由旋轉(zhuǎn)球形防噴器、液壓控制裝置、司鉆控制面板、安裝配件及工具四部分組成。旋轉(zhuǎn)防噴器的控制系統(tǒng)司控臺(tái)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器20液壓控制裝置(HCU)通常擺放在靠近井口防噴器組附近合適的位置上，并提供控制安裝在防噴器組上旋球轉(zhuǎn)形防噴器(RSBOP)的液壓源，應(yīng)用防火液壓軟管與防噴器(RSBOP)連接，液壓控制裝置由鉆臺(tái)上的司鉆控制盤控制，司鉆控制盤一般放在鉆臺(tái)上便于司鉆操作的地方。在司鉆操作盤上操作可以控制旋轉(zhuǎn)防噴器控制系統(tǒng)的工作模式、檢測井口壓力和該系統(tǒng)的工作狀況，或?qū)Ψ绹娖飨到y(tǒng)的膠芯密封壓力進(jìn)行調(diào)整。通過液壓控制裝置(HCU)提供的液壓力擠壓一個(gè)特制的球形密封膠芯實(shí)現(xiàn)井筒與殼體、井筒與鉆具之間的密封,也可以關(guān)閉和封閉空井。為減小鉆柱對膠芯磨損，當(dāng)井壓變化時(shí)旋轉(zhuǎn)球形防噴器(RSBOP)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)膠芯的密封壓力，當(dāng)井口壓力較大時(shí)，操作者需把系統(tǒng)切換到所謂“靜態(tài)（STATIC）”高壓工作模式下。在靜態(tài)時(shí)，系統(tǒng)靠液壓控制裝置和預(yù)壓儲(chǔ)能器支持，并能對膠芯施加最大的密封壓力。在這種狀態(tài)下，鉆柱不能旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)。旋轉(zhuǎn)防噴器的控制系統(tǒng)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器21名稱性能參數(shù)名稱性能參數(shù)冷卻液出口溫度(℃)0-5潤滑油最大壓力(MPa)21冷卻液回水口溫度(℃)40-60潤滑油排量(L/Min)0-1冷卻液排量(L/Min)4冷卻、潤滑動(dòng)力裝置的作用是對軸承進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制潤滑和冷卻，最大限度的延長軸承的壽命。潤滑系統(tǒng)為高壓動(dòng)密封旋轉(zhuǎn)軸承總成提供高壓潤滑油，保持軸承良好的工作狀態(tài)，使用時(shí)必須確保冷卻和潤滑油的清潔和排量。

Williams7100控制系統(tǒng)冷卻、潤滑動(dòng)力裝置技術(shù)規(guī)范

防噴分流系統(tǒng)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器22分流系統(tǒng)是把輕微井噴引出井以外的一種控制裝置，適用于只下導(dǎo)管或雖下套管但下深過淺，井口不允許承壓的井眼。分流系統(tǒng)組成和功用2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器23分流系統(tǒng)包括分流器、分流四通和分流管線。其中分流器可以是專用分流裝置，也可以用于低壓大通徑防噴器代替使用。分流器主要由殼體、頂蓋、膠芯、活塞和油孔組成。分流系統(tǒng)組成和功用2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器24利用液壓防噴器控制系統(tǒng)提供高壓油可以密封方鉆桿、鉆桿、鉆桿接頭、鉆鋌、套管等各種形狀尺寸的管柱，同時(shí)分流放噴井內(nèi)液體。分流系統(tǒng)不是用來蹩壓的，而是按預(yù)先鋪設(shè)的分流管線將井內(nèi)液體從井場引至安全距離以外，使井內(nèi)液體回壓最低，以防井口和井眼承受高壓造成井口損壞，蹩漏井眼、地面而竄漏。利于井口、井眼及井場設(shè)備的安全。放噴閥的開與關(guān)和分流器膠芯的關(guān)與開是聯(lián)動(dòng)的。即防噴閥打開的同時(shí)膠芯隨即關(guān)閉，膠芯打開的同時(shí)放噴閥關(guān)閉。分流器的工作原理2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器25當(dāng)鉆遇高壓油氣層需分流放噴時(shí)，將遠(yuǎn)程控制臺(tái)換向閥手柄扳至“分流”位（即開放噴閥關(guān)分流器），高壓油從分流器殼體油口進(jìn)入活塞下部關(guān)閉腔，推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，迫使膠芯向中心運(yùn)動(dòng)，將膠芯擠向井口中心，抱緊鉆具封閉井口。井內(nèi)液體經(jīng)分流四通從分流防噴管線和全開閥引至井場下風(fēng)口的安全地方。當(dāng)需要打開井口時(shí)只需泄掉關(guān)閉腔油壓，同時(shí)打開分流器殼體油口處的手動(dòng)閥即可。這時(shí)關(guān)閉腔液壓油迅速流回油箱，活塞在自身重量的作用下落回起點(diǎn)，膠芯在自身彈力的作用下恢復(fù)原位，將井口打開。防噴分流系統(tǒng)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器26分流系統(tǒng)包括分流器、分流四通和分流管線。放噴閥的開與關(guān)和分流器膠芯的關(guān)與開是聯(lián)動(dòng)的。即防噴閥打開的同時(shí)膠芯隨即關(guān)閉，膠芯打開的同時(shí)放噴閥關(guān)閉防噴分流系統(tǒng)的構(gòu)成2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器27分流器可以是專用分流裝置，也可以用低壓大通徑防噴器代替使用。分流器主要由殼體、頂蓋、膠芯、淤塞和油孔組成。防噴分流系統(tǒng)特點(diǎn)2011井控培訓(xùn)課件井控裝置教案之-旋轉(zhuǎn)防噴器28油缸為單作用式:關(guān)閉動(dòng)作由液壓實(shí)現(xiàn)，打開動(dòng)作利用膠芯自身的彈性和活塞目重實(shí)現(xiàn)。各運(yùn)動(dòng)表面采取防腐措施，以防鉆井液及橡膠件的電化學(xué)腐蝕，從而提