三級井控搶裝防噴器技術及應用

劉英偉 孫長利 初德軍 陳宇同

摘? ?要：三級井控情況下，為控制高速噴出的井口流體，需在井口安裝防噴器，建立壓井通道，重新恢復對井的控制。通過法蘭或者卡瓦機構在套管上“生根”，依靠吊裝、扣裝和磨裝三種方式，完成防噴器的安裝，對陸地和海洋井噴搶險均有借鑒意義。

關鍵詞：防噴器? 搶險套管頭? 井噴? 三級井控? 壓井

中圖分類號：TE2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0048-02

Abstract：In the case of tertiary well control， blowout preventer should be installed at the wellhead to establish the kill channel and restore the control of the well in order to control the high-speed ejected downhole fluid. By "rooting" on the casing through flange or slip mechanism，blowout preventer can be installed from axial or circumferential direction， which can be used for reference in both onshore and offshore blowout.

Key Words： Blowout preventer; Emergency casing head; Well blowout; Tertiary well control; Kill operation

防噴器是井控設備中用于控制井口壓力的核心設備[1]。從1970—2009年，中石油發生的井噴失控案例共79起，其中由于防噴器失效引起的井噴失控為17起，占比21.5%，由于井口無防噴器引起的井噴失控為18起，占比22.8%[2]。近幾年來，國際上連續發生了2009年PTTEP澳大利亞平臺井噴事故、2010年BP墨西哥灣事故、2012年雪佛龍尼日利亞井噴平臺傾覆事故等重大海上鉆井事故[3]。關鍵原因均為防噴器無法對井噴流體形成有效控制。本文主要介紹，在井噴搶險作業時，為重新恢復對井的控制，如何快速有效安裝防噴器的關鍵技術及措施。

1? 制約壓井作業的關鍵因素

在不使用動態壓井的情況下，利用防噴器提供井口回壓，通過向井內泵入壓井液，實現對地層空隙壓力的平衡[4]，意味著壓井作業的成功，但是以下工況會制約壓井作業的實施：

（1）井口無防噴器。

違章操作，不按設計施工，地質資料誤差等因素，都可能導致溢流發生時，井口處于無防噴器狀態。

（2）井口設備壓力級別低。

異常高壓導致關井套壓超過最大允許關井壓力，井口設備壓力級別存在薄弱點，防噴器壓力級別選型或配置不當等因素，都會給實施壓井帶來障礙。

（3）井口防噴器功能失效。

閘板或膠芯刺漏，閘板尺寸與井內鉆具不匹配，鉆具不居中導致關井失敗，關井位置處于鉆具接頭等原因，會導致防噴器無法有效封閉環空。

2? 防噴器安裝的前提條件

2.1 井口有法蘭盤

如果井口留存有可用的法蘭面，盡量保留該法蘭面完好，配套能夠實現壓井液進出通道的鉆井四通，安裝防噴器。

2.2 光套管

在井口遭受損毀的情況下，力爭暴露出一定長度的套管段，優先利用抗內壓更高的技術套管作為最內層套管，安裝防噴器。為了防止關井后，井口防噴器被高速流體頂開，需要有裝置牢牢的將其固定在套管上，有諸多方法可以嘗試，如中國石油大學（華東）研制的鉆井井噴搶險裝置[6]，中國石油集團川慶鉆探工程有限公司研制的油氣井搶險套管頭[7]，或者利用倒扣閘板防噴器卡住套管本體[8]等工具和工藝。

3? 防噴器安裝方法

3.1 吊裝

在有井口底法蘭的情況下，將可固定鋼圈安裝在扣裝設備的底法蘭上，將合適直徑的鋼絲繩，一端固定在扣裝設備上，穿過井口法蘭螺栓孔，另一端通過拖拉設備加壓，利用滑輪導向，以“穿針引線”的方式，從井口上方切入井噴氣流，將搶險設備坐在井口法蘭上，緊固螺栓，完成吊裝作業。

在井口僅有光套管的情況下，可以利用分瓣式套管頭，或配有卡瓦的生根系統，預先在套管上形成法蘭面，再按照“穿針引線”的方式進行安裝作業。

3.2 扣裝

陸地井場在搶險作業前，常利用水力切割，長矛割炬，燃燒棒切割等方法，配合拖拉設備，清理出足夠的場地以滿足井口扣裝的作業需要。帶火作業條件下，要考慮消防車、水炮車、供水車、壓裂車、推土機、長臂桅桿等大型裝備聯合作業的場地需求。將新的防噴器從井噴流體上方一定高度，切入氣流，通過機械加壓完成下放、對中和緊螺栓作業。

海洋石油尤其是叢式井作業平臺，受甲板層間高度，井口間距，場地面積的制約，也可選擇使用鉸鏈式套管頭[9]，預先在事故井口上“生根”，配合鋼絲引導，通過翻轉的方式切入氣流，實現扣裝。

3.3 磨裝

利用事故井的法蘭面，安裝“生根”系統、軸套式支柱和絲杠式橫梁，將搶險防噴器起升后，從水平方向上切入井噴流體，配合軸套的上下移動，完成加壓下放。

4? 吊裝法在海上某井的應用

4.1 事故井基本情況

事故井為開發井，井口平臺為4×6槽口的叢式井，井間距2m×1.8m，井身結構為：609.6mm導管入泥50m+339.7mm套管下深715m+244.5mm套管下深2639m。自升式鉆井船在臨井進行鉆井作業，凌晨5：00在巡檢中發現本井244.5mm套管和339.7mm套管環空有流體溢出，現場未監測到可燃氣體和有毒有害氣體，涌出流體不含油花。現場立即上報鉆井總監，經研究決定：對正在作業井注水泥臨時封井后，移井架至事故井進行控制處置。

4.2 搶險準備

上報主管領導，基地成立應急指揮小組。現場鉆井平臺發出全船警告，停止熱工及電氣焊作業，組織鉆井平臺和生產平臺無關人員撤離。現場做好安全工作避免火災等次生災害發生，對懸臂梁下方重點液壓管線和電氣設備進行防護，以免沖蝕損壞。對正在作業井注水泥臨時封井，為移井架至事故井進行控制處置做準備。現場持續監測，確認泄漏物中的可燃氣體和有毒有害氣體含量。以人為本，確保在生產平臺及設備安全，防止次生災害發生，防止溢油事故發生。動員3條值班船分頭行動，2條將鉆井平臺作業無關人員，采油平臺駐守人員撤離，1條現場守護，人員撤離完成后，其中1條返回協助守護。協調船舶、直升機等資源全力支持，額外增派3條值班船，現場待命。生產平臺所有井全部關停。組織溢油處置材料，以備不時之需。啟動救援井設計。

4.3 回接防噴器作業

回接防噴器組合為：單閘板+鉆井四通+雙閘+萬能。作業方式為：穿針引線吊裝防噴器。用鉆臺下部的防噴器吊懸吊防噴器，將兩根鋼絲繩一段分別固定在回接防噴器組合上，另外兩端對稱穿過井口的21MPa套管頭螺栓孔，利用鉆井平臺現有的氣動絞車進行加壓牽引，以抵擋高速流體的沖擊作用。

現場在噴流水霧的保護下，實時監測可燃氣體和有毒有害氣體，進行回接作業。由于高速流體將鋼圈刺斷，第一次回接失敗。在第二次回接過程中，噴勢不斷加大，夜間能見度低，操作困難，回接失敗。后現場制作膠皮墊，并將鋼圈粘接在防噴器底法蘭處，回接時由于導向螺栓被壓彎，更換導向螺栓再次嘗試，鋼圈損壞掉落，第三次回接失敗。重新制作膠皮墊、導向螺栓，粘貼鋼圈，固定膠皮墊，做第四次回接防噴器準備工作。加壓用的9.5mm鋼絲繩斷裂，第四次回接失敗。為便于觀察，將變壓法蘭調整為1.5m長變壓升高立管（21MPa×70MPa），完成粘貼鋼圈、安裝導向繩等準備工作后，進行第五次嘗試，由于鋼圈被沖蝕脫落，第五次回接失敗。現場進行鋼圈點焊、打磨，加工導向螺栓，更換19mm鋼絲繩等準備工作后，成功回接防噴器，隨轉入壓井作業。

5? 結語

（1）光套管工況，如何讓新井口在原套管上“生根”，決定這后期搶險作業的成敗;

（2）井噴搶險時，優先保護和利用好事故井套管頭法蘭，將為后期安裝防噴器創造有利條件;

（3）因時因地制宜，提前加工和儲備可固定鋼圈、導向卡箍等搶裝防噴器輔助工具，將能為搶險作業節省寶貴時間;

（4）由于海陸作業差異，應進一步加強井噴搶險裝置的適用性研究，提高搶險設備的通用性。

參考文獻

[1] 杜鋼，于洋飛，熊朝東，等.鉆井井噴失控因素分析及預防措施[J].中國安全生產科學技術，2014，10（2）：120-125.

[2] 楊慶理，金華，秦文貴，等.中國石油天然氣集團公司井噴事故案例匯編[M].北京：石油工業出版社，2006.

[3] 李迅科，殷志明，劉健，等.深水鉆井井噴失控水下應急封井回收系統[J].海洋工程裝備與技術，2014，1（1）：25-29.

[4] 董星亮，曹式敬，唐海雄，等.海洋鉆井手冊[M].北京： 石油工業出版社，2011.

[5] 魏鳳勇，賈建貞，牛建新，等.油氣井井噴著火搶險做法 ：6滅火后的井噴處理：SY/T 6203-2014[S].北京：石油工業出版社，2015.

[6] 牛文杰，鄭士坡，徐國慧，等. 鉆井作業井噴搶險裝置設計[J]. 石油鉆采工藝，2017，39（6）：707-712.

[7] 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工藝技術研究院.油氣井搶險套管頭： CN200830074769.3[P].2008-05-29.

[8] 潘仁杰，王占珂.克75井井噴著火搶險技術方案的形成與實施 [J]. 西部探礦工程，1993，5（2）：57-62.

[9] 中國海洋石油集團有限公司.一種用于扣裝防噴器組的鉸鏈式套管頭：ZL201820868289.2 [P].2018-06-06.

[10]牛文杰，綦耀升，王剛.34.5MPa套管頭完井工藝用井噴搶險裝置的研制[J].石油機械，2010，38（5）：76-78.