井控設備在石油鉆井施工過程中的應用

張哲 馬文超 張偉 劉洪濤 馬建兵

中圖分類號：TE24 文獻標識：A 文章編號：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，隨著人們對石油資源需求量的不斷增加，這也推動了石油鉆井行業的發展。而在石油鉆井中，由于其施工環境和條件具有顯著的特殊性，對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備來確保其施工的安全性和質量性。下面，本文就針對井控設備在石油鉆井施工過程中的應用進行分析，希望對石油鉆井施工提供一定的參考。

關鍵詞 井控設備 石油鉆井 施工過程 施工應用

石油鉆井是石油資源生產中的重要環節，其對后續石油開采提供了基本條件。在石油鉆井中，往往會發生諸多的安全事故和質量事故，為了實現石油鉆井能夠安全和高質施工，越來越多的井控設備逐漸得到了使用，并對石油鉆井安全問題與質量問題實現了有效控制。在石油鉆井的施工中，不同的井控設備具有不同的功能，而它們如何在石油鉆井的施工中有效運用，就是本文主要研究的內容。

一、井控設備的概述

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時，及時對溢流發現，從而對井內壓力控制，防止并對溢流排除，避免出現井噴，在出現井噴的失控事故后及時處理。而井控設備主要是實現油氣井的壓力控制所需一套的專用設備和工具、管匯、儀表等。在石油鉆井中，常用的井控設備也有很多，比較常見的有井口裝置、井控管匯、鉆具內的防噴工具、井控的儀器儀表、鉆井液的凈化和灌注裝置、專業的設備與工具等。其中井口裝置又包括防噴器、套管頭、四通和控制系統等；井控管匯主要有壓井、節流、防噴等管匯；鉆具內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測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、自動灌注的裝置和密度增加裝置等；專用的設備和工具主要有自封頭、旋轉頭、清障工具、不壓井的起下裝置和滅火的設備等[1]。

二、井控設備的功用

在石油鉆井施工中，于正常的鉆進施工、起下鉆或者其它的停鉆環節中，井控設備能夠對井噴、溢流等及時準確實施監測與預報；當在出現井噴、溢流或者井涌的情況時，井控設備能夠快速有效對井口實施控制，對井簡內鉆井的液、氣、油和水等流體的釋放實施控制，并且還能夠及時泵入相應高密度的鉆井液實現壓井效果，對井底的壓力平衡性實現有效恢復、重建；當出現井噴、井噴的失控或者著火的情況時，井控設備能夠對復雜事故處理提供良好的條件，如滅火、搶險等作業處理；通過相應的井控設備能夠在不壓井或者關井的情況下，實現管柱的起下和固井操作，并能夠實現堵、漏等一些特殊作用條件下的井噴情況控制[2]。

三、井控設備在石油鉆井施工過程中的應用

（一）液壓防噴器的運用

想要確保石油鉆井能夠安全和高效進行，需要對井控設備合理選用。在對液壓防噴器選用中，要對壓力的級別、組合的形式、通徑的尺寸和控制系統內控制的點數等綜合考慮。在對液壓防噴器的組合中，要對井的類型、地層的壓力、地層的流體、套管的尺寸、人員的技術水平、工藝的技術標準、氣候因素、交通因素和物資供應的狀況等全面分析，要確保能夠實現平衡性鉆井，實現鉆井的安全性和鉆井費用的節省性。

對液壓防噴器選用中，常用的型號有單閘板、雙閘板、三閘板和環形等防噴器型號。其中閘板的防噴器在使用中，在井內存在鉆具時，則可以用和鉆具的尺寸適應性半封閘板對井口的環形空間實施封閉；在井內沒有鉆具時，就可以通過全封閘板對井口實施全封處理；在井內存在鉆具要把鉆具剪斷且對井口全封時，則可以借助剪切閘板對鉆具迅速剪切并對井口全封；一些閘板的防噴器使用中，其閘板能夠承重，可以進行鉆具的懸掛；在閘板的防噴器殼體上存在側孔，通過側孔能夠和管線連接，對節流管匯代替，可以對鉆井液循環或者放噴處理[3]。

此防噴器的閘板具有著顯著的特點，首先，它能夠發揮井壓助封的作用。在關井的動作中，在閘板的前部存在井壓而產生阻力，同時后部也存在井壓，此時推力和阻力是不相等的，若對關井過程內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。其次，閘板具有自動清沙的功能。在閘板室的底部位置，存在兩條朝井眼呈現傾斜性的清砂槽，在閘板開關發生動作時，則閘板室的底部所遺留的泥砂就會被閘板向清砂槽內排入并會滑落到井內。再次，閘板還能夠實現自動對中。對半封閘板使用時，在閘板壓塊前方位置，存在突出性導向塊和凹槽，在閘板朝井眼中心發生運動時，則導向塊就會迫使鉆具維持居中狀態，并實現順利地關井。最后，閘板還具有浮動與自進式的密封作用，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可以上下地浮動，而平時閘板的上部膠芯和頂部的密封面是不接觸的，在閘板的關井時，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，閘板的前端橡膠先和鉆具發生接觸，在活塞的推力作用下，對鉆具實現封緊[4]。

（二）控制系統的運用

此系統在平時主要對液壓油實施制備與儲存，在需要時對防噴器的開關進行控制。在控制系統中，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，且此系統按照換向閥的先導方式，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為例進行說明。此系統具有顯著的特點，它使用電力泵與氣動泵量兩種不同動力源，蓄能器是多個柱形的，具有較大的容量；一些系統還配備有氮氣備用的系統，且還具有油箱加熱的裝置、壓力補償的裝置等。此系統內，主要包括遠程的控制臺和司鉆的控制臺，通過遙控裝置對井口位置防噴器開和關實施控制。在關井操作中，左手對氣源總閥手柄搬動，讓其處在開位狀態，用右手對相應三位四通的氣閥手柄搬動，讓其處在關位的狀態。在開井的操作中，用左手對氣源總閥手柄搬動，讓其處在開位狀態，用右手對相應三位四通的氣閥手柄搬動，也讓其處在開位狀態。

（三）節流和壓井管匯

在井涌關井之后，借助節流閥的不同啟閉程度，對一定套管的壓力實施控制，就能夠對穩定性井底壓力控制，防止地層流體流入到井內。在不能借助鉆具正常實現循環時，則可以借助壓井管匯朝井中泵入一定鉆井液，對井底壓力的平衡實現恢復與重建。要求井場內所裝的節流的壓井管匯壓力的等級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選定按照最后一次的開鉆中井口的防噴器組壓力等級當作基準，防止因為井口的防噴器組內壓力等級變化而對管匯頻繁換裝。在節流管匯中，平板閥和節流閥是重要的部分，平板閥僅僅具有斷流功能而不能實現節流，無法處在半開或者半關的位置，但用手輪在開關到位后，一定要回旋有1/4到1/2圈；而節流閥在開關中，要看套壓而定，大就開，小就關[5]。

在壓井管匯中，主要的作用是強行灌注重泥井，實現壓井效果；在發生井噴時候，還能夠強行灌注清水，防止出現燃燒起火現象，另外，在井噴著火的時候，還能夠強行灌注滅火器，具有協助滅火的功能。

（四）智能化井控系統

在智能化井控系統中，主要包括節流管匯、電液的控制箱、工控機和其控制監測的軟件三大部分。通過節流管匯部位傳感器把所檢測各類的信號在工控機顯示屏上匯總和呈現，其信號內容的參數十分豐富，包括節流閥的降壓、排量等，相關控制的信號先于電液的控制箱內實施轉化，后進行發送，從而對液動的節流閥實施掌握，且隨時按照需要對液動的節流閥開度控制，讓井內的壓力能夠在所給定壓力值的范圍內變動，確保施工作業的順利完成。通過多項的控制系統共同結合為智能化井控的系統，在使用中可以按照不同場合需求和系統特點合理選用，如在陸地區域鉆井施工，則可選用氣控、液控系統的組合，具有很好的控制效果。

（五）發聲的檢測儀與欠平衡的狀態處理

因為鉆井的各項設備往往需要長期和連續性使用，這就會使其不可避免存在內部的缺陷情況，若沒有及時對其缺陷處理或實施有損的探測，就會對設備使用的壽命產生影響，還會導致安全事故和質量事故的發生。而通過發聲的檢測儀以及無傷性檢測的技術，由于此類技術和設備具有很好的敏感性和準確性，能夠對設備內存在的問題或者缺陷實現有效和及時掌握，如在井控的防噴器的厚壁探傷檢測中，就能更準確掌握其內部結構的狀態，便于對設備及時處理，確保它們具有良好的狀態[6]。另外，在鉆井施工中往往還會遇到欠平衡的鉆井，此種情況主要是在相應情況下導致環空內的泥漿高度超過鉆桿內的泥漿高度，或者鉆桿的壓力比地層壓力低，而導致井底的流體朝上涌，如連接單根的操作時，會出現此種情況，會導致一些不必要損失的發生，為了防止此類情況的出現，可在鉆桿其上底部的鉆具組合中進行鉆桿閥的安裝。

綜上所述，在石油鉆井的施工過程中，使用到大量的井控設備，且隨著科技技術的發展，井控設備的類型越來越多，設備技術也是越來越高。這些設備對石油鉆井施工發揮著中要的作用，為石油鉆井的高質和安全施工提供了保障，為了確保這些設備效果的充分發揮，就需要在積極引進井控設備的同時，還需要做好對使用和管理要點的掌握，為石油鉆井施工提供支持。

參考文獻：

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

[2]李如強，袁金雷.石油鉆井井控設備應用現狀與改進對策[J].云南化工，2018，045（003）：229-229.

[3]宋衛兵，林果，劉煥臻，等.鉆井施工過程中的井控技術措施[J].化工設計通訊，2018，44（01）：218-218.

[4]史洪旺.關于鉆井井控設備管理的研究與應用[J].農村科學實驗，2017（10）：69-69.

[5]杜建勇.研究石油鉆井井控設備的應用現狀與改進對策[J].中國石油和化工標準與質量，2019（9）：74.

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