曹月臣

（大慶鉆探工程有限公司 鉆技二公司 ，吉林 松原138000）

旋轉(zhuǎn)防噴器是用于負(fù)壓作業(yè)（欠平衡作業(yè)）的井控裝置，它與其控制裝置配套使用，安裝在井口最上端，提供井筒環(huán)空與操作臺(tái)之間的封隔和有效的壓力控制，密封管柱；在所限定的井口壓力條件下允許管柱旋轉(zhuǎn)，實(shí)行帶壓鉆進(jìn)和部分完井作業(yè)，并引導(dǎo)環(huán)空流體進(jìn)入地面控制系統(tǒng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)欠平衡作業(yè)［1－3］。

在作業(yè)過(guò)程中，為避免井中的液柱壓力過(guò)高以致將油氣層壓死或污染，常采取降低流體密度的措施，使液柱壓力略低于地層壓力，保持井底輕度溢流，這時(shí)井口必須安裝旋轉(zhuǎn)防噴器，利用旋轉(zhuǎn)防噴器封住井口環(huán)形空間，同時(shí)保持管柱的旋轉(zhuǎn)作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器也可用于特殊修井作業(yè)。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成

旋轉(zhuǎn)環(huán)形防噴器（PCWD）包括旋轉(zhuǎn)防噴器主機(jī)、液壓控制單元（液壓泵站）、司鉆控制臺(tái)、安裝連接附件4大主要部件，如圖1所示。

1） 旋轉(zhuǎn)環(huán)形防噴器主機(jī)（RSBOP）主要由上殼體、下殼體、上襯套、下襯套、球形密封膠芯、活塞總成、旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封、軸承等組成，如圖2所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)萬(wàn)能防噴器（PCWD）總成

圖2 旋轉(zhuǎn)萬(wàn)能防噴器主機(jī)（RSBOP）

2） 液壓控制單元（液壓泵站）主要由儲(chǔ)能器、電機(jī)啟動(dòng)接線箱、儀表盤、可編程序邏輯控制器接線箱、油箱等組成。

3） 司鉆控制盤 主要由顯示器、報(bào)警器、開關(guān)等組成。

4） 安裝連接部件 主要由井筒壓力傳感器、緩沖器、液壓連接軟管和電纜組成（如圖3所示）。

圖3 安裝連接部件

1.2 工作原理

旋轉(zhuǎn)防噴器的主要作用是密封住鉆柱與井口裝置的環(huán)形空間，使鉆井液能按預(yù)定的出口流出。在欠平衡鉆進(jìn)或起下鉆的過(guò)程中，通過(guò)PCWD系統(tǒng)泵站的控制，使旋轉(zhuǎn)防噴器處于關(guān)閉狀態(tài)，球形膠芯收縮，封住了鉆柱與井口裝置的環(huán)形空間，使鉆井液不能從井口環(huán)隙噴出。泵站上的PLC將會(huì)自動(dòng)地調(diào)節(jié)關(guān)閉壓力，使之比井眼傳感器測(cè)量的壓力至少高出設(shè)定的壓力。由于球形膠芯產(chǎn)生摩擦力，可以通過(guò)方鉆桿或鉆桿來(lái)傳動(dòng)內(nèi)部總成而不需要使用專門的驅(qū)動(dòng)裝置。一旦壓力異常，立即轉(zhuǎn)換到靜態(tài)工況，可實(shí)現(xiàn)密封35MPa（5 000psi）壓力。

2 主要技術(shù)參數(shù)

最大井口靜壓力 35MPa（5 000psi）

最大井口動(dòng)壓力 21MPa（3 000psi）

通徑尺寸 ?279.4mm（11英寸）

最大轉(zhuǎn)速 200r／min（在14MPa條件下）

100r／min（在21MPa條件下）

頂部連接279.4mm（11英寸）法蘭或雙頭螺栓

最大外徑 ?1 320.8mm（52英寸）

最大高度1 079.5mm（42.5英寸）（雙頭螺栓式）

質(zhì)量 6.803kg（15 000lb）

電源 380V／50Hz或460V／60Hz

設(shè)計(jì)環(huán)境溫度 －20～＋60℃

防噴器井筒材料 抗H2S

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) API 16A

第三者認(rèn)證

DNV證書或ABS證書（根據(jù)用戶要求而定）

3 性能特點(diǎn)［4］

1） ?279.4mm（11英寸）通徑可使各種鉆頭及井下工具通過(guò)，而不需任何拆裝工作。

2） 密封膠芯可密封任何截面形狀的鉆柱（包括四方鉆桿）。

3） 不需要方鉆桿驅(qū)動(dòng)器即可正常鉆進(jìn)。

4） 該旋轉(zhuǎn)防噴器具有常規(guī)萬(wàn)能防噴器的性能，可代替萬(wàn)能防噴器使用。

5） 該旋轉(zhuǎn)防噴器可以和頂部驅(qū)動(dòng)配合使用。

6） 密封膠芯可開口，在更換膠芯時(shí)可把鉆柱留在井中，大量節(jié)省了換膠芯時(shí)間。

7） PCWD為主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)防噴器。在鉆井過(guò)程中，它可以自動(dòng)補(bǔ)充密封膠芯的橡膠量，從而保持良好的密封性能。

8） 液壓系統(tǒng)的壓力始終大于井筒壓力，以保證井筒中的鉆井液不會(huì)侵入液壓系統(tǒng)。

9） 液壓系統(tǒng)的壓力可以人為地調(diào)節(jié)，使設(shè)備達(dá)到最佳的密封及最小的膠芯磨損狀態(tài)。

10） 液壓系統(tǒng)的壓力可以自動(dòng)調(diào)節(jié)使動(dòng)密封兩側(cè)壓差最小，從而延長(zhǎng)動(dòng)密封的使用壽命。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在大慶鉆探海外工程技術(shù)服務(wù)中，旋轉(zhuǎn)環(huán)形防噴器得到了很好的應(yīng)用，順利實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井及完井，成功獲得高產(chǎn)油氣流。

4.1 啟動(dòng)過(guò)程

1） 將主電路的開關(guān)扳到開位，啟動(dòng)液壓泵站的M1、M2、M3和M4電動(dòng)機(jī)。加熱器的開關(guān)扳至自動(dòng)位置，該位置在MCC（電機(jī)中心控制盤）上的標(biāo)識(shí)為AUTO。

2） 將MCC上的預(yù)置次序按紐按下，以確保油溫在運(yùn)轉(zhuǎn)主泵和蓄能器之前達(dá)到正常狀態(tài)。在該狀態(tài)完成之前，指示燈不停閃動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)確定完成以后，指示燈便停止閃動(dòng)。

3） 使控制閥在控制盤上處于開／關(guān)模式，此時(shí)RSBOP為打開狀態(tài)。

4） 在司鉆控制盤上按打開按鈕。

5） 主蓄能器瓶壓力將升至38.5MPa（5 500 psi），然后泵自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。前導(dǎo)蓄能器瓶壓力將升至10.5MPa（1 500psi），泵自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。主控制泵啟動(dòng)開始循環(huán)，循環(huán)路線是油液從打開線路進(jìn)入RSBOP，從關(guān)閉線路回油箱。按增壓按鈕設(shè)置打開壓力到7MPa（1 000psi），檢查有無(wú)泄漏，如果有泄漏，卸壓維修。

6） 將司鉆控制盤上的空檔／正常開關(guān)旋至空檔位，測(cè)試泵在系統(tǒng)空載下的運(yùn)行情況。控制壓力在1.75MPa（250psi）以下。然后將開關(guān)旋至正常檔位，控制壓力升回至7MPa（1 000psi）。

7） 將一柱鉆桿下入井內(nèi)，在司鉆控制臺(tái)上按下關(guān)閉按鈕，將壓力設(shè)置到8.4MPa（1 200psi），然后通過(guò)按增壓按鈕，檢查泵站和關(guān)閉管線是否泄漏，如果有泄漏，卸壓維修。

8） 將手動(dòng)泵接到泵站上的井筒壓力測(cè)試口，升壓至21MPa（3 000psi）穩(wěn)壓，將控制壓力升至29.4MPa（4 200psi），壓差始終保持在8.4 MPa（1 200psi）。

9） 通過(guò)按降壓按鈕來(lái)檢查控制壓力的降壓功能，將壓差降到5.6MPa（800psi），控制壓力將降到26.4MPa（3 800psi）。

10） 將手動(dòng)試壓泵的壓力泄掉，控制壓力降到5.6MPa（800psi）。

11） 在司鉆控制臺(tái)上，按下靜態(tài)按鈕，泵站上的打開和關(guān)閉壓力表的表壓應(yīng)增至38.5MPa（5 500psi），檢查打開和關(guān)閉管線是否泄漏，如有泄漏，卸壓維修。

12） 在司鉆控制臺(tái)上，按關(guān)閉按鈕，20s后再打開按鈕。

13） 從井筒壓力測(cè)試口卸下手動(dòng)泵，同時(shí)給測(cè)試口安裝保護(hù)帽。

4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)操作

1） 按鉆井工程設(shè)計(jì)要求的鉆具結(jié)構(gòu)組合下入井內(nèi)。

2） 按關(guān)閉按鈕，使膠芯緊緊抱住鉆桿。

3） 調(diào)節(jié)壓差，壓差調(diào)節(jié)范圍為0.7～7.0MPa（100～1 000psi），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并考慮到膠芯的使用壽命，一般設(shè)定壓差為2.8～4.2MPa（400～600psi）較合適。

4） 正常鉆進(jìn)，此時(shí)各崗位操作員及監(jiān)督員不能離開自己的崗位，時(shí)刻監(jiān)視司鉆控制臺(tái)上的顯示器、泵站上的顯示器和液動(dòng)節(jié)流閥控制臺(tái)上的顯示器的各種數(shù)據(jù)變化，監(jiān)視有關(guān)設(shè)備的工作情況。出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系、及時(shí)處理，出現(xiàn)較大問(wèn)題時(shí)及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人匯報(bào)。

5） 起下鉆時(shí)，RSBOP必須處于關(guān)閉狀態(tài)?？刂破鹣裸@的速度，潤(rùn)滑鉆桿，詳細(xì)記錄起下鉆的次數(shù)和根數(shù)，記錄鉆桿接頭數(shù)和實(shí)際經(jīng)過(guò)膠芯的鉆桿總長(zhǎng)度，定期檢查膠芯的密封情況和磨損情況。在發(fā)生任何一種情況時(shí)都要更換膠芯。

5 結(jié)語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)萬(wàn)能防噴器是欠平衡鉆井的關(guān)鍵設(shè)備，采用主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)密封設(shè)計(jì)，很好地解決了欠平衡鉆井作業(yè)和帶壓作業(yè)中存在的難題。其設(shè)計(jì)符合API相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和使用性能在同類產(chǎn)品中均處于領(lǐng)先水平。經(jīng)多年的現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，其性能卓越、安全可靠。

［1］ 顧和元，蘇尚文，劉增凱，等.FHZ28-105型環(huán)形防噴器膠芯研制［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（12）：7-10.

［2］ 胡 霄，翟桂新，胡慧婷，等.補(bǔ)償式多用途環(huán)形防噴器的研制［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2013，42（3）：91-93.

［3］ 孟慶榮，鄭傳周，翟桂新，等.FZ54-35型雙閘板防噴器殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（1）：63-66.

［4］ 黃 巍.大牛地氣田氮?dú)馀菽菲胶馑姐@井工藝研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2010.