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石油机械防喷器工作原理及技术

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石油机械防喷器工作原理及技术

发布日期:2018-04-18 作者: 点击:

石油机械

深水钻井是勘探开发的龙头.而深水石油机械防喷器组是保证钻井作业安全最关键的设备。深水钻井过程中石油机械防喷器安装在高压井口头上.当井内油、气,水的压力超过钻井液形成的液柱压力时,可将井口封闭以防止井喷。从钻杆内压入重泥浆时.可替换出受气侵的泥浆,增加井内液柱压力,以压住高压油气。深水石油机械防喷器组及控制系统集机械、电子、液压等多项技术于一体,技术含量高,产品附加值高。目前深水石油机械防喷器组及其控制系统的生产制造技术主要被少数外国公司所垄断。

同时,石油机械防喷器的操作不当或者失效将导致严重井喷事故,201 0年4月,英国BP公司租用的深水地平线号钻井平台在墨西哥湾Macondo区块作业时发生井喷失控事故的主要原因是由于在石油机械防喷器闸板间存在一段钻杆,导致剪切闸板(BSR)未能完全关闭和密封。

近几年,国内开展了不少关于深水石油机械防喷器方面的研究。截止目前,并未发现有文献对石油机械防喷器组配置的关键因素进行比鞍详细分析。本文在介绍石油机械防喷器组基本配置方法的基础上,开展石油机械防喷器配置关键因素分析.重点研究闸板数量与类型、石油机械防喷器感度、压力等级、节流压井管线.蓄能器能力以及辅助控制系统等的影响分析。相关参数与结论可为我国深水石油机械防喷器组的设计与应用提供参考。

深水石油机械防喷器组将全封和半封两种功能合为一体,具有结构简单,易操作,耐压高等特点,其作用是在发生井喷或者井涌时控制井口压力,在台风等紧急情况下悬挂钻柱、关闭井口,保证人员、设备安全,避免海洋环境污染和油气资源破坏。

深水石油机械防喷器按功能分为闸板石油机械防喷器。万能(环形)石油机械防喷器和旋转石油机械防喷器。闸板石油机械防喷器包括闸板全封式和半封式,全封式石油机械防喷器可以封住整个井口,半封式封住有钻杆存在时的井口环形断面;万能石油机械防喷器可在紧急情况下启动,可处理任何尺寸的钻具和空井;旋转石油机械防喷器可实现边喷边钻作业。环形石油机械防喷器分为单环形石油机械防喷器和双环形石油机械防喷器.其中分别装有一个环形胶芯和两个环形胶芯。闸板石油机械防喷器分为单闸板石油机械防喷器、双闸板石油机械防喷器、三闸板石油机械防喷器,分别装有一副、两副和三副闸板,以密封不同管柱或空井。深水石油机械防喷器系统由表面控制系统,多路调制控制器连接电缆,连接软管以及水下部分组成,其中水下部分包括深水石油机械防喷器组(~般是由环形石油机械防喷器和闸板石油机械防喷器组合而成),蓄能器,水下控制箱等。

闸板石油机械防喷器主要由壳体、油缸.活塞、和闸板总成组成.安装时使用螺栓将石油机械防喷器底部的法兰与井口的套管头法兰连接在一起。闸板石油机械防喷器闸板总成有四种类型:盲板(全封闸板)、管子闸板、可变径芯子闸板和剪切闸板。石油机械防喷器的壳体是通用的,目前液压控制的闸板石油机械防喷器是国内外广泛采用的类型,其优点是:开关动作迅速,操作轻便省力,使用安全可靠,维修保养容易。当发生并喷或者井涌时,高压动力液进入左右的液缸关闭腔,推动活塞带动着闸板轴及闸板总成沿闸板室内导向筋限定的轨道分别向井口中心移动,实现封井。同理要实现石油机械防喷器的开启,需要将高压动力液引入左右液缸开启腔。

石油机械防喷器控制系统由平台发出控制信号,信号通过电缆传递到水下电磁阀操作其动作,从而打开相应的液压控制阀,将蓄能器中的高压动力液导入相应的石油机械防喷器关闭腔,使之在几秒钟之内关闭。控系系统在紧急情况下能将外部石油机械防喷器组与井口及时脱开,有效控制水下井口连接器、事故安全阀等,实现对水下石油机械防喷器组和地面设备准确.迅速的操作和控制。该系统主要由液压动力装置、主控制板.钻台控制板、遥控扳、液压管线绞盘,绞盘控制板.应急电池直流黾源.控制盒.地面及水下储能器组和若干梭阀组成。

石油机械防喷器产品主要有两种控制形式一液压控制和电液控制。液压控制系统成本低,工作可靠,防爆性能好,技术相对成熟,但响应时间比较长,目前多适用近距离和浅水钻井石油机械防喷器控制。电液控制采用电源及电气控制元件和电传感元件,先导控制时间短,从而缩短了石油机械防喷器开、关所需的时间,适合于远距离控制。

随着水深的增加,对石油机械防喷器组的要求也越来越高,石油机械防喷器高度变化会对下部结构造成影响.特别是在无导向绳作业的情况下,这就要保证与下部结构保留足够大的间隙。

目前,一些大型国际石油公司在深水作业中多采用声纳应急控制系统,主要包括地面声纳控制系统.水下声纳控制盒,备用电池和储能器,通过地面声纳遥控装置及水下声纳控制系统来实现对石油机械防喷器应急功能的控制。

完井工程与石油机械防喷器已经成为深水钻井安全保障的重要技术手段,也是石油工业走向深水的的基础。


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