井控设备在石油钻井施工过程中的应用
张哲 马文超 张伟 刘洪涛 马建兵
中图分类号：TE24 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2020）07-157-02
摘 要 石油资源在人们的生活中扮演重要角色，随着人们对石油资源需求量的不断增加，这也推动了石油钻井行业的发展。而在石油钻井中，由于其施工环境和条件具有显著的特殊性，对钻井施工造成了很大的难度，这就需要借助各种类型的井控设备来确保其施工的安全性和质量性。下面，本文就针对井控设备在石油钻井施工过程中的应用进行分析，希望对石油钻井施工提供一定的参考。
关键词 井控设备 石油钻井 施工过程 施工应用
石油钻井是石油资源生产中的重要环节，其对后续石油开采提供了基本条件。在石油钻井中，往往会发生诸多的安全事故和质量事故，为了实现石油钻井能够安全和高质施工，越来越多的井控设备逐渐得到了使用，并对石油钻井安全问题与质量问题实现了有效控制。在石油钻井的施工中，不同的井控设备具有不同的功能，而它们如何在石油钻井的施工中有效运用，就是本文主要研究的内容。
一、井控设备的概述
所谓井控，主要是在地层的压力大于钻井液的液柱压力状态时，及时对溢流发现，从而对井内压力控制，防止并对溢流排除，避免出现井喷，在出现井喷的失控事故后及时处理。而井控设备主要是实现油气井的压力控制所需一套的专用设备和工具、管汇、仪表等。在石油钻井中，常用的井控设备也有很多，比较常见的有井口装置、井控管汇、钻具内的防喷工具、井控的仪器仪表、钻井液的净化和灌注装置、专业的设备与工具等。其中井口装置又包括防喷器、套管头、四通和控制系统等；井控管汇主要有压井、节流、防喷等管汇；钻具内的防喷工具有方钻杆的上下旋塞和钻具的止回阀；井控的仪器仪表有液面的监测仪和综合性录井仪等；钻井液的净化和灌注装置主要有钻井液除气的装置、净化的系统、自动灌注的装置和密度增加装置等；专用的设备和工具主要有自封头、旋转头、清障工具、不压井的起下装置和灭火的设备等[1]。
二、井控设备的功用
在石油钻井施工中，于正常的钻进施工、起下钻或者其它的停钻环节中，井控设备能够对井喷、溢流等及时准确实施监测与预报；当在出现井喷、溢流或者井涌的情况时，井控设备能够快速有效对井口实施控制，对井简内钻井的液、气、油和水等流体的释放实施控制，并且还能够及时泵入相应高密度的钻井液实现压井效果，对井底的压力平衡性实现有效恢复、重建；当出现井喷、井喷的失控或者着火的情況时，井控设备能够对复杂事故处理提供良好的条件，如灭火、抢险等作业处理；通过相应的井控设备能够在不压井或者关井的情况下，实现管柱的起下和固井操作，并能够实现堵、漏等一些特殊作用条件下的井喷情况控制[2]。
三、井控设备在石油钻井施工过程中的应用
（一）液压防喷器的运用
想要确保石油钻井能够安全和高效进行，需要对井控设备合理选用。在对液压防喷器选用中，要对压力的级别、组合的形式、通径的尺寸和控制系统内控制的点数等综合考虑。在对液压防喷器的组合中，要对井的类型、地层的压力、地层的流体、套管的尺寸、人员的技术水平、工艺的技术标准、气候因素、交通因素和物资供应的状况等全面分析，要确保能够实现平衡性钻井，实现钻井的安全性和钻井费用的节省性。
对液压防喷器选用中，常用的型号有单闸板、双闸板、三闸板和环形等防喷器型号。其中闸板的防喷器在使用中，在井内存在钻具时，则可以用和钻具的尺寸适应性半封闸板对井口的环形空间实施封闭；在井内没有钻具时，就可以通过全封闸板对井口实施全封处理；在井内存在钻具要把钻具剪断且对井口全封时，则可以借助剪切闸板对钻具迅速剪切并对井口全封；一些闸板的防喷器使用中，其闸板能够承重，可以进行钻具的悬挂；在闸板的防喷器壳体上存在侧孔，通过侧孔能够和管线连接，对节流管汇代替，可以对钻井液循环或者放喷处理[3]。
此防喷器的闸板具有着显著的特点，首先，它能够发挥井压助封的作用。在关井的动作中，在闸板的前部存在井压而产生阻力，同时后部也存在井压，此时推力和阻力是不相等的，若对关井过程内各种的摩擦损耗不考虑，只要其油缸的活塞上所受液压油作用力大于等量的井压，则活塞就能够把闸板向井眼中心推动。其次，闸板具有自动清沙的功能。在闸板室的底部位置，存在两条朝井眼呈现倾斜性的清砂槽，在闸板开关发生动作时，则闸板室的底部所遗留的泥砂就会被闸板向清砂槽内排入并会滑落到井内。再次，闸板还能够实现自动对中。对半封闸板使用时，在闸板压块前方位置，存在突出性导向块和凹槽，在闸板朝井眼中心发生运动时，则导向块就会迫使钻具维持居中状态，并实现顺利地关井。最后，闸板还具有浮动与自进式的密封作用，闸板的总成和壳体放置的闸板体腔存在一定间隙，则闸板就能够在壳体腔内可以上下地浮动，而平时闸板的上部胶芯和顶部的密封面是不接触的，在闸板的关井时，其闸板室的底部支承筋与顶部的密封面均存在渐缓的斜坡，则能在闸板到密封的部位前，保证闸板和壳体间存在充分的间隙；在密封时，闸板的前端橡胶先和钻具发生接触，在活塞的推力作用下，对钻具实现封紧[4]。
（二）控制系统的运用
此系统在平时主要对液压油实施制备与储存，在需要时对防喷器的开关进行控制。在控制系统中，主要包括遥控装置、蓄能器的装置、连接管汇和辅助性遥控的装置等组成，且此系统按照换向阀的先导方式，往往可以分作液控液型、气控液型和电控液型，本文以气控液型控制系统为例进行说明。此系统具有显著的特点，它使用电力泵与气动泵量两种不同动力源，蓄能器是多个柱形的，具有较大的容量；一些系统还配备有氮气备用的系统，且还具有油箱加热的装置、压力补偿的装置等。此系统内，主要包括远程的控制台和司钻的控制台，通过遥控装置对井口位置防喷器开和关实施控制。在关井操作中，左手对气源总阀手柄搬动，让其处在开位状态，用右手对相应三位四通的气阀手柄搬动，让其处在关位的状态。在开井的操作中，用左手对气源总阀手柄搬动，让其处在开位状态，用右手对相应三位四通的气阀手柄搬动，也让其处在开位状态。
（三）节流和压井管汇
在井涌关井之后，借助节流阀的不同启闭程度，对一定套管的压力实施控制，就能够对稳定性井底压力控制，防止地层流体流入到井内。在不能借助钻具正常实现循环时，则可以借助压井管汇朝井中泵入一定钻井液，对井底压力的平衡实现恢复与重建。要求井场内所装的节流的压井管汇压力的等级一定要和井口的防喷器组保持一致性，一般管汇压力的等级选定按照最后一次的开钻中井口的防喷器组压力等级当作基准，防止因为井口的防喷器组内压力等级变化而对管汇频繁换装。在节流管汇中，平板阀和节流阀是重要的部分，平板阀仅仅具有断流功能而不能实现节流，无法处在半开或者半关的位置，但用手轮在开关到位后，一定要回旋有1/4到1/2圈；而节流阀在开关中，要看套压而定，大就开，小就关[5]。
在压井管汇中，主要的作用是强行灌注重泥井，实现压井效果；在发生井喷时候，还能够强行灌注清水，防止出现燃烧起火现象，另外，在井喷着火的时候，还能够强行灌注灭火器，具有协助灭火的功能。
（四）智能化井控系统
在智能化井控系统中，主要包括节流管汇、电液的控制箱、工控机和其控制监测的软件三大部分。通过节流管汇部位传感器把所检测各类的信号在工控机显示屏上汇总和呈现，其信号内容的参数十分丰富，包括节流阀的降压、排量等，相关控制的信号先于电液的控制箱内实施转化，后进行发送，从而对液动的节流阀实施掌握，且随时按照需要对液动的节流阀开度控制，让井内的压力能够在所给定压力值的范围内变动，确保施工作业的顺利完成。通过多项的控制系统共同结合为智能化井控的系统，在使用中可以按照不同场合需求和系統特点合理选用，如在陆地区域钻井施工，则可选用气控、液控系统的组合，具有很好的控制效果。
（五）发声的检测仪与欠平衡的状态处理
因为钻井的各项设备往往需要长期和连续性使用，这就会使其不可避免存在内部的缺陷情况，若没有及时对其缺陷处理或实施有损的探测，就会对设备使用的寿命产生影响，还会导致安全事故和质量事故的发生。而通过发声的检测仪以及无伤性检测的技术，由于此类技术和设备具有很好的敏感性和准确性，能够对设备内存在的问题或者缺陷实现有效和及时掌握，如在井控的防喷器的厚壁探伤检测中，就能更准确掌握其内部结构的状态，便于对设备及时处理，确保它们具有良好的状态[6]。另外，在钻井施工中往往还会遇到欠平衡的钻井，此种情况主要是在相应情况下导致环空内的泥浆高度超过钻杆内的泥浆高度，或者钻杆的压力比地层压力低，而导致井底的流体朝上涌，如连接单根的操作时，会出现此种情况，会导致一些不必要损失的发生，为了防止此类情况的出现，可在钻杆其上底部的钻具组合中进行钻杆阀的安装。
综上所述，在石油钻井的施工过程中，使用到大量的井控设备，且随着科技技术的发展，井控设备的类型越来越多，设备技术也是越来越高。这些设备对石油钻井施工发挥着中要的作用，为石油钻井的高质和安全施工提供了保障，为了确保这些设备效果的充分发挥，就需要在积极引进井控设备的同时，还需要做好对使用和管理要点的掌握，为石油钻井施工提供支持。
参考文献：
[1]赵永刚.钻井施工中树立"大井控"意识的重要性[J].石化技术，2017，24（12）：229-229.
[2]李如强，袁金雷.石油钻井井控设备应用现状与改进对策[J].云南化工，2018，045（003）：229-229.
[3]宋卫兵，林果，刘焕臻，等.钻井施工过程中的井控技术措施[J].化工设计通讯，2018，44（01）：218-218.
[4]史洪旺.关于钻井井控设备管理的研究与应用[J].农村科学实验，2017（10）：69-69.
[5]杜建勇.研究石油钻井井控设备的应用现状与改进对策[J].中国石油和化工标准与质量，2019（9）：74.
[6]许丰平，刘宝军.石油钻井井控工艺技术措施探讨[J].云南化工，2018，45（03）：136.
