項(xiàng)目四　井下作業(yè)控制設(shè)備

井下作業(yè)控制設(shè)備是對(duì)油氣井實(shí)施壓力控制，對(duì)事故進(jìn)行預(yù)防、監(jiān)測(cè)、控制、處理的關(guān)鍵手段，是實(shí)現(xiàn)安全井下作業(yè)的可靠保證。通過(guò)井下作業(yè)控制設(shè)備可以做到在井內(nèi)帶壓的情況下，完成起下管柱的作業(yè)，既可以減少對(duì)油氣層的損害，又可以保護(hù)套管，防止井噴和井噴失控，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。常規(guī)作業(yè)經(jīng)常使用手動(dòng)開(kāi)關(guān)的井口控制器；高壓井、氣井以及大修取套井施工時(shí)，要使用液（氣）動(dòng)和手動(dòng)雙重開(kāi)關(guān)的防噴器。

【知識(shí)目標(biāo)】

①了解井口控制裝置的組成。

②掌握封井器（防噴器）的作用。

③了解不壓井作業(yè)裝置的組成及其配置。

【技能目標(biāo)】

①熟練封井器的使用要求。

②清楚帶壓作業(yè)操作規(guī)程。

【背景知識(shí)】

一、井口控制裝置

常規(guī)作業(yè)使用的機(jī)械式井口控制裝置如圖1-4-1所示。按其工作原理可分為井口控制部分、加壓部分和油管密封部分。

井口控制部分由自封封井器、半封封井器、全封封井器、法蘭短節(jié)和連接法蘭組成。其作用是在不壓井起下作業(yè)時(shí)控制井口壓力，使作業(yè)施工安全順利地進(jìn)行。

1.自封封井器

（1）結(jié)構(gòu)和工作原理

自封封井器由殼體、壓蓋、壓環(huán)、密封圈、膠皮芯子和放壓絲堵組成，如圖1-4-2所示。它依靠井內(nèi)油套環(huán)空的壓力和膠皮芯子自身的伸縮力使膠皮芯子擴(kuò)張，起到密封油套環(huán)形空間的作用。井內(nèi)管柱和井下工具能順利通過(guò)自封芯子，最大通過(guò)直徑應(yīng)小于115mm。

（2）使用要求

通過(guò)自封封井器的下井工具，外徑應(yīng)小于115mm。通過(guò)較大直徑的下井工具時(shí)，可在自封的膠皮芯子上涂抹黃油。冬天使用時(shí)，應(yīng)用蒸汽加熱，以免拉壞膠皮芯子。

2.半封封井器

半封封井器是靠關(guān)閉閘板來(lái)密封油套環(huán)形空間的井口密封工具。

（1）結(jié)構(gòu)和工作原理

半封封井器由殼體、半封芯子總成、絲杠等組成，如圖1-4-3所示。其密封元件為兩個(gè)帶半封圓孔的膠皮芯子，它裝在半封芯子總成上，轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，可以帶動(dòng)半封芯子總成運(yùn)動(dòng)，完成開(kāi)關(guān)操作。

（2）使用要求

①芯子手把應(yīng)靈活，無(wú)卡阻現(xiàn)象，要求能夠保證全開(kāi)或全關(guān)。

②膠皮芯子無(wú)損壞、無(wú)缺陷，并隨時(shí)檢查，如有問(wèn)題及時(shí)更換。

③使用時(shí)不能使芯子關(guān)在油管接箍或封隔器等下井工具上，只能關(guān)在油管本體上。

④正常起下時(shí)，要保證處于全開(kāi)狀態(tài)。

⑤冬季施工時(shí)，應(yīng)用蒸汽加熱后再轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，以免半封內(nèi)結(jié)冰，拉脫絲杠。

⑥開(kāi)關(guān)半封時(shí)兩端開(kāi)關(guān)圈數(shù)應(yīng)一致。

3.全封封井器

全封封井器是用于起出管（鉆）柱后封閉井口的控制裝置。

（1）結(jié)構(gòu)與工作原理

全封封井器由殼體、閘板、絲杠等組成，如圖1-4-4所示。它的外形和工作原理與半封封井器基本相同。不同之處是閘板沒(méi)有半圓孔，兩塊閘板關(guān)緊可以密封井口。轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，可以開(kāi)井或關(guān)井。

（2）使用要求

①絲杠開(kāi)關(guān)靈活，無(wú)卡阻現(xiàn)象，全開(kāi)直徑應(yīng)大于178mm。

②冬季施工使用時(shí)應(yīng)加熱，以免凍結(jié)后拉脫絲杠。

二、帶壓作業(yè)裝置

（一）帶壓作業(yè)技術(shù)

帶壓作業(yè)是指利用特殊修井設(shè)備，在油、氣、水井井口帶壓的情況下，實(shí)施起下管桿、井筒修理及增產(chǎn)措施的井下作業(yè)技術(shù)。通過(guò)防噴器組控制油套環(huán)空壓力，堵塞器控制油管內(nèi)部壓力，然后通過(guò)對(duì)管柱施加外力克服井內(nèi)上頂力，從而完成帶壓起下管柱。

幾乎所有的油、氣、水層從勘探，開(kāi)發(fā)到后期的維護(hù)過(guò)程中都受到不同程度的傷害。如何避免或減小油氣層傷害，提高油氣水井壽命和產(chǎn)能一直是開(kāi)發(fā)技術(shù)人員努力的方向。帶壓作業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)真正意義上的油氣層保護(hù)提供了可能。

相對(duì)于油井來(lái)說(shuō)，帶壓作業(yè)較傳統(tǒng)井下作業(yè)，沒(méi)有外來(lái)流體入侵，油氣層就沒(méi)有外來(lái)固相、液相的傷害，不會(huì)產(chǎn)生新的層間矛盾，地層壓力系統(tǒng)不會(huì)受到破壞，不需要重新建立平衡，有利于油井修復(fù)后穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)水井作業(yè)，在不放噴、不放溢流的情況下帶壓作業(yè)，對(duì)單井而言不需要卸壓，同時(shí)解決了污水排放問(wèn)題，降低注水成本；對(duì)整個(gè)注采網(wǎng)來(lái)說(shuō)，對(duì)周邊受益井，注水站注入工作不影響，保持整個(gè)注采網(wǎng)絡(luò)地層壓力系統(tǒng)不受破壞，不需要再建壓力平衡，有利于提高注水實(shí)效。

（二）帶壓作業(yè)裝置

帶壓作業(yè)裝置根據(jù)作業(yè)井別不同而有所不同，但其核心部分包括三大系統(tǒng)，分別是井口密封系統(tǒng)、加壓動(dòng)力系統(tǒng)和附屬配套系統(tǒng)。

1.井口密封系統(tǒng)

井控密封系統(tǒng)主要由三閘板防噴器、單閘板防噴器、環(huán)形防噴器和升高短接等部分組成。其作用是在起下管柱過(guò)程中實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空密封。

（1）三閘板防噴器

三閘板防噴器（全封、半封、安全卡瓦）目前主要應(yīng)用型號(hào)為3FZ18-21和3FZ18-35，如圖1-4-5所示。

三閘板防噴器的下腔裝全封閘板，可以在井內(nèi)沒(méi)有管柱的情況下密封井內(nèi)壓力。

三閘板防噴器的中間裝半封閘板，根據(jù)井內(nèi)的油管直徑，配上相應(yīng)的半封閘板，可以在井內(nèi)有油管的情況下密封環(huán)形空間。

三閘板防噴器的上腔裝卡瓦閘板，卡瓦閘板不起密封作用，其閘板上裝的是卡瓦，配上相應(yīng)規(guī)格的卡瓦牙，可以在上部設(shè)備進(jìn)行檢修或更換配件時(shí)卡緊油管，防止油管竄出或掉入井內(nèi)。

（2）單閘板防噴器

單閘板防噴器（圖1-4-6）主要應(yīng)用型號(hào)為FZ18-21和FZ18-35，參與倒出接箍及井下工具，其閘板及密封膠件都用特種耐壓、耐磨材料制成，減小作業(yè)油管壓痕對(duì)前密封的損壞，保證閘板前密封具有一個(gè)合理的壽命。

（3）環(huán)形防噴器

環(huán)形防噴器（圖1-4-7）主要應(yīng)用型號(hào)為FH18-21和FH18-35。用于起下油管過(guò)程中密封油管及套管環(huán)空，確保井內(nèi)流體不噴出。環(huán)形防噴器動(dòng)密封均采用唇形結(jié)構(gòu)的密封圈，最大限度地降低了密封圈的磨損，密封可靠膠芯不易翻膠，有漏斗效應(yīng)。另外，井壓亦有助于密封作用。

（4）各種防噴器的組合形式

黑體開(kāi)始基本配置黑體結(jié)束　包括一臺(tái)三閘板防噴器、兩臺(tái)單閘板防噴器和一臺(tái)環(huán)形防噴器。可適用于井筒壓力35MPa以下的井的帶壓作業(yè)，如圖1-4-8所示。

黑體開(kāi)始高壓力配置黑體結(jié)束　如果壓力較高，或是井內(nèi)情況工具比較復(fù)雜，也可以增加一臺(tái)單閘板防噴器，變?yōu)橐慌_(tái)三閘板防噴器、三臺(tái)單閘板防噴器和一臺(tái)環(huán)形防噴器（圖1-4-9）。這種結(jié)構(gòu)方式適用于要進(jìn)行二次投堵的情況：一是投堵塞器不到位，需要二次投堵；二是對(duì)于起配水器以下的管柱。

黑體開(kāi)始低壓力配置黑體結(jié)束　如果井筒壓力較低，可以減少一臺(tái)單閘板防噴器，變?yōu)橐慌_(tái)三閘板防噴器、一臺(tái)單閘板防噴器和一臺(tái)環(huán)形防噴器的組合，如圖1-4-10所示。這種結(jié)構(gòu)適用于井筒壓力14MPa的井的帶壓作業(yè)。也可以將三閘板防噴器改為雙閘板防噴器，變?yōu)橐慌_(tái)雙閘板防噴器、一臺(tái)單閘板防噴器和一臺(tái)環(huán)形防噴器的組合。這樣可以降低設(shè)備的高度，適用于與井架較低的修井機(jī)配合進(jìn)行帶壓作業(yè)。

2.加壓動(dòng)力系統(tǒng)

加壓動(dòng)力系統(tǒng)主要由雙向雙作用液壓缸、上游動(dòng)卡瓦和下固定卡瓦等組成。用于油管自身重量小于井內(nèi)液體作用于油管的上頂力時(shí)，提放管柱，以保證安全起下。

（1）雙向雙作用液壓缸

雙向雙作用液壓缸即升降油缸（圖1-4-11），行程為3.5m左右，在固定卡瓦打開(kāi)時(shí)，通過(guò)游動(dòng)卡瓦咬住井內(nèi)管柱，操控液壓系統(tǒng)，在管柱重量小于井內(nèi)液壓的上頂力（浮力）時(shí)，實(shí)現(xiàn)井內(nèi)管柱的安全起下。當(dāng)管柱重量大于井內(nèi)液壓的上頂力時(shí)，停止使用升降液缸，用修井機(jī)大鉤起下油管。

（2）固定卡瓦和游動(dòng)卡瓦

固定卡瓦（圖1-4-12）在作業(yè)過(guò)程中主要用于卡住油管，阻止油管上竄。當(dāng)井內(nèi)壓力對(duì)油管上浮力小于井內(nèi)油管重量時(shí)，不用固定卡瓦而改用大鉤及吊卡，防止油管掉下去。

游動(dòng)卡瓦是在井內(nèi)管柱的重量小于井內(nèi)壓力對(duì)油管的上浮力時(shí)，用游動(dòng)卡瓦卡住油管，隨著升降油缸上升或下降從而提出或壓入油管。當(dāng)井內(nèi)管柱重量大于井內(nèi)壓力對(duì)油管的上浮力時(shí)，油缸及游動(dòng)卡瓦停用，改用大鉤及吊卡。

（3）橫梁

橫梁的作用是承受作業(yè)過(guò)程中的作用力，并且將整套系統(tǒng)連接并固定成一體，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。包括游動(dòng)橫梁、上橫梁、中橫梁、下橫梁。

游動(dòng)橫梁下面安裝的是游動(dòng)卡瓦，上面可以安裝重力卡瓦或是吊卡。它的兩端分別與升降液缸的活塞桿相連，在作業(yè)過(guò)程中帶到游動(dòng)卡瓦一起運(yùn)動(dòng)，主要是承受游動(dòng)卡瓦和升降液缸的作用力。

上橫梁和中橫梁的主要作用是將升降液缸和中間的防噴器組連接在一起，保證裝置的穩(wěn)定性。上橫梁卡在溢流筒和升降液缸上，中橫梁卡在短節(jié)和升降液缸上。它們的兩邊是合頁(yè)形式的卡子，可以轉(zhuǎn)過(guò)100°的角度，卡在升降液缸上。下橫梁兩邊與升降液缸的下部相連，中間卡在下橫梁座上，下橫梁座下部連接三閘板防噴器，上面連接特種單閘板防噴器。

3.附屬配套系統(tǒng)

附屬配套系統(tǒng)主要由液壓控制系統(tǒng)、油管堵塞器、雙向閥、卸油箱、工作平臺(tái)等組成。

（1）液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)由液控操作臺(tái)、蓄能器系統(tǒng)及聯(lián)結(jié)軟管等組成。

液控操作臺(tái)（圖1-4-13）實(shí)現(xiàn)對(duì)井口封井器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作及升降油缸的上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可分別調(diào)整各封井器系統(tǒng)液壓，使各封井器在最佳工作壓力工作，延長(zhǎng)各部位工作壽命。蓄能器系統(tǒng)能儲(chǔ)存一定的壓能，在作業(yè)機(jī)或液壓泵出現(xiàn)故障時(shí)，靠?jī)?chǔ)存能量實(shí)現(xiàn)液壓快速關(guān)井，提高帶壓作業(yè)的安全系數(shù)。聯(lián)結(jié)軟管為高壓軟管，和蓄能器、液控操作臺(tái)聯(lián)結(jié)，傳遞液壓能量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制液壓缸和井控裝備。

（2）油管堵塞器

最近幾年，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)有針對(duì)性地研發(fā)了系列油管堵塞器和配件堵塞器以及其他堵井工藝，有效地解決了帶壓作業(yè)技術(shù)中油管內(nèi)部堵塞的核心問(wèn)題。

FXY211-50油管堵塞器（圖1-4-14）主要由鋼體、卡瓦、密封膠筒、密封膠皮組成，工作原理：油管堵塞器靠水泥車(chē)打壓，將油管堵塞器推送至設(shè)計(jì)位置，停泵后油管堵塞器在地層壓力的推動(dòng)下向上運(yùn)行，至油管接箍處時(shí)卡瓦牙卡在油管之間的縫隙處，不能運(yùn)行。但堵塞器的本體繼續(xù)運(yùn)行，安全剪釘斷，密封膠筒受壓擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)油管內(nèi)堵塞。

（3）雙向閥

雙向閥（圖1-4-15）在完井時(shí)安裝在管柱最下部，在油管下入過(guò)程中，在單向翻板的作用下，凡爾球座于上球座中，起反向止回作用，使油管內(nèi)部保持常壓，油管下入完成后，向油管內(nèi)打壓，在液力作用和球的自重作用下，凡爾球沖過(guò)單向翻板座入下球座中，起擋球作用，可以實(shí)現(xiàn)分注作業(yè)。

（4）卸油箱

一般在上環(huán)形防噴器上方加裝一個(gè)升高短節(jié)式的卸油短節(jié)，一方面便于上部防頂卡瓦的安裝，另一方面從環(huán)形防噴器微漏出的水和接箍瞬間流出的水能通過(guò)導(dǎo)流管流到指定地方，不要上噴和流到井口處，污染地面環(huán)境。

（5）工作平臺(tái)

工作平臺(tái)（圖1-4-16）包括主工作平臺(tái)和輔助平臺(tái)。主平臺(tái)上安裝有司鉆控制臺(tái)、斜梯、逃生滑道、油管坡道，主平臺(tái)主要是提供作業(yè)的空間。

輔助平臺(tái)上有環(huán)形防噴器及部分控制閥，為環(huán)形防噴器及固定卡瓦的檢修提供空間。

【技能訓(xùn)練】

一、井口控制裝置的安裝

（一）安裝防噴器

①檢查、清潔大四通鋼圈槽并涂抹黃油，檢查、清潔井口鋼圈并涂抹黃油后放入鋼圈槽內(nèi)。

②吊帶穿過(guò)游動(dòng)滑車(chē)大鉤鉤體內(nèi)，兩端掛在防噴器上，緩慢吊起防噴器，吊起過(guò)程中控制防噴器，防止刮碰。

③將防噴器提至操作人員胸部位置時(shí)，停止提升，檢查、清潔防噴器鋼圈槽并涂抹黃油，在防噴器兩側(cè)對(duì)應(yīng)井口大四通套管閘門(mén)處各安裝2條螺絲。

④緩慢下放，當(dāng)防噴器兩側(cè)螺絲接觸大四通上法蘭螺孔時(shí)，井口操作人員用手扶正防噴器，使防噴器兩側(cè)螺絲順利穿過(guò)大四通上法蘭螺孔，將防噴器平穩(wěn)坐在井口大四通上。

⑤左右轉(zhuǎn)動(dòng)防噴器，使鋼圈進(jìn)入防噴器底法蘭的鋼圈槽內(nèi)，摘掉吊帶，對(duì)角上緊4條法蘭螺栓。

⑥將剩余的法蘭螺栓對(duì)角上緊，并用大錘按對(duì)角順序依次砸緊。

⑦按設(shè)計(jì)要求對(duì)防噴器進(jìn)行密封性試壓。

（二）拆卸防噴器

①先用大錘按對(duì)角順序依次砸松并卸掉大四通上法蘭其余8條螺絲（防噴器兩側(cè)對(duì)應(yīng)井口大四通套管閘門(mén)處4條螺絲先卸螺絲下部螺帽，螺栓與上部螺帽留在防噴器兩側(cè)），然后用大錘按對(duì)角順序依次砸松并卸掉4條對(duì)角螺絲。

②吊帶穿過(guò)游動(dòng)滑車(chē)大鉤鉤體內(nèi)，兩端掛在防噴器上，緩慢吊起防噴器，井口操作人員用手扶正防噴器輕輕搖晃，使螺栓順利提出大四通上法蘭螺孔，吊起過(guò)程中控制防噴器，防止刮碰。

③將防噴器提至操作人員胸部位置時(shí)，停止提升，取下防噴器兩側(cè)法蘭盤(pán)處4條螺絲。

④控制防噴器緩慢下放至地面（不影響井口操作），下部要鋪設(shè)保護(hù)裝置，避免損壞、臟污鋼圈槽，然后摘下吊帶與牽引繩。

二、歸納總結(jié)

①在地面檢查井口控制裝置的各部件，半封封井器和全封封井器的絲桿應(yīng)開(kāi)關(guān)自如、無(wú)卡阻現(xiàn)象。全部打開(kāi)封井器，由下到上按萬(wàn)能法蘭、全封封井器、半封封井器、法蘭短節(jié)、半封封井器、自封封井器、安全卡瓦的順序組裝井口控制裝置。各組件中間放入?211mm鋼圈，鋼圈和鋼圈槽用擦布擦拭干凈，在鋼圈槽內(nèi)涂好黃油，放好鋼圈，對(duì)角平衡用力上緊螺母。

②用擦布擦凈井口四通的鋼圈槽，涂好黃油，放入?211mm鋼圈。用鋼絲繩套吊起組裝好的井口控制裝置，緩慢放下，讓井口控制裝置底部的4條螺栓進(jìn)入四通的連接孔內(nèi)。與井口四通連接時(shí)，要選擇封井器絲杠，便于開(kāi)關(guān)的位置方向連接。對(duì)角平衡用力上緊螺母。

③再次檢查全封封井器和半封封井器的絲杠是否處于全開(kāi)的位置。檢查法蘭短節(jié)上的放空閘門(mén)是否關(guān)閉。高壓防噴井控設(shè)備在常規(guī)作業(yè)中很少使用，這里不做詳細(xì)介紹。

三、思考練習(xí)

①簡(jiǎn)答井口控制裝置的組成。

②簡(jiǎn)述井口防噴器安裝與拆卸方法。