第四節 井控設備與井控技術一、井控設備井控設備系指實施油氣井壓力控制所需的一整套設備、儀器儀表和專用工具。(一)油氣鉆井井控設備的安全配套標準為了滿足油氣井壓力控制的要求，井控設備必須能在鉆井過程中對地層壓力、地層流體、鉆井主要參數、鉆井液參數等進行準確地監測和預報；當發生溢流、井噴時，能迅速控制井口、節制井眼中流體的排放，并及時泵入壓井鉆井液使之在維持穩定的井底壓力條件下重建井底與地層之間的壓力平衡。即使發生井噴失控乃至著火事故，也具備有效的處理條件。因此，標準配套的井控設備應由以下主要部分組成。1以液壓防噴器為主體的鉆井井口，又稱防噴器組合。其主要包括：(1)液壓防噴器；(2)套管頭；(3)四通；(4)過渡法蘭。2液壓防噴器控制系統。其主要包括：(1)司鉆控制臺；(2)遠程控制臺；(3)輔助遙控控制臺。3以節流管匯為主的井控管匯。其主要包括：(1)節流管匯及液動節流閥控制箱；(2)放噴管線；(3)壓井管匯；(4)注水管線；(5)滅火管線；(6)反循環管線。(二)液壓防噴器組合液壓防噴器組合選擇包括壓力級別、公稱尺寸(通徑)、組合形式及控制系統的控制點數的選擇等。選擇液壓防噴器組合應考慮的因素主要有：井的類別、地層壓力、套管尺寸、地層流體類型、人員技術狀況、工藝技術要求、氣候影響、交通條件、物資供應狀況以及環境保護要求等。總之，應能實現平衡鉆井，確保鉆井安全和節省鉆井費用。1壓力級別的選擇液壓防噴器組合的工作壓力取決于所用套管的抗內壓強度、套管鞋處裸眼地層的破裂壓力和預計所承受的最大井口壓力。但主要是根據防噴器組合預計承受的最大井口壓力來決定。防噴器壓力級別共有五種：14MPa、21 MPa、35MPa、70MPa、105MPa、140MPa。2通徑的選擇防噴器組合的通徑取決于井身結構設計中的套管尺寸，即必須略大于所連套管的外徑。防噴器通徑共有九種：180mm、230mm、280mm、346mm、426mm、476mm、528mm、540mm、680mm。其中現場常用的有230mm、280mm、346mm、540mm。3組合形式的選擇選擇組合形式主要根據地層壓力、鉆井工藝要求、鉆具結構及設備配套情況。14MPa防噴器組合有四種形式供選擇(見圖26)。21MPa和35MPa防噴器組合有兩種形式供選擇(見圖27)。70MPa和105MPa防噴器組合有兩種形式供選擇(見圖28)。圖26 14MPa防噴器組合圖圖27 21MPa和35MPa防噴器組合圖為了安全起見，各種組合形式應配備12個鉆井四通。鉆井四通有兩個主要作用，一是便于連接井控管匯；二是保護防噴器，延長其使用壽命。如果鉆井液中含有大量的巖屑，砂粒和化學藥品，甚至有金屬屑，會加快防噴器的磨損、沖蝕，而縮短其使用壽命。圖28 70MPa和105MPa防噴器組合圖4控制系統控制點數的選擇控制點數除滿足選擇的防噴器組合所需要的控制數外，還需增加兩個控制點數，用來控制兩個液動閥，或用來控制一個液動閥，另一個作為備用。(三)環形防噴器1結構與原理發生溢流關閉環型防噴器時，從控制系統來的高壓油進入關閉腔，推動活塞上行，在頂蓋的限制下，迫使膠芯向心運動，支撐筋相互靠攏，將其間的橡膠擠向井口中心，實現密封鉆具，或全封井口。打開時，從控制系統來的高壓油進入開啟腔，推動活塞下行，膠芯在本身橡膠彈性力作用下復位，將井口打開。2類型與技術規范(1)類型現場常用環形防噴器的類型按其密封膠芯的形狀可分為球型環形防噴器、錐型環形防噴器和組合型環形防噴器。(2)技術規范常用環形防噴器技術規范見表210和表211(以華石二機廠的環形防噴器為例)。表210 球型環形防噴器規格及技術參數表211 錐型環形防噴器規格及技術參數3功能主要功能是：(1)在鉆進、取心、測井等作業中發生溢流或井噴時，能封閉方鉆桿、鉆桿、取心工具、電纜、鋼絲繩等工具與井筒所形成的環形空間。(2)當井內無管具時能全封閉井口。(3)在使用減壓調壓閥或緩沖儲能器控制的情況下，能通過180臺肩的對焊鉆桿接頭強行起下鉆具，但起下速度要慢，過接頭時要更慢(不大于02ms)，強行起下鉆具時的關井壓力可適當降低，允許膠芯與鉆桿之間有少量泄漏。能否進行強行起下鉆具作業還必須考慮井下情況和安全施工的條件。4使用安全技術要求(1)在防噴器現場安裝后，應按最新試壓標準進行現場試壓。(2)進入目的層后，每起下鉆兩次，要試關防噴器一次以檢查封井效果。如發現膠芯失效或其他問題，應立即更換處理。(3)在井內有鉆具發生井噴時，可先用環型防噴器控制井口，但盡量不作長時間封井。一則因為膠芯易過早損壞，再則無鎖緊裝置。非特殊情況，不作封閉空井。封空井時最大井壓為額定工作壓力的一半。(4)環形防噴器處于封井狀態時，允許上下活動鉆具，但不允許旋轉鉆具。同樣，在鉆具轉動時，不允許關閉防噴器，以防膠芯磨損。(5)嚴禁打開環開防噴器來泄掉井口壓力，以防刺環膠芯。(6)每次打開后，必須檢查膠芯是否全開，以防掛壞膠芯。(7)防噴器的開、關應使用符合標準的液壓油，并注意保持其清潔。(8)推薦防噴器最大控制壓力為105MPa。(9)膠芯的存放：根據新舊程序按時間順序編號，先舊后新依次使用；存放在光線較暗又干燥的室內。溫度不能太高，應避開取暖設備和陽光直射；遠離有腐蝕性的物品；遠離高壓帶電設備，以防臭氧腐蝕；應讓膠芯在松弛狀態下存放，嚴禁彎曲、擠壓和懸掛；經常檢查，如發現有變脆、龜裂、彎曲、出現裂紋者不再使用。5故障判斷與排除方法(1)防噴器封閉不嚴。若膠芯關不嚴，可多次活動解決；支撐筋已靠攏仍封閉不嚴，則應更換膠芯；若打開過程中長時間為關閉使用膠芯，使雜物沉積于膠芯溝槽及其他部位，應清洗膠芯，并按規程活動膠芯。(2)防噴器關閉后打不開，這是由于長時間關閉后，膠芯產生永久變形老化或是在用于固定后膠芯下有凝固水泥漿而造成。在這種情況下，只有清洗或更換。(3)防噴器開關不靈活。油管漏失，防噴器長時間不活動，有贓物堵塞，對癥處理。(四)閘板防噴器1原理當控制系統高壓油進入閘板防噴器左右液壓關閉腔時，推動活塞帶動閘板軸及閘板總成沿著室內導向筋限定的軌道分別向井口中心移動，實現關井動作。當控制系統高壓油進入閘板防噴器左右液壓開啟腔時，推動活塞帶動閘板軸及閘板總成分別向離開井口中心方向移動，實現開井動作。閘板開關由控制系統三位四通換向閥控制，一般在38秒內完成開井或關井動作。液壓油流動路線為：關閉時：液壓油經殼體關閉油口殼體油路鉸鏈座側門油路液缸油路缸蓋油路+液缸關閉腔。開啟時：液壓油經殼體開啟油口殼體油路鉸鏈座側門油路液缸開啟腔。密封原理：閘板防噴器要有四道密封起作用，才能有效地封閉井口，即：前密封：閘板芯子前緣與鉆具之間的密封；頂密封：閘板芯子頂部與殼體內臺階之間的密封；側密封：殼體與側門之間的密封；軸密封：閘板軸與側門之間的密封。2類型與技術規范(1)類型按閘板用途來分：閘板防噴器可分為全封、半封、變徑、剪切和線纜閘板；按閘板腔室來分：閘板防噴器可分為單閘板、雙閘板、叁閘板。(2)技術規范常用閘板防噴器技術規范見表212(以華石二機廠的閘板防噴器為例)。表212 閘板防噴器規格及技術參數注：1in=00254m。3功用其主要功能是：(1)當井內有鉆桿、油管和套管而發生溢流或井噴時，能封閉相應管材與井筒形成的環形空間。(2)井內無管具時，能全封閉井口。(3)特殊情況下可通過殼體旁側法蘭出口進行鉆井液循環和節流壓井作業。(4)在特殊情況下剪切閘板可切斷鉆具，達到封井的目的。(5)必要時管子閘板還可以懸掛鉆具。4閘板鎖緊裝置(1)手動鎖緊裝置手動鎖緊裝置是靠人力旋轉手輪來關閉和鎖緊閘板的。其作用：一是長期封井時，在液壓關閉閘板后將閘板鎖定在關閉位置，此時可泄掉液壓；二是控制系統無油壓時，可用來手動關閉井口。手動鎖緊裝置操作口訣：鎖緊口訣：順旋到位，回旋半圈解鎖口訣：逆旋到位，回旋半圈(2)液壓自動鎖緊裝置液壓自動鎖緊裝置是通過裝于主活塞內的鎖緊活塞和裝于活塞徑向四個扇形槽內的四個鎖緊塊來實現的。當液壓油作用于關閉腔時，同時推動主活塞和鎖緊活塞向閘板關閉方向運動，由于鎖緊塊內外圓周上都帶有一定角度的斜面，內斜面與鎖緊活塞斜面相接觸，使得鎖緊塊在鎖緊活塞的推動下始終有向徑向外部運動的趨勢。一旦主活塞到達關閉位置后，鎖緊塊在鎖緊活塞的徑向承力作用下向外運動7mm而座于液缸臺階上，鎖緊塊外斜面與液缸臺階斜面相接觸，用時鎖緊活塞向前運動經過鎖緊塊內徑變成圓周接觸，從而實現完全鎖緊。如果閘板時，只要液壓油作用于開啟腔首先使鎖緊活塞向外運動，鎖緊塊外圈斜面與液缸臺階斜面產生使鎖緊塊向內收縮的分力使鎖緊塊實現解鎖，主活塞才能帶動閘板軸及閘板實現開啟動作。5閘板防噴器開關井操作正常液壓關井：將控制系統上的換向閥迅速搬至關位正常液壓開井：將控制系統上的換向閥迅速搬至開位長期關井(或手動關井)：先將控制系統上的換向閥迅速搬至關位，再手動鎖緊鎖緊后的開井：先手動解鎖，再液壓開井6試壓防噴器組合在管子站整體組裝后，用清水進行試壓。環形防噴器封閉鉆桿試壓到額定工作壓力的70；閘板防噴器和節流、壓井管匯試壓到額定工作壓力，穩壓時間不少于10min，密封部位無滲漏為合格。第一種試壓方法(提升皮碗試驗器試壓法)：皮碗試驗器接在鉆桿下部、下入套管內；用清水灌滿井口；關閉半封閘板防噴器或環形防噴器(注意：絕不能關閉全封閘板)；用鉆機提升系統緩慢上提皮碗試驗器，并觀察套壓表，提至所需試驗壓力，然后檢查各連接部位和密封部位是否有泄漏。注意：試壓時，作用于試驗器舌部處的力加上下部懸掛的鉆柱重量，不得超過上部鉆桿的安全負荷能力，否則會使鉆桿斷裂。第二種試壓方法(試壓泵試壓法)：將塞型試驗器接在鉆桿下部、坐入套管頭內；用清水灌滿井口；關閉半封閘板防噴器或環形防噴器(當鉆具退出后，可關閉全封閘板試壓)；用試壓泵緩慢向井內打壓，并觀察套壓表，泵至所需試驗壓力，然后檢查各連接部位和密封部位是否有泄漏。7現場安裝與使用的安全技術要求(1)現場安裝閘板的安全技術要求：全封閘板最好裝在半封閘板之上，當半封閘板在控制溢流、井噴過程中，因損壞而不能發揮其正常功能時，可安全方便地將全封閘板換成半封閘板；閘板防噴器在上井安裝前應進行密封試壓至工作壓力，合格后方可運往井場；應根據井控規定要求的防噴器組合形成進行安裝；注意不要裝反，應使殼體指示箭頭方向及閘板腔頂密封面在上；防噴器安裝方法一般應使手動鎖緊安置的操縱桿及手輪位于井架大門兩側面，殼體上旁側法蘭出口對著井架大門方向；為安全起見，手動鎖緊裝置要裝全，固定好，并在手輪處掛牌表明開關圈數；應保證鋼圈及鋼圈槽清潔無損傷，鋼圈槽內涂輕質油；防噴器內所按閘板尺寸，一定要和井內所用管具尺寸一致，并在司鉆臺和遠程控制臺上掛牌表明所裝閘板尺寸，以防錯關；為保護井口，無論閘板防噴器是否固定在井口法蘭上，都不許同時打開兩個側門。(2)卡箍聯接安裝與拆卸的安全技術要求：防噴器的聯接可采用卡箍形式。安裝卡箍時，首先應裝好卡裝配工裝，然后將卡箍放到工裝上，在卡箍內斜面及卡箍頭斜面上涂上潤滑油。向前推動卡箍使之卡在卡箍頭斜面上，穿上連接螺栓，注意裝上球面墊片。開始上緊螺母時用棘輪板手，當用棘輪板手上緊較困難時換用專用扳手，用錘頭不斷震擊卡箍，以利于裝配。卡箍連接采用面對面密封，兩卡箍頭之間理論按裝間隙為零，考慮到加工誤差，當兩者之間距離接近零并且螺栓上緊扭矩達到推薦值時即可。如果間隙較大，則適當增加上緊扭矩。拆卸卡箍時先將螺母卸掉，用專用楔鐵將卡箍楔開。卡箍裝配工裝在防噴器上，也可拆下。(3)閘板防噴器使用前的準備工作：閘板防噴器安裝于井口之后，在使用前應注意仔細檢查，并進行試運轉，認為無問題時方可使用；檢查油路連接管線是否與防噴器所標示的開關一致。可由控制臺以23MPa的控制壓力對每種閘板試開關各兩次，以排除油路中的空氣，如閘板開關動作與控制臺手柄指示不一致，應倒換連接管線；手動鎖緊機構是否連接好，手動桿操縱閘板關閉是否靈活好用，并記下關井時手輪旋轉圈數，在手輪上掛牌表明。試完后將手輪左旋退回解鎖，用液壓打開閘板；對井口裝置進行全面試壓，試壓標準應按有關井控規程條例執行。試壓后對各連接螺栓再一次緊固，克服松緊不均現象；檢查所裝閘板芯子尺寸與井下鉆具尺寸是否一致；檢查各放噴、壓井、節流管是否連接好。(4)閘板防噴器安全使用技術要求：防噴器的使用應有專人負責，明確崗位職責，做到三懂四會(懂操作原理、懂設備性能、懂工藝流程；會操作、會維修、會保養、會判斷處理故障)；當井內無管具試驗關閉半封閘板時，最大液控油壓不能超過3MPa，以免損壞膠芯。當井內有管具時，嚴禁關閉全封閘板防噴器；井場至少備有一套井內所用的閘板，一旦需要可及時更換；進入目的層后，每天開關閘板一次，檢查開關是否靈活，鎖緊裝置是否好用。每次起完鉆后還應做全封閘板開關試驗；不允許用打開防噴器的方法來泄掉井口壓力，以免損壞膠芯；鎖緊與解鎖必須到位，以免鎖不緊閘板或起下鉆時碰壞閘板；開關側門前應泄掉液控油壓，以免損壞鉸鏈密封圈；長期封應用鎖緊裝置鎖定閘板，并掛牌顯示，以免誤操作。(五)液壓防噴器控制系統1結構與原理(1)結構防噴器控制系統主要有遠程控制臺、司鉆控制臺或輔助控制臺。遠程控制臺位于井口側前方25米以遠的安全處，主要有儲能器組、油泵組、閥件及管匯、油箱及底座；司鉆控制臺位于鉆臺上司鉆操作臺后側，主要有閥件、壓力表及殼體；輔助控制臺位于值班房內，作為應急備用。(2)工作原理控制系統預先用油泵給儲能器打滿和儲備好足夠壓力、足夠數量的壓力油。一旦需要，可通過相應三位四通換向閥，迅速將高壓油輸送到防噴器或管匯閥件油缸中，從而實現對井口的控制。2類型與技術規范(1)類型常用氣控液型控制系統型號：表213 常用氣控液型控制系統型號(2)技術規范(以典型的防噴器控制系統FKQ6406A為例)控制對象數量：6個系統工作壓力：175MPa21MPa環封調壓范圍：0MPa14MPa系統升壓時間：15min油箱有效容積：1300L儲能器總容積：80L8預充氮氣壓力：7MPa07MPa儲能器有效排油容積：320L電泵理論排量：40Lmin電機功率轉數：185kW1470rpm氣動泵氣液比：50：1氣源壓力：065MPa08MPa液壓油類型：一般使用條件為YAN32普通液壓油；冬季使用條件為YC-N32低溫液壓油3防噴器控制系統前期準備及檢查標準鉆開油氣層前，控制系統應投入并處于隨時發揮作用的“待命”工況。儲能器應預先充油，升壓至21MPa，調好相應閥件處于“臨戰”狀態，即：“三源齊備、各閥到位”。(1)油源：油箱中液壓油液面應過半；(2)電源：油泵電機電壓為380V(350V)；(3)氣源：油泵氣源壓力為065MPa08MPa；(4)儲能器鋼瓶下部進出油閥全開；(5)油泵上油閥全開；(6)高壓截止閥打開；(7)各防噴器三位四通換向閥在中位(由開位搬至中位)；(8)泄壓閥關閉；(9)油路(或氣路)旁通閥關閉；(10)電控箱旋鈕在自動位；(11)氣泵進氣閥關閉；(12)儲能器壓力表顯示175MPa21 MPa；(13)匯流管壓力表顯示105MPa；(14)環型防噴器壓力表顯示105MPa；(15)氣動壓力變送氣的一次氣壓表顯示014MPa；4安全使用技術要求(1)遠控臺應處于大門前方離井口25m以遠的的地方；(2)油管束上不允許過車；(3)三位四通換向閥操作要果斷，以防閥芯刺壞；(4)油泵組上油管線的濾清器應每月拆檢清洗一次，以防堵塞；(5)儲能器預充氮氣壓力應定期檢查，保持在7MPa07MPa；(6)操作減壓調壓閥時，不要一次轉動過多，應與泄壓閥配合使用，逐步降壓或升壓；(7)應定期或在打開油氣層前進行防噴演習。(六)節流壓井管匯(節流管匯代號JC壓井管匯代號YG)節流壓井管匯是實施油氣井壓力控制技術必不可少的井控設備。在鉆井施工中，一旦發生溢流或井噴，可通過節流壓井管匯循環出被浸污的鉆井液或泵入加重鉆井液壓井，以便恢復井底壓力平衡，同時可利用節流管匯控制一定的井口回壓來維持穩定的井底壓力。壓井管匯也可用于反循環壓井。現將節流壓井管匯的功用分述如下：節流管匯的功用是：(1)壓井時實施節流循環，控制井內流體的流出井口，控制井口回壓(立壓和套壓)，維持井底壓力)地層壓力，并且保持不變，制止溢流。(2)起泄壓作用，降低井口壓力，實現“軟關井”。(3)起分流放噴作用，將溢流物引出井場以外，防止井場著火和人員中毒，確保鉆井安全。壓井管匯的功用是：(1)當全封閘板關井時，通過壓井管匯往井眼內強行泵入加重鉆井液，實現反循環壓井。(2)發生井噴時，通過壓井管匯往井眼內強行泵入清水，以防燃燒起火。(3)發生井噴著火時，過壓井管匯往井眼內強行泵注滅火劑，以助滅火。按其額定工作壓力，節流管匯有三種配置形式、壓井管匯有兩種配置形式。節流壓井管匯其額定工作壓力應與所用防噴器組合的額定工作壓力相一致。從經濟上考慮，在開鉆時，可安裝一套此井將要配置的最高壓力節流壓井管匯，這就避免了經常隨防噴器組合的壓力級別的改變而更換節流壓井管匯，由此可將節流壓井管匯的備用量減到最少。節流壓井管匯的安裝與使用安全注意事項：(1)節流壓井管匯與防噴器連接的管線一定要平直，通徑不得小于78mm，且必須接出井架底座外，節流管匯的主放噴管線通徑不得小于78mm。對于大流量的空氣鉆井或天然氣鉆井，推薦采用通徑為100mm的主放噴管線。(2)防噴器組合與節流管匯之間應裝一個能遠程控制的液動閘閥，在節流管匯兩翼至少有一翼要設置液動節流閥。采用筒形閥板結構的節流閥，該節流閥只能用作節流而不能作密封斷流。(3)不允許將節流壓井管匯作為日常灌鉆井液的管線用。在低寒地區使用時，節流壓井管匯可采用保溫或排盡液體或灌入合適的防凍液等，做到防凍。(4)節流壓井管匯在管子站試壓應試到額定工作壓力、穩壓時間不得少于30min，壓降不得大于071MPa。(5)各種形式、結構、用途的平板閥在使用中決不能處于半開半閉狀態，即不能用來節流。否則會加速閥板和閥座損壞。(6)當關閉平板閥時，順時針轉動手輪到底后，應逆時針回轉手輪約14圈，以保證閥板和閥座有浮動的余地，使其達到理想的密封效果。(7)為了保證閥板與閥座之間可靠的密封和得到良好潤滑，須定期給閥腔補灌特種潤滑密封脂，井控裝置的部件其表面均要涂以潤滑脂，起到防銹抗腐、潤滑減磨的作用。(8)防噴管匯的布局要考慮當地季節風向、居民區、道路、公共安全設施等情況。(9)防噴管匯的轉彎不小于120，每隔1015m用水泥基墩加地腳螺絲或地錨固定。(10)為井控的順利與安全，嚴禁將節流壓井管匯用做日常灌漿管線使用。(11)為井控的成功與安全，應定期活動管匯上的閥件以防銹死或搬不動。14MPa節流管匯的組合形式如附圖29所示；21MPa節流管匯的組合形式如附圖210所示；35MPa節流管匯的組合形式如附圖211所示；70MPa和105MPa節流管匯的組合形式如附圖212所示。圖29圖210圖211圖212壓井管匯的組合形式如附圖213所示。圖213液動節流管匯控制裝置液控箱：它位于鉆臺上立管一側，用于控制液動節流閥的開關及開關速度，實現遠距離遙控節流管匯，維持井底壓力)地層壓力，并且保持不變，制止溢流。液控箱中的氣泵與儲能器能制備不高于2MPa壓力油，并利用三位四通換向閥遙控節流管匯上的液動節流閥。液控箱面板上有立壓表、套壓表、閥位開度表、油壓表、氣壓表、立壓表、三位四通換向閥、調速閥等5表2閥。氣壓表顯示輸入液控箱的壓縮空氣壓力值，起源來自鉆機氣控系統。油壓表顯示液控油壓值，壓力油由儲能器提供。三位四通換向閥用來改變壓力油的流動方向，遙控液動節流閥開大或關小或維持開度不變，從而控制關井套壓與立壓的降低、升高或穩定。調速閥用來遙控液動節流閥開關動作的速度，從而控制關井套壓與立壓變化的快慢。閥位開度表用來顯示液動節流閥開啟程度。立壓表顯示關井立管壓力。套壓表顯示關井套管壓力。操作時，司鉆只需在鉆臺上觀察立壓表與套壓表的壓力變化以及閥位開度表的指示情況，一手操作三位四通換向閥手柄；一手調節調速閥手輪，即可實施壓井作業。其操作特點集中、簡便、對井控作業十分有利。(七)鉆具內防噴工具及鉆具旁通閥鉆井過程中，當地層壓力超過井底壓力時，鉆井液被推動沿鉆柱水眼向上噴出，為了保護水龍帶不被高壓蹩壞，需要使用鉆具內防噴工具。它的使用還可起到節約鉆井液，保持鉆臺清潔，減少環境污染的作用。1方鉆桿上、下旋塞方鉆桿上、下旋塞一般采用球閥結構，其開啟和關閉多半采用手動方式。上旋塞也有采用氣動遠程控制方式。聯合使用上、下旋塞時，無論方鉆桿處于任何位置，都有一個可使用，即當其中一個發生故障時，另一個可起作用。鉆井作業時，方鉆桿球閥的水眼暢通并不影響鉆井液的正常循環。需要關井時，可關閉方鉆桿上或下旋塞阻止井內流體沿鉆具上竄，用于保護水龍帶和立管。為防止起下鉆鋌過程中發生井噴，鉆臺上應備有短節或單根，它可連接方鉆桿和鉆鋌。方鉆桿上、下旋塞的安全使用注意事項：(1)堅持經常開關方鉆桿上、下旋塞，如接單根時或定時使用活動方鉆桿上、下旋塞，以免銹死無法正常開關。(2)在接單根后，應及時將關閉的旋塞閥打開，以免造成開泵時蹩泵。(3)旋塞閥內六方扳手應放在離井口較近的地方，并防止落井或丟失。2鉆具止回閥按結構形式分，鉆具止回閥有碟形、浮球形、箭形、投入式等，它們的使用方法也不相同。有的被連接在鉆柱中，有的在需要時才連接在鉆柱上，而有的在需要時才投入鉆具水眼內起封堵井內壓力的作用。鉆具止回閥裝在鉆柱上，允許鉆井液自上而下流動，但不允許鉆井液向上流動。根據現場使用經驗，在正常鉆井過程中通常并不裝設鉆具止回閥。因為把鉆具止回閥(投入式除外)長期連接在鉆柱上進行鉆井作業，其零部件(尤其是密封件)會因鉆井液的沖刷、腐蝕而損壞，當發生井噴時就能不封堵水眼。一般情況是將鉆具止回閥放在鉆臺上備用，需要時再連接到鉆柱上。目前，現場大量使用的箭型止回閥性能優于彈簧式碟型回壓閥。它受鉆井液沖蝕作用小、表面有較高硬度，密封墊采用耐沖蝕、抗腐蝕的尼龍材料，其整體性能好。投入式止回閥由止回閥組件和一個聯頂接頭組成。聯頂接頭事先裝在靠近鉆鋌的鉆柱部位上，當發生井涌或井噴和進行不壓井起下鉆作業時，投入鉆具水眼的止回閥組件將自動鎖緊在聯頂接頭處即可封堵水眼。需要時還可通過此閥循環出氣侵鉆井液。止回閥組件除有橡膠密封圈以增強其密封能力外，還有強有力的鎖緊細齒使其可靠牢固地鎖在聯頂接頭處。3鉆具旁通閥鉆開油氣層前將鉆具旁通閥接在靠近鉆頭的鉆柱處，壓井作業中鉆頭水眼被堵時，旁通閥可建立新的循環通道繼續實施壓井作業。使用方法是：一旦發現鉆頭水眼被堵而無法解堵時，卸掉方鉆桿投球后再接方鉆桿使球落至鉆具旁通閥閥座處(若鉆頭水眼未堵死，可用小排量泵送)，開泵后只要泵壓升高到一定壓力值就剪斷固定銷，使閥座下行直到排泄孔全部打開，泵壓隨即下降，從而建立新的循環通道。旁通閥的安全使用注意事項：(1)要保持入井鉆井液的清潔，以防鉆頭水眼堵塞，提前打開旁通閥；(2)旁通閥的鋼球應在使用前準備放好，以便需要時能及時取用。(八)起鉆灌鉆井液裝置、鉆井液氣體分離器和鉆井液循環池液面監測裝置1起鉆灌鉆井液裝置起鉆灌鉆井液裝置分兩類：一類是重力灌注式，另一類是自動灌注式。(1)重力灌注裝置是給井隊配置一個刻有計量鉆井液標度的灌注小罐(23m3)，起鉆時當井眼液面下降后，灌注小罐中的鉆井液借助其出口與井眼出口管的高度差，利用鉆井液的重力將鉆井液注入井眼以保持井眼液面的一定高度。灌注小罐的鉆井液注完后，可及時泵送補充。(2)自動灌鉆井液裝置由傳感器、電控柜、顯示箱和灌注系統等部份組成。其工作原理是：安裝在高架渡槽上的傳感器把井眼液流信號轉化為電信號輸送到電控柜中，由電子控制系統指揮灌注系統按預調時間定時向井內灌注鉆井液，并能自動計量和自動停灌，預報井涌和井漏。即：定時灌注；灌滿自停；超時報漏；續流報涌。起鉆灌鉆井液裝置的安裝與安全使用注意事項：(1)起鉆灌鉆井液裝置應安裝在司鉆易觀察的地方，以便觀察液面的高低；(2)應定時清除起鉆灌鉆井液裝置內沉積物，以確保刻度的準確；(3)為便于計量使用，應另使用一個起鉆灌鉆井液補充罐。3鉆井液循環池液面監測裝置該裝置用來監測鉆井液循環池液面在鉆井過程中的變化，并以此判斷井眼是否發生溢流或漏失，它是井隊盡早發現溢流顯示的有效手段。其工作原理是：鉆井液循環池液面變化經傳感器轉化為電壓信號(或氣壓信號)，傳輸到監測報警儀中，經二次儀表轉化為數字顯示訊號。鉆井人員可隨時了解到循環池鉆井液總量和增減變化量。配有打印機的監測裝置還可定時打印監測數值。該裝置也可用于觀察起鉆灌鉆井液時的灌入量。(九)旋轉防噴器旋轉防噴器安裝在井口防噴器組的最上端，即拆掉防溢管換裝以旋轉防噴器。旋轉防噴器可用于異常低壓地區，諸如泡沫鉆井液鉆井、充氣鉆井液鉆井以及空氣或天然氣鉆井。也可用于高壓、低滲透、低產量層段。采用低于地層壓力當量鉆井液密度的鉆井液，封閉方鉆桿或鉆桿與井眼的環空并在所限定的井口壓力條件下旋轉鉆具，實施帶壓作業，實現欠平衡鉆進(UBD，俗稱邊噴邊鉆)。還可用于不壓井強行起下管串作業。旋轉防噴器最關鍵的技術參數是旋轉鉆進狀態下的動密封壓力和轉速。旋轉防噴器的類型與技術規范見表214。表214 各種旋轉防噴器技術規范二、井控技術隨著油氣勘探開發領域的不斷延伸擴大，從陸上到灘涂淺海、從淺層到深層，鉆井難度越來越大，對井控技術和鉆井人員的要求越來越高。人們已充分認識到：在科學鉆井技術得到廣泛應用和鉆井總體技術水平日益提高的今天，仍寄希望于井噴來發現油氣層的認識是極為不正確的。為了對付復雜地層，安全優質地實施快速鉆井，必須把井控技術作為研究和發展的重要內容。只有對油氣井的控制技術發展了，人們的井控意識和素質提高了，才能有效地實施近平衡壓力鉆井，才能真正最大限度地發現油氣層、保護和解放油氣層。也就是說：井控技術是實施近平衡鉆井乃至欠平衡鉆井的關鍵與保障。(一)井控基本概念5井控的三個階段：(1)一級井控：指以合理的鉆井液密度、合理的鉆井技術措施，采用近平衡壓力鉆井技術安全鉆開油氣層的井控技術(又稱主井控)。(2)二級井控：溢流或井噴后，通過及時關井，利用節流循環排溢流和壓井時的井口回壓與井內液柱壓力之和來平衡地層壓力，最終用重漿壓井，重建平衡的井控技術。(3)三級井控：井噴失控后，重新恢復對井口控制的井控技術。6井控工作中“三早”的內容：早發現、早關井和早處理。(1)早發現：溢流被發現的越早越好、越便于關井控制、越安全。國內現場一般將溢流控制在12m3之前發現。這是安全、順利關井的前提。(2)早關井：在發現溢流或預兆不明顯懷疑有溢流時，應停止一切其他作業，立即按關井程序關井。(3)早處理：在準確錄取溢流數據和填寫壓井施工單后，就應進行節流循環排出溢流和壓井作業。(二)一級井控技術1靜液壓力Pm靜液壓力是由靜止液柱的重量產生的壓力，其大小只取決于液體密度和液柱垂直高度。在鉆井中鉆井液環空上返速度較低，動壓力可忽略不計，而按靜液壓力計算鉆井液環空液柱壓力。靜液壓力Pm計算公式：Pm=00098mHm(21)式中 Pm靜液壓力，MPa； m鉆井液密度，gcm3； Hm液柱垂直高度，m。靜液壓力梯度Gm計算公式：Gm=PmHm=00098m(22)式中 Gm靜液壓力梯度，MPam。2地層壓力Pp地層壓力是指作用在地層孔隙中流體上的壓力，也稱地層孔隙壓力。地層壓力Pp計算公式：Pp=00098pHp(23)式中 Pp地層壓力，MPa； p地層壓力當量密度，gcm3； Hm地層垂直高度，m。地層壓力梯度Gp計算公式：Gp=PpHp=00098p(24)式中 Gp靜液壓力梯度，MPam。地層壓力當量密度p計算公式：p=Pp00098Hm=102Gp(25)在鉆井過程中遇到的地層壓力可分為三類：正常地層壓力：p=10107gcm3；異常高壓：p107gcm3；異常低壓：pPp時，P0，井底為過平衡；當Pb稍大于Pp時，p稍大于0，井底為近平衡；當Pb=Pp時，P=0，井底壓力與地層壓力相平衡；當PbPp時，P0，井底為欠平衡，出現負壓差。8淺層氣的特點及安全處理措施淺層氣自身特點決定了對其鉆探的難度，在國內、國外不乏由于鉆遇淺層氣后采取措施不當而殃成巨禍的事例。因此，正確實施淺層氣鉆探技術是非常必要的。(1)淺層氣的成因：一般情況下，快速沉積的大多數地區，普遍存在淺層氣。由于沉積速度快，地層壓力來不及釋放。如海灣地區和大陸架地區常有淺層氣存在。(2)淺層氣特點：位于淺層、體積小、壓力大、能量瞬間釋放、危險系數大。(3)淺層氣鉆探難度：由于其體積小難以預測，且層位淺，常常突然出現；壓力高，一旦井噴，能使井眼迅速卸載，使所有的鉆井液噴出，繼而失去一次井控的機會；層位淺，使報警信號反應的時間短，天然氣可能在幾乎沒有報警的情況下達到地面；表層一般是薄弱地層，若發生井噴，不能強行關井，易憋裂地層，使之失去控制，造成井噴、爆炸起火、燒毀鉆機；淺井段鉆進時，井口的控制裝置較少；施工人員對淺層氣危險性認識不足也是引起事故的重要因素之一。(4)淺層氣位置的預測：利用高分辨率地震數據可以對淺層氣進行預測。目前，具備了對900m以內的淺沉積層進行預測的技術和新的地球物理設備。高分辨率的電火花地震勘探和亮點分析技術可以有效的預測淺層氣；電力機動淺剖面儀能分析出120m以內有關活動的和非活動的儲氣層的資料；水柱氣泡檢測儀可以發現氣體滲漏，氣體滲漏是淺層含氣的直接顯示；無泡電火花測量儀可以進行沉積速度分析，并能對300m以內的活動與非活動的氣體儲層進行分辨。進行鉆井設計之前，必須對相關的資料進行認真論證，弄清是否有淺層氣存在，鉆井設計必須有淺層氣的專門論述。(5)淺層氣鉆井前的安全準備措施有：鉆前安全技術交底：組織相關人員認真了解淺層氣的危險性，掌握鉆探淺層氣的工藝技術，提高人員的防范意識。明確各崗位的職責，加強監控，盡可能早的發現顯示。壓井鉆井液的準備：開鉆前配好壓井鉆井液，密度比正常鉆進時高012gcm3，體積為井眼容積的56倍。井口設備的安全配備：762導管+變徑升高短節+540分流三通(14MPa)+540單閘板(14MPa)+540環型防噴器(14MPa)。地面分流設備安全分流三通的水平出口與273分流管相連，之間安裝氣動平板閥，分流管長度不得小于30m，且朝向下風方向，分流管口外開挖100200m3的土坑，分流管盡可能筆直，每2m一個固定錨。試壓：井口裝置一律試壓至規定壓力。安全報警裝置的準備：安裝鉆井參數檢測儀，并檢測其可靠程度，特別是鉆井液流量傳感器，必須靈敏可靠。(6)淺層氣鉆井工藝步驟一般情況下，套管或導管在軟地層下深度小于450600m或硬地層下入深度小于300m時，不能關井，只能分流放噴。216領眼鉆穿表層：對預測有淺層氣的地區，首先用216鉆頭鉆完設計井深，泄流面積小，噴出物體積也較少，利用壓井作業。電測216裸眼，確認淺層氣是否存在。對表層段，按所需尺寸進行擴眼，而后進行下套管作業。控制淺層氣主要集中在216領眼鉆進過程中。司鉆必須密切注意井口鉆井液返出流量的變化情況，特別是在起鉆過程中，要準確計量灌入的鉆井液是否與起出的鉆具體積相等，一旦發現有顯示，立即按如下程序進行操作，以確保安全：由于鉆井液的密度不是通過準確計算得到的，壓井似乎存在某種程度的盲目性，但是這種努力會有助于限制由于氣體紊流卸載而造成的井眼擴大。可以根據泵入加重鉆井液后的放噴情況，確定是對壓井鉆井液繼續加重，或是考慮打重晶石塞或水泥塞，或是等待可能發生的井內橋塞或衰竭停頓。上述方法是國外眾多油公司經過長期的生產實踐總結出來的行之有效的成功經驗，完全能夠控制淺層氣，而不至于發生井噴，不能盲目關井，避免壓力過高使地層破裂，井口失去控制。9鉆開油氣層的安全技術措施鉆開油氣層的技術措施是維護井底壓力平衡，盡早發現溢流顯示為重點而制定的，主要內容如下：(1)加強地層對比，及時提出地質預報，尤其是異常高壓地層上部蓋層的預報要力求準確。(2)采用dc指數、氣測資料等對異常地層壓力進行隨鉆監測，綜合分析對比資料數據，以提高地層壓力監測的精度。(3)在進入預計的油氣水層前，調整鉆井液性能，調整好后再繼續鉆進，以免因調整鉆井液性能而掩蓋溢流的某些顯示。(4)根據井場井控設備的配套情況、井控技術水平、井身結構、地層幾地層流體特點等，規定最大允許溢流量，一般不超過23m3。(5)鉆開油氣層后進行起下鉆作業時，必須進行短程起下鉆。從井底到油氣層上200m的起鉆速度要嚴加控制。按規定及時灌滿鉆井液并進行校核灌注量、作好記錄起完鉆要及時下鉆，檢修設備時應將鉆具下到套管鞋處。(6)鉆開油氣層后避免在井場使用電氣焊。若必須使用，須申請批準，并采取相應的安全防火措施。(7)電測前井內情況必須正常。電測期間須準備一根裝有鉆具安全閥或鉆具回壓閥的鉆桿，以備井內異常時強行下入，控制井口。鉆開油氣層后因發生卡鉆須泡油、混油或因其他原因要調整鉆井液密度時，其液柱壓力不能小于地層壓力。(8)若發生井噴而井口無法控制時，應立即關閉柴油機及井場、鉆臺和機房處的全部照明燈，打開探照燈，滅絕火源組織警戒，盡快由注水管線向井口注水防火。(9)井眼要暢通，防止拔活塞造成抽吸井噴。開泵要平穩，排量由小逐漸增大，防止蹩漏地層。(10)若打開油氣層過中發生井漏，應立即停止循環，間歇定時定量反灌鉆井液以降低漏速，維持一定液面，保持井眼與地層壓力之間的平衡，然后實施堵漏作業，再根據井內情況重建平衡或先期完井。(11)為了井眼安全，防止大段井涌或蹩泵蹩漏地層，下鉆時應分段下鉆并開泵破乳循環。嚴禁一次下鉆到底，尤其是長期未循環的深井。(三)二級井控技術當一級井控失效后，井內的液柱壓力小于地層壓力，井底處于欠平衡狀態，這時通過關井，控制節流閥的開度，實現節流循環，在井口造成一定的回壓，利用該回壓和井內剩余的液柱壓力之和來平衡地層壓力，抑制地層流體向井內的侵入，同時將井內的地層流體排除并用重漿壓井，重建井眼與地層之間的平衡關系，恢復正常鉆井作業的井