钻井井口装置试压系统研究

2022-09-11

一、安全试压系统总体设计

1. 安全试压系统的控制对象

防喷器是石油钻井过程中井控装置的关键设备, 主要用于钻井、修井、试油等过程中控制井口压力, 防喷器也可以分成两种:钻具外环形空间的防喷器和钻具内防喷工具。因此, 本文研究的钻井井口装置试压系统的控制对象是石油钻井用液压防喷器, 主要是针对用于钻柱外环形空间的防喷器, 主要包括环形防喷器和闸板防喷器[1]。

2. 对原有井口装置试压系统的分析

原有试压系统存在的问题

原有的防喷器试压系统存在着诸多的问题主要是:

(1) 要求人工近距离带压操作, 自动化程度低或是全人工手动, 劳动强度大; (2) 试压结果受人为因素影响, 试压数据显示和记录误差大, 很难保证测试精确度; (3) 数据记录不规范, 难以描述试压过程和渗漏情况, 有失真实性; (4) 试压过程中, 防喷设备上的任何砂眼、碰砸伤痕, 都可能引起高压刺裂或蹩爆事故的发生, 有安全隐患; (5) 适用范围窄, 一般只能适用于一种或两种尺寸的防喷器, 试验压力也不能满足要求, 很少或者没有超过70MPa的试压设备; (6) 试验压力元件不能满足要求, 大都靠进口, 国产品牌无法与进口品牌相竞争, 这样就大大地提高了生产成本。

试压系统改进需求分析

针对上述原有防喷器试压系统存在的各种问题, 改进后的新型井口装置试压系统应具有下列主要功能:

(1) 计算机自动控制 (2) 集中控制 (3) 数据采集快速准确 (4) 安全功能齐全 (5) 试压范围扩大 (6) 远程监视 (7) 无线传输

3. 新型试压系统的组成

改进后的新型试压系统是一个集机械、液压、传感、电子、计算机、通信等技术于一体的集成系统。根据试压时其主要功用和操作可大致分为两个部分:

(1) 压力检测部分

为试压过程的安全考虑, 把压力检测部分安装在试压水池内, 再用防护墙与控制部分隔离开。

(2) 试压控制部分

试压控制部分设于主控制室内, 对试压检测部分进行远程控制和监视, 并且试压数据的采集、显示和记录系统也设于主控制室中。

二、新型试压系统现场试压设计

1. 现场试压设备

井口试压的专用工具主要有:试压堵塞器、试压泵、试压三通和新型试压系统设备。

2. 试压方法

现场井控设备试压有两种方法[5]:

提升皮碗试压器试压法

(1) 将皮碗试压器接在钻杆下部, 下入套管内;

(2) 用清水灌满井口;

(3) 关闭半封闸板防喷器或环形防喷器

(4) 用钻机提升系统缓慢上提皮碗试压器, 并观察套压表, 提至所需试验压力, 然后检查各连接部位和密封部位是否有泄漏。

试压泵试压法

(1) 将塞形试压器接在管柱下部, 坐入套管头内;

(2) 用清水灌满井口;

(3) 关闭半封闸板防喷器或环形防喷器

(4) 用试压泵缓慢向井内打压, 并观察套压表, 泵至所需试验压力, 然后检查各连接部位和密封部位是否有泄漏。

3. 试压对象

1.井口装置:环形、单闸板、双闸板、四通;

2.井控管汇:节流、压井管汇、防喷管线;防喷管线结论

本文简单介绍防喷器的结构和工作原理, 分析研究了原有防喷器试压系统的工艺特点和存在的不足, 指出原有防喷器试压系统属人工手动试压方式, 技术陈旧。存在的主要问题是:自动化程度低, 操作劳动强度大, 数据显示与记录精度低, 数据结果易受人为因素影响, 测试结果难以保存, 试压操作存在一定的安全隐患等, 不能适应生产发展的需要。

进行了防喷器试压系统改进的需求分析, 提出液压控制技术、计算机控制技术、遥控传感技术和无线传输技术相结合的观点, 对原有的防喷器试压系统进行综合性的技术改造的方案。本文设计的防喷器新型试压系统理论指出:新型试压系统应由计算机自动控制系统、电视监视系统, 数据采集系统和无线传输系统等各种子系统构成;新型试压系统的安全措施齐全, 采用了三层安全保护措施;在数据传输系统中结合电子、通信技术, 采用了简单可靠、传输速率高的无线传输方法;对液压卡箍也采用三种控制方式, 即计算机自动控制、电液手动控制和无线电遥控控制, 它们互补干扰、相互独立。

摘要：在石油钻井过程中, 液压防喷器是井控装置的关键设备, 为确保防喷器使用的可靠性, 而对防喷器密封性能和压力检测是一个重要的质量控制环节。本文提出了原防喷器试压系统存在诸多缺点和不足, 对其进行自动化改造, 从而满足试压要求, 减轻操作强度, 提高检测效率, 解决操作人员在高压工作区的不安全问题。本文介绍了一种液压防喷器试压系统的设计原理, 结合计算机技术、通信技术、电子技术, 实现了远程自动采集、显示、记录、存储、录制及打印, 做到了安全、精确、高效, 对提高防喷器的质量检测水平具有较高的实用价值。本文设计的防喷器试压系统的数据传输子系统, 提出了采用无线传输的方式, 利用了USB接口的高传输速率、即插即用、简单可靠等优点。对液压卡箍的控制方式也增加了无线电遥控方式, 解决了线路铺线错综复杂、布线困难等问题。

关键词：防喷器,自动控制,安全,试压,无线