陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)選用設計方法探討

張哲

摘 要：開發(fā)陸地石油鉆井需要調節(jié)防噴器液控系統(tǒng)，減少井噴、井涌事故造成的影響，提高操作安全性，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。文章簡述了防噴器液控系統(tǒng)的結構設計與工作原理，研究陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)的特點與選用原則，確定液控系統(tǒng)的選用設計基本方法，為鉆井防噴器液控系統(tǒng)的使用、發(fā)展提供理論基礎。

關鍵詞：陸地鉆井;防噴器;液態(tài)控制系統(tǒng);被控制對象

中圖分類號：TE9文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）04-105-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.052

石油是社會發(fā)展的重要能源，為了滿足國內(nèi)對石油能源的需求，企業(yè)需要提高石油的開采量，增加石油鉆井開采過程的安全控制，平衡鉆井井口壓力，穩(wěn)定提高鉆井工作質量，積極應對石油井噴、井涌等危險情況，采取防噴器靈敏的液控系統(tǒng)關閉井口，保障設備與人員安全。為此，企業(yè)需要明確防噴器液控系統(tǒng)的結構設計與工作原理，確定科學合理的選用設計方法，優(yōu)化防噴器控制壓力的作用，提高防噴器液控系統(tǒng)的操作準確度，降低投資、維護成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。

1 防噴器液控系統(tǒng)的基本概述

1.1 防噴器液壓控制系統(tǒng)結構設計

防噴器是企業(yè)進行陸地石油鉆井的關鍵設備，可以調控陸地石油井口的壓力，平衡陸地井口的各方面壓力，穩(wěn)定鉆井內(nèi)外環(huán)境，有效控制井涌、井噴等石油事故，保證人員安全，提高石油鉆井的工作效率。防噴器液壓控制系統(tǒng)可以制備、儲存與控制液態(tài)壓力油，一般由遙控設備、蓄能器裝置、輔助控制臺、液控管匯組成，工作人員通過液壓控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)防噴器開關動作的指揮，滿足儀器遠距離操作、快速可靠運行、準確指揮的要求。目前，防噴器控制系統(tǒng)分為液壓控制方式、氣液控制方式、電液控制方式，液壓控制系統(tǒng)工作準確可靠，制作技術成熟，使用成本低，防爆性能較好，可用于近距離與淺水陸地鉆井方向。

1.2 防噴器液壓控制系統(tǒng)工作原理

防噴器液壓控制系統(tǒng)是大型石油鉆采裝備，需要明確液控系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示。在制備液壓能源時，要對油箱內(nèi)的液壓油進行升壓儲存，一般液壓油通過過濾器流入電機或氣泵后，進行升壓處理并輸入儲能器。其中，儲能器儲存空間豐富，由若干個事先預充7 MPa氮氣的鋼瓶組成，一旦儲能器的油壓升高到21 MPa，就可以啟動壓力控制器進行壓力控制，停止電機或氣泵的運轉工作，方便液壓油的升壓儲存。反之，儲存器鋼瓶的油壓過低，液壓控制系統(tǒng)將啟動壓力控制器調節(jié)電機或氣泵的工作運轉，從而保持儲能器壓力油的壓力，儲備足量的液控系統(tǒng)壓力油[1]。

防噴器的控制管匯可以控制壓力油的調整與流向，降低壓力油的輸出壓力，實現(xiàn)防噴器的開關動作，在實際工作中，液控系統(tǒng)中的壓力油經(jīng)過控制管匯的降壓閥調壓到10.5 MPa，輸入三位四通換向閥的控制管匯中，調整適當?shù)膲毫τ?。在操作過程中，如果需要大于10.5 MPa的壓力油，實現(xiàn)防噴器的推動作業(yè)，可以通過旁通閥直接輸入儲能器內(nèi)的21 MPa壓力油，并且操縱控制管匯推動閘板工作，實現(xiàn)防噴器液控系統(tǒng)的正常運行。為了滿足鉆井遙控作業(yè)，還可以使用氣動遙控系統(tǒng)來遙控防噴器的開關，減少因閥門觸碰、誤操作引發(fā)的安全事故，提高陸地石油鉆井的工作質量。

2 陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)的選用標準

2.1 防噴器液控系統(tǒng)的特點

防噴器工作壓力一般通過高壓系統(tǒng)控制推動防噴器的工作，滿足石油生產(chǎn)需要，因此，鉆井防噴器的液控系統(tǒng)需要具備反應快速、連接方式簡單可靠、操作靈敏、儀器精密、組合性能強等特點。如快速反應特點，防噴器高壓油的工作壓力通常需要達到210kg/m2，以保證在井噴、井涌等情況下，通過防噴器快速實施作業(yè)，在19s內(nèi)關閉萬能防噴器，在6s內(nèi)關閉閘板和防噴閥;防噴器的連接方式簡單可靠，可以有效降低操作混亂，減少液壓控制系統(tǒng)的誤操作，確保操作簡單可靠，縮短液控系統(tǒng)安裝時間，節(jié)省物流運輸空間，降低系統(tǒng)裝卸工作量。

液控系統(tǒng)管路簡單、操作靈敏，避免設計不合理造成的管路問題，減少管路彎頭、堵塞等問題，提高管路穩(wěn)定性，提高液控系統(tǒng)應對井噴、井涌的能力。液控儀器精密，可以有效預防火災、腐蝕等外界情況，通過精密的儀器設備可以嚴格控制儀器的工作閥，準確判斷壓力指數(shù)，降低操作控制過程中的誤動作。同時，精密高效的儀器，適應氣候能力強，使用壽命長，可以降低儀器成本。液控系統(tǒng)的組合性能強，方便選擇系統(tǒng)設備，通常液控系統(tǒng)由遙控設備、蓄能器裝置、輔助控制臺、液控管匯、管排架、電纜等組成，獨立的設備元件可以根據(jù)施工要求進行組合安裝，方便企業(yè)采購安排，根據(jù)石油開采地的環(huán)境特點及存儲量，選用合適的裝備進行組裝。

2.2 陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)的選用原則

企業(yè)進行防噴器液控系統(tǒng)的設備選用時，需要充分考慮各設備的性能與設計，針對設備選用進行詳細的計算，選擇安全可靠的設備進行組裝使用，提高設備使用的經(jīng)濟效能，根據(jù)切實可行的選用原則，制定選用實施方案。為此，企業(yè)需要以陸地鉆井工藝設計為基礎，落實選用要求，明確防噴器的本體型號、工作壓力、尺寸，以及防噴閥的性能要求，明確防噴器被控制設備的組裝數(shù)量，選擇合適的組裝方式，并結合防噴器被控制設備的液體工作量，確定合適的高壓油儲能器的容量[2]。

選擇容量、流量合適的泵源及輔助泵組，泵源容量需要滿足儲存器充壓的時間要求，流量大小以3min內(nèi)不用儲存器就可以關閉防噴器組為選用標準，輔助泵組的選擇需要合適可靠，滿足液控系統(tǒng)的可靠性。企業(yè)在選用操縱控制板時，需要考慮環(huán)境、氣候問題，選擇符合野外現(xiàn)場標準的管線、氣管線，選擇牢固的設備防碰設施，保證陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)可以快速可靠安裝，降低外界環(huán)境對設備的影響。

3 陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)的選用設計方法

3.1 明確防噴器本體需要的最大液量與組合方式

防噴器組一般包括萬能防噴器、單雙閘板防噴器、液動防噴閥。選用設計鉆井需要的防噴器組，需要明確防噴器組的工作壓力、型號與最大液量設計值Q1，結合防噴器組開啟實際動作需要的最大液量Q2，確定選用與設計液控系統(tǒng)的基本依據(jù)——最大液量Q1Q2。閘板防噴器的最大液量由雙閘板運作時所需要的最大液量為計算基礎，單閘板的最大液量是雙閘板的一半。企業(yè)通過試驗明確防噴器組各設備的最大液量，并且根據(jù)最大液量Q1Q2，確定防噴器液控系統(tǒng)的選用設計標準。

組合合理防噴器組可以有效控制井噴、井涌現(xiàn)象，是液控系統(tǒng)選用設計的基本依據(jù)之一，一般采用四種方式組合防噴器：組合一，被控制對象有液動放噴閥、萬能防噴器;組合二，被控制對象包括放噴閥、雙閘板防噴器;組合三，常用的陸地鉆井組合方式，被控制對象包括液動放噴閥、雙閘板防噴器、萬能防噴器;組合四，被控制對象包括半封或全封雙閘板防噴器、兩個液動放噴閥、萬能防噴器。選用設計液控系統(tǒng)應根據(jù)野外作業(yè)情況，科學選擇防噴器的組合方式，減少防噴器組合浪費[3]。

3.2 確定液控系統(tǒng)與油泵的選擇設計方法

液控系統(tǒng)的選用設計要考慮設備控制的安全經(jīng)濟性，增大控制系統(tǒng)的安全系數(shù)，選擇完善可靠的設備進行科學組裝，選用經(jīng)濟安全的液控系統(tǒng)。企業(yè)選用油泵需要結合工作環(huán)境、氣候特點以及動力條件，配備合適的油泵，如雙倍的動力油泵、氣動泵等。一般情況下，可以選擇四種油泵，電動往復泵結構簡單，用于野外工作，維修技術簡單，使用壽命較長;氣動泵壓力傳動比高，高壓氣源下使用效果理想，以壓縮空氣進行單柱塞往復運動;輔助泵由柴油機或天然氣發(fā)動機帶動運行的油泵，技術要求與電動泵、氣動泵相似;手動泵是備用泵，一般用于調試或其他特殊情況，提供的液壓源流量有限。

3.3 選擇合適的控制管匯與操縱控制板

控制管匯由萬能防噴器回路、閘板防噴器和放噴閥回路以及旁通回路組成，一般以經(jīng)濟可靠性為前提，通過防噴器組被控制數(shù)量來確定控制管匯系統(tǒng)的選用與設計，滿足液控系統(tǒng)的壓力需求。同時，選擇合適的操縱控制板進行遠距離操縱，有效控制井噴、井涌現(xiàn)象，如采取簡單快速的氣動操縱控制板可以安全可靠地控制液控系統(tǒng)，但要準備單獨的氣體源。采取輕便的電動操作控制板，可以克服氣候問題，但要設置防爆措施，設計轉換動作復雜。采取可靠性強的液動控制板，要準備液壓源。因此，工作人員要根據(jù)氣候特點、結構復雜程度、防爆設施等情況，選擇合適的操縱控制板。

4 結語

防噴器是石油鉆井的關鍵部分，選擇與設計合適的防噴器液控系統(tǒng)可以有效優(yōu)化石油鉆井質量，提高工作效率。為此，要根據(jù)野外作業(yè)的環(huán)境情況與液控系統(tǒng)選用的原則特點，選用設計與防噴器相匹配的設備，提高液控設備的安全性、靈活性，簡化液控連接系統(tǒng)，優(yōu)化儲存器的工作壓力，有效控制儲存器排油量，實現(xiàn)遠距離控制防噴器液控系統(tǒng)，降低投資、運輸成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 姜毅磊.基于防噴器控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢的探討[J].石化技術，2018，25（5）：293.

[2] 徐新，路妍.某自升式鉆井平臺防噴器液壓系統(tǒng)設計問題分析[J].機電設備，2017，34（2）：29-31，35.

[3] 蒲志理.陸地鉆井防噴器液控系統(tǒng)選用設計方法的探討[J].石油鉆采機械通訊，1980（6）：16-25.