淺析提高井控設備使用可靠性的對策與成效

王立哲

（大慶油田有限責任公司技術(shù)發(fā)展部，黑龍江大慶163002）

大慶油田隨著多年注水開發(fā)，井下壓力系統(tǒng)日趨復雜，超壓層、欠壓層分布越來越廣，溢流、井漏等復雜情況時有發(fā)生。尤其是長垣內(nèi)主力油田以及長垣西側(cè)油田淺氣層分布十分廣泛，喇嘛甸、南區(qū)、葡區(qū)等區(qū)域淺氣非常活躍，因埋藏深度淺，對井筒內(nèi)壓力變化敏感，一旦井筒內(nèi)壓力失衡，從溢流發(fā)展成為井噴的時間極其短暫，在大慶油田勘探開發(fā)的過程中，就曾發(fā)生多起井噴失控事故，造成了巨大的損失、影響深遠。再加上近些年來塔里木、川渝等高風險區(qū)域的施工，更是使得井控風險越來越大，井控設備的使用也逐漸變?yōu)槌B(tài)，因而如何提高井控設備使用的可靠性從而降低井控風險保證鉆井安全也逐漸發(fā)展成為了一個重要課題。

1 影響井控設備使用可靠性的關(guān)鍵因素分析

井控是指采取一定的方法利用專用的設備按照一定的程序控制住地層孔隙壓力，基本上保持井內(nèi)壓力平衡，保證井內(nèi)施工順利進行。其中關(guān)鍵點主要有三個：一是一定的方法；二是專用的設備；三是一定的程序。一定的方法是指根據(jù)井下實際情況選擇合適的鉆井液密度，主要由人為因素決定；專用的設備是指滿足現(xiàn)場使用要求的井口防噴器，主要由設備因素決定；一定的程序是指按照規(guī)定的順序進行關(guān)井或者壓井作業(yè)，主要由人為因素決定。由上述分析可知，要提高井控設備使用的可靠性，實現(xiàn)鉆井的安全施工，需要做到以下兩點：

（1）設備方面，要保證井控設備完好，各項指標滿足要求，使得一旦發(fā)生溢流乃至井噴時井控設備可以有效發(fā)揮作用。因此提高井控設備維修檢測質(zhì)量，確保井控設備時刻處于良好待命狀態(tài)，是實現(xiàn)井控安全的重要保證。

（2）人員方面，要保證現(xiàn)場作業(yè)人員掌握井控設備的操作技能以及不同風險儲層的一次井控技術(shù)和二次處置井控技能，杜絕井控險情。因此，提升井控培訓質(zhì)量，提高作業(yè)人員井控技能至關(guān)重要。

由此得出了兩條提高井控設備使用可靠性的對策：提高井控設備維修及檢測能力和提升井控培訓管理水平。

2 提高井控設備使用可靠性的對策及成效

2.1 提高井控設備維修及檢測能力

井控設備為安全鉆井提供了保障，保護了鉆井人員、鉆井設備以及油氣井的生產(chǎn)安全，使油氣田的勘探與開發(fā)獲得更好的效益。隨著多年的發(fā)展，大慶油田井控設備已由單一的老式手動防噴器發(fā)展成一套完整的井控設備系統(tǒng)。但隨之帶來的就是設備的維修檢測問題。大慶油田傳統(tǒng)的井控設備檢修主要采用人工、外協(xié)等方式，檢修效率低、周期長、安全性差，因此需亟待提升井控設備維修及檢測能力。為此大慶油田開展了多項井控檢修設備研究。

2.1.1 井控裝備檢測試壓裝置

首次研發(fā)出集內(nèi)防噴工具、井控閘閥、防噴管線及高壓耐火軟管線于一體的多功能試壓檢測設備。該系統(tǒng)采用最大工作壓力為3.8MPa的電動試壓泵和最大工作壓力為150MPa的氣動試壓泵組成復合泵組加壓系統(tǒng)，解決了小腔體工件試壓過程不易控制的難題，可實現(xiàn)多種設備試壓檢測。

同時針對不同試壓設備設計了相應的液壓夾緊、對中機構(gòu)，并對試壓全過程實行全程監(jiān)控，確保試壓過程安全。目前該系統(tǒng)已經(jīng)完成了320件井控工件的試壓檢測，解決了常規(guī)試壓裝備繁多、工藝繁瑣、生產(chǎn)效率低下的難題，試壓檢測效率提高了3~4倍。井控裝備檢測試壓裝置現(xiàn)場應用如圖1所示。

圖1 井控裝備檢測試壓裝置現(xiàn)場應用示意圖

2.1.2 井控設備無線壓力測試系統(tǒng)

針對試壓設備高壓刺漏可能造成人身傷害的安全隱患，開展了自動加壓控制、測試數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研究，研制了一套無線遠程控制壓力測試設備，可實現(xiàn)100m范圍內(nèi)遠程檢測，保證試壓過程人身安全。目前已累計現(xiàn)場應用3000余口井，提升現(xiàn)場試壓工作效率近3倍。

同時，為了有效地消除試壓波動、系統(tǒng)壓降影響，開發(fā)設計了一套井控試壓操作管理與分析軟件。該軟件可根據(jù)試壓工件情況設置壓力波動段的穩(wěn)壓時間，從而消除初始穩(wěn)壓時壓力波動對試壓結(jié)果產(chǎn)生的影響，確保試壓結(jié)果真實性，并可根據(jù)試壓標準自動評判結(jié)果，具有現(xiàn)場打印試壓曲線及隨時調(diào)用試驗記錄的功能。井控設備無線壓力測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場應用如圖2所示。

圖2 井控設備無線壓力測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場應用示意圖

2.1.3 旋轉(zhuǎn)防噴器試驗檢測系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)防噴器試驗檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同型號的旋轉(zhuǎn)防噴器靜密封、動密封以及現(xiàn)場工況模擬旋轉(zhuǎn)等試驗，監(jiān)測及控制自動化程度高，可提升旋轉(zhuǎn)防噴器的維護、保養(yǎng)和檢修能力，提高設備應用的可靠性以及安全性，應用后旋轉(zhuǎn)防噴器現(xiàn)場使用故障率可降低50%。

該系統(tǒng)共開展了三項關(guān)鍵技術(shù)設計：①軌道推車結(jié)構(gòu)設計。采用電機滑輪組+工字型鋼軌+四輪推車結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)防噴器的移動及安全鎖定功能；②升降裝置結(jié)構(gòu)設計。利用液壓缸驅(qū)動鉆桿進出防噴器，實現(xiàn)試驗桿插入、拔出旋轉(zhuǎn)防噴器功能；③主體立架結(jié)構(gòu)設計。利用變頻直驅(qū)電機驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)防噴器靜壓、旋轉(zhuǎn)動壓試驗功能。

2.1.4 防噴器專用翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

國內(nèi)首創(chuàng)了0°~180°防噴器專用翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，創(chuàng)新設計了雙液缸同步驅(qū)動機構(gòu)，兩個單作用油缸和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)組成活動主體，在兩個油缸進油段設計了平衡閥，形成雙作用油缸，采用無級變速操作，保證防噴器翻轉(zhuǎn)過程平穩(wěn)，實現(xiàn)了全系列防噴器水平和垂直雙向同步自動移運翻轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)最大載荷30t，已累計完成了130臺套防噴器的翻轉(zhuǎn)作業(yè)，防噴器組維修翻轉(zhuǎn)效率提高了近50%。防噴器翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)原、現(xiàn)工藝對比如圖3所示。

圖3 防噴器翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)原、現(xiàn)工藝對比示意圖

2.2 提升井控培訓管理水平

一套井控設備的優(yōu)劣與其服務質(zhì)量可從四個方面來評估：一是設計；二是材質(zhì)；三是加工制造；四是維護和使用。當設備制造出來以后，維護和使用就成了設備好壞的關(guān)鍵因素。如果井控設備安裝、維護、使用不當，那么這些設備就等于虛設，就有井噴、著火等重大事故隱患的威脅。因此，必須對鉆井人員進行井控培訓，使之掌握一定的井控設備基礎知識以及正確而熟練的操作技能，從而使得井控設備發(fā)揮其應有的效能，確保鉆井工程的安全。

大慶油田傳統(tǒng)的井控培訓組織方式單一，培訓課程、師資資源、硬件設施有待更新，因此，需與時俱進，開發(fā)構(gòu)建現(xiàn)代化的井控培訓管理體系，提升井控培訓管理水平。

2.2.1 開發(fā)井控網(wǎng)絡學習考試系統(tǒng)

通過采用在線學習模塊功能設計、井控知識庫構(gòu)建技術(shù)、基于知識點的井控考試題庫開發(fā)技術(shù)、基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡訪問交互平臺設計、網(wǎng)頁動態(tài)互動與異步刷新AJAX技術(shù)，開發(fā)了井控網(wǎng)絡學習考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備練習自測功能、正式考試功能、在線論壇交流功能、用戶權(quán)限管理功能、考試科目管理功能、評卷管理功能以及試卷管理功能，實現(xiàn)了井控培訓的遠程教育，目前已累計培訓1.6萬人次，大大提高了井控培訓效率。

2.2.2 構(gòu)建“溢流、井涌、井漏”模擬自動化控制培訓系統(tǒng)

通過開展溢漏供液模塊、氣控制與壓力模擬等硬件模塊的設計研究、模擬培訓系統(tǒng)控制工藝的研究以及開發(fā)模擬培訓監(jiān)測和自動控制軟件，建成了國內(nèi)首個集“溢流、井涌、井漏”模擬自動化控制培訓系統(tǒng)（見圖4），為防噴演習培訓與坐崗技能專項訓練提供了良好平臺。該系統(tǒng)目前已累計培訓4000人次，提升了大慶油田井控培訓效果。

圖4 “溢流、井涌、井漏”模擬自動化控制培訓系統(tǒng)

2.2.3 建立IADC wellsharp井控培訓教學考試體系

通過優(yōu)化IADC wellsharp井控培訓教學大綱、編制《IADC wellsharp井控培訓教材》、開發(fā)新版IADC wellsharp培訓課件、完善IADC wellsharp井控培訓管理流程以及建立IADC無紙化井控培訓考試題庫，完成了監(jiān)督級、司鉆級、入門級、意識級等四個級別的井控培訓系統(tǒng)，建立了一套科學規(guī)范、實用高效的IADC wellsharp井控培訓教學考試體系。目前已累計培訓了2100人次。

2.2.4 建立涉外人員井控設備維護及檢修培訓體系

通過采用標準化安全管理模式的宣貫理念完成了海外針對性課程設計，建立了70MPa井控設備標準化實訓場地和專業(yè)的井控設備檢修師資隊伍，形成了“講、練、評”相結(jié)合創(chuàng)新教學模式，最終構(gòu)建了涉外人員井控設備維護及檢修培訓體系，使得海外項目主要崗位人員能夠全面掌握井控設備基礎理論知識以及井控設備的日常維護、調(diào)試、檢查及常用部件更換、簡單的維修和故障處理等知識，增強海外項目人員對井控設備的使用、維護和處理故障的能力，切實提高了海外施工井控安全。目前該培訓體系已累計培訓涉外施工人員126人次。

2.2.5 構(gòu)建PTE高效網(wǎng)絡培訓體系

2020年新冠疫情期間，為實現(xiàn)常態(tài)化井控取證，大慶油田創(chuàng)建了操作簡單、功能強大、延遲卡頓少的線上井控培訓平臺。然后，為進一步提高培訓質(zhì)量，克服線上培訓參與度不高等問題，進行了升級改造，最終構(gòu)建了具有大慶油田特色的PTE高效網(wǎng)絡培訓體系（見圖5），增強了學員培訓學習的參與性、及時性、實效性：①參與性。重要知識點建立互動答題+積分考核模式，提高學員的聽課主動性和參與性；②及時性。保證教師可根據(jù)答題情況了解學員的知識點掌握程度，對于錯誤率高度重難點重新講解，提高培訓效果；③實效性。創(chuàng)新建立了線上線下相結(jié)合的實訓流程：學員觀看標準操作視頻→井隊工程師根據(jù)實際情況現(xiàn)場培訓→錄制操作考核視頻→發(fā)回井控中心→判定考核成績。截止目前，該網(wǎng)絡培訓體系完成了累計2600人次的線上井控培訓，保證了前線安全生產(chǎn)需求。

圖5 PTE高效網(wǎng)絡培訓體系

3 結(jié)束語

（1）通過開展井控設備維修檢測工具及裝置研究，完善檢修設施，提高井控設備維修及檢測能力，可有效提升井控設備的檢修效率、縮短檢修周期，提高檢修作業(yè)安全性，為井口壓力控制的安全性提供強有力的保障；

（2）通過開發(fā)構(gòu)建現(xiàn)代化井控培訓管理體系，提升井控培訓管理水平，可幫助員工提升對井控設備理論知識的掌握深度和操作技能水平，提高井控風險控制與處置技能，為井控設備應有作用的充分發(fā)揮提供人員保證；

（3）提高井控設備維修及檢測能力和提升井控培訓管理水平，可顯著提高井控設備使用的可靠性，有效地避免因井控設備使用與維護不當以及現(xiàn)場人員井控處置程序不正確造成的重大井控事件，保障鉆井施工安全。