防噴器為什么能防井噴？

顧名思義，防噴器就是能防止井噴的設(shè)備。要想了解防噴器是如何防止井噴的，首先需要了解一下什么是井噴。簡(jiǎn)單地說(shuō)，井噴就是指鉆井時(shí)地下的高壓原油、天然氣、地下水等受地層壓力作用突然夾帶著泥沙從井口噴出的現(xiàn)象。井噴是石油天然氣開(kāi)采中非常忌諱的重大事故，井噴往往伴隨著有毒氣體，對(duì)人員和環(huán)境造成極大危害，且發(fā)生井噴時(shí)，高壓原油、天然氣等噴出后往往會(huì)發(fā)生燃燒，因此非常危險(xiǎn)。引起井噴的原因有多種，例如，地層壓力掌握不準(zhǔn)、鉆井液密度偏低、井內(nèi)鉆井液液柱高度降低、起鉆時(shí)抽吸作用等。

控制井噴失控的主要手段是安裝和使用鉆井井控裝置，鉆井井控裝置主要包括防噴器、四通、遠(yuǎn)程控制臺(tái)、司鉆操作臺(tái)、節(jié)流壓井放噴管線等。鉆井井控裝置必須滿(mǎn)足鉆井井控工藝要求，安全可靠，操作方便，并能夠快速關(guān)閉和開(kāi)啟井口，既能在鉆機(jī)司鉆操作臺(tái)上控制，又能在遠(yuǎn)離井口的遠(yuǎn)程控制臺(tái)上控制。

鉆井井控裝置要具有一定的耐壓能力，可實(shí)現(xiàn)有控制的放噴、壓井，可進(jìn)行起下鉆作業(yè)，鉆井常用防噴器有35兆帕、70兆帕、105兆帕、140兆帕和175兆帕等壓力系列裝置，選用的原則由關(guān)井時(shí)所承受的最大井口壓力來(lái)決定。海上鉆井時(shí)，由于海洋作業(yè)的特殊環(huán)境影響，防噴器一般裝在海底，稱(chēng)之為水下井口裝置。

防噴器為什么能防止井噴呢？那是因?yàn)榉绹娖骺梢詫?shí)時(shí)關(guān)閉井口（又稱(chēng)封井或關(guān)井），一旦發(fā)現(xiàn)井底壓力異常，關(guān)閉防噴器，就可以將可能?chē)姵龅母邏毫黧w（原油、天然氣等）關(guān)閉在井內(nèi)，無(wú)法噴出。要想了解防噴器是如何防止井噴的，就要從防噴器的結(jié)構(gòu)說(shuō)起。防噴器可以分為環(huán)形防噴器、閘板防噴器和旋轉(zhuǎn)防噴器等三類(lèi)。

環(huán)形防噴器是由其封井元件，即膠芯呈環(huán)狀而得名。環(huán)形防噴器根據(jù)膠芯形狀分為錐形環(huán)形防噴器、球形環(huán)形防噴器和組合膠芯環(huán)形防噴器。當(dāng)井內(nèi)有管柱時(shí)，環(huán)形防噴器能封閉鉆柱與井口形成的環(huán)形空間，空井時(shí)能全封井口，在測(cè)井、打撈等特殊作業(yè)過(guò)程中，還能封住方鉆桿、電纜、鋼絲繩以及處理事故的工具與井口所形成的空間，進(jìn)行帶壓強(qiáng)行起下鉆作業(yè)等。可以說(shuō)，不論井內(nèi)有無(wú)鉆具，環(huán)形防噴器都能適應(yīng)多種工況下迅速封井，所以過(guò)去也曾稱(chēng)之為萬(wàn)能防噴器或多效能防噴器。

圖2為環(huán)形防噴器，主要由上殼體、膠芯、活塞、下殼體等組成。當(dāng)可能發(fā)生井噴需要封井時(shí)，來(lái)自液控系統(tǒng)的壓力油進(jìn)入環(huán)形防噴器下油腔（關(guān)閉油腔），推動(dòng)活塞上移，膠芯在活塞作用下向井眼中心擠壓、環(huán)抱鉆具，封閉井口環(huán)形空間。當(dāng)井內(nèi)無(wú)鉆具時(shí)，膠芯向中心擠壓，緊縮直至膠芯中空部位填滿(mǎn)橡膠為止，從而全封井口；同時(shí)上油腔里的液壓油通過(guò)液控系統(tǒng)管路流回油箱。打開(kāi)環(huán)形防噴器時(shí)，來(lái)自液控系統(tǒng)的壓力油進(jìn)入上油腔（開(kāi)啟油腔）推動(dòng)活塞下移，活塞對(duì)膠芯的擠壓力隨即消失，膠芯靠橡膠本身的彈性恢復(fù)原狀，井口全開(kāi)；同時(shí)下油腔里的液壓油通過(guò)液控系統(tǒng)管路流回油箱。

圖3為閘板防噴器，主要由其封井元件，即帶有膠芯的閘板而得名，通過(guò)兩塊閘板從左右兩側(cè)推向井眼中心來(lái)封閉井口。閘板防噴器按閘板數(shù)量可分為單閘板防噴器、雙閘板防噴器和三閘板防噴器。按閘板作用可分為全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、剪切閘板防噴器，以及懸掛閘板防噴器。半封閘板防噴器用于井內(nèi)有鉆具時(shí)，封閉鉆具與井口間的環(huán)形空間；全封閘板防噴器用于井內(nèi)無(wú)鉆具時(shí)全封閉井口；需將井內(nèi)鉆具剪斷并全封井口時(shí)，可用剪切閘板防噴器剪切井內(nèi)鉆具，然后全封井口；懸掛閘板防噴器則可用以懸掛鉆具。閘板防噴器一般帶有手動(dòng)鎖緊裝置，可用來(lái)長(zhǎng)期封井。

閘板防噴器主要由殼體、側(cè)門(mén)、液缸、活塞與活塞桿、鎖緊軸、閘板等零部件組成。閘板防噴器的封井、開(kāi)井動(dòng)作是靠液壓實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)液壓控制系統(tǒng)的高壓油進(jìn)入閘板防噴器左右液壓關(guān)閉腔時(shí)，推動(dòng)左右活塞帶動(dòng)左右閘板總成沿著腔體室內(nèi)導(dǎo)向軌道分別向井口中心移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)封閉井動(dòng)作。當(dāng)液壓控制系統(tǒng)高壓油進(jìn)入閘板防噴器左右液壓開(kāi)啟腔時(shí)，推動(dòng)左右活塞帶動(dòng)左右閘板總成沿著腔體室內(nèi)導(dǎo)向軌道分別向離開(kāi)井口中心的方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打開(kāi)井動(dòng)作。

圖4為旋轉(zhuǎn)防噴器，主要由其封井元件，即膠芯可以隨所封鉆柱旋轉(zhuǎn)而得名。嚴(yán)格意義講，國(guó)際上沒(méi)有把旋轉(zhuǎn)防噴器列在井控裝置中，主要原因是旋轉(zhuǎn)防噴器承受壓力有限，國(guó)際上最先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)防噴器額定靜壓為35兆帕，額定動(dòng)壓為21兆帕，鉆井工程設(shè)計(jì)與實(shí)際施工中一般動(dòng)壓控制在7兆帕以下。旋轉(zhuǎn)防噴器是進(jìn)行近平衡鉆井、欠平衡鉆井、控壓鉆井時(shí)必須配備的裝備，其主要作用是實(shí)現(xiàn)井口帶壓鉆井作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式為筒形橡膠密封，只能實(shí)現(xiàn)鉆柱下的封井；主動(dòng)式為球狀環(huán)形密封，可以實(shí)現(xiàn)各種工況下的封井。主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)防噴器主要由上殼體、機(jī)械密封、主軸承、膠芯、上部襯套、下部襯套、扶正軸承、活塞、下殼體等組成。主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)防噴器實(shí)際上就是在球形環(huán)形防噴器的內(nèi)腔頂部增設(shè)了一套旋轉(zhuǎn)軸承系統(tǒng)，除具有環(huán)形防噴器的工作特點(diǎn)和功能外，旋轉(zhuǎn)防噴器在封閉井內(nèi)鉆具和井眼之間的環(huán)形空間時(shí)，膠芯能隨鉆具一起帶壓轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)井下帶壓鉆井作業(yè)。

在鉆井作業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)各種情況下均能迅速可靠地封井，井口所裝的防噴器常常不止一個(gè)，而是各種防噴器的組合。圖5為防噴器組井口安裝示意圖，圖6為井口防噴器組實(shí)物。在深井鉆井中，防噴器組一般由兩種以上的閘板防噴器，再加環(huán)形防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器等三種或四種組合而成。在井筒中有鉆具的情況下，采用半封閘板防噴器封井，在井筒中無(wú)鉆具的情況下，采用全封閘板防噴器關(guān)井，在測(cè)井、打撈等特殊作業(yè)下，采用環(huán)形防噴器封井，在封井狀態(tài)下還需進(jìn)行強(qiáng)行起下鉆作業(yè)，則宜采用環(huán)形防噴器或旋轉(zhuǎn)防噴器，在欠平衡鉆井、控壓鉆井中，則采用旋轉(zhuǎn)防噴器實(shí)施帶壓鉆進(jìn)作業(yè)。防噴器規(guī)格尺寸的選擇取決于鉆井設(shè)計(jì)中的套管尺寸，即防噴器的公稱(chēng)通徑尺寸，必須略大于再次下入套管接箍的外徑。

作者：蘇義腦 馬青芳