井控装置第三方检测方案及实施案例

张 前

1.荆州市世纪派创石油机械检测有限公司 （湖北 荆州434024）

2.中国石化四机石油机械有限公司（湖北 荆州434024）

井控装置的主要作用是当井内出现溢流、井涌时可快速及时关闭井口，防止井喷事故的发生。它主要由防喷器、防喷器控制系统、钻井四通、法兰短节、节流压井管汇、放喷管线、液气分离器及内防喷工具等组成[1]。随着油气勘探开发向深层、深海、非常规油气藏以及恶劣地表环境领域不断扩展[2]，地层高压、高含硫、易喷易漏造成工程施工难度不断增加，要求不断改进和完善井控装置检测规范，确保井控装置始终安全可靠。在每年的冬季安全生产井控专项检查中，经常提出钻井井控管理是薄弱环节。

1 第三方检测的重要性

第三方检测又称公正性检验，是指由独立于当事双方的另一方以公正、权威的非当事人身份，根据有关法律、标准或合同进行公平公正的检测，得出可令双方信服的检测结果。

国外钻井公司大多采取自有或租赁的形式使用井控装置，制造厂家进行大修或再制造，油公司进行监督使用。井控装置检维修流程如图1所示，一般由专业的第三方检验检测机构进行3年期或5年期认证，井控装置在认证合格后才能上井使用，只要各项性能指标达标，井控装置可以一直使用。目前国内的井控装置资产归属大都是钻井公司或管具公司，钻井队负责保养及使用，井控车间依据SY/T 6160—2014《防喷器检查和维修》进行自检自修并建立档案[3]。井控装置使用达到一定年限后需强制报废，在管理模式方面与国外存在一定差异。开展第三方检测是井控行业发展的必然趋势，其他很多行业早已开展第三方检测[4]，制造检维修单位不能“既当裁判员，又当运动员”。

图1 国外井控装置检维修流程

国内很多检维修单位没有严格依据行业标准开展检测评价，主要原因有：①检维修周期安排不合理，在上井前临时开展检测，因上井时间紧而降低检维修质量；②一些部件例如节流压井管汇拆解任务量大，导致需要拆解的没有拆解，增加使用安全风险；③考虑到成本问题，一些井控装置存在超期服役的现象。通过第三方检测，能保证检测结果及数据的真实性和公正性，还能确保检测周期的规范性，最终提升井控装置本质安全，降低钻井作业风险。

2 第三方检测的实施方案

第三方检测机构在检测实施前需从人、机、料、法及环等方面做好准备。

现场人员需取得井控证、H2S证及HSE证等[5]，无损检测人员均需取得国家或行业认可的相关资质。硬件配置方面需配置必要的电磁轭、声发射检测仪、超声测厚仪、电子内窥镜、超声波探伤仪及硬度计等。提前准备好井控装置检测作业指导书和现场记录表格，以规范现场检测工作。井控装置第三方检测包括3个部分：①投产验收，对新产品及大修产品进行驻厂监造。根据中石化工程公司管理规定、GB/T 20174—2006标准以及各井控车间采购协议，严格出厂验收，对出厂检验合格的产品由第三方检测机构发放合格证，确保井控装置入库合格率100%。②检测认证，按检测标准对井控装置进行检测评价及认证。SY/T 6160—2014标准规定需对井控装置开展3月期、1年期或3年期检测，第三方检测机构可重点开展3年期检测。③报废评定，对井控装置报废进行评定。

在检测过程中主要以检测认证为主，其具体工作流程如图2所示。

图2 检测认证工作流程

流程中存在一些关键点，例如拆解清洗完成后井控车间通知第三方检测机构进行尺寸测量、宏观检查、无损检测、本体硬度测试、壁厚测定等相关工作。壳体静水压试验前通知第三方检测机构进行声发射检测的准备工作，试验过程中控制环境噪声。液压控制开启腔、关闭腔油压试验时，通知第三方检测机构见证试验过程并在试验后提供试验报告。进行关闭试验时（低、高压试验）通知第三方检测机构见证试验过程，并在试验后提供试验报告。

第三方检测项目主要包括7个方面：①资料审查：主要是查看装置的历史，了解和掌握装置的使用及检维修情况。②宏观、几何尺寸检查。采用目视、测量仪器对装置关键部位状况（如密封面、通径磨损量、腐蚀、变形情况等）进行评价。③功能性检查。对可能造成设备正常使用的故障因素及安全隐患等因素进行排查和测试。④无损检测。对井控装置的主要承压部件、部位进行无损检测（如MT、PT）进行检测判断。⑤壁厚及硬度检测。对装备关键部位或危险截面进行检测评价。⑥静水压试验。按照标准或技术规范对装置进行密封性能试验。⑦声发射检测。在带压状态下承压部件是否存在缺陷进行在线监控，如图3所示。很多井控车间在声发射检测方面能力比较欠缺，如果通过第三方检测机构对井控装置开展声发射检测，可在试压过程中对井控装置的活性缺陷进行更精准判断。

发生下列3种情况之一的钻井I类井控装置应依据现场使用情况适时返回车间由第三方检测机构实施检测，最晚不得超过下次上井前。3种情况说明为：①井喷抢险使用后；②压井过程中检测到硫化氢；③现场处理溢流时，70 MPa井控装置关井井口套压在25 MPa以上，105 MPa井控装置关井井口套压在35 MPa以上。

结合已有现状，开展第三方检测可采取不重复建设的模式，利用现有地区公司设施及场地开展I类井控装置第三方检测认证工作。现有维修方式不变，各地区管具公司或钻井公司下属井控车间、现场试压队承担的井控装置日常检测、维修、保养、现场试压等职责不变，方式方法不变。

3 第三方检测实施案例

以某第三方检测机构为例，由中石化石油工程公司授权开展I类井控装置（压力在70 MPa及以上）3年期检测、驻厂监造及建立中石化石油工程井控管理系统[6]。各地区工程公司井控车间与其在检测过程中互相配合，分工明确，各自发挥优势，共同完成检测工作。自开展钻井I类井控装置3年期检测工作以来，第三方检测公司组织井控装置现场检测人员分别在西南、新疆、江汉、中原、胜利等地区开展3年期检测服务，2016年至2018年2年间已接受各类井控装置检测委托一千余台套，在制造厂家开展新品出厂和返厂大修监造30余台套，发现多个需要整改的问题。对现场检测合格、符合标准的产品出具合格证书及报告，对不符合标准要求的产品及时出具《不符合通知单》，累计出具不合格报告两百余份，根据中石化工程公司的管理规定没有合格证的井控装置严禁上井使用。

对检测过程中发现的各类隐患统计情况见表1。由表1可以看出，裂纹缺陷比重较大，占缺陷总数的22.15%，这类缺陷通常隐蔽性非常强，无法通过正常的目视检查发现，且出现位置通常在垫环槽、闸板、闸板轴、密封表面等承压受力部位，安全隐患大，产生的原因也比较复杂，有制造缺陷、疲劳缺陷、过载缺陷等。在检测过程中发现的典型问题如图4所示。

3.1 闸板防喷器典型问题分析

1）闸板防喷器壳体侧门密封部位存在多道裂纹。原因分析：①井控装置母材缺陷，导致在井上使用一段时间后，出现肉眼不可见的裂纹；②小的裂纹可能是补焊造成；③生产厂家出厂检测不严。由此可看出，车间加强无损检测的重要性，此类缺陷设备，如在钻井过程中发生井喷失控，将出现无法控制的安全事故。

表1 各类隐患统计

图4 典型问题示意图

2）闸板防喷器闸板轴、闸板总成挂钩部位、总成本体裂纹。原因分析：①本身材质问题；②长期疲劳使用，导致出现疲劳裂纹缺陷。对于防喷器长期受力部位，应定期进行无损检测，发现疲劳裂纹应及时更换。该处裂纹易导致闸板轴、闸板断裂，出现各种不可预估的事故。

3）闸板防喷器顶密封面有严重腐蚀凹坑，影响顶部密封效果。原因分析：根据泥浆pH值不同，其具有酸性或碱性，对防喷器造成酸、碱腐蚀，闸板防喷器检修内腔附着泥浆未清理或清理不干净，导致长期被泥浆腐蚀，顶密封面出现腐蚀凹坑。所以闸板防喷器应定期进行检修，清理干净其附着泥浆。

4）闸板防喷器闸板轴、锁紧轴镀层大面积脱落。此问题对于所检测的闸板防喷器，最为普遍。原因分析：①厂家电镀工艺存在缺陷，可能底料未清理干净，致使镀层脱落；②镀层脱落部位长期处于摩擦或腐蚀环境中。镀层脱落后，导致闸板防喷器侧门密封件易损，油缸密封不牢，出现窜缸、漏油等现象。

5）闸板防喷器、钻井四通等各类井控装置密封垫环槽堆焊部位渗透检测时发现明显裂纹。原因分析：焊接手法、操作参数、温度、母材、夹渣物等均有可能产生裂纹，图4（e）裂纹问题焊接手法（工艺）的可能性较大。

6）闸板防喷器、钻井四通、环形防喷器等各类井控装置密封垫环槽部位机械损伤。原因分析：日常搬运、拆卸过程中，由于保护不当而被砸伤。要求井控车间或钻井队，在对防喷器进行搬运、拆卸过程中，应注意设备安全，做好防护，小心磕碰造成防喷器的机械损伤，影响防喷器正常使用。

3.2 环形防喷器典型问题分析

1）环形防喷器顶盖发生严重偏磨，偏磨量超过标准规定要求的3 mm。原因分析：由于钻具在旋转下钻过程中，长时间摩擦环形防喷器顶盖同一位置。转速过快，钻具摆动过大，以及钻具不居中，是造成此类缺陷的主要原因。所以，在下钻过程中，为保护防喷器，应确保钻具尽可能处于居中位置，且转速不宜过快。

2）环形防喷器活塞外表面、油缸内腔、壳体液压腔内表面划伤。原因分析：活塞及壳体液压腔划痕主要由于液压油中存在硬颗粒物质，而该硬颗粒来源于远程控制系统及其连接管线，随液压油进入环形防喷器开启关闭腔。为避免此类缺陷的出现，需确保液压油干净。主要措施有：①确保连接管线清洁、干净；②对于进出防喷器的液压油进行过滤处理。

3）活塞表面有明显补焊修复痕迹，且修复部位存在肉眼可见的密集气孔、夹渣等焊接缺陷。原因分析：由于活塞划伤而进行焊接修复，但焊接修复质量不过关，且未经过无损检测合格。

4）环形防喷器拆解后，发现胶芯有明显开裂。原因分析：环形防喷器胶芯老化，或者胶芯生产厂家所生产的胶芯质量存在缺陷，都有可能产生此问题。解决方法为更换胶芯。

2016年到2018年，中石化工程公司未发生一起因井控装置质量不合格而引起的井控事故，该模式取得了良好效果，受到了中石化各地区工程公司的高度好评。通过开展井控装置3年期检测工作，提高了井控装置车间检修质量，确保了井控装置本质安全，保证了作业现场的安全施工，验证了国际上井控装置3年期认证的可靠性。

另外，通过近2年的井控装置3年期检测业务的开展，建立并完善了一支集现场检测服务和实验室分析研究为一体的井控装置检测评价队伍。下一步将针对目前井控装置检测标准存在的漏点，加大现场检测能力的投入，根据实际问题不断完善第三方检测作业规范，做到工程公司I类（70 MPa及以上）井控装置第三方检测覆盖率100%。

4 结束语

通过借鉴国外管理理念，第三方检测机构对井控装置开展投产验收、检测认证及报废评定等，可以提高检测数据的真实性、规范检维修流程、避免井控装置带病、超期服役，使管理更加科学，确保井控装置本质安全，为生产保驾护航。