三级井控抢装防喷器技术及应用

刘英伟 孙长利 初德军 陈宇同

摘   要：三级井控情况下，为控制高速喷出的井口流体，需在井口安装防喷器，建立压井通道，重新恢复对井的控制。通过法兰或者卡瓦机构在套管上“生根”，依靠吊装、扣装和磨装三种方式，完成防喷器的安装，对陆地和海洋井噴抢险均有借鉴意义。

关键词：防喷器  抢险套管头  井喷  三级井控  压井

中图分类号：TE2                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0048-02

Abstract：In the case of tertiary well control， blowout preventer should be installed at the wellhead to establish the kill channel and restore the control of the well in order to control the high-speed ejected downhole fluid. By "rooting" on the casing through flange or slip mechanism，blowout preventer can be installed from axial or circumferential direction， which can be used for reference in both onshore and offshore blowout.

Key Words： Blowout preventer; Emergency casing head; Well blowout; Tertiary well control; Kill operation

防喷器是井控设备中用于控制井口压力的核心设备[1]。从1970—2009年，中石油发生的井喷失控案例共79起，其中由于防喷器失效引起的井喷失控为17起，占比21.5%，由于井口无防喷器引起的井喷失控为18起，占比22.8%[2]。近几年来，国际上连续发生了2009年PTTEP澳大利亚平台井喷事故、2010年BP墨西哥湾事故、2012年雪佛龙尼日利亚井喷平台倾覆事故等重大海上钻井事故[3]。关键原因均为防喷器无法对井喷流体形成有效控制。本文主要介绍，在井喷抢险作业时，为重新恢复对井的控制，如何快速有效安装防喷器的关键技术及措施。

1  制约压井作业的关键因素

在不使用动态压井的情况下，利用防喷器提供井口回压，通过向井内泵入压井液，实现对地层空隙压力的平衡[4]，意味着压井作业的成功，但是以下工况会制约压井作业的实施：

（1）井口无防喷器。

违章操作，不按设计施工，地质资料误差等因素，都可能导致溢流发生时，井口处于无防喷器状态。

（2）井口设备压力级别低。

异常高压导致关井套压超过最大允许关井压力，井口设备压力级别存在薄弱点，防喷器压力级别选型或配置不当等因素，都会给实施压井带来障碍。

（3）井口防喷器功能失效。

闸板或胶芯刺漏，闸板尺寸与井内钻具不匹配，钻具不居中导致关井失败，关井位置处于钻具接头等原因，会导致防喷器无法有效封闭环空。

2  防喷器安装的前提条件

2.1 井口有法兰盘

如果井口留存有可用的法兰面，尽量保留该法兰面完好，配套能够实现压井液进出通道的钻井四通，安装防喷器。

2.2 光套管

在井口遭受损毁的情况下，力争暴露出一定长度的套管段，优先利用抗内压更高的技术套管作为最内层套管，安装防喷器。为了防止关井后，井口防喷器被高速流体顶开，需要有装置牢牢的将其固定在套管上，有诸多方法可以尝试，如中国石油大学（华东）研制的钻井井喷抢险装置[6]，中国石油集团川庆钻探工程有限公司研制的油气井抢险套管头[7]，或者利用倒扣闸板防喷器卡住套管本体[8]等工具和工艺。

3  防喷器安装方法

3.1 吊装

在有井口底法兰的情况下，将可固定钢圈安装在扣装设备的底法兰上，将合适直径的钢丝绳，一端固定在扣装设备上，穿过井口法兰螺栓孔，另一端通过拖拉设备加压，利用滑轮导向，以“穿针引线”的方式，从井口上方切入井喷气流，将抢险设备坐在井口法兰上，紧固螺栓，完成吊装作业。

在井口仅有光套管的情况下，可以利用分瓣式套管头，或配有卡瓦的生根系统，预先在套管上形成法兰面，再按照“穿针引线”的方式进行安装作业。

3.2 扣装

陆地井场在抢险作业前，常利用水力切割，长矛割炬，燃烧棒切割等方法，配合拖拉设备，清理出足够的场地以满足井口扣装的作业需要。带火作业条件下，要考虑消防车、水炮车、供水车、压裂车、推土机、长臂桅杆等大型装备联合作业的场地需求。将新的防喷器从井喷流体上方一定高度，切入气流，通过机械加压完成下放、对中和紧螺栓作业。

海洋石油尤其是丛式井作业平台，受甲板层间高度，井口间距，场地面积的制约，也可选择使用铰链式套管头[9]，预先在事故井口上“生根”，配合钢丝引导，通过翻转的方式切入气流，实现扣装。

3.3 磨装

利用事故井的法兰面，安装“生根”系统、轴套式支柱和丝杠式横梁，将抢险防喷器起升后，从水平方向上切入井喷流体，配合轴套的上下移动，完成加压下放。

4  吊装法在海上某井的应用

4.1 事故井基本情况

事故井为开发井，井口平台为4×6槽口的丛式井，井间距2m×1.8m，井身结构为：609.6mm导管入泥50m+339.7mm套管下深715m+244.5mm套管下深2639m。自升式钻井船在临井进行钻井作业，凌晨5：00在巡检中发现本井244.5mm套管和339.7mm套管环空有流体溢出，现场未监测到可燃气体和有毒有害气体，涌出流体不含油花。现场立即上报钻井总监，经研究决定：对正在作业井注水泥临时封井后，移井架至事故井进行控制处置。

4.2 抢险准备

上报主管领导，基地成立应急指挥小组。现场钻井平台发出全船警告，停止热工及电气焊作业，组织钻井平台和生产平台无关人员撤离。现场做好安全工作避免火灾等次生災害发生，对悬臂梁下方重点液压管线和电气设备进行防护，以免冲蚀损坏。对正在作业井注水泥临时封井，为移井架至事故井进行控制处置做准备。现场持续监测，确认泄漏物中的可燃气体和有毒有害气体含量。以人为本，确保在生产平台及设备安全，防止次生灾害发生，防止溢油事故发生。动员3条值班船分头行动，2条将钻井平台作业无关人员，采油平台驻守人员撤离，1条现场守护，人员撤离完成后，其中1条返回协助守护。协调船舶、直升机等资源全力支持，额外增派3条值班船，现场待命。生产平台所有井全部关停。组织溢油处置材料，以备不时之需。启动救援井设计。

4.3 回接防喷器作业

回接防喷器组合为：单闸板+钻井四通+双闸+万能。作业方式为：穿针引线吊装防喷器。用钻台下部的防喷器吊悬吊防喷器，将两根钢丝绳一段分别固定在回接防喷器组合上，另外两端对称穿过井口的21MPa套管头螺栓孔，利用钻井平台现有的气动绞车进行加压牵引，以抵挡高速流体的冲击作用。

现场在喷流水雾的保护下，实时监测可燃气体和有毒有害气体，进行回接作业。由于高速流体将钢圈刺断，第一次回接失败。在第二次回接过程中，喷势不断加大，夜间能见度低，操作困难，回接失败。后现场制作胶皮垫，并将钢圈粘接在防喷器底法兰处，回接时由于导向螺栓被压弯，更换导向螺栓再次尝试，钢圈损坏掉落，第三次回接失败。重新制作胶皮垫、导向螺栓，粘贴钢圈，固定胶皮垫，做第四次回接防喷器准备工作。加压用的9.5mm钢丝绳断裂，第四次回接失败。为便于观察，将变压法兰调整为1.5m长变压升高立管（21MPa×70MPa），完成粘贴钢圈、安装导向绳等准备工作后，进行第五次尝试，由于钢圈被冲蚀脱落，第五次回接失败。现场进行钢圈点焊、打磨，加工导向螺栓，更换19mm钢丝绳等准备工作后，成功回接防喷器，随转入压井作业。

5  结语

（1）光套管工况，如何让新井口在原套管上“生根”，决定这后期抢险作业的成败;

（2）井喷抢险时，优先保护和利用好事故井套管头法兰，将为后期安装防喷器创造有利条件;

（3）因时因地制宜，提前加工和储备可固定钢圈、导向卡箍等抢装防喷器辅助工具，将能为抢险作业节省宝贵时间;

（4）由于海陆作业差异，应进一步加强井喷抢险装置的适用性研究，提高抢险设备的通用性。

参考文献

[1] 杜钢，于洋飞，熊朝东，等.钻井井喷失控因素分析及预防措施[J].中国安全生产科学技术，2014，10（2）：120-125.

[2] 杨庆理，金华，秦文贵，等.中国石油天然气集团公司井喷事故案例汇编[M].北京：石油工业出版社，2006.

[3] 李迅科，殷志明，刘健，等.深水钻井井喷失控水下应急封井回收系统[J].海洋工程装备与技术，2014，1（1）：25-29.

[4] 董星亮，曹式敬，唐海雄，等.海洋钻井手册[M].北京： 石油工业出版社，2011.

[5] 魏凤勇，贾建贞，牛建新，等.油气井井喷着火抢险做法 ：6灭火后的井喷处理：SY/T 6203-2014[S].北京：石油工业出版社，2015.

[6] 牛文杰，郑士坡，徐国慧，等. 钻井作业井喷抢险装置设计[J]. 石油钻采工艺，2017，39（6）：707-712.

[7] 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院.油气井抢险套管头： CN200830074769.3[P].2008-05-29.

[8] 潘仁杰，王占珂.克75井井喷着火抢险技术方案的形成与实施 [J]. 西部探矿工程，1993，5（2）：57-62.

[9] 中国海洋石油集团有限公司.一种用于扣装防喷器组的铰链式套管头：ZL201820868289.2 [P].2018-06-06.

[10]牛文杰，綦耀升，王刚.34.5MPa套管头完井工艺用井喷抢险装置的研制[J].石油机械，2010，38（5）：76-78.