旋转防喷器高压旋转动密封技术的探讨

旋转动密封是欠平衡钻井旋转防喷器中的主要部件，从可靠性和经济性为讲，它一般为限制性部件，其影响设备的整体性能。现文通过对高压旋转动密封技术发展的回顾及应用现状分析，提出了在欠平衡钻井旋转防喷器中应用Kalsi高压旋转动密封技术的可行性，为欠平衡压力钻井配套技术研究课题中旋转防喷器的国产化提供了技术支持。     

MCL旋转防喷器的研制与应用

旋转防喷器是实施欠平衡钻井、控压钻井的关键设备之一。由于其旋转总成装配方式,安装高度上的要求,以及内通径对钻具的要求,限制了涉及旋转防喷器的欠平衡、控压钻井技术的应用空间。为进一步拓宽旋转防喷器所涉及技术的应用空间,本文提出旋转防喷器组合式大通径(MCL)旋转总成的研究技术思路及技术指标,通过优化设计、强度校核、室内实验及现场试验,有效的验证其性能及技术指标完全能满足现场应用要求,便于现场拆卸与组装,提升了涉及旋转防喷器技术服务的应用空间,解决了当前困扰涉及旋转防喷器的技术应用的难题。     

旋转防喷器试验台架的研制

为配合旋转防喷器样机的出厂调试、验收，研制了旋转防喷器试验台架。此试验台架具有操作简单、自动化程度高、显示直观、性能可靠等特点，为生产合格旋转防喷器提供有力保证。     

XZ-11-05型旋转防喷器

针对油水井大修过程中井口没有可靠的密封装置，许多高效率的工艺无法正常实施的问题，胜利石油管理局采油工艺研究院研制出一种能可靠密封旋转钻具和油套环空的XZ-11－05型旋转防喷器。这种旋转防喷器采用新型材料胶心及独特的内部和外部结构，具有安装使用简单、胶心更换容易等特点。给出了防喷器的主要结构参数和性能参数，介绍了工作原理与结构特点，总结了现场的应用效果。实践表明，XZ-11-05型旋转防喷器旋转平稳，过接箍性能良好，能可靠密封方钻杆。     

应用日益广泛的旋转防喷器

阐述了旋转防喷器种类、作用及在美国、加拿大油田一些特殊钻井作业中的应用情况；重点介绍了旋转防喷器的结构及工作原理，并认为旋转防喷器在负压钻井、天然气和空气钻井、地热钻井、修井作业和正常钻井等领域是一种重要的钻井设备；最后简述了使用旋转防喷器时的操作规程和对井队职工进行井控培训的一些特殊要求。     

旋转防喷器新型模块化旋转总成的研制

旋转总成作为旋转防喷器的主要组成部分,是在钻具转动条件下实现井口密封的重要部件。现场作业过程中,因井口不正或钻具震动,容易损坏旋转总成,导致井口旋转防喷器密封失效,需对其进行维修或更换。通过对目前旋转防喷器旋转总成使用情况分析,提出新型模块化旋转总成的研究技术思路及技术指标,通过优化设计及室内实验,对新型模块旋转总成进行验证,其性能及技术指标完全能满足现场应用要求,便于拆卸与组装,可在现场进行维修、保养,解决了当前困扰旋转防喷器旋转总成现场应用的难题。     

Williams高压旋转防喷器国产化要点浅析

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键井控设备之一，现文以Williams7100型高压旋转防喷器为例，分析了其壳体总成、旋转总成以及钻具密封的设计分析要点，旨在推动该装置的国产化进程。     

旋转防喷器动态模拟试验台架研制

为进行旋转防喷器的性能测试、检修和新产品研发,研制了旋转防喷器动态模拟试验台架。该试验台架主要由机械传动系统、液压系统、电气控制系统、数据采集和处理系统、远程监控系统组成。室内试验表明,能够按照国家标准GB/T 25430—2010和API 16RCD规定进行旋转防喷器在各种工况条件下的动态模拟试验。利用该试验台架,不仅可以检验旋转防喷器的可靠性,同时为开展新型旋转防喷器研发提供试验依据。     

钻井旋转防喷器冷却系统改进

钻井旋转防喷器是空气钻井技术的随钻旋转防喷设备,装置工作时,轴承腔内润滑油压力是随着环空压力增加动态增加的,此状态下,轴承和密封件在旋转高压高温下工作,轴承组及密封件产生大量热量威胁密封件的可靠性。原冷却机构不能有效带出内部生热,造成上油封处密封损坏严重。通过室内研究,改进后的冷却机构增加了冷却介质与钻井旋转防喷器发热部位的接触面积,解决在非常规润滑密封时,旋转、高温的工况下装置的 密封问题,从而保障钻井旋转防喷器的可靠运转。     

DQX-Ⅳ型小尺寸旋转防喷器的研制

现有的旋转防喷器与小钻具配合密封及井口防喷器组不匹配,难以满足小井眼氮气钻井要求,为此,研制了DQX-Ⅳ型小尺寸旋转防喷器。DQX-Ⅳ型旋转防喷器的整体结构设计充分考虑了现场施工及维护保养要求,具有体积小、安装快捷、动作灵活、维护保养方便等特点,为小钻具及小钻机欠平衡钻井提供了井口保障,为拓展欠平衡钻井应用领域提供了技术支持。试验结果表明,该旋转防喷器达到了现场使用要求,能够满足小井眼氮气钻井的需要。     

旋转防喷系统冷却与润滑装置的研制

旋转防喷系统是实施欠平衡钻井的关键设备,旋转密封总成是旋转防喷系统最关键的部件,其在运转过程中会产生很多热量,为保证旋转密封总成的使用可靠性,必须对其进行冷却,同时轴承和动密封也需要润滑。研制了冷却与润滑动力装置,对旋转密封总成提供循环的恒温润滑油,进行连续强制润滑和冷却。室内试验表明,该装置能够满足旋转密封总成的冷却和润滑要求。     

可变径闸板防喷器前密封封井过程受力模拟研究

可变径闸板防喷器作为新型的闸板防喷器,能够密封一定范围内多种规格的钻具,具有成本低、使用方便等特点。文章通过建立有限元模型,模拟了可变径闸板防喷器的工作过程,对其前密封应力的分布和变化进行了分析,探讨了产生破坏的原因,便于优化设计。     

便携式井口防喷器试压装置研制与应用

针对油田修井用井口防喷器日常密封性试压检查不能在修井作业场实现的难题,研制了便携式井口防喷器试压装置。该试压装置能在修井作业现场对防喷器试验检查,及时发现存在的故障及安全隐患,提高井口防喷器使用的可靠性和安全性。现场应用表明：该试压装置设计合理,技术先进,使用方便,运行安全可靠,可满足井口防喷器的日常性密封试压检查的需要,能减少修井作业安全事故的发生。     

闸板防喷器承压件在线监测装置的研制

鉴于目前国内还没有对防喷器运行状态进行在线监测的仪器或装置,为确保防喷器运行状态安全,研制了闸板防喷器承压件在线监测装置。该装置是通过安装在闸板防喷器腔体内部及壳体上的传感器,监测其内部工作压力、油路开关压力、内部温度和关键部位形变参数,实现了对闸板防喷器在出厂前、井控车间和钻井现场全过程监管。还能对各种超规范工作环境及超安全极限进行报警,提高了现场闸板防喷器运行的可靠性。试验及应用结果表明,该装置能满足井控车间各种试验的数据监测及意外着火情况下数据保存的要求,提高了防喷器安全管理水平。     

防喷器远程控制装置自卸压四位四通转阀的研究与设计

在维修更换防喷器闸板、胶芯等作业前必须对防喷器关闭腔和开启腔卸压,而传统三位四通转阀存在操作复杂、压力浪费、各阀件磨损、管汇卸压后所有控制对象均无法远程操作的问题,为此,设计了自卸压四位四通转阀。在原有阀体及阀芯内部分别新增一条卸压油道,并将其改造成自卸压四位四通转阀,实际操作时只需将该转阀手柄扳至卸压位,便既能保留管汇压力,又可对维修作业对象进行独立卸压,卸压后仍可远程液压控制除维修对象外的其他控制对象,使得维修和更换防喷器闸板、胶芯等作业过程更加低耗、简单高效。该设计降低了各阀件长期开关造成磨损,大幅度提升了作业效率。     

FX28-35型旋转防喷器的研制

国内欠平衡钻井普遍实施 ,要用到的旋转防喷器是关键设备 ,技术含量高。国内正进行一种旋转防喷器的研制 ,它的性能指标参照当前主流相关设备设计。研制旋转防喷器有几大难点 ,主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承 ,各自的寿命满足实际应用是保证钻井施工安全的关键。通过大量的元件选型、设计、制造和试验的工作 ,特别是出厂前的大量模拟欠平衡试验 ,解决了这些关键问题。选用高技术含量的元件才能设计生产出高技术产品。费时费钱的大量的试验是该旋转防喷器获得初步成功的前题。     

旋转防喷系统试验装置的研制

旋转防喷系统是实施欠平衡钻井的关键设备，其使用可靠性关系到欠平衡钻井作业的成败和施工人员的生命安全。为提高旋转防喷系统的维护、保养和检修水平，研制了用于模拟现场使用工况的试验装置．对旋转防喷系统进行测试和检修。文章分析了试验装置的结构及工作原理。介绍了试验台架中的液体体积补偿装置及计算机监测系统，描述了目前世界上压力等级最高的旋转防喷系统在该试验装置上进行各种试验的情况。模拟试验为检测和判断井口压力控制设备是否正常工作提供了定量分析的依据。为欠平衡装备研究提供了必要的技术支持。     

新型带压作业防喷装置

针对目前带压作业防喷装置存在承压低、胶心寿命短以及安全性差的问题,研制了一种新型带压作业防喷装置。该装置在接箍探测器和压力平衡装置的配合下,通过2个闸板防喷器倒换开、关,使管柱接箍通过井口,在带压密封状态下完成管柱的起下操作。接箍探测器在起下油管柱偏离中心小于10mm时,能够准确探测出油管接箍通过时的位置,并能发出声光报警信号。大庆油田3口高压水井的现场试验结果表明,该装置能够满足高压注水井的带压作业需要,可实现缓冲条件下的卸压和升压,并且操作安全、方便。