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井喷失控是石油及天然气开发中出现的重大恶性事故，它将严重危及人民的生命财产，污染良田，破坏生态环境，造成地下资源损失。文章利用空气中紊动射流理论，视失控井喷流为一束沉没自由紊动射流，分析喷流形状特征尺寸和速度场分布及参数的确定方法，为失控井喷着火井处理方案分析，处理设计及处理作业提供基础数据，达到快速清障、灭火、重建井口控制系统、控制喷流。     

失控着火井天然气喷流燃烧火体力学行为研究

量化井喷失控井喷流、燃烧火体及其响应域速度、压力、温度场分布规律对失控着火处理方案分析、处理设计及处理作业都具有重大意义。文章分析了失控井天然气喷流录相，并根据自由紊动扩散射流理论分析了失控着火天然气喷流及燃烧火体的力学行为。结果认为：喷流速度大于火焰燃烧速度段为轴对称（圆形）自由紊动射流，燃烧火体段是由于紊动射流的脉动而卷入环境空气与喷流（燃料）混合燃烧的；当未着火段接近井口时可被视为紊动扩散燃烧火焰，而当未着火段远离井口时则可被视为紊流部分预混燃烧火焰。在建立了失控井天然气喷流及燃烧火体物理模型后，可进而建立相应的数学模型以定量描述喷流、燃烧火体及其响应域的动力学参数。     

海上导管架生产平台井喷失控处置方案

海上导管架生产平台井喷失控会造成巨大的人员伤亡、财产损失和环境污染。该文阐述国内外浅水井喷失控处置现状，分析导管架生产平台井喷失控处置的难点，提出针对性的井喷失控处置方案，涵盖消防喷淋、井场勘察、清障、重建井口、救援井、压井六项技术措施，为今后导管架平台的井控抢险作业提供技术指导。     

井喷失控井一体化井口重建装置的研制

井喷失控是油气勘探开发过程中损失巨大的灾难性事故,必须快速恢复对井口的重新控制,而拆除旧井口后的新井口重建是最为关键、风险最高的一步。传统的井口重建装备需要人员多次近井口作业完成新井口安装,抢险人员面临巨大的安全风险且一次性成功率较低,需多次尝试。针对此种情况,研制了井喷失控井一体化井口重建装置,将原有井口重建工艺“八步法”变为“一步法”,避免抢险人员多次近井口作业。文章详细阐述了该装置的组合方式、卡紧设计及密封设计,通过有限元模拟对装置的力学性能进行校核。室内实验及应急演练表明,该装置能快速实现光套管下井喷失控井口的重建,极大简化了新井口重建流程,提高了重建效率及人员安全性,对推进井喷失控近井口作业无人化进程提供了更加完善的装备支撑。     

三高井井喷失控着火井口重置关键技术与装备

“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击力强,对抢险技术、装备要求极高。井口重置作为“三高”失控井抢险救援中最关键、难度最大的环节,面临新井口下放困难、连接法兰不容易对中、人员难以近井口作业等瓶颈问题,传统的扣装法、磨装法已无法完成此任务。针对此种情况,中国石油川庆钻探工程公司经过攻关,形成了操作灵活、适用范围广、易实现对中、且对中时间短的钢丝加压法,可克服高压气流对新井口向上的冲击力的重力加压法,集卡紧装置、密封装置为一体、可以实现远程一键控制的一体化重置法。采用攻关后的“三高井”井喷失控着火井口重置关键技术及装备,已在土库曼斯坦、川渝地区、新疆地区等多口井井喷失控着火处置中发挥了极其重要作用,成功完成井口重置。目前,该技术已达到国际先进水平。     

钻井作业井喷抢险装置设计

针对目前钻井作业过程中出现的井喷失控事故,设计了井喷抢险装置。该装置在远程控制下能够与光套管连接并且能可靠封闭井口,提高了井喷抢险作业的安全性。井喷抢险装置主要由支撑系统、生根系统、起升系统、对中系统、封井系统和套管卡紧系统组成。作业过程:支撑架将井喷抢险装置支撑在井口,支撑架上的液压缸推动固定架向前运动,当到达指定位置后生根系统卡紧套管本体,实现井喷抢险装置的生根;在对中系统的作用下,封井系统在水平面内前后左右运动,使封井系统的轴线与套管的轴线共线;升降系统带动封井系统下降,到达指定位置后封井系统停止运动;关闭环形防喷器和全封闸板防喷器,分别封闭封井系统与套管间的环空空间和套管内孔。对各系统进行了详细的结构设计并且利用ABAQUS有限元软件对关键零部件进行了有限元分析。分析结果表明,装置的强度与刚度均满足要求,针对目前钻井井喷事故中抢喷时间长、作业危险性高的现状,井喷抢险装置能够快速与井口光套管连接,及时制止井喷,可封闭压力达35 MPa的井口。     

井喷关井水击压力计算及可靠性分析

钻井过程中,发生了溢流或井喷,应立即关井。关井过程中,防喷器需经受关井产生的水击压力作用。该文对井喷喷流为天然气、钻井液和气液两相混合物三种情况下的关井水击压力进行分析计算,并以此进行了关井可靠性分析。分析认为,仅在井喷喷流为钻井液且喷流速度较大时,关井方式应选择“软关井”,以降低关井水击压力,其他情况应选择“硬关井”,以减少地层流体侵入。     

井喷失控井天然气喷量测定计算与实验研究

钻井过程中突发的天然气井喷事故会造成很大的环境危害和经济损失,准确测定井喷失控时气井产气量便成为制定抢险救援方案的一项重要工作。为此,针对天然气喷流行为特点,通过对天然气喷流流动状态的分析,研究轴对称层流喷流燃烧火焰的速度分布,利用气体伯努利方程分析气井产气量与喷流火焰高度之间的关系,对轴对称层流状态下的失控井喷量进行数值计算,完成了失控井喷量测定计算软件的编制;然后,根据实验测试数据,对比分析软件计算结果与实验测试结果,对计算软件进行了修正。结论认为:(1)当喷口形状一定时,气井产气量与喷流火焰高度呈正比关系,与气体运动黏度、化学计量比因子、氧气浓度呈反比关系;(2)修正后的计算软件计算结果与实际测试结果之间的误差在允许范围内且能够自动生成报表。该研究成果可为生产现场科学、安全的抢险救援方案的制定提供有效的分析技术手段,对失控井抢险救援工作具有实际意义。     

液氮用于天然气井喷抢险应用前景

美国墨西哥湾井喷及我国开县井喷都是天然气井钻井失控导致的严重事故,造成了严重的人员伤亡和环境污染。天然气的三级井控是世界难题,若井筒内能形成天然气水合物封堵井喷,将有利于井喷失控状态的控制,井况回归到二级井控的状态,可为后期处理井喷提供时间。液氮已经应用在煤矿降温、灭火作业,用于井筒降温已达到天然气水合物形成的条件。虽然液氮用于天然气井喷控制还存在着注入方式、设备配套等很多挑战,距工业应用还有一定距离,但液氮用于天然气井控具有可行性。     

浅海井喷抢险作业难点及后续研究方向探讨

海洋油气勘探开发面临巨大的风险和挑战,尤其海上井喷失控的处置,极为困难。为了研究海上井喷失控的应急抢险技术,此文通过调研国内外海上井喷失控处置案例,分析了浅海井喷抢险作业的局限性,阐述了陆地成熟的井控应急抢险流程及国外水上井口井喷失控后采用的源头控制法,指出了我国浅海井喷应急抢险领域存在的不足,并对我国下一阶段浅海井喷应急发展方向提出了建议。     

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。     

井筒气侵后井底压力变化的计算分析

钻井过程中一旦发生气侵,如果控制不当,容易出现井涌、井漏、井喷等井下复杂事故.为了更有效地控制钻井过程中的井底压力,确保钻井安全,根据钻井过程中井筒多相流动的特点,建立了井筒气侵后井底压力的计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解.通过仿真算例,讨论了排量、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度、井底初始压差和气相渗透率对...     

海上钻井平台井喷液柱高度的图像识别测量方法

油气井钻井作业井喷事故一旦发生,在抢险人员不能直接靠近井口读取井口压力参数的情况下,制订压井抢险方案的关键是准确测量和判定井喷液柱的高度。为此,基于OpenCV计算机视觉库的图像处理技术建立了井喷液柱高度的测量方法,包括:①在救援船上使用CCD相机对井喷液柱拍摄进行连续瞬态成像,每次对井喷液柱进行拍摄时应分别旋转120°拍摄3张照片;②对图像经过直方图均衡化、高频强调滤波预处理,再经过改进的Otsu算法进行二值化处理,分割出井喷液柱的轮廓;③利用数学形态学运算处理二值图像中的边界点与孔洞,采用参照物法计算出井喷液柱的实际高度。室内模拟实验的结果表明:①该方法对井喷液柱识别的准确率较高,误差约为6%,能够较为精确地获取井喷液柱高度;②实验过程中,处理一幅图像平均耗时0.86 s,可以满足事故发生后对井喷液柱的实时识别与测量要求。结论认为,该方法应用于对井喷液柱高度的测量是可行的,利用其对井喷图像进行程序化处理,可以在海上钻井平台井喷失控后实时连续测量井喷液柱高度,第一时间获取与井喷相关的关键参数,为压井抢险方案的制订提供依据。     

气井喷漏同存的处理技术研究

川渝地区碳酸盐岩地层，地质情况极为复杂，气井钻井喷漏同存时有发生，钻井现场需要很好地掌握对喷漏同存的处理技术，尤其要注重灵活掌握每一种处理技术的适应条件和施工原则。文章通过对气层发生井漏后采取吊灌技术，抑制天然气进入井筒，当天然气进入井筒后采取置换法控制井口不出现高压力，以及对气井喷漏同存的堵漏压井技术进行了较为系统的研究，以供读者参考。     

环形防喷器设计的几个要点分析

环形防喷器是井口防喷控制装置的重要组成部件之一。它可在需要时封闭各种形状的钻具,并可在井内无钻具的情况下全封井口。由于环形防喷器对于封闭井口有重要的作用,因此它的设计必须达到规定的要求。在设计过程中,活塞行程的确定、活塞与本体间的行程配合、活塞与本体间的密封等都是必须重视的问题。此外,还根据胶芯铁芯在运动过程中形状不变的特性提出了一种计算活塞行程的方法,让环形防喷器胶芯设计合理,能实现全封井口的功能。     

典型小储量气井井控技术难点及处理实践

通过对典型小储量气井阳79井又漏又喷的处理情况分析，从储层模型着手阐述，归纳出了小储量气井在井漏后，随着漏入钻井液量的增大，而表现出地层压力不断升高和循环正常后停泵又会出现井口溢流现象的两大特征，指出了井漏、溢流、提高密度、井漏的恶性循环是处理这类井的技术难点。提出了用放喷泄压技术处理小储量气井的井控问题是经济而有效的方法，并指明了应用放喷泄压技术从安全的角度考虑应注意的主要问题：①出现又漏又喷的气井，及时诊断是否属于小储量气井对选择处理方法很重要；②针对小储量气井出现又漏又喷情况，只要满足安全条件，采取放喷泄压处理的方法是经济有效的；③含硫化氢较高，而套管或钻具的材质抗硫化氢性能差时，不宜采用放喷泄压技术。应用放喷泄压技术前需考虑井口装置、套管抗内压强度和套管鞋附近地层的破裂压力是否满足安全要求。     

特大型钻井单闸板防喷器的研制

为满足用户的要求,在成功开发各型闸板防喷器系列产品的基础上,又成功地开发了我国首台特大型钻井单闸板防喷器。该防喷器采用APISpec6A法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。现场使用情况表明,它能满足钻井作业需要。按APISpec53推荐标准,每使用14d试压1次,共试压3次,均合格。在倒换井口之后进行常规检查,各部件均正常、完好,其经济效益是非常可观的。     

钻浅层塞井口防顶装置的研制及应用

在钻浅层塞作业过程中,为了防止出现井喷顶钻事故,研制了井口防顶装置。该装置是根据以最高上顶力和井口装置最低抗内压两者中最低者来选用井下作业井口控制装置的原则进行设计的。中原油田普遍使用350井口,最高耐压35 MPa,钻塞使用114 mm钻头,故设计的防顶装置承受的最低上顶力为364 kN,附加安全系数1.5倍,其承载上顶力为550 kN,能够避免防顶控制过程中上顶力对防顶装置的损坏,确保施工安全。现场应用控制防顶5口井,成功率100%,有效地解决了钻浅层塞施工中井喷防顶的难题。