防喷器又叫做封井器，是钻井井口装置的主要组成都分，它是在钻开高压油气层，保证安全，防止油、气井井喷的关键设备。在钻井过程中，人们把它比喻成一口油、气井的总闸门、关气老虎的“铁笼子”。 随着高压油气田的开发和现代钻井工艺的发展，对防喷器提出了更高的要求： 1．安全可靠，关井时能承受地下油、气、水层最大压力，保证不刺漏； 2．能快速关闭和打开； 3．封井时不受井内物体形状的限制； 4．能有控制地泄压，使测试和放喷时井口压力低，以利于其他作业顺利进行， 5．能在不压井的情况下进行以下作业： (1)可进行不压并起下钻具； (2)可进行边喷边钻； (3)可进行完井和换装井口。 我国于五十年代开始生产的防喷器，用手动操作，关井速度慢，结构落后，承受压力低(只75大气压)，安全可靠性差。井喷时不易封住井口，造成事故。实践证明，它不能适应开发高压油、气田和现代钻井工艺的要求，应予逐步淘汰。 七十年代初，国内开始研制新型液压防喷器。大量实践，证明此种防喷器能够在几秒钟内安全、可靠地控制住油、气井的井喷，经得起高压的考验，是钻开高压油、气层的必要设备。 液压防喷器总装示意图 液压防喷器一般由以下几部分组成： 1．套管底法兰。 2．特殊四通。装在套管底法兰上，两侧各接一条放喷管线，主要是为不压井换装完钻井口而设计。 3．普通四通。一般为防喷器配套四通，装在双法兰短节上。两侧可各接一条放喷管线。 4．液压双闸板防喷器。接在普通四通上，一般情况下，上边装封钻杆的半封闭式闸板芯子，下边装全闭式闸板芯子。 5．液压多效能防喷器。又叫万能防喷器、环状防喷器、球型防喷器。接在双闸板防喷器上，壳体内装有一个带钢骨架的南瓜状胶芯，可以封闭通径以内各种形状的钻具和无钻具时的空间(亦称封零)。 6．旋转防喷器。进行边喷边钻和不压井起下钻作业。 7．防溢管。 (为两瓣式，现场称哈夫式)； 8．平板闸阀和针形阀。装在放喷管线上，分别作控制，放喷和调节井口压力用。 与液压防喷器和液动闸阀配套使用的还有一套控制系统，用它来控制整个液压防喷器井口。这个控制系统由译程控制台、司钻控制台以及联接管汇等三部分组成。 一、国内外液压防喷器 1.国产液压防喷器。 型号说明：以KPY23-350为例，Kpy三个字母中的K字为井口装置类的代号P和Y为“喷”、“液”二个字的汉语拼音的第一个字母，代表防喷、液压。23代表工作通径为23厘米，350代表工作压力为350公斤／平方厘米。 目前国产液压防喷器正向高压发展，并提高多效能防喷器的密封性和液压控制系统的工作性能。 2.美国液压防喷器 美国生产液压防喷器的主要有卡麦隆、莎菲和海德里三家公司。 液压防喷器的控制系统，是防喷器的重要组成部分，直接影响着井口控制的可靠性。 美国生产防喷器控制系统的主要厂商，除以上三家，还有库美公司。 库美和卡麦隆的控制系统，均有电一液控制，气一液控制和声控三种型式，而以气一液控制为主。在天气塞冷的地区有用电一液控制，而声控用于水下。 电动机和电路部分，均为防爆型的，动力油泵有电动泵和气动泵，可在12~15分钟或更短一点的时间内使储能器压力由70公斤／平方厘米充到210公斤／平方厘米。通过三位四通阀将动力油分配到各防喷器，控制各防喷器的开或关。三位四通阀是由司钻控制台上的气阀控制的。通过减压阀可以从210公斤／平方厘米的储能器系统中得到低于2l0公斤／平方厘米的不同的压力范围，而且在紧急状态下高压液体不经减压阀可使系统达到350公斤／平方厘米的压力。 库美控制系统的控制压力为210公斤／平方厘米、140公斤／平方厘米和105公斤／平方厘米三种规格，但一般推荐用210公斤／平方厘米系统，这是由于高压系统关闭防喷器时用的时间少，而且可靠，同时高压系统液量少，尺寸小。卡麦隆控制系统均为210公斤／平方厘米。 库美的储能器结构形式有：钢瓶形分隔式(包括隔膜式和气囊式)，钢瓶形以及圆球形导向浮子式，而卡麦隆均为柱形浮子式，浮子结构也有所不同。 储能器容积的计算方法各有不同，根据计算，卡麦隆控制系统只能用于卡麦隆防喷设备，或比它耗液量更小的防喷器设备。而库美系统使用范围此较广泛。 卡麦隆控制系统也有独特之处，如三位四通阀内进油口有单向阀，因此防喷器开关后，不会由于液控系统漏失而使防喷器卸压。 3．罗马尼亚防喷器 罗马尼亚防喷器(包括机械式和液压式)的规格。 以KPY 23-350防喷器为铡，介绍液压防喷器的总体和各部分结构。 二、KPY23—350防喷器总体结构及特点 1.KPY23—350防喷器的组成； 防喷器本体高度≈3米， 防喷器总重量≈15吨。 2.KPY23—350防喷器的结构特点 (1)具有多种效能 该防喷器能封直径在230毫米范围内的各种规格和形状的钻具、钢丝绳、电缆等，能满足边喷边钻，若配备加压装置还可进行不压井起下钻及反循环新工艺。 (2)采用液压控制 双闸板防喷器的开启和关闭，多效能防喷器活塞上下的运行以及液压闸阀的开启和关闭，都采用液压控制，操作劳动强度低，安全可靠。 液压系统配有司钻控制台和远程控制台。当井喷事故发生时，操作者不仅能使用在钻台上的司钻控制台，而且也可以使用离井口30~40米的远程控制台。 液压系统配有储能器，能保证及时供油。如果因为井喷无电源，以致油压泵不能工作时，储能器能将所储存的高压油及时排出，有效地保证各防喷器关闭和打开l～2次。 油压泵的电路系统配有压力继电器进行自动控制，即系统压力低于85公斤时自动开泵，高于140公斤时自动停泵。 (3)自封能力强 (4)各部分主要零件采用合金钢并经热处理，故具有体积小、重量轻、耐压高等特点。 三、KPY23-350旋转防喷器 1.旋转防喷器的基本参数： 工作通径 230毫米 最大工作压力 50公斤／平方厘米 自封头规格 2 7/8”、3 1/2”、4 1/2”、5” 可封钻杆 2 7/8”、3 1/2”、4 1/2”、5” 可封方钻杆 3”、3 1/2”、4 1/2”、5 1/4” 可封钻铤 105、121、146、159毫米 强度试压 100公斤／平方厘米 密封试压 50公斤／平方厘米 最高转速 120转／分 联接形式 法兰，螺栓 外形尺寸(外径×高) φ500×570 重 量 500公斤 2.旋转防喷器结构和作用原理 其作用原理：当井喷发生后，先用闸板(或多效能)防喷器封住钻具，关闭井口。如果仍需继续钻井、进行边喷边钻时，则可打开放喷闸阀，使井口压力下降到50公斤／平方厘米以下，将方钻杆接上导钻，插到旋转防喷器中，然后接上井口钻具，卸开钻盘中的大方瓦，钻具慢慢下放，让旋转防喷器坐到双闸板(或多效能)防喷器上，拧紧联接螺柽，以保证联接钢圈处的密封。打开双闸板(或多效能)防喷器，使旋转防喷器承受井口压力，这时钻具穿过旋转防喷器，自封胶芯将钻杆或方钻杆抱紧，实现密封，井内油气压力增加了自封胶芯的自封能力，使密封更为可靠。当钻进时方钻杆通过旋转防喷器的方补心，带动旋转头和旋转轴转动，从而实现了边喷边钻新工艺。当需要接单根或强行起下钻时，自封胶芯均能起密封作用。 KPY23-350旋转防喷器 1一方补心，2一旋转头，3一旋转轴，4一自封胶芯，5一密封圈，6一顶盖，7—轴承，8一轴承，9—密封圈，10—外壳，11一垫环 旋转防喷器每台配有2 7/8”、3 1/2”、4 1/2”、5”四种规格的自封胶芯和3”、3 1/2”、4 1/2”、5 1/4”四种规格的方补心。在钻井时可根据钻具组合情况适当选用。 四、KPY23—350多效能防喷器 1，多效能防喷器的基本参数： 工作通径 230毫米 工作压力 350公斤／平方厘米 安装防喷器的套管尺寸 5”～9 5/8” 封井范围 0～230毫米各种形状钻具 控制压力 85～140公斤／平方厘米 关闭一次所需油量 26升 关闭一次所需时间 8～10秒 打开一次所需油量 16升 打开一次所需时间 6～8秒 外形尺寸(外径×高) φ920×1040 重量 3200公斤 2．多功能防喷器结构和作用原理 KPY23-350多效能防喷器 1一支持简，2一壳体，3一活塞，4一支持圈，5一O型密封圈，6一顶盖，7一南瓜胶芯，8一双U型密封圈，9一垫环 其作用原理：当发生井喷需要封井时，则从液压系统来的高压油进入液缸下腔，使活塞上行，由于活塞锥面的推动使南瓜状胶芯收缩，从而抱紧钻具或封“零”，达到封井目的。当需要打开时，高压油进入液缸上腔，活塞下行，南瓜状胶芯随即松开胀大，使封井解除。 其主要特点： (1)封井范围大，能密封各种规格、形状的钻杆、钻铤、套管，钻杆接头及电缆、钢丝等，还可封“零”。 (2)适用于带18°斜坡的钻杆的强行起下钻作业。 (3)胶芯工作时处于受活塞压缩的状态，因此当它在相当程度的磨损、扯裂、脱块后，活塞继续压缩胶芯，仍能继续短期使用。 五.KPY23-350双闸板防喷器 1.双闸板防喷器的基本参数： 工作通径 230毫米 工作压力 350公斤／平方厘米 油缸工作压力 85～140公斤／平方厘米 开关一次所需油量 8．5～9.5升 开关一次所需时间 4～6秒 旁侧法兰口通径 80毫米 闸板尺寸 2 7/8”、3 1/2”、4 1/2”、5”、4 1/2”、全封 外形尺寸 2027×760×780毫米 重量 300公斤 2.双闸板防喷器的结构和作用原理 此防喷器同时能安装两副闸板，一般在上部装上半封闸板，下部装上全封闸板，故称之为双闸板防喷器。它主要由壳体、左右端盖、左右液缸、左右缸盖、闸板总成、活塞杆、活塞总成、锁紧轴等组成。 双闸板防喷器 作用原理：当发生井喷需要封井时，从液压系统来的高压油，通过铰链座内的管线进入液缸外腔，使活塞总成向里行，活塞带动活塞杆推动闸板总成向里行，使闸板总成内的橡胶芯子抱紧钻杆(或全封)，从而达到封井目的。反之，当高压油进入液缸里腔，推动活塞外行，则封井解除、井口被打开。若液压系统失灵或外接电源被切断没有足够的油压使防喷器关闭时，则可操纵手动机构，关闭防喷器。若须较长时间封井时，还可借助手动机构锁紧，防止由于液压系统的渗漏，防喷器自动松开。 手动机构的作用原理：手轮向右旋转，带动锁紧轴旋转，从而使活塞杆顶住闸板总成一起里行，达到封井和锁紧的目的。手动机构只能关闭而不能打开。若需打开时，必须将手轮左旋退回到原来位置，再将高压油打天液缸里腔，防喷器即打开。 3．双闸板防喷器的结构特点： (1)设计时将二个防喷器合在一个壳体内并采用加强筋，故结构紧凑、重量轻。 (2)闸板是“浮动”工作，不与上下壁全面接触，只在导向筋上滑动，因而开关阻力小，闸板胶皮磨损小寿命长，开关时导向筋产生刮挤作用、能自动排除泥沙。 (3)采用两端部的侧门和绞链结构，检查闸板工作和更换闸板非常方便。 (4)增加了安全可靠的手动关闭和锁紧装置。 (5)利用井内压力推动闸板增加对钻具的挤压密封作用，提高了密封效果。 (6)封井器的活塞、拉杆盘根采用“二次”密封机构，防止了封井器漏油、漏气。 (7)新型闸板：闸板胶皮为一整体，强度大，密封作用强，有自行找中机构，新型闸板两面均可使用，寿命长。 (8)封井器上有泄压孔，泄压能力强，不易憋坏。 六、KPY23-350放喷系统 放喷系统主要有一只四通，八只手动闸阀和一只液动闸阀组成，并有一只底法兰供各油田使用(底法兰的内螺纹通常由油田白行单配)，全种3000公斤。 七、YKP23-350液压控制系统 液压控制系统是控制高压防喷器开和关的装置。通过它可以控制一个多效能防喷器、一个双闸板防喷器以及一只液动放喷闸阀。由于该系统带有储能器装置，所以能把足够压力和排量的高压油储存起来，一旦需要再通过控制阀件把高压油迅速地送给防喷器和液动阀，以达到开关的目的。 液压控制系统主要由司钻控制台、远程控制台及联接管汇三部分组成。 1.远程控制台 远程控制台放在离井口30米以外的安全位置，可远距离控制防喷器的开关。它由油箱，电控箱、安全阀、二位三通阀、油泵、电机及储能器等组成。装在同一底座上便于搬运。 电控箱专门控制电机的启动、停止。箱内装有压力继电器。开泵后，当压力升高到140公斤／平方厘米时，便自动停泵，当压力下降到85公斤／平方厘米时，又自动开泵，从而保证系统的控制压力始终在85～140公斤／平方厘米范围内。 液压防喷器控制系统 安全阀用来控制系统的压力上限，当压力超过压力上限时，阀门就打开，让油路“短接”，使高压油直接流回油箱； 二位三通转阀在远程控制台里共装了五只，分别控制多效能防喷器、半封闸板、全封闸板、调压阀及液动放喷阀。 油泵常见的有电动柱塞泵和气动柱塞泵，它为液压控制系统提供高压油。 储能器起储存液压能的作用，常见的有球型和圆柱型两种。工作压力为140公斤／平方厘米(最高压力为210公斤／平方厘米)， 储能器中充氮气压力为60～70公斤／平方厘米左右。在井场发生事故时，要求防喷器迅速关闭，因此防喷器关闭时需要的压力油排量相当大，而平时防喷器不动作又不需要压力油。如果完全靠油泵排出的油来开关防喷器，则油泵和电机就很大，在平时又闲置不用，这很不经济；而且在井喷时，启动电动机容易因为电器的火花而酿成火灾，很不安全。因此，现在都配备小的电动或气动油泵，并把油泵排出的油储存在储能器中，只要储能器的容量足够，就可以在井喷时，因停电或停气单靠储能器排出的油来迅速开、关防喷器。且动作次数可大子二次。油泵的开关由压力继电器控制，储能器储满压力油后，油泵就停止运转。 2.司钻控制台 司钻控制台又叫主控制盘，安装在钻台上，平时操作人员可通过司钻控制台控制防喷器。发生井喷在钻台上无法操作时，则由远程控制台来关闭防喷器。司钻控制台内装有换向阀、调压阀、二位三通转阀、压力表等。五只二位三通阀分别控制多效能、半封闸板、全封闸板、液压放喷阀以及调压阀。 3.联接管汇 它是将系统本身的各液压控制阀件与防喷器和液压放喷阀联接起来的液压油通道。根据油路的不同作用，管线可分为主油路管道和控制油路管道两种。 防喷器液压控制系统简单作用原理见图 防喷器液压控制简单原理图 液压系统的简单工作原理是：泵将液压油加压后打入储能器储存起来，到需要关(或开)防喷器时，将控制阀手柄转到相应位置，这时高压液压油便通过高压管汇进入液缸推动活塞运动，从而带动闸板、达到封闭(或打开)井口的目的。 八、主要消耗品和易损件 1．消耗品 (1)液压油：22号汽轮机油。 (2)储能器用气体：氮气及其它惰性气体。 2．易损件 (1)泵的柱塞、盘根。 (2)储能器胶囊。 (3)各种橡胶密封圈。 (4)钢圈。 (5)闸板体、阀板胶皮及固定螺钉。 (6)阀杆及阀板。 (7)球形胶芯(南瓜芯子) (8)自封胶芯。
