油气田钻井节流管汇系统的技术发展.pdf

第6 期 ． 5． 油气田 钻井节流管汇系统的技术发展 付玉坤 ，王娟 ，张克亮 1 ． 中石油西南油气田分公司工程技术研究院，四川 广汉 6 1 8 3 0 0 2 ． 中国石油川庆钻探 工程 有限公司井下作业公司 ， 四川 成都 61 0 0 5 1 3 ． 中国石 油西北销售 公司兰州分公司 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 [ 摘 要]随着我国油气勘探开发向深部、深海推进，节流管汇系 统的安全可靠性成为国内外研究的热点之一。本文在对国内 外资料进行充分调研和分析的基础上，介绍了节流管汇系统的基本组成、技术现状和发展趋势，指出多级节流和精细控压是 节流管汇系统未来的发展方向，节流阀阀芯材料的优选、结构改进和优化是实 现节流管汇系统长期稳定工作的前提。 [ 关键词]油气田；节流管汇系统；节流阀；结构改进；多级节流；精细控压 井 控装置系统系指实施油气 井压力控制所需 的一整套 设备 、仪 器仪表和专用工具 ，能有效解 决 引发 的溢流 、井 涌、井喷等钻井安全 问题 ，从 而保护 了钻井 人员、钻井设备 以及油气井 的生产 安全 [ 1 】 。在油气 井钻进过程 中 ，由于地 层流体极 易侵入 井筒 内部，打破环空泥浆静液柱压力与地 层压 力之间的平衡，导致溢流或井涌等 突发情况 的发 生 。此时，需要借助井控装置实施二次井控 作业 ，最终建立新的压力平衡 ，达到初级井控状 态。节流管汇系统作为井控装置的核心设备，在 防喷 器关 闭的条件下 ，通过控制节流 阀的开关在 井 口产生一定的 回压 ，恢复泥浆液柱对井底 的压 力控 制；当井 口套压较高时 ，开启平板 阀，通过 放 喷通道直接放喷 。因此 ，节流管汇系统是控制 井涌、实施油气井压力控制技术必要的设备，担 负着 确保节流压井成功率 、提高井 口装置 的安全 可靠 性的重要任务 ，可将油气井压力控制技术提 高到一个更安全、可靠的水平口 l3 】 。 随着我 国油气 勘探开发 向深部 、深海推进 ， 高压、高产 、高温油气井愈来愈 多，井控 安全成 为制 约 “ 三高 ”油气 田勘探开发 的瓶颈 。井控装 置作 为控制溢流 、井涌和井喷 、保 障钻井 安全 的 关键 设备 ，其工作 的安全可靠性成为 目前 国 内外 研 究的热点问题之一[ 4 _ l o ] 。笔者在研究国内外相关 资料的基础上，介绍了国内外节流管汇系统的发 展 过程和技术现状 ，探讨 了今后发展趋 势，以期 对我 国在该技术领域的发展起到促进作用。 1 钻井节流管汇系统基本类型 1 ． I 系统基本组成 节流管汇系统【 1 ] 作为井控装置的核心设备，在 节流压井循环过程 中，通过控制节流 阀开度 的大 小实现对 井 口回压 的控 制，最终达到平衡地层压 力的 目的。作为节流压 井作业 的关键设备 ，主要 由控制流体通道开关的平板阀、调节 压力的节流 阀、改变流体通道方 向的靶形弯头 以及连接 各部 件 的连接管组成 。其 中管汇流体通道主要 由节流 通道和放喷通道 黄色线标识 组成 ，其 中节流 通道包括主节流通道 红色线标识 、副节流通 道 绿色线标识，见图1 。 ● ● ● ⋯● - ● ● ● - ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ⋯⋯● ●● - ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ⋯● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● - ● ● ● ● ● ● ● ’ ⋯● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ⋯● ⋯● ● - ● ● ● ●- ● ●● ● ●● ●● ⋯● ⋯ 作者简介 付玉坤 1 9 8 4 一，男，山东菏泽人，博士学位， 工程 师。主要从事石油装备设计与理论研 究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 一 ■ 论文广场 石油 和 化 工 设 备 2 0 1 5 年第1 8 卷 b 带防刺短节结构 图4 节流压井管汇结构示意图 改进后 的结 构方案在高压 、超高压现场应 用 中，可 以显著增强管汇系统 的使用寿命 ，提 高井 控装置的安全可靠性。 2 ． 2节流管汇系统国内外发展趋 势 作为节流压井的关键设备，国内外学者[ 6 - t 0 , 1 8 , 1 9 】 进行 了大量 的研究 ，并针对节流 管汇系统提出 了 相应 的改进措施 ，指 出了发展方 向。 1 为满足现场安全钻井 需要 ，节流管汇系统 压力等级逐渐向高压、超高压方向发展，己包含 2 1 MP a 、3 5 MP a 、7 0 MP a 、1 0 5 MP a 和 1 4 0 MP a 等； 节流通道 已由单通道节流控制转 向双通道 、三通 道 、四通道节流控制 节流形式 已由单级节流转 向多级节流 、并联 节流 等形式；控制方式 己由手 动控制发展 为液动 、 电动 、气动和计算机等控制 方式 。如何实现更精细化 、智能化 的控制成为未 来发展方向。 2 国内节流 阀阀芯结构 已由早期的平板 阀发 展为针形、筒形、孔板、旋塞、笼套和楔形等不 同结构形式 ，且优选 阀芯材料和改进 阀芯结构对 提高节流 阀耐冲蚀性 、降低 阀芯振 动和提高节流 效果具有重要意义 ，已成为近年来 国内外研 究的 重 点。 3总结 通 过对 钻 井 现场 用 节 流管 汇 系 统 的基 本组 成、基本分类和发展趋势等方面 的对 比分析 ，可 得出以下结论 1 多级节流 管汇系 统和精细控压 已成为 国内 外节流管汇系统 的发展方 向。 2 节流 阀阀芯材料 的优选为实现节流管汇 系 统长期稳定工作提供 了保 障，阀芯结 构的改进和 优化是实现精细控压的前提。 ◆参考文献 [ 【 1 】 孙振纯，王守谦，徐明辉． 井控设备[ M】 ． 北京石油工业 出版社 ，1 9 9 7 ． [ 2 ] 吴志均，陈刚，郎淑敏，等． 天然气钻井井控技术的发展 【 J 】 ． 石油钻采工艺，2 0 1 0 ，3 2 5 5 7 ． 6 0 ． [ 3 】 刘沃山，于文平． 天然气钻井井控中的几个关键问题[ J ] ． 石 油化工安全技术 ，2 0 0 3 ，1 9 m1 - 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1 0 9 4 ． [ 1 0 】 B_S ． Mc L a u r y , S ． A ． S h i r a z i ， J ． R ． S h a d l e y , e t a 1 ． Ho w E r o s i o n c o r r o s i o n P a R e n t s in a Ch o k e Ch a n g e a s M a t e r i a l Lo s s e s i n t h e C h o k e P r o g r e s s 【 J 】 ． C o r r o s i o n ／ 9 6 ， 1 9 9 6 ． [ 1 1 】 上海第二石油机械厂． 节流压井管汇[ J 】 ． 石油钻采机械， 1 9 8 3 ，f 6 1 6 - 1 7 ． 【 1 2 】 单代伟． 多级节流系统机理研究及结构设计[ D 】 ． 成都西 南石油大学，2 o o 5 ． 【 l 3 】 王德玉，刘绘新． 多级节流智能控制装置的研制[ J ] ． 西南 石油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 5 ，2 7 5 8 5 ． 8 7 ． [ 1 4 】 廖义德，刘银水，黄艳，等． 二级节流阀抗气蚀性能的 实验研究【 J ] ． 流体机械，2 0 0 3 ，3 1 6 1 - 3 ． [ 1 5 】陈浩，江胜飞，裴延波，等． 新型双层笼套式节流阀分 析[ J ] ． 石油机械，2 0 1 2 ，4 o 3 8 7 ． 9 0 ． [ 1 6 】 王国荣，王德贵，刘清友，等． 一种井控节流阀防刺短 节的特性分析[ J 】 ． 石油机械，2 0 1 1 ，3 9 1 1 1 0 ． 1 2 ． [ 1 7 ] 李振北 ，艾志久 ，刘绘新 ，等 ． 节流压井管汇冲蚀磨损 研究及结构改进[ J ] ． 机械研究与应用，2 0 1 2 ，2 5 2 8 9 ． 9 1 ． [ 1 8 】 张涛，柳贡慧，李军，等． 精细控压多级并联节流管汇 系统研究【 J ] ． 石油钻探技术，2 0 1 2 ，4 0 2 9 8 ． 1 0 3 ． [ 1 9 】 Y K． F u ， Q． Y ． L i u ， G． R ． Wa n g ， e t a1． Ma the ma t i c a l Mo d e l in g andVali d a ti o no n a Ne wValv eCo r eo f theT h r o t t l eV alv ein Ⅳ D [ J 】 ． A d v a n c e s i n Me c h ani c a l E n g i n e e ri n g ， V o l 2 0 1 3 ， Ar t i c l e I D 1 2 5 9 3 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m