1、SPE 71370井下防噴器安徒生1， 西瓦德生2（1.SINTEF石油研究）（2.石油工程和應(yīng)用地球物理師大部）版權(quán)所有2001，石油工程師學(xué)會(huì)股份有限公司本論文提出于2001年9月30到10月3日在新奧爾良，路易斯安那州舉辦的年度技術(shù)會(huì)議和展覽。本論文被SPE程序委員會(huì)選擇作為展示，其評(píng)論在提交信息中包含的作者寫(xiě)的摘要。論文提及的內(nèi)容尚未被石油工程學(xué)會(huì)評(píng)審，作者是其主題的校正者。展示的材料不必反映任何位置的石油工程學(xué)會(huì)，其人員或者成員。在SPE會(huì)議提交的論文是石油工程師學(xué)會(huì)的編輯委員會(huì)的主題。本文的電子復(fù)制、分發(fā)、或存儲(chǔ)的任何一部分在沒(méi)有石油工程師學(xué)會(huì)的書(shū)面同意前提下，不允許作為商業(yè)用途。

2、印刷復(fù)制不超過(guò)300字，插圖不允許復(fù)制。摘要必須包含文章作者和地址。寫(xiě)員，SPE，郵政信箱，理查德森，75083-3836，美國(guó)，傳真01-972-952-9435。摘要為提高控制鉆井，井下防噴器（DHBOP）已開(kāi)發(fā)和測(cè)試。該種工具不是替代傳統(tǒng)防噴器，而是作為當(dāng)泥漿失控時(shí)的一個(gè)附加保障。工具位于井下。在發(fā)生流入或漏失時(shí)，井筒可封閉。足夠密度的泥漿通過(guò)鉆柱和環(huán)上方的井下密封循環(huán)直到達(dá)到希望的井筒壓力?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明了該工具的功能，而且指出改進(jìn)的需求。工具修改可以引入額外的功能，如多操作循環(huán)孔，鉆柱的扼流圈和傳統(tǒng)的國(guó)際收支測(cè)試插頭。簡(jiǎn)介鉆機(jī)總是嘗試保持井內(nèi)壓力在地層孔隙壓力和破裂壓力梯度之間。當(dāng)井內(nèi)

3、壓力高于破裂壓力梯度或當(dāng)鉆進(jìn)低壓地層的滲透性，漏失可能發(fā)生。這些問(wèn)題出現(xiàn)在深水井,傾斜井和擴(kuò)展達(dá)到井。當(dāng)井內(nèi)壓力低于孔隙壓力，涌入可能發(fā)生。鉆探井時(shí)，并不知道孔隙壓力。在沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可用的探井中，不確定性是特別高。這增加了鉆探井遇到難題的可能性。鉆到淺層氣積累和高壓儲(chǔ)層可能會(huì)突然遇到孔隙壓力增加，導(dǎo)致大量涌入。浮動(dòng)容器用于深水鉆井時(shí)，另一種情況就可能發(fā)生。在浮動(dòng)容器漂浮情況下,由于動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障，海洋鉆井隔水管必須在海底斷開(kāi)。由于海水的密度小于泥漿的密度，油井壓力將減少。如果壓力減少大于立管壓力，那么就會(huì)導(dǎo)致涌入。在所有井控操作中，通常需要這兩種獨(dú)立的壓力障礙。這些通常是重型泥漿和傳統(tǒng)的防噴

4、器堆棧。如上所述，井下防噴器能在幾個(gè)泥失控的情況下作為一個(gè)安全屏障。井下防噴器被發(fā)明了。這一概念包括封閉環(huán)的膨脹式封隔器和雙動(dòng)提升閥密封的鉆柱和打開(kāi)一個(gè)循環(huán)端口。井下防噴器在隨鉆測(cè)量和驅(qū)動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)之間。當(dāng)驅(qū)動(dòng)井下防噴器時(shí),鉆柱和環(huán)都封鎖。循環(huán)端口允許環(huán)形流體泥漿的有效密度的轉(zhuǎn)移和替換。臨時(shí)控制是立即實(shí)現(xiàn)的。在井內(nèi)流傳的泥漿密度是足夠的情況下，井是完全穩(wěn)定。使用井下防噴器的主要優(yōu)點(diǎn)是：在鉆井液循環(huán)過(guò)程中，涌入和井漏時(shí)，封鎖接近一點(diǎn)。本文介紹了該工具和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。修改基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了討論。歷史井下防噴器是基于概念開(kāi)發(fā)的，被發(fā)明與科技大學(xué)石油工程系和應(yīng)用地球物理學(xué)。第一個(gè)原型在1993年和1994年

5、經(jīng)歷了幾場(chǎng)測(cè)試。井下防噴器內(nèi)的致動(dòng)器(圖1)的可靠性需要提高和增加運(yùn)營(yíng)商的興趣導(dǎo)致了本文中所描述的工作。系統(tǒng)描述 井下防噴器不會(huì)影響鉆井模式(圖1 b)中的鉆井過(guò)程。當(dāng)井下防噴器驅(qū)動(dòng)時(shí)(圖1 c),鉆柱和環(huán)都是封鎖的。在這里，鉆井液通過(guò)一個(gè)略高于環(huán)形密封的循環(huán)端口實(shí)現(xiàn)循環(huán)。從鉆井模式到驅(qū)動(dòng)模式的功能結(jié)構(gòu)如下。在泥漿泵工作過(guò)程中，流入或循環(huán)漏失被檢測(cè)。壓力代碼在立管中生成。代碼在鉆柱內(nèi)傳遞給井下防噴器。在提升電子單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受了代碼后，井下防噴器內(nèi)部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。鉆柱和循環(huán)端口打開(kāi)。循環(huán)噴嘴壓降使封隔器膠筒膨脹。井封鎖于一點(diǎn)，足夠密度的泥漿能在封隔器上方循環(huán)。臨時(shí)控制是立即實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)發(fā)送一

6、個(gè)新的壓力代碼，工具重置以恢復(fù)正常鉆井模式。描述井下防噴器此原型是專為12“裸眼部分設(shè)計(jì)的。其外徑的為9”。封隔器和循環(huán)端上面的口直徑是8”。井下防噴器有雙向固定。有固定的總長(zhǎng)度約9米(圖1 d)。沒(méi)有固定的總長(zhǎng)度是6米(圖1 c)。傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置由壓力傳感器、電子單元、電源、記錄器、電力電子、電機(jī)、齒輪和螺旋輥(圖1a)組成。設(shè)計(jì)是以模塊為基礎(chǔ)，每個(gè)模塊很容易制造、組裝和交換。每個(gè)模塊的相關(guān)信息。壓力傳感器。傳感器位于井下防噴器的上端。如此設(shè)計(jì)為了避免泥漿侵蝕和插進(jìn)。其壓力范圍是0到600巴，傳感器沒(méi)有內(nèi)置電子產(chǎn)品。信號(hào)的放大是在電子裝置來(lái)完成的。傳感器的輸入電阻是3k。傳感器的高電阻降

7、低電子元件的功耗。電子單元(CPU)。在設(shè)計(jì)電子井下應(yīng)用的基本理念是使組件的數(shù)量最小化。無(wú)論如何,兩個(gè)幾乎相同的電子單元在本防噴器中被使用。一個(gè)主要的電子和一個(gè)輔助電子產(chǎn)品。他們相互獨(dú)立,接受壓力的代碼。當(dāng)電子產(chǎn)品代碼接受時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。在其動(dòng)作過(guò)程中，電子一直控制電機(jī)。電動(dòng)機(jī)電流增加,按設(shè)定關(guān)閉了電子。如果任何不可預(yù)見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)負(fù)載發(fā)生在動(dòng)作過(guò)程中,電子將控電流防止部件被損壞。在井外，電子處于睡眠模式。在這種模式下電流小于2mA。在井下，井下防噴器暴露于壓力下，電子激活。這個(gè)功能可以節(jié)省電力和保護(hù)在運(yùn)輸和存儲(chǔ)中過(guò)早驅(qū)動(dòng)工具。為防止誤操作，附加保護(hù)裝置，用一個(gè)法拉第籠銅保護(hù)所有電子。電子也有一個(gè)

8、定時(shí)器，在任何非控制信號(hào)發(fā)送到發(fā)動(dòng)之前，電機(jī)重新啟動(dòng)。所有其他模塊電線通信位于中心模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接和斷開(kāi)。最后整個(gè)模塊包裝成硅橡膠以免受沖擊和振動(dòng)。內(nèi)部模塊的所有導(dǎo)線也如此。電源。它包含三個(gè)電池。兩個(gè)鋰電池用于井下的應(yīng)用，一個(gè)可充電鎳鎘鎳鎘電池。鋰電池(7.2伏特)用于電子和記錄器(黑匣子)。鎳鎘電池(24伏)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。廣泛的測(cè)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)是使用可充電汽車電池的原因。缺點(diǎn)是有限溫度限制和不能自己充電。在下一代產(chǎn)品中，鋰電池將被用作電機(jī)電池。電池的容量是33Ah,記錄器22Ah,可充電鎳鎘電池1.8Ah。這種情況允許井下防噴器使用30次,大約兩年不換電池。電子和記錄器電池構(gòu)建成一個(gè)模塊。電

9、機(jī)電池是另一個(gè)模塊。所有其他模塊電線通信位于中心模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接和斷開(kāi)。最后整個(gè)模塊包裝成硅橡膠以免受沖擊和振動(dòng)。記錄器(黑匣子)。記錄器記錄內(nèi)部溫度,外部壓力和電機(jī)電流。記錄器設(shè)備包括提高性能和可觀察性，有助于優(yōu)化激活時(shí)間和井下故障診斷。電力電子。電力電子由four-transistor電機(jī)和晶體管開(kāi)關(guān)組成。電機(jī)主要被電子控制，電機(jī)以直接旋轉(zhuǎn)的方式連接電池。開(kāi)關(guān)由可充電電子控制,必須打開(kāi),允許電動(dòng)機(jī)通電。電動(dòng)馬達(dá)和齒輪。電動(dòng)機(jī)的額定電壓24伏，輸出功率120瓦，3350 rpm的額定轉(zhuǎn)速。用一個(gè)減速比為92.8:1的三級(jí)行星齒輪增加輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)和齒輪放于一個(gè)充滿空氣的腔內(nèi)。螺旋輥。輥螺

10、的入口是齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。出口的滾子螺桿軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)閥桿。提升閥連接的桿。減少能量和減少破壞的幾種方法已經(jīng)被采取。包括在充油室(1)壓力輥螺釘,(2)加固滾子軸承,(3)釋放盤(pán)式彈簧儲(chǔ)存的能量以及(4)低摩擦旋轉(zhuǎn)密封。盤(pán)式彈簧加載當(dāng)寶寶進(jìn)入其他位置。最大的出口力量100 kn。這是兩倍多的突破提升所需要的驅(qū)動(dòng)壓差達(dá)到100巴。當(dāng)寶寶從一個(gè)位置到另一個(gè),只有一小部分的力量是必需的。提升閥。提升閥用于打開(kāi)/關(guān)閉鉆柱,打開(kāi)/關(guān)閉循環(huán)端口(圖1 b和1 c)。中風(fēng)是50毫米，動(dòng)作過(guò)程需用大約17秒。密封是金屬接觸密封。泄漏由于設(shè)置在密封表面由彈簧加載阻止傳播。循環(huán)端口。在驅(qū)動(dòng)模式下，提升閥密封鉆柱并打

11、開(kāi)循環(huán)端口上方封隔器元素(圖1 c)。循環(huán)端口包括三個(gè)徑向端口和一個(gè)導(dǎo)向并行流金屬帽。這個(gè)結(jié)構(gòu)是用于防止沖刷。每一個(gè)徑向端口包括標(biāo)準(zhǔn)鉆頭噴嘴內(nèi)壓力增加的工具。這種壓力是用來(lái)膨脹封隔器膠筒。典型的循環(huán)約為2000 l / min,典型的膨脹壓力為100巴。在鉆井液循環(huán)中，如果另一個(gè)循環(huán)不正?；蛄硪粋€(gè)封隔器壓力不是理想的，噴嘴易于改變。封隔器元素。環(huán)是由膨脹式封隔器密封元件與編織類型鋼筋,特別設(shè)計(jì)的多組1(1圖1 b,c和d)。封隔器的功能是封閉環(huán)空和鉆柱。有三個(gè)鉆孔泥漿通信的封隔器元素。這些與循環(huán)端口開(kāi)閉一致?？椎拈L(zhǎng)度直徑長(zhǎng)度最小化,最大化提供容易泥疏散whendeflating封隔器。封隔器是

12、自動(dòng)放氣的內(nèi)應(yīng)力。封隔器元素循環(huán)端口是關(guān)閉和鉆探工具的模式。環(huán)空封隔器的密封長(zhǎng)度為1米左右。通脹壓力最大是193酒吧和12”洞172壓力的代碼排泄管道連接立管(圖2)。當(dāng)排泄管道打開(kāi)時(shí)，立管和整個(gè)鉆柱壓力下降。打開(kāi)，關(guān)閉排泄管道生成代碼。當(dāng)前代碼包括兩個(gè)壓力的下降。每個(gè)壓力下降15秒長(zhǎng),鉆柱內(nèi)壓力下降幅度設(shè)置為最低20巴。代碼的總生成時(shí)間是1分鐘。井下防噴器控制七個(gè)檢查站由接受代碼。噪聲被排除,不會(huì)干擾的壓力代碼。重點(diǎn)一直是生成一個(gè)簡(jiǎn)單的和可靠的壓力代碼,該代碼可用于傳統(tǒng)的鉆井平臺(tái)和連續(xù)油管鉆井平臺(tái)。重點(diǎn)沒(méi)有放在優(yōu)化傳輸速度和壓力振幅。發(fā)送一個(gè)壓力代碼的功能結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)在控制面板上的開(kāi)關(guān)打開(kāi)?？?/p>

13、制面板內(nèi)的微控制器操作用于控制打開(kāi)排泄管的換向閥。旋塞閥打開(kāi)時(shí),鉆井液從立管排如泥漿池;因此立管壓力將下降。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流閥控制壓力范圍。液壓動(dòng)力操作式旋塞閥是由一個(gè)氣動(dòng)液壓動(dòng)力單元提供的。塞閥也可以手動(dòng)備份?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2000年11月,井下防噴器用于實(shí)驗(yàn)，re-actuated“意大利Cascina s弗朗西斯科1”。位于拉文納之間和阿寶。井下防噴器正在經(jīng)歷一個(gè)功能測(cè)試在13 3/8“套管開(kāi)始前12 -”鉆井從300米至1400米不等。井下防噴器的壓力代碼設(shè)置在立管內(nèi)完成并被井下防噴器接受。井下防噴器內(nèi)的提升閥下移,關(guān)閉鉆桿。膠筒膨脹封閉環(huán)空。泥漿是通過(guò)端口上方封隔器元素循環(huán)流通的。幾分鐘后，

14、重置井下防噴器壓力代碼發(fā)送。代碼被井下防噴器接受。井下防噴器內(nèi)的提升閥井下防噴器上升。鉆桿被打開(kāi)，循環(huán)端口被關(guān)閉。封隔器元素是壓力平衡但包裝(圖3)年底通貨緊縮的過(guò)程。這次失敗的原因是積聚壓力低于封隔器的結(jié)合而降低和壞錨效應(yīng)在套管封隔器設(shè)置。在先前的測(cè)試中，這個(gè)問(wèn)題從未發(fā)生在裸眼。無(wú)論如何,封隔器下部的臨時(shí)增壓環(huán)空是不必要的。封隔器問(wèn)題的原因相關(guān)的概念只有一個(gè)閥操作封隔器,循環(huán)端口和鉆。前的封隔器不能完全放氣循環(huán)端口是關(guān)閉,打開(kāi)鉆。因此,將會(huì)有一些壓力建立以下封隔器封隔器前放氣元素。這沒(méi)有損壞的裸眼封隔器在先前的測(cè)試,但是在套管的功能測(cè)試。這個(gè)問(wèn)題可以很容易地避免通過(guò)引入一個(gè)獨(dú)立閥操作封隔器元

15、素。 修改應(yīng)該用單個(gè)閥門(mén)控制封隔器元素。應(yīng)減小驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在驅(qū)動(dòng)器仍然是用來(lái)控制循環(huán)端口和鉆柱。在這種情況下,封隔器元素沒(méi)有設(shè)置任何壓力參數(shù)，泥漿泵可能一直運(yùn)行。高壓下封隔器在通貨緊縮現(xiàn)在可以只發(fā)生在一個(gè)正常的死亡情況泥漿密度不足一直高于井下防噴器流傳。一個(gè)解決方案是在在封隔器放氣前，循環(huán)最大密度泥漿。另一個(gè)解決方案是在封隔器下部設(shè)置一個(gè)壓力傳感器。壓力是通過(guò)井下防噴器傳達(dá)聽(tīng)覺(jué)上的測(cè)量,而鉆井隨鉆測(cè)量脈沖發(fā)生器上面。這些都是成熟的技術(shù)。另一種可能性是用三個(gè)閥(圖4)。第一個(gè)控制提升閥。第二個(gè)控制封隔器。第三個(gè)控制循環(huán)端口。所有閥門(mén)都可以單獨(dú)工作。該井下防噴器，循環(huán)端口可以用于改進(jìn)清理，提升閥

16、可能用作井下窒息。第三種可能性是用一個(gè)可收回壓縮與錨塞機(jī)制代替膨脹膠筒(圖5)。一個(gè)壓縮插頭不能用于裸眼,因此封隔器必須設(shè)置工況。引入壓縮插的優(yōu)勢(shì)是提高了密封能力和錨定能力。缺點(diǎn)是更長(zhǎng)的距離。電動(dòng)機(jī)應(yīng)該直接驅(qū)動(dòng)以控制壓縮插頭和循環(huán)端口。這些電機(jī)都有一個(gè)環(huán)形形狀和不會(huì)妨礙鉆桿內(nèi)電覽作業(yè)。電機(jī)和插頭之間沒(méi)有交叉，循環(huán)端口非常簡(jiǎn)單。冗余可能通過(guò)有幾個(gè)獨(dú)立的電機(jī)分擔(dān)。提升閥應(yīng)該靠近一點(diǎn)。這個(gè)工具的另一個(gè)可能的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)防噴器插頭進(jìn)行測(cè)試。而不是整個(gè)鉆出來(lái)的洞,一個(gè)插進(jìn)洞每一次防噴器應(yīng)該測(cè)試,基于壓縮井下防噴器插頭是可以使用的?；诮?jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在開(kāi)發(fā)新技術(shù)時(shí)，系統(tǒng)的利用先前的經(jīng)驗(yàn)是成功的一個(gè)關(guān)鍵因素(但不保證)。這個(gè)項(xiàng)目的核心團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年時(shí)間，針對(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)顧問(wèn)系統(tǒng)。系統(tǒng)遵循產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程從市場(chǎng)需求到最終測(cè)試原型。多學(xué)科“幫助”與每個(gè)環(huán)節(jié)相連?！皫椭钡睦又С窒到y(tǒng)可靠性可靠性分析,物理故障機(jī)制,人類失敗機(jī)制,鉆井問(wèn)題和清單。“幫助”系統(tǒng)不需要最終的支持。也可能是一個(gè)主題的概述的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠思考和與專家溝通。包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)推