生物化工工艺石油大专论文

朝阳师范高等专科学校高职专业学生毕业设计论文论文题目：旋转防喷器技术的研究现状与发展前景系别：生化工程系专业：生物化工工艺年级：2009级姓名：宋震指导教师：廉玉利 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景目录摘要1关键词1引言11旋转防喷器的概况21.1旋转防喷器的概念21.2旋转防喷器的功能22旋转防喷器的工作原理32.1旋转防喷器的结构特点32.2旋转防喷器的工作原理43旋转防喷器的研究与应用43.1旋转防喷器的发展现状53.2几种国产旋转防喷器53.2.1XZ-11-05型旋转防喷器53.2.2新研制的FX28-35型旋转防喷器53.2.3XK系列旋转防喷器53.2.4万能旋转防喷器53.3旋转防喷器的常见故障及排除方法54旋转防喷器的发展前景65结语6参考文献7Abstract7Keyword7 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景旋转防喷器技术的研究现状与发展前景姓名：宋震学号：0917130班级：09级化工工艺三班系别：生化工程系摘要：随着欠平衡钻井技术发展的成熟,国内欠平衡钻井普遍实施,其所涉及的旋转防喷器已成为一种重要的设备。由于欠平衡钻井技术所适用的范围越来越广，对于其中的关键设备——旋转防喷器的要求也越来越高，所以对于旋转防喷器的研究也变得至关重要。本文主要阐述了旋转防喷器的发展历程与在欠平衡钻井中起到的作用，分析了旋转防喷器在实际生产中的作用和优缺点,展望了旋转防喷器的发展前景。关键词：旋转防喷器；欠平衡；井控装置；密封结构引言欠平衡钻井由于其先进性为勘探、开发带来了广阔的前景，在油气田开发中发挥着越来越重要的作用，成为21世纪油气资源开发中必不可少的主干技术之一。喷器系统是欠平衡钻井装备中的重要组成部分，是最关键的井控设备。旋转防喷器技术的研究有利于欠平衡钻井技术更好的发展，旋转防喷器装在钻机的普通防喷器组上面，作为井控设备的补充，可以更好地控制井口压力，提高钻井效率，极少造成地层损害，还能降低对环境的破坏。【2】所以开展对旋转防喷器的研究具有一定的学术价值和现实意义。1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景1旋转防喷器概况1.1旋转防喷器的概念防喷器是钻井井控装置中的核心设备，用于控制井口压力，实现近平衡或欠平衡压力钻井，提高钻井速度及质量，最大限度发现和保护油气藏。它一旦失效，将导致井喷恶性事故发生，因而是整套钻井系统中最重要的装备之一。国内外对防喷器的质量性能极为重视，各制造商都投人大量人力物力进行研制开发。高压旋转分流器——防喷器系统是欠平衡钻井设备中的重要组成部分，是最关键的井控设备。在实施欠平衡钻井工艺带压钻井作业时，用以密封旋转的钻具及起分流作用；与液压防喷器、钻具止回阀和不压井起下钻加压装置配套后，可安全地进行带压钻井与不压井起下钻作业。由于该设备可随钻杆旋转，起到防喷作用，又称旋转防喷器。旋转防喷器装在钻机的普通防喷器组（包括环形防喷器）上面，作为控制设备的补充。可以更好的控制井口压力，提高钻井效率，极少的造成底层损害，还能降低对环境的破坏。旋转防喷器又称旋转控制头，是欠平衡钻井、地热钻井、煤层气钻井的必要设备。它在井眼环空与钻柱之间起到封隔作用，并提供安全有效的压力控制，同时具有将井眼流体导离出井口的作用。【3】1.2旋转防喷器的功能　欠平衡钻井工艺具有减轻地层破坏程度，正确评价储层,提高油气产量等特点。近几年,国外在欠平衡钻进方面进展较快,旋转防喷器是欠平衡钻进中的重要设备,我国部分油田引进此设备使用后取得了显着效果。为使旋转防喷器国产化,研制了旋转防喷器试验台架，具有带动试验钻具旋转(模拟旋转钻进);带动试验钻具升降(模拟过接头)；加压泵加水压(模拟井压)；加压到一定压力(模拟井喷时的压力)；在一定井压下,带动试验钻具旋转、升降(模拟负压钻井)等功能，使得旋转防喷器广泛应用与我国大部分油田，提高了油气产量。【4】1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景在工作时旋转防喷器封闭钻杆与方钻杆，并在所设定的井口压力条件下允许钻具旋转实施带压钻进作业（边喷边钻）。旋转防喷器技术的研究扩大了欠平衡钻井技术的使用范围，例如在闭路循环、边喷边钻、随钻测量、井眼测试、反循环和注氮等钻井特性改变时使用，该技术正朝着提高密封压力等级、拓宽应用范围、强化轴承润滑与冷却、便于操作和控制等方向发展。在未进行欠平衡钻井的地区，旋转防喷器(RBOP)可用于强化人身安全和环境保护。2旋转防喷器工作原理2.1旋转防喷器的结构特点旋转防喷器结构分4大组成部分:旋转防喷器本体、液压控制装置、远程控制操作台和连接附件等。(1)旋转防喷器本体。旋转防喷器本体主要由中心管总成、卡箍套总成、动密封总成、壳体、扶正轴承、止推轴承、旋转体、胶芯总成、活塞总成和旁通等部分组成。(2)液压控制装置。液压控制系统为防喷器提供液压动力,它可以控制活塞推压胶芯的力量,还可以对循环系统起润滑冷却的作用,从而提高轴承和动密封的使用寿命。(3)远程控制装置。该装置直接对液压泵站实施远程控制,达到间接控制旋转防喷器的目的。(4)连接附件。连接附件包括防喷器本体、压控制装置、远程控制台之间的液压管路和控制线路的电缆等附件,是输送油液的信道和指令传输的线路。旋转防喷器密封是旋转防喷器最重要的工作组件,钻进过程中为了使钻井液有效地从井眼环空中分流,钻具密封必须牢固地密封住不规则的钻具(如钻杆、将通过的井下工具、方钻杆等)。按对钻柱的密封方式,旋转防喷器可分为环形胶心型和膨胀胶囊型两种,各种旋转防喷器的密封结构各有其特色。目前使用的旋转防喷器都存在钻具密封中胶芯在工作时极易失效,且使用寿命短的问题。而导致这一问题的关键就是在钻井过程中钻杆及钻杆接头对胶芯的摩擦,尤其是当钻杆接头在通过胶芯时对胶芯的摩擦极易损伤胶芯,上面所列出的两种广泛应用的钻具密封方式也不能避免。针对这一现状,我们组设计出能够避免钻杆接头强行通过胶芯的新型旋转防喷器,有效地解决了这一问题。[4]2.2旋转防喷器的工作原理胶芯接头的内孔尺寸比相应的钻杆尺寸小,钻具插入其中后,1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景胶芯接头的胶芯可将钻杆或方钻杆抱紧。钻进时,方钻杆通过旋转防喷器的胶芯带动旋转头和旋转轴转动,从而实现边喷边钻工艺。起钻时,因为胶芯接头可以封住钻杆本体,所以可以安全起下钻。为了减少胶芯的磨损,必须使用带18°斜坡接头的钻杆,并降低起下钻速度。方瓦总成与中心管相连，中心管外形空间装有轴承，下部与胶芯（自封头）相连。转动靠方钻杆传递动力。方钻杆带动方瓦总成、中心管以及胶芯转动。旋转防喷器对钻具的密封，一靠胶芯的预紧力（胶芯内径小于钻具外径）；二靠井压助封。【5】3旋转防喷器的研究与应用3.1旋转防喷器的发展现状旋转防喷器中的动密封允许在一定的井口压力下进行钻井作业。过去,典型的井日压力不超过几百个Mpa现在,在气侵液循环至地面,井口最高压力达到150Mpa的情况下,仍可进行连续的转盘钻井操作，有些旋转防喷器的静止试验压力达到300Mpa。3.2几种常见国产旋转防喷器3.2.1XZ-11-05型旋转防喷器大庆、胜利、辽河等油田已相继进人开发后期,井下事故出现几率呈较快增长趋势。据统计,1994年胜利石油管理局孤岛采油厂因套管损坏、砂埋、砂卡、封隔器胶皮脱落等原因造成的油井大修有122井次。由于井口没有可靠的密封装置,许多高效率的工艺,例如反洗井、侧钻等无法正常进行。为此,胜利石油管理局采油工艺研究院在吸取国外相关产品先进技术的基础上,研制出一种能可靠密封旋转钻具和油套环形空间XZ-11-05型旋转防喷器。XZ-11-05型旋转防喷器是大修用井口密封设备,可以实现井口密闭循环,防止污油、污水入井对地层造成伤害,并能有效地防止井喷事故。a)密封部分：主要包括旋转密封胶芯、V形密封圈和上密封圈等。旋转密封机构橡胶密封圈与金属件组合密封,胶芯由特殊材料制成。利用AN-SYS有限元工程软件,对内部与外部形状进行优化设计,采用方密封段与圆密封段组合密封,且中间带有辅助密封腔的整体结构。现场使用表明,这种结构形式的密封效果良好,完全达到设计指标。1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景b)旋转部分包括压盖、叉式方补心、中心管、上轴承和圆锥滚子轴承。压盖是旋转机构的关键零件,既具有一定的过工具功能,又要传递动力,实现整套机构的旋转密封。方补心为特殊设计的叉式结构,由方钻杆驱动。整套组件具有安装方便、旋转灵活、安全可靠等特点。c)辅助部分包括底座、外壳体和调节螺栓等,在井口可实现快速装卸胶芯和旋转密封件,能及时调整V形密封圈的密封压力,以适应不同井下工况。将XZ-11-05型旋转防喷器安装在大修井的井口上,通过胶芯的设计预紧力实现对正常起下钻杆的密封。方钻杆的密封由胶芯的方密封段实现,圆密封段起辅助密封作用。由于整体结构设计新颖,钻进或造螺纹时,胶芯与钻杆一起旋转,变普通的动态密封为半静态密封,基本能消除周向相对位移,密封效果良好。当井内出现高反冲压力时,胶芯在油套环空液体压力的作用下,变形收缩,抱紧钻具,可有效地防止井喷。在密封压力范围内,压力越高,密封效果越好。【6】3.2.2新研制的FX28-35型旋转防喷器FX28-35型旋转防喷器由主机(旋转控制头)和控制系统组成。设计主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承上。旋转防喷器结构采用与环形防喷器类似的结构,井筒封闭形式采用由液力驱动压迫密封胶芯封闭井口,封井压力随井压自动补偿。控制系统机电液一体化,所有电气设备都满足防爆要求。FX28-35型旋转防喷器拟首先应用到新疆塔河工区和四川盆地川西工区。新疆塔河油田油藏地层低压易漏、深度在地表5000m以下,使用欠平衡钻井钻水平井能提高钻井效率和油层产能。钻井过程中钻头主要由螺杆钻具驱动,钻杆钻速低,旋转防喷器内部转速相应低,但工作时间长。川西地区属于致密砂岩浅层气藏,高压低渗透,欠平衡钻井过程中可能出现很高的井口压力,新研制的旋转防喷器必须能够满足在较高的井口压力下实现边喷边钻。FX28-35型旋转防喷器性能与当前进口的旋转防喷器性能相当,操作简单可靠,完成1口常规欠平衡钻井只需更换1次易损密封件。【7】3.2.3XK系列旋转防喷器四川石油管理局钻采工艺技术研究院设计中心研制开发了动密封压力10.5MPa,1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景静密封压力21MPa,具有双胶芯密封结构的高压旋转防喷器,经试验和现场使用,效果良好。该旋转防喷器主要由旋转总成、壳体总成和控制冷却循环装置3部分组成。旋转总成和壳体通过卡箍连接。控制冷却循环装置包括液压动力站、控制箱2大部分,它们通过高压软管与旋转防喷器连接。欠平衡钻进时,方钻杆通过旋转防喷器上的旋转补心总成带动转动套、中心管及上、下部橡胶密封胶芯与钻柱一起旋转。橡胶密封胶芯依靠自身的弹性变形和井压助封来对钻柱周围实施密封。胶芯受到一定程度磨损后,可通过液压胶囊施以外压,实施主动补偿密封。控制冷却循环装置用来控制液动卡箍的开启和关闭、润滑冷却轴承和密封盘根。【7】3.2.4万能旋转防喷器一般的旋转防喷器在变更钻头和钻杆尺寸时需要将其中心部分由外壳内抽出并更换房钻杆密封环，同时这种密封环在抱紧钻具时的抱紧力不能调节，故会产生很重的磨损，特别在境内压力提高时更是如此。万能旋转防喷器由壳体、盖总成、柱塞总成和密封橡皮组成。这种防喷器可用来封住油气井井口，并可以旋转和上下活动钻具。它与现有旋转防喷器相比有如下优点：一种尺寸的密封胶皮可以可靠地封住并可旋转井内的任何尺寸的钻具；保证钻头可以自由通过；随着井内压力不同，可以调节密封胶皮抱紧钻具的抱紧力。[1]3.3旋转防喷器的常见故障及排除方法在使用防喷器过程中，我们应学会排查常见故障常见故障如下：胶芯大漏在安装旋转防喷器过程中由于人为因素造成的胶芯安装不正确，使得在是使用防喷器过程中无法正常发挥作用，长时间使得胶芯磨坏，排除方法：判断为胶芯损坏，应更换新的胶芯代替；卡扣筒下部周围漏式一是可能因为组合密封圈损坏需更换二是可能因为冷却系统密封失效，需检查密封系统；方瓦总成不能进入中心管可能是因为钻具与井眼不同心,在装方瓦是要扶正；轴承温度超过规定温度如果轴承质量或装备无问题,可能是油不清洁,太多或缺油。1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景【10】卸压塞卸压时，不能太快，注意安全。旋转总成上提下放时要扶正且缓慢进行，不能太快太猛，以免损坏密封或其它部件，使得旋转总成和胶芯不能通过钻头，使用时应注意。4.展望在防喷器领域，远没有其它领域的技术发展迅速，在体积减小、质量减轻而材料性能持续有提高的同时，防喷器设计仍然遵循着最原始的闸板式防喷器的基本原理。可能是因为防喷器是钻井作业中非常重要的一个设备，所以其实验须持谨慎小心和逐渐扩大的态度。随着国内各油田负压钻井技术的研究与应用发展，国内旋转防喷器的发展方向主要有四个方面:(1)提高密封压力等级，应用范围从空气钻井发展到地热钻井、油气井及修井作业，从陆地钻井发展到海洋钻井；（2）旋转防喷器轴承的润滑从低压注润滑脂到单独的高压油泵进行润滑，以提高其连续工作的时间和延长轴承的使用寿命；（3）轴承组总成的缩紧装置由手动锁紧发展到液压控制锁紧；（4）应用于较高压力的高压旋转防喷器通常配置了控制和测量仪表台，方便控制和操作。【9】随着欠平衡钻井技术的大面积推广应用,该项产品有着乐观的市场前景,必然会创造一定的经济效益和社会效益。为降低钻井成本和提高油井生产能力,在许多硬岩层和已进入开发中后期的油气田,旋转防喷器已成为一种重要的设备。降低钻井成本主要是通过提高机械钻速、减少非钻井时间和负压钻井过程中泥浆的消耗等手段来实现，同时，还能减少泥浆对地层的损害以增加油井产量。旋转防喷器技术的最新进展已扩大了这一技犬应用于油井工况的范围,在那些既强调安全性和环境保护,而通常又不可能进行负压钻井的地区,旋转防喷器也开始得到应用。【8】1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景参考文献[1]周英操,翟洪军.欠平衡钻井技术与应用[M].北京:石油化工出版社,2003.[2]张亚梅,赵英栩.旋转防喷器.《油气田地面工程》,2009,9,85-86.[3]张　慧,刘春全,艾志久.浅谈我国旋转防喷器技术的现状与发展.《石油矿场机械》,2007,(3),28-32.[4]孙喜寿.一种更好的井控装置——旋转防喷器[J].国外油气科技,1993,(3),76-79.[5]羡维伟,任　翔.欠平衡钻井用高压旋转防喷器的研制和应用[J].钻采工艺,2002,5(3),55-56.[6]李永平,蒋宝云.XZ-11-05型旋转防喷器[J].石油机械,1998(4)第10刊,33-35.[7]罗宁根.FX28-35型旋转防喷器的研制[J].海洋石油,2003(23)(增刊),106-109.[8]康晓雷.浅谈旋转防喷器的发展趋势及应用[J].钻采工艺,2000(23)第4刊,56-62.[9]陈养厚,陈国明,殷志明.欠平衡钻井过程中的井控新设备[J].石油矿场机械,2006(25),95-97.[10]万秀琦,李　毅,宋林松,等.旋转防喷系统试验装置的研制[J].石油矿场机械,2005(34),71-73.[11]周鹤法,楼一珊,陈香凯.应用日益广泛的旋转防喷器.2006(9),32-36.1 旋转防喷器技术的研究现状与发展前景TheReviewoftheSituationandtheDevelopingTrendofRotaryBlowoutPreventerAbstract：Asthematureofunderbalanceddrillingtechnologydevelopment,domesticunderbalanceddrillinguniversalimplementation,theinvolvedrotatingbophasbecomeanimportantequipment.Becauseunderbalancepressuredrillingtechnologymorewidelyapplicabletothekeyequipment-rotatingboprequirementsareincreasinglyhigh,soforrotatingbopresearchalsobecomesveryimportant.Mediasectors:designdepartment(tostylist)developmentcourse,inunderbalanceddrillingthefunctionofrotatingbop,analyzestheroleinpracticalproductionadvantagesanddisadvantagesofthebop,lookingtorotatethedevelopmentprospect.Keyword:rotaryblowoutpreventer；underbalanced；Wellcontroldevice；sealingstructure；1