旋转防喷器--杨晓亮

1、 制作人：杨晓亮制作人：杨晓亮渤海钻探职工教育培训中心培训课件渤海钻探职工教育培训中心培训课件 旋转防喷器旋转防喷器目目 录录 一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统五、旋转防喷器的故障及排除方法五、旋转防喷器的故障及排除方法一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述位置及常用于？位置及常用于？一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述旋转防喷器是用于负压、泡沫、空气等旋转防喷器是用于负压、泡沫、空气等钻井的动密封装置。它与液压防喷器、钻具钻

2、井的动密封装置。它与液压防喷器、钻具止回阀和不压井起下钻加压装置或井下套管止回阀和不压井起下钻加压装置或井下套管阀配套后，可安全地进行带压钻进与不压井阀配套后，可安全地进行带压钻进与不压井起下钻作业。它对发现和保护低压油气层有起下钻作业。它对发现和保护低压油气层有着重要的作用。着重要的作用。一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述旋转防喷器是欠平衡钻井的关键装备、旋转防喷器是欠平衡钻井的关键装备、专用井控设备，安装在井口防喷器组最上端，专用井控设备，安装在井口防喷器组最上端，即拆掉防溢管换装旋转防喷器。即拆掉防溢管换装旋转防喷器。钻开油气层时，为避免钻井

3、液液柱压力钻开油气层时，为避免钻井液液柱压力过高，以致将油气层压死或污染，常利用旋过高，以致将油气层压死或污染，常利用旋转防喷器封住井口环形空间，使钻井液液柱转防喷器封住井口环形空间，使钻井液液柱压力略低于地层压力，保持井底轻度溢流，压力略低于地层压力，保持井底轻度溢流，实现边喷边钻或带压起下钻作业，也常用于实现边喷边钻或带压起下钻作业，也常用于修井作业中。修井作业中。一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述哪些情况需要终止欠平衡钻井作业？哪些情况需要终止欠平衡钻井作业？一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述1 、 在 线 监 测 硫 化 氢 浓 度

4、大 于 等 于、 在 线 监 测 硫 化 氢 浓 度 大 于 等 于75mg/m3(50ppm），或自井内返出的气体，），或自井内返出的气体，在其与大气接触的出口环境中硫化氢浓度大在其与大气接触的出口环境中硫化氢浓度大于于30 mg/m3(20ppm）；）；2、地层油、气、水严重影响钻井液性、地层油、气、水严重影响钻井液性能，并导致欠平衡钻井不能正常进行；能，并导致欠平衡钻井不能正常进行；3、欠平衡钻井设备不能满足欠平衡钻、欠平衡钻井设备不能满足欠平衡钻井要求；井要求；4、井眼条件不能满足欠平衡钻井要求。、井眼条件不能满足欠平衡钻井要求。 （摘自大港油田细则）（摘自大港油田细则）旋转防喷器旋转

5、防喷器目目 录录 一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统五、旋转防喷器的故障及排除方法五、旋转防喷器的故障及排除方法二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理一、旋转防喷器的结构一、旋转防喷器的结构旋转防喷器由底座、液压卡箍、大直径旋转防喷器由底座、液压卡箍、大直径高压密封元件、现场测试装置高压密封元件、现场测试装置(包括井压传感包括井压传感器、试压塞等器、试压塞等)、高压动密封旋转轴承总成等、高压动密封旋转轴承总成等组

6、成。组成。旋转防喷器安装在井口防喷器组的顶部。旋转防喷器安装在井口防喷器组的顶部。旋转防喷器按密封结构可分为主动密封、旋转防喷器按密封结构可分为主动密封、被动密封两类。被动密封两类。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理一、旋转防喷器的结构一、旋转防喷器的结构主动密封式旋转防喷器主动密封式旋转防喷器二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理一、旋转防喷器的结构一、旋转防喷器的结构被动密封式旋转防喷器被动密封式旋转防喷器二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理一、旋转防喷器的结构一、旋转防喷器的结构二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转

7、防喷器的结构和作用原理一、旋转防喷器的结构一、旋转防喷器的结构旋转环形防喷器是在环形防喷器的内腔旋转环形防喷器是在环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴承系统，在封闭井内顶部增设了一套旋转轴承系统，在封闭井内钻具和井眼之间的环空之后，胶芯能随钻具钻具和井眼之间的环空之后，胶芯能随钻具一起带压转动，实现欠平衡压力钻井作业。一起带压转动，实现欠平衡压力钻井作业。其结构主要由旋转总成、壳体、卡扣筒其结构主要由旋转总成、壳体、卡扣筒等组成。旋转总成主要由方瓦总成、中心管、等组成。旋转总成主要由方瓦总成、中心管、轴承、密封、胶芯等组成。轴承、密封、胶芯等组成。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的

8、结构和作用原理二、旋转防喷器的作用二、旋转防喷器的作用 1、封闭钻具、封闭钻具(方钻杆、钻杆方钻杆、钻杆)与井眼的环形空间。与井眼的环形空间。 2、允许在额定密封压力条件下旋转活动钻具，、允许在额定密封压力条件下旋转活动钻具，实施带压钻进作业。实施带压钻进作业。 3、通过排出管汇（流动节流阀），对返出的油、通过排出管汇（流动节流阀），对返出的油气侵钻井液进行分离、处理，实现连续欠平衡钻进。气侵钻井液进行分离、处理，实现连续欠平衡钻进。 4、在设计欠压值或与强行起下钻设备配合时，、在设计欠压值或与强行起下钻设备配合时， 可以进行了带压起下钻作业。可以进行了带压起下钻作业。 欠平衡钻井常用于异常低

9、压地区钻井，采用泡欠平衡钻井常用于异常低压地区钻井，采用泡沫、充气钻井液以及空气或天然气钻井液体，也可沫、充气钻井液以及空气或天然气钻井液体，也可以用于修井作业以及地热钻井。以用于修井作业以及地热钻井。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的作用二、旋转防喷器的作用 吐哈三塘湖吐哈三塘湖23-1323-13井充气钻井井充气钻井辽河曙古辽河曙古155155井充气钻井井充气钻井二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的作用二、旋转防喷器的作用 肯尼亚肯尼亚MW-01 WellMW-01 Well，地热井，地热井二、旋转防喷器的结

10、构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的工作原理三、旋转防喷器的工作原理 （1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的工作原理三、旋转防喷器的工作原理 （1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的工作原理三、旋转防喷器的工作原理 （1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器 主动密封式旋转球形防喷器构是在球形主动密封式旋转球形防喷器构是在球形环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴承环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴

11、承系统，在封闭井内钻具和井眼之间的环空之系统，在封闭井内钻具和井眼之间的环空之后，胶芯能随钻具一起带压转动，实现欠平后，胶芯能随钻具一起带压转动，实现欠平衡压力钻井作业。衡压力钻井作业。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理（1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器 防喷器主体主要由壳体验、顶盖、衬套、球形防喷器主体主要由壳体验、顶盖、衬套、球形密封胶芯、旋转动密封、活塞总成、止推轴承、扶密封胶芯、旋转动密封、活塞总成、止推轴承、扶正轴承等部分组成。正轴承等部分组成。 内部设有三副轴承，中上部是承压止推轴承、内部设有三副轴承，中上部是承压止推轴承、下部是角度接触滚珠

12、承压轴承。下部是角度接触滚珠承压轴承。 设有两套旋转动密封，上部密封顶盖内压面。设有两套旋转动密封，上部密封顶盖内压面。下部密封下壳体密封活塞内面。内装密封钻具的球下部密封下壳体密封活塞内面。内装密封钻具的球形胶芯。形胶芯。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 旋转总成在一定承压范围允许方钻杆带动中心旋转总成在一定承压范围允许方钻杆带动中心管与胶芯以一定的转速旋转进行钻进作业。管与胶芯以一定的转速旋转进行钻进作业。

13、旋转防喷器胶芯有不同尺寸，以适应不同尺寸旋转防喷器胶芯有不同尺寸，以适应不同尺寸的钻杆与方钻杆。的钻杆与方钻杆。 当方钻杆、钻杆通过时，胶芯在自身弹性的作当方钻杆、钻杆通过时，胶芯在自身弹性的作用下，产生一个预紧力，包紧钻具，同时在井压作用下，产生一个预紧力，包紧钻具，同时在井压作用下，又获得一个助封力，增加了密封的可靠性。用下，又获得一个助封力，增加了密封的可靠性。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 方瓦总成与中心管相连，中心管外形空间装有方瓦总成与中心管相连，中心管外形空间装有轴承，下部与胶芯轴承，下部与胶芯(自封头

14、自封头)相连。相连。 转动靠方钻杆传递动力。方钻杆带动方瓦总成、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。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胶芯内径小于钻具外径)。二靠井内油气压力对胶芯。二靠井内油气压力对胶芯产生的助封力。这样使旋转防喷器具有既能转动产生的助封力。这样使旋转防喷器具有既能转动,又又能同时密封钻具的作用。能同时密封钻具的作用。二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 XK-17.5/35MPa型型579

15、型（制冷型（制冷/加热）加热）578型型XK-AD194型型XK-170型（修井，型（修井，煤层气）煤层气）旋转防喷器旋转防喷器目目 录录 一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述二、旋转防喷器的结构和作用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统五、旋转防喷器的故障及排除方法五、旋转防喷器的故障及排除方法三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器 关井操作：关井操作： 当需要关闭防喷器时，液压油从下壳体的进油当需要关闭防喷器时，液压油从下壳体的进油口进

16、入防喷器内的活塞下腔推动活塞上行，活塞挤口进入防喷器内的活塞下腔推动活塞上行，活塞挤压胶芯沿壳体内腔球面上行。由于受上壳体内腔球压胶芯沿壳体内腔球面上行。由于受上壳体内腔球面的限制，胶芯向内收缩抱紧钻具，实现胶芯与钻面的限制，胶芯向内收缩抱紧钻具，实现胶芯与钻具的密封。具的密封。 开井操作：开井操作： 当需要开启防喷器时，液压油从壳体上的进油当需要开启防喷器时，液压油从壳体上的进油口进入防喷器内的活塞上腔推动活塞下行，在液压口进入防喷器内的活塞上腔推动活塞下行，在液压力和胶芯自身弹性的作用下胶芯向外张开松开钻具。力和胶芯自身弹性的作用下胶芯向外张开松开钻具。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷

17、器的使用方法（1）主动密封式旋转防喷器）主动密封式旋转防喷器 是在原球形环形防喷器的基础上增加了是在原球形环形防喷器的基础上增加了转动机构，因此具有以下特点：转动机构，因此具有以下特点： 通过外部的液压系统主动加压实现胶芯通过外部的液压系统主动加压实现胶芯与钻具的密封，因此低压密封性能良好。胶与钻具的密封，因此低压密封性能良好。胶芯内径可以在芯内径可以在0-280mm（0-11）之间变化，）之间变化，一种胶芯可适应多种尺寸的钻具，包括封零。一种胶芯可适应多种尺寸的钻具，包括封零。另外起下钻、换钻头也十分方便另外起下钻、换钻头也十分方便 。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被

18、动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 下钻作业时的操作程序：下钻作业时的操作程序： 1、将旋转总成放在钻台支架上。钻具下部接上、将旋转总成放在钻台支架上。钻具下部接上引锥，下放钻具使引锥和钻具插入旋转总成并通过引锥，下放钻具使引锥和钻具插入旋转总成并通过胶芯。胶芯。 2、将带旋转总成的钻具从支架中提出，卸掉引、将带旋转总成的钻具从支架中提出，卸掉引锥，钻具下部接上钻头。锥，钻具下部接上钻头。 3、卸掉转盘大方瓦，经转盘通孔下放钻具与旋、卸掉转盘大方瓦，经转盘通孔下放钻具与旋转总成，使总成坐在壳体上，装好卡箍，转盘中装转总成，使总成坐在壳体上，装好卡箍，转盘中装好大方瓦。好大方瓦。三、旋转防

19、喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 下钻作业时的操作程序：下钻作业时的操作程序： 4、钻具带上加压装置，打开全封闸板防喷器，、钻具带上加压装置，打开全封闸板防喷器，下放钻具强行下钻作业。下放钻具强行下钻作业。 5、当钻具靠自重能克服上顶力，自由下落时，、当钻具靠自重能克服上顶力，自由下落时，去掉加压装置，按正常下钻作业进行下钻直到下完去掉加压装置，按正常下钻作业进行下钻直到下完钻具。钻具。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 下钻作业时的操作程序：下钻作业时的操作程序： 6、起钻作业

20、操作与下钻操作顺序相反。当井内、起钻作业操作与下钻操作顺序相反。当井内压力作用在钻具上的上顶力略小于钻具重量时仍需压力作用在钻具上的上顶力略小于钻具重量时仍需带上加压装置起钻。当钻头起至全封闸板防喷器与带上加压装置起钻。当钻头起至全封闸板防喷器与自封头胶芯之间时，先关闭全封闸板，然后打开旋自封头胶芯之间时，先关闭全封闸板，然后打开旋转防喷器壳体上的卸压塞，卸压后再拆掉卡箍拔出转防喷器壳体上的卸压塞，卸压后再拆掉卡箍拔出旋转总成。旋转总成。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 钻进作业时操作程序：钻进作业时操作程序： 1、下钻完毕接方钻

21、杆，方钻杆上装好方瓦总成。、下钻完毕接方钻杆，方钻杆上装好方瓦总成。 2、下放钻具使方瓦总成落入旋转总成的中心管、下放钻具使方瓦总成落入旋转总成的中心管方孔内。方孔内。 3、转盘方孔装好方补心打开节流管汇上的液动、转盘方孔装好方补心打开节流管汇上的液动平板阀。平板阀。 4、开泵循环，保持井口压力在、开泵循环，保持井口压力在5MPa以下。开以下。开冷却循环水，开钻。冷却循环水，开钻。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 中途带压更换胶芯总成中途带压更换胶芯总成 1、上提钻具至接头超过、上提钻具至接头超过FZ或或FH时，关防喷器。时，关防

22、喷器。 2、打开壳体卸压塞卸压。、打开壳体卸压塞卸压。 3、拆卡箍，上提钻具，提出总成。、拆卡箍，上提钻具，提出总成。 4、取下旋转总成，更换胶芯。、取下旋转总成，更换胶芯。 5、按下钻顺序重新装入。、按下钻顺序重新装入。三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法（2）被动密封式旋转防喷器）被动密封式旋转防喷器 当井喷发生后，用闸板防喷器或环形防喷器封当井喷发生后，用闸板防喷器或环形防喷器封井后，如仍需进行带压钻进时，可将方钻杆插入旋井后，如仍需进行带压钻进时，可将方钻杆插入旋转防喷器中再将方钻杆与井口钻具接好，卸掉转盘转防喷器中再将方钻杆与井口钻具接好，卸掉转盘大方瓦，缓慢下放钻具使旋

23、转防喷器坐落在井口防大方瓦，缓慢下放钻具使旋转防喷器坐落在井口防喷器组上端，用卡箍或螺栓固紧。喷器组上端，用卡箍或螺栓固紧。 在转盘中装好大方瓦与方补心，开节流管汇上在转盘中装好大方瓦与方补心，开节流管汇上的液动平板阀使泥浆从节流管汇返出，降低并维持的液动平板阀使泥浆从节流管汇返出，降低并维持井口套管压力在旋转防喷器的允许工作压力范围内。井口套管压力在旋转防喷器的允许工作压力范围内。打开防喷器、开泵、开钻。自封头允许接单根或强打开防喷器、开泵、开钻。自封头允许接单根或强行起下钻作业。行起下钻作业。 旋转防喷器旋转防喷器目目 录录 一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述二、旋转防喷器的结构和作

24、用原理二、旋转防喷器的结构和作用原理三、旋转防喷器的使用方法三、旋转防喷器的使用方法四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统五、旋转防喷器的故障及排除方法五、旋转防喷器的故障及排除方法四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统。 四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统旋转防喷器控旋转防喷器控制系统主要由制系统主要由旋转球形防喷旋转球形防喷器、液压控制器、液压控制装置、司钻控装置、司钻控制面板、安装制面板、安装配件及工具四配件及工具四部分组成。部分组成。四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统 液压控制装置通常摆放在靠近井口防喷器组附近合液压控制装置通常摆放在靠近

25、井口防喷器组附近合适的位置上，并提供控制安装在防喷器组上旋转形防喷器适的位置上，并提供控制安装在防喷器组上旋转形防喷器(RSBOP)的液压源，应用防火液压软管与防喷器的液压源，应用防火液压软管与防喷器(RSBOP)连接，液压控制装置由钻台上的司钻控制盘控制，司钻台连接，液压控制装置由钻台上的司钻控制盘控制，司钻台一般放在钻台上便于司钻操作的地方。一般放在钻台上便于司钻操作的地方。 在司钻操作台上操作可以控制旋转防喷器控制系统的在司钻操作台上操作可以控制旋转防喷器控制系统的工作模式、检测井口压力和该系统的工作状况，或对防喷工作模式、检测井口压力和该系统的工作状况，或对防喷器系统的胶芯密封压力进行

26、调整。器系统的胶芯密封压力进行调整。 通过液压控制装置通过液压控制装置(HCU)提供的液压力挤压一个特制提供的液压力挤压一个特制的球形密封胶芯实现井筒与壳体、井筒与钻具之间的密封的球形密封胶芯实现井筒与壳体、井筒与钻具之间的密封,也可以关闭和封闭空井。也可以关闭和封闭空井。四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统 为减小钻柱对胶芯磨损，当井压变化时旋转球形为减小钻柱对胶芯磨损，当井压变化时旋转球形防喷器防喷器(RSBOP)会自动调节胶芯的密封压力，当井口会自动调节胶芯的密封压力，当井口压力较大时，操作者需把系统切换到所谓压力较大时，操作者需把系统切换到所谓“静态静态（STATIC）”高

27、压工作模式下。在静态时，系统靠高压工作模式下。在静态时，系统靠液压控制装置和预压储能器支持，并能对胶芯施加最液压控制装置和预压储能器支持，并能对胶芯施加最大的密封压力。在这种状态下，钻柱不能旋转和上下大的密封压力。在这种状态下，钻柱不能旋转和上下活动。活动。 冷却、润滑动力装置的作用是对轴承进行连续强冷却、润滑动力装置的作用是对轴承进行连续强制润滑和冷却，最大限度的延长轴承的寿命。制润滑和冷却，最大限度的延长轴承的寿命。 润滑系统为高压动密封旋转轴承总成提供高压润润滑系统为高压动密封旋转轴承总成提供高压润滑油，保持轴承良好的工作状态，使用时必须确保冷滑油，保持轴承良好的工作状态，使用时必须确保冷却和润滑油的清洁和排量。却和润滑油的清洁和排量。四、旋转防喷器的控制系统四、旋转防喷器的控制系统Williams7100Williams7100控制系统冷却、润滑动力装置技术规范控制系统冷却、润滑动力装置技术规范 名称性能参数名称性能参数冷却液出口温度 ()0-5润滑油最大压力 (MPa)21冷却液回水口温度 ()40-60润滑油排量 (L/Min)0-1冷却液排量 (L/Min)4旋转防喷器旋转防喷器目目 录录 一、旋转防喷器的概述一、旋转防喷器的概述二、旋转防喷器的结构和作