防噴器為什么能防井噴？

顧名思義，防噴器就是能防止井噴的設(shè)備。要想了解防噴器是如何防止井噴的，首先需要了解一下什么是井噴。簡單地說，井噴就是指鉆井時地下的高壓原油、天然氣、地下水等受地層壓力作用突然夾帶著泥沙從井口噴出的現(xiàn)象。井噴是石油天然氣開采中非常忌諱的重大事故，井噴往往伴隨著有毒氣體，對人員和環(huán)境造成極大危害，且發(fā)生井噴時，高壓原油、天然氣等噴出后往往會發(fā)生燃燒，因此非常危險。引起井噴的原因有多種，例如，地層壓力掌握不準、鉆井液密度偏低、井內(nèi)鉆井液液柱高度降低、起鉆時抽吸作用等。

控制井噴失控的主要手段是安裝和使用鉆井井控裝置，鉆井井控裝置主要包括防噴器、四通、遠程控制臺、司鉆操作臺、節(jié)流壓井放噴管線等。鉆井井控裝置必須滿足鉆井井控工藝要求，安全可靠，操作方便，并能夠快速關(guān)閉和開啟井口，既能在鉆機司鉆操作臺上控制，又能在遠離井口的遠程控制臺上控制。

鉆井井控裝置要具有一定的耐壓能力，可實現(xiàn)有控制的放噴、壓井，可進行起下鉆作業(yè)，鉆井常用防噴器有35兆帕、70兆帕、105兆帕、140兆帕和175兆帕等壓力系列裝置，選用的原則由關(guān)井時所承受的最大井口壓力來決定。海上鉆井時，由于海洋作業(yè)的特殊環(huán)境影響，防噴器一般裝在海底，稱之為水下井口裝置。

防噴器為什么能防止井噴呢？那是因為防噴器可以實時關(guān)閉井口（又稱封井或關(guān)井），一旦發(fā)現(xiàn)井底壓力異常，關(guān)閉防噴器，就可以將可能噴出的高壓流體（原油、天然氣等）關(guān)閉在井內(nèi)，無法噴出。要想了解防噴器是如何防止井噴的，就要從防噴器的結(jié)構(gòu)說起。防噴器可以分為環(huán)形防噴器、閘板防噴器和旋轉(zhuǎn)防噴器等三類。

環(huán)形防噴器是由其封井元件，即膠芯呈環(huán)狀而得名。環(huán)形防噴器根據(jù)膠芯形狀分為錐形環(huán)形防噴器、球形環(huán)形防噴器和組合膠芯環(huán)形防噴器。當(dāng)井內(nèi)有管柱時，環(huán)形防噴器能封閉鉆柱與井口形成的環(huán)形空間，空井時能全封井口，在測井、打撈等特殊作業(yè)過程中，還能封住方鉆桿、電纜、鋼絲繩以及處理事故的工具與井口所形成的空間，進行帶壓強行起下鉆作業(yè)等?？梢哉f，不論井內(nèi)有無鉆具，環(huán)形防噴器都能適應(yīng)多種工況下迅速封井，所以過去也曾稱之為萬能防噴器或多效能防噴器。

圖2為環(huán)形防噴器，主要由上殼體、膠芯、活塞、下殼體等組成。當(dāng)可能發(fā)生井噴需要封井時，來自液控系統(tǒng)的壓力油進入環(huán)形防噴器下油腔（關(guān)閉油腔），推動活塞上移，膠芯在活塞作用下向井眼中心擠壓、環(huán)抱鉆具，封閉井口環(huán)形空間。當(dāng)井內(nèi)無鉆具時，膠芯向中心擠壓，緊縮直至膠芯中空部位填滿橡膠為止，從而全封井口；同時上油腔里的液壓油通過液控系統(tǒng)管路流回油箱。打開環(huán)形防噴器時，來自液控系統(tǒng)的壓力油進入上油腔（開啟油腔）推動活塞下移，活塞對膠芯的擠壓力隨即消失，膠芯靠橡膠本身的彈性恢復(fù)原狀，井口全開；同時下油腔里的液壓油通過液控系統(tǒng)管路流回油箱。

圖3為閘板防噴器，主要由其封井元件，即帶有膠芯的閘板而得名，通過兩塊閘板從左右兩側(cè)推向井眼中心來封閉井口。閘板防噴器按閘板數(shù)量可分為單閘板防噴器、雙閘板防噴器和三閘板防噴器。按閘板作用可分為全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、剪切閘板防噴器，以及懸掛閘板防噴器。半封閘板防噴器用于井內(nèi)有鉆具時，封閉鉆具與井口間的環(huán)形空間；全封閘板防噴器用于井內(nèi)無鉆具時全封閉井口；需將井內(nèi)鉆具剪斷并全封井口時，可用剪切閘板防噴器剪切井內(nèi)鉆具，然后全封井口；懸掛閘板防噴器則可用以懸掛鉆具。閘板防噴器一般帶有手動鎖緊裝置，可用來長期封井。

閘板防噴器主要由殼體、側(cè)門、液缸、活塞與活塞桿、鎖緊軸、閘板等零部件組成。閘板防噴器的封井、開井動作是靠液壓實現(xiàn)的。當(dāng)液壓控制系統(tǒng)的高壓油進入閘板防噴器左右液壓關(guān)閉腔時，推動左右活塞帶動左右閘板總成沿著腔體室內(nèi)導(dǎo)向軌道分別向井口中心移動，實現(xiàn)封閉井動作。當(dāng)液壓控制系統(tǒng)高壓油進入閘板防噴器左右液壓開啟腔時，推動左右活塞帶動左右閘板總成沿著腔體室內(nèi)導(dǎo)向軌道分別向離開井口中心的方向移動，實現(xiàn)打開井動作。

圖4為旋轉(zhuǎn)防噴器，主要由其封井元件，即膠芯可以隨所封鉆柱旋轉(zhuǎn)而得名。嚴格意義講，國際上沒有把旋轉(zhuǎn)防噴器列在井控裝置中，主要原因是旋轉(zhuǎn)防噴器承受壓力有限，國際上最先進的旋轉(zhuǎn)防噴器額定靜壓為35兆帕，額定動壓為21兆帕，鉆井工程設(shè)計與實際施工中一般動壓控制在7兆帕以下。旋轉(zhuǎn)防噴器是進行近平衡鉆井、欠平衡鉆井、控壓鉆井時必須配備的裝備，其主要作用是實現(xiàn)井口帶壓鉆井作業(yè)。旋轉(zhuǎn)防噴器分為主動式和被動式兩種。被動式為筒形橡膠密封，只能實現(xiàn)鉆柱下的封井；主動式為球狀環(huán)形密封，可以實現(xiàn)各種工況下的封井。主動式旋轉(zhuǎn)防噴器主要由上殼體、機械密封、主軸承、膠芯、上部襯套、下部襯套、扶正軸承、活塞、下殼體等組成。主動式旋轉(zhuǎn)防噴器實際上就是在球形環(huán)形防噴器的內(nèi)腔頂部增設(shè)了一套旋轉(zhuǎn)軸承系統(tǒng)，除具有環(huán)形防噴器的工作特點和功能外，旋轉(zhuǎn)防噴器在封閉井內(nèi)鉆具和井眼之間的環(huán)形空間時，膠芯能隨鉆具一起帶壓轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)井下帶壓鉆井作業(yè)。

在鉆井作業(yè)中，為了實現(xiàn)各種情況下均能迅速可靠地封井，井口所裝的防噴器常常不止一個，而是各種防噴器的組合。圖5為防噴器組井口安裝示意圖，圖6為井口防噴器組實物。在深井鉆井中，防噴器組一般由兩種以上的閘板防噴器，再加環(huán)形防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器等三種或四種組合而成。在井筒中有鉆具的情況下，采用半封閘板防噴器封井，在井筒中無鉆具的情況下，采用全封閘板防噴器關(guān)井，在測井、打撈等特殊作業(yè)下，采用環(huán)形防噴器封井，在封井狀態(tài)下還需進行強行起下鉆作業(yè)，則宜采用環(huán)形防噴器或旋轉(zhuǎn)防噴器，在欠平衡鉆井、控壓鉆井中，則采用旋轉(zhuǎn)防噴器實施帶壓鉆進作業(yè)。防噴器規(guī)格尺寸的選擇取決于鉆井設(shè)計中的套管尺寸，即防噴器的公稱通徑尺寸，必須略大于再次下入套管接箍的外徑。

作者：蘇義腦 馬青芳