1、节流压井管汇在井控技术中的作用摘要：节流压井管汇系统是确保成功地控制井涌，实现油气井压力控制技术的必要装备。本文就节流压井管汇在井控技术中的作用进行探讨，同时阐述井控新技术的应用。 关键词：节流压井管汇；井控技术；作用 中图分类号：F470.22 文献标识码：A 一、井控技术的概述 井控指的是井涌控制或者压力控制。油田井口技术指的是通过一定技术的采用来有效的控制地层的压力，进而确保井内压力的基本平衡，确保油田作业施工的正常进行。油田井控技术的应用不但能有效的防喷，而且还能保护油气层，对避免破坏资源以及环境污染有着重要的作用。而节流压井管汇系统是井控装置中重要设施之一，是确保成功地控制井涌，实现
2、油气井压力控制技术的必要装备。在流量一定的情况下，通过调节节流阀的开度来控制节流阀两端的压差，从而给井底一定的回压来平衡井底地层压力，防止井涌/井喷等事故的发生。所以井控节流压井管汇在安全生产中的作用至关重要。 二、油田井喷失控的危害以及原因分析 对于油田来说，井喷的存在有着极大的危害，其打乱了油田原有的工作秩序，给生产经营带来了诸多的负面影响。油田井喷的存在导致事故的复杂化，容易引发火灾以及地层塌陷，给油田周围的居民带来环境污染的同时还影响着这些居民的财产与生命安全，也不利于附近的农田、林场以及水利等方面的建设。 从现有的油田出现井喷失控的原因来看，主要包括起钻抽汲而导致的诱喷；无法及时的对
3、油田存在的溢流进行合理的处理；井口没有安装防喷器或者防喷器失灵；井控设备在安装方面存在问题或者存在试压不合格的情况；井身在结构设计方面存在问题；没有关注到浅气层所具有的危害性；地质设计不合理导致所应用的钻井液密度比地层孔隙压力低；空井时间长且没有人对井口进行观察等等。值得强调的是，在油田的井喷原因中由于人为的原因所导致的井喷失控占有极大的比例。 三、节流压井管汇的组成及功能 节流管汇由3#、5#、6#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、16#、21#手动平板阀、17#液动节流阀、气动阀位变送器、18#手动节流阀、22#可调节流阀、缓冲管、泥浆回收管线、放喷管线、五通及其上部
4、截止阀、压力表和气动压力变送器组成，压井管汇由 4#、7#、8#手动平板阀、23#单流阀、压井管线、放喷管线、五通及其上部截止阀和压力表组成。见图 1。 （图中关键结构说明：1环形防喷器;2双闸板防喷器;3井口四通;420#手动平板阀;5左侧防喷管线;64#手动平板阀;7放喷管线;87#手动平板阀;9四通;108#手动平板阀;11压井管线;12单流阀;132#手动平板阀;14套管头;15套管;161#手动平板阀;1719#液动平板阀;18右侧防喷管线;193#手动平板阀;2018#手动节流阀;2116#手动平板阀;2214#手动平板阀;2311#手动平板阀;249#手动平板阀;25缓冲管;26
5、5#手动平板阀;27放喷管线;2812#手动平板阀;29五通;3010#手动平板阀;3122#可调节流阀;3221#手动平板阀;336#手动平板阀;34泥浆回收管线;3515#手动平板阀;3613#手动平板阀;3717#液动节流阀;38气动阀位变送器） 。 节流管汇的功能首先是通过节流阀的节流作用实施压井作业，替换出井里被污染的泥浆，同时控制井口套管压力与立管压力，恢复泥浆液柱对井口的压力控制，制止溢流；其次是通过节流阀的泄压作用，降低进口套管压力；最后是通过放喷阀的大量泄流作用，保护井口防喷器组。其主要部件机构及原理见图 2。而压井管汇的首先要功能是当不能通过钻柱进行正常循环时，可通过压井管
6、汇向井中泵入钻井液，以达到控制油气井压力的目的。另外是通过它向井口注入清水和灭火剂，以便在井喷或失控着火时用来防止爆炸着火。其主要部件机构及原理见图 3 节流压井管汇的工作压力，是根据 SY/T5323-2004节流和压井系统的规定，节流压井管汇的最大工作压力分别为 6 级：14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa、138MPa。井场所装设的节流压井管汇，其压力等级必须与井口防喷器一致。通常，管汇压力等级的选定以最后一次开钻时井口防喷器组的压力等级为准。避免了由于井口防喷器组压力等级的改变而频繁换装管汇。总之，节流压井管汇在井控技术中的作用是利用节流管汇节流放喷，控制关井套
7、压、立压。全封井口时，通过压井管汇泵入加重钻井液，制止溢流。 四、节流和压井原因分析 溢流关井，井口出现 Pt、Pl，如图 4。侵入井内的地层流体中气体滑脱上移，压力下降，体积膨胀，而环空和钻柱水眼容积限定，气体膨胀受到约束 Pt、Pl 继续上升。Pl 太高，蹩破水龙带、立管和地面管线；Pt 过大，损坏井控装置、套管和地层，因此，溢流关井后节流放喷。 Py 为钻井液柱压力，忽略循环压耗，正常钻进时，钻井液柱与地层之间保持近平衡压力关系：Py=Pj(略大于 Pd)。井口产生、 ，井底和地层压力改变为、 ，环空液柱压力和钻柱内液柱压力分别为 Ph、Pz,则Pt+Ph=+=，原来近平衡压力关系遭到破
8、坏。为恢复钻进需要的井底压力，为加重液柱压力，欲重建近平衡压力关系：=(略大于),必须提高 Py，消除、 。设井垂深 h，钻井液密度 ，则 Pyh，因为 h 是常量，所以要提高 Py,只能提高 压井，替出被污染钻井液，用加重液柱压力，压住异常高压地层，制止溢流,使=0。故压井作业是为了重建平衡，恢复钻进。 五、节流压井管汇冲蚀磨损问题及结构改进措施 1、节流压井管汇冲蚀磨损问题分析 在由于井控压力大，钻井液冲蚀性强，常会造成节流阀阀芯和节流管汇的冲蚀磨损，甚至会发生阀芯的冲蚀失效及管汇刺穿。因此，加大对节流压井管汇冲蚀磨损问题，有助于降低节流管汇的冲蚀磨损的同时，还能更好地满足了现场的使用要求
9、的目的。 节流管汇在压井过程中的失效形式主要是由于钻井液和甲烷气体高速通过井控节流管汇时，对井控节流阀阀腔和管汇内壁造成的磨损。磨损可以归纳为三种形式: 气蚀磨损、冲蚀磨损和气蚀与冲蚀的复合磨损。目前主要采用 API RP-14E 作为国际上石油行业最具权威的流体管道流动冲蚀设计准则。其中对气液两相流压力管道的冲蚀磨损，给出了临界冲蚀速度 Ve 的经验公式，其中临界冲蚀速度 Ve 定义为: 式中: Ve 为气液两相流的冲蚀速度，m/s;工况流动压力和温度条件下的气液两相混合物的密度，kg/m3; C 为经验常数。对于没有岩屑颗粒的连续流，C 取 100，间断流取 125;对于岩屑含量不可忽略和
10、节流管汇采取了防冲蚀措施的连续流，C 可取 150200;对于岩屑含量不可忽略和节流管汇采取了防冲蚀措施的间断流，C 可取 250。 气液两相混合物的密度可以通过下面的经验公式确定: 式中: P 为工况压力，Pa; S1 为标况下的液体比重( H2O=1，用烷烃和钻井液混合物的平均比重) ; R 为气液比，是无量纲; T 为工况温度，K; Sg 为标况下的气体比重 (Air=1) ; Z 为气体压缩因子，无量纲。表 1 给出了通过式( 1) 和( 1) 计算得到的在压强 60MPa，工况温度为 40C，压缩因子为 0.72 ，不同气液比条件下的气液两相混合物密度和临界冲蚀速度值。 当速度高于临
11、界冲蚀速度值时就会引起节流管汇的冲蚀，经过现场长期的试验观察，当流体速度高于临界速度时冲蚀是高速流体作用于金属固体表面的普遍现象;当流速大于 2030(m/s)时主要发生气蚀破坏;当速度高于 30m/s 时发生气蚀与冲蚀的复合磨损。 2、节流管汇的结构改进 根据上述对节流管汇冲蚀规律分析，流体经过节流阀后，产生的射流主要是对节流管汇内壁上某些相对固定的区域造成冲蚀磨损。因此就防冲刺节流管汇结构改进采用如下的设计思路: 将节流管汇的下游管汇直径加粗，在内部加装防冲刺短节，新型防冲刺节流管汇结构如图 5 所示。 这样高速流体进入节流管汇后直接作用于防冲刺短节减少了高速流体在通过节流管汇时与下游管汇壁面的接触和冲蚀面积。达到降低流体对节流管汇壁面的冲蚀，提高节流管汇使用寿命的目的。 参考文献： 1张玉英,王永宏.节流压井管汇在井控技术中的作用J.石油矿场机械,2007,06:56-57. 2吴顺元,郑军辉,吴明云,蔡黎清,李忠明,高梅.节流与压井管汇现场试压后防冻防堵改造J.钻采工艺,2012,01:111-112.
