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收稿日期:2003-09-26作者简介:罗宁根(1972-),男,工程师,1993年毕业于中国地质大学,主要从事钻井平台钻井装备改造技术服务和进口装备的国产化工作。
文章编号:1008-2336(2003)增刊-0106-05FX28-35型旋转防喷器的研制罗宁根(中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院,200120)摘 要:国内欠平衡钻井普遍实施,要用到的旋转防喷器是关键设备,技术含量高。
国内正进行一种旋转防喷器的研制,它的性能指标参照当前主流相关设备设计。
研制旋转防喷器有几大难点,主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承,各自的寿命满足实际应用是保证钻井施工安全的关键。
通过大量的元件选型、设计、制造和试验的工作,特别是出厂前的大量模拟欠平衡试验,解决了这些关键问题。
选用高技术含量的元件才能设计生产出高技术产品。
费时费钱的大量的试验是该旋转防喷器获得初步成功的前题。
关键词:旋转防喷器;欠平衡钻井;密封胶芯;动密封中图分类号:TE931+.1 文献标识码:A1 引言 二十世纪九十年代美国、加拿大等国油田钻井,为降低钻井成本和提高油井生产能力,在许多硬岩地层和已进入开发中后期的油气田,尤其是钻水平井,实施了大量欠平衡钻井。
旋转防喷器已成为一种重要的设备。
我国许多油田到了中晚期,迫切需要开发新的油田。
许多原先勘探成果不明显的边际油田转为开发,很多地层需要用到欠平衡钻井技术。
1998年以后国内各油田陆续欠平衡钻井所需设备开始实施欠平衡钻井。
旋转防喷器是实现欠平衡钻井的关键设备,目前全部依赖进口,价格昂贵,普遍实施欠平衡钻井受到制约。
1999年原新星石油公司有关领导考虑到系统内实施欠平衡钻井的迫切需要,支持由德州石油机械厂联合我装备研究所等单位在2000年初立项进行旋转防喷器研制。
之后经历两年多时间,整个项目组完成经历从调研、设计出图、加工制造、组装调试到出厂试验最后到新疆塔河油田现场工业试验的工作。
２０２３年第５２卷第５期第５２页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（５）：５２ ５８文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ００５２ ０７２犉犣２８ １４０型双闸板防喷器壳体优化设计张 川１，刘亚洲２，杜文波１，刘 鸣１，蒋发光３，鲁燕山１，李朝均１，赵 琳１（１．四川宝石机械钻采设备有限责任公司，四川广汉６１８３００；２．川庆钻探试修公司重庆项目部，重庆４０００２１；３．西南石油大学机电工程学院，成都６１０５００）摘要：对２ＦＺ２８ １４０型双闸板防喷器的壳体在静水试验压力和额定工作压力下进行有限元分析，并按照ＡＳＭＥ规范进行强度校核。
以双闸板防喷器质量、最大应力、危险薄膜应力、危险弯曲应力、危险组合应力为优化目标，采用响应曲面法进行防喷器的壳体结构优化，得到壳体的最优结构参数组合。
研究结果表明：初步设计的２ＦＺ２８ １４０型双闸板防喷器的强度满足规范要求，危险部位出现在垂直通孔与长圆形通孔贯穿的相贯线处；防喷器的最终优化方案满足各危险工况要求，优化前后壳体的质量、最大应力、危险薄膜应力、危险弯曲应力、危险组合应力分别降低５．２％、５．４％、３．４％、１８．６％、１１．７％。
关键词：双闸板防喷器；有限元分析；多目标优化；响应曲面法中图分类号：ＴＥ９２１．５０２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００７［９］ 朱学海，纪树立，潘贵荣，等．罐装电潜泵系统在渤海油田的技术研究与应用［Ｊ］．石油机械，２００７，３５（１０）：６０ ６３．［１０］ 杨进，刘书杰，杨立平，等．井用弹簧式“Ｙ”形接头：ＣＮ１００５３７９９８Ｃ［Ｐ］．２００９ ０９ ０９．［１１］ 刘书杰，杨进，王平双，等．一种弹簧自切换式Ｙ形接头：ＣＮ１０１３２４１７６Ｂ［Ｐ］．２０１１ ０６ １５．［１２］ 张成富，杨万有，罗昌华，等．可解堵式智能Ｙ接头：ＣＮ２０３１１４１９２Ｕ［Ｐ］．２０１３ ０８ ０７．［１３］ 解会军，龙江桥，郭雯霖，等．一种用于双泵工艺管柱的Ｙ接头：ＣＮ２０５６０５１３０Ｕ［Ｐ］．２０１６ ０９ ２８．［１４］ ＬｅｉｔｃｈＡｎｄｒｅｗ，ＡｂｅｒｄｅｅｎＧｂ．Ｙ Ｃｈｅｃｋ：ＵＳ８，１０４，５４０Ｂ２［Ｐ］．２００９ ０８ １３．［１５］ 邹剑，孟祥海，顾启林，等．海上热采井筒隔热工艺管柱研制与应用［Ｊ］．石油矿场机械，２０１９，４８（２）：６２ ６５．［１６］ 王巧云，李金平．设备及管道绝热技术应用手册［Ｍ］．北京：中国标准出版社，１９９８．［１７］ 冯长青，张华光，赵粉霞，等．分层压裂滑套与密封球受力分析研究［Ｊ］．石油机械，２０１３，４１（２）：７５ ７８．［１８］ 陈宗杰．调节阀流量流阻测试与流场仿真分析［Ｊ］．化工设备与管道，２０１９，５６（６）：６３ ６８．［１９］ 刘鸣，张川，唐秋林，等．基于流场分析的Ｙ型对接式压裂管汇布局研究［Ｊ］．石油矿场机械，２０２０，４９（４）：２０ ２６． 收稿日期：２０２３ ０３ ２０ 基金项目：中国石油天然气集团公司重大科技专项“１４０ＭＰａ防喷器研制”（２０２１ＺＧ０８）。
主动式旋转防喷器结构特点及发展方向【摘要】介绍了国内主动式旋转防喷器的发展现状，分析了典型的主动式旋转防喷器的结构特点.结合现场应用需求及现有设备现状总结了主动式旋转防喷器的技术发展方向，进一步形成了一种新型主动式旋转防喷器的创新研发思路。
【关键词】主动式旋转防喷器结构特点技术发展方向研发思路旋转防喷器是欠平衡钻井装备中的重要组成部分，是关键的井控设备。
在实施欠平衡钻井工艺带压钻井作业时，旋转防喷器在井眼环空与钻柱之间起封隔作用，并提供安全有效的压力控制，同时将井眼返出流体导离井口[1]。
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。
旋转防喷器根据胶芯密封方式不同，分为主动式和被动式。
主动式旋转防喷器可以主动的控制胶芯形变，实施开关动作，并且实时调整其密封压力，以达到主动的抱紧并密封钻柱的目的。
国际上典型的主动式旋转防喷器为美国Varco公司的Shaffer PCWD旋转防喷器。
1 主动式旋转防喷器发展现状主动式旋转防喷器并不是一个新概念，而是在20世纪60年代随着欠平衡钻井技术的发展逐渐由环形防喷器演变而来。
当今，旋转防喷器技术已成为降低钻井成本、提高单井质量、提高复杂井处理能力的关键设备。
旋转防喷器技术的最新发展扩大了欠平衡钻井技术的使用范围，使该项技术的使用日益广泛，如闭路循环、边喷边钻、随钻测量、井眼测试、反循环、注氮等钻井特性改变时使用。
而且，在那些还未进行欠平衡钻井的地区，旋转防喷器可用于强化安全和环境保护，在美国和加拿大约有1/3的钻机在钻井过程中都使用旋转防喷器。
在北海南部，主动式旋转防喷器已经在20多口自升式平台井上应用。
在海上深水油田也开始应用欠平衡钻井装备，如巴西海上Campos盆地深水油田。
即使在不实施欠平衡钻井技术的地区，仍然可以通过应用欠平衡钻井设备在降低过平衡压力的情况下实现安全钻井，从而节约大量钻井成本[2]。
目前，国际上主动式旋转防喷器设备仍然沿用“旋转万能防喷器”的结构模式，应用性能正在向成熟化发展。
旋转环形防喷器（PCWD）结构、原理1、用途1）适用于欠平衡钻井的压力控制。
2）适用于随钻压力控制。
3）可代替环形防喷器。
2、结构旋转环形防喷器（PCWD）包括四大主要部件如图所示：旋转环形防喷器主机（RSBOP）、液压控制单元（液压泵站）、司钻控制盘、安装连接附件。
图1旋转万能防喷器（PCWD）总成1）旋转环形防喷器主机（RSBOP）旋转环形防喷器主机（RSBOP）（如图所示）主要由上壳体、下壳体、上衬套、下衬套、球型密封胶芯、活塞总成、旋转动密封、轴承等组成。
图2旋转万能防喷器主机（RSBOP）2）液压控制单元（液压泵站）液压控制单元主要由储能器、电机启动接线箱、仪表盘、可编程序逻辑控制器接线箱、油箱等部件组成。
3）司钻控制盘司钻控制盘主要由显示器、报警器、开关等部分组成。
4）安装连接部件安装连接部件主要由井筒压力传感器、缓冲器、液压连接软管和电缆组成（如图所示）。
图3安装连接部件3 、工作原理旋转防喷器的主要作用是密封住钻柱与井口装置的环形空间，使钻井液能按预定的出口流出。
在欠平衡钻进或起下钻的过程中，通过PCWD系统泵站的控制，使旋转防喷器处于关闭状态，球形胶芯收缩，封住了钻柱与井口装置的环形空间，使钻井液不能从井口环隙喷出。
泵站上的PLC将会自动地调节关闭压力，使之比井眼传感器测量的压力至少高出设定的压力，由于球形胶芯产生的摩擦是足够使方钻杆或钻杆来转动内部总成而不需要使用专门的驱动装置。
一旦压力异常，立即转换到静态工况，可实现密封5000PSI（35MPa）压力。
4 、操作规程1）操作前的准备（启动过程）（1）将主电路的开关扳到开位，启动液压泵站的M1、M2、M3和M4电动机。
加热器的开关扳至自动位置，该位置在MCC（电机中心控制盘）上的标识为AUTO。
（2）将MCC上的预置次序按纽按下，以确保油温在运转主泵和蓄能器之前达到正常状态。
在该状态完成之前，指示灯不停闪动，当系统确定完成以后，指示灯便停止闪动。
某型号旋转防喷器故障分析与结构改进研究叶哲伟;梁政【摘要】针对某型旋转防啧嚣在生产过程中出现的问题,提出了几种解决方案并进行了分析.分析认为:改水循环冷却为填料内部油循环冷却、中心管增加扶正套、改变原润滑油循环方式等,可以很大程度改善该旋转防喷器出现的一系列问题.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2010(023)004【总页数】3页(P40-41,20)【关键词】旋转防喷器;盘根密封;机械密封【作者】叶哲伟;梁政【作者单位】西南石油大学,机电工程学院,四川,成都610500;西南石油大学,机电工程学院,四川,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TH122旋转防喷器（RBOP）又称旋转控制头（RHC），是实施欠平衡钻井必不可少的关键设备。
也是地热钻井、煤层气钻井的必要设备。
在钻井过程中可以起到封隔钻柱与环空的作用，实现边喷边钻，同时将返出流体导离井口。
对于高压旋转防喷器的设计，关键在于密封技术。
旋转防喷器工作时，作用在其上的动压20MPa，静压35 MPa，转轴直径大于200mm，转速150r/min，密封介质为含有细小颗粒的高温泥浆，工作条件十分恶劣[1]。
泥浆进入轴承总成，将会造成致命伤害，使得旋转防喷器很快损坏。
本文针对某型号旋转防喷器在现场使用中出现的问题进行系统分析，提出了几种解决问题的方案，可望提高旋转防喷器密封装置的使用寿命。
旋转防喷器的轴承布局结构、动密封装置以及胶芯是旋转防喷器的几个最为重要的方面。
旋转防喷器出现问题也主要表现在这些方面。
图1为某型旋转防喷器的轴承与密封结构布局图。
图2为该旋转防喷器的密封结构形式。
该旋转防喷器在使用中出现的问题，如图3所示：①拔中心管非常困难；②中心管外壁与中心管衬套之间，轴承外壁与旋转总成外壳内壁之间以及4盘轴承的各个空隙里发现大量铜屑铁屑和油泥；③轴承支撑环（钢质材料）磨损严重；④轴承支撑架（铜质材料）磨损严重；⑤旋转总成外壳内壁和中心管外壁有不同程度的损伤；⑥填料密封发热大，在恶劣情况下造成填料密封烧结。
