防喷器为什么能防井喷？

顾名思义，防喷器就是能防止井喷的设备。要想了解防喷器是如何防止井喷的，首先需要了解一下什么是井喷。简单地说，井喷就是指钻井时地下的高压原油、天然气、地下水等受地层压力作用突然夹带着泥沙从井口喷出的现象。井喷是石油天然气开采中非常忌讳的重大事故，井喷往往伴随着有毒气体，对人员和环境造成极大危害，且发生井喷时，高压原油、天然气等喷出后往往会发生燃烧，因此非常危险。引起井喷的原因有多种，例如，地层压力掌握不准、钻井液密度偏低、井内钻井液液柱高度降低、起钻时抽吸作用等。

控制井喷失控的主要手段是安装和使用钻井井控装置，钻井井控装置主要包括防喷器、四通、远程控制台、司钻操作台、节流压井放喷管线等。钻井井控装置必须满足钻井井控工艺要求，安全可靠，操作方便，并能够快速关闭和开启井口，既能在钻机司钻操作台上控制，又能在远离井口的远程控制台上控制。

钻井井控装置要具有一定的耐压能力，可实现有控制的放喷、压井，可进行起下钻作业，钻井常用防喷器有35兆帕、70兆帕、105兆帕、140兆帕和175兆帕等压力系列装置，选用的原则由关井时所承受的最大井口压力来决定。海上钻井时，由于海洋作业的特殊环境影响，防喷器一般装在海底，称之为水下井口装置。

防喷器为什么能防止井喷呢？那是因为防喷器可以实时关闭井口（又称封井或关井），一旦发现井底压力异常，关闭防喷器，就可以将可能喷出的高压流体（原油、天然气等）关闭在井内，无法喷出。要想了解防喷器是如何防止井喷的，就要从防喷器的结构说起。防喷器可以分为环形防喷器、闸板防喷器和旋转防喷器等三类。

环形防喷器是由其封井元件，即胶芯呈环状而得名。环形防喷器根据胶芯形状分为锥形环形防喷器、球形环形防喷器和组合胶芯环形防喷器。当井内有管柱时，环形防喷器能封闭钻柱与井口形成的环形空间，空井时能全封井口，在测井、打捞等特殊作业过程中，还能封住方钻杆、电缆、钢丝绳以及处理事故的工具与井口所形成的空间，进行带压强行起下钻作业等。可以说，不论井内有无钻具，环形防喷器都能适应多种工况下迅速封井，所以过去也曾称之为万能防喷器或多效能防喷器。

图2为环形防喷器，主要由上壳体、胶芯、活塞、下壳体等组成。当可能发生井喷需要封井时，来自液控系统的压力油进入环形防喷器下油腔（关闭油腔），推动活塞上移，胶芯在活塞作用下向井眼中心挤压、环抱钻具，封闭井口环形空间。当井内无钻具时，胶芯向中心挤压，紧缩直至胶芯中空部位填满橡胶为止，从而全封井口；同时上油腔里的液压油通过液控系统管路流回油箱。打开环形防喷器时，来自液控系统的压力油进入上油腔（开启油腔）推动活塞下移，活塞对胶芯的挤压力随即消失，胶芯靠橡胶本身的弹性恢复原状，井口全开；同时下油腔里的液压油通过液控系统管路流回油箱。

图3为闸板防喷器，主要由其封井元件，即带有胶芯的闸板而得名，通过两块闸板从左右两侧推向井眼中心来封闭井口。闸板防喷器按闸板数量可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器。按闸板作用可分为全封闸板防喷器、半封闸板防喷器、剪切闸板防喷器，以及悬挂闸板防喷器。半封闸板防喷器用于井内有钻具时，封闭钻具与井口间的环形空间；全封闸板防喷器用于井内无钻具时全封闭井口；需将井内钻具剪断并全封井口时，可用剪切闸板防喷器剪切井内钻具，然后全封井口；悬挂闸板防喷器则可用以悬挂钻具。闸板防喷器一般带有手动锁紧装置，可用来长期封井。

闸板防喷器主要由壳体、侧门、液缸、活塞与活塞杆、锁紧轴、闸板等零部件组成。闸板防喷器的封井、开井动作是靠液压实现的。当液压控制系统的高压油进入闸板防喷器左右液压关闭腔时，推动左右活塞带动左右闸板总成沿着腔体室内导向轨道分别向井口中心移动，实现封闭井动作。当液压控制系统高压油进入闸板防喷器左右液压开启腔时，推动左右活塞带动左右闸板总成沿着腔体室内导向轨道分别向离开井口中心的方向移动，实现打开井动作。

图4为旋转防喷器，主要由其封井元件，即胶芯可以随所封钻柱旋转而得名。严格意义讲，国际上没有把旋转防喷器列在井控装置中，主要原因是旋转防喷器承受压力有限，国际上最先进的旋转防喷器额定静压为35兆帕，额定动压为21兆帕，钻井工程设计与实际施工中一般动压控制在7兆帕以下。旋转防喷器是进行近平衡钻井、欠平衡钻井、控压钻井时必须配备的装备，其主要作用是实现井口带压钻井作业。旋转防喷器分为主动式和被动式两种。被动式为筒形橡胶密封，只能实现钻柱下的封井；主动式为球状环形密封，可以实现各种工况下的封井。主动式旋转防喷器主要由上壳体、机械密封、主轴承、胶芯、上部衬套、下部衬套、扶正轴承、活塞、下壳体等组成。主动式旋转防喷器实际上就是在球形环形防喷器的内腔顶部增设了一套旋转轴承系统，除具有环形防喷器的工作特点和功能外，旋转防喷器在封闭井内钻具和井眼之间的环形空间时，胶芯能随钻具一起带压转动，实现井下带压钻井作业。

在钻井作业中，为了实现各种情况下均能迅速可靠地封井，井口所装的防喷器常常不止一个，而是各种防喷器的组合。图5为防喷器组井口安装示意图，图6为井口防喷器组实物。在深井钻井中，防喷器组一般由两种以上的闸板防喷器，再加环形防喷器、旋转防喷器等三种或四种组合而成。在井筒中有钻具的情况下，采用半封闸板防喷器封井，在井筒中无钻具的情况下，采用全封闸板防喷器关井，在测井、打捞等特殊作业下，采用环形防喷器封井，在封井状态下还需进行强行起下钻作业，则宜采用环形防喷器或旋转防喷器，在欠平衡钻井、控压钻井中，则采用旋转防喷器实施带压钻进作业。防喷器规格尺寸的选择取决于钻井设计中的套管尺寸，即防喷器的公称通径尺寸，必须略大于再次下入套管接箍的外径。

作者：苏义脑 马青芳