油气井井喷失控着火应急救援技术及发展方向

井喷失控是石油天然气工业领域性质严重、损失巨大的灾难性事故,尤其是“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击强,对抢险技术、装备及作业安全的要求极高,导致处置过程极其复杂、周期极其漫长。为了充分认识“三高井”井喷失控着火后的处置难点,以井喷失控着火应急救援技术与装备为研究对象,分析了技术发展历程、技术现状、发展方向,创新研究形成了从险情侦察、冷却掩护、清障切割到井口重置的全系列陆上井喷应急救援特色技术。研究结果表明:(1)我国井喷失控着火应急救援技术目前已完成由早期缺少专业技术与装备向近井口高危区域无人化迭代升级;(2)形成的险情侦察技术、冷却掩护技术、清障切割技术、井口重置技术能够满足105 MPa、1000×10^(4)m^(3)/d的高压高产井失控抢险需要;(3)运用相关研究成果成功处置了国内外多起井喷失控、着火及井口刺漏等井控险情,技术能力达到国际先进水平。结论认为:虽然国内陆上油气井井喷失控着火应急救援技术水平已得到大幅度提升,但未来仍需要在可视化、智能化、信息化方面持续攻关,推动技术与装备迈上新台阶。

基于数字孪生的油气井井喷失控抢险技术研究

井喷失控是石油天然气工业领域的灾难性事故,尤其是高压高产高含硫井井喷失控着火后,复杂抢险环境对抢险技术、抢险装备和作业人员的安全带来了极大的挑战。将数字孪生技术应用于油气井井喷失控抢险领域,通过对失控井场、抢险机具等进行虚拟映射,模拟构建真实的复杂抢险环境,有助于解决井喷失控抢险的关键问题。首先分析了井喷失控抢险面临的挑战和数字孪生技术的难点,针对技术难点开展了井喷失控抢险数字孪生关键技术研究,初步形成了恶劣抢险环境大覆盖高速网络构建、抢险机具数字孪生控制、多源信息融合、井喷失控抢险决策指挥等技术,实现了井喷失控抢险技术与数字孪生技术的深度融合,并取得了一定的应用效果。最后指出该技术仍处于起步阶段,下一步将在提升恶劣抢险环境下高速网络的稳定性、抢险机具孪生控制协同性、多源信息融合模型的准确性等方面持续攻关。该技术将推动井喷失控抢险由“近井口无人化”向“信息化、智能化”转变,促进了国内陆上油气井井喷失控抢险技术的突破和提升。

自动化关井技术研究现状及展望

自动化关井技术与装备在应对紧急情况下的关井操作难题方面具有显著优势。对于解决关井不及时、操作效率低等问题十分有效,减少溢流量,保障钻井作业和人员安全。文章调研了国内外自动化关井技术、井控装备现状及其应用情况,包括自动化井控软件、一键关井装置和自动抢接钻具止回阀装置等,表明运用自动化关井工艺和自动化井控装备能够显著提高关井效率,规避手动关井造成的人为操作失误,并探讨了自动化关井工艺和自动化井控装备在可靠性和稳定性上存在的问题及其解决办法,以期为我国自动化井控技术发展提供思路。

自动抢接钻具止回阀装置运动学仿真研究

针对发生井喷事故时人工抢接钻具止回阀存在的抢接时间长、可靠性差、易造成人员伤亡等问题,设计了一种可用于抢接钻具止回阀的自动化装置。利用SolidWorks软件建立自动抢接钻具止回阀装置的运动学模型,对移运单元进行运动学分析,采用五次多项式法对装置执行机构进行了轨迹规划;利用ADAMS仿真软件对装置进行运动学与动力学仿真分析,验证了装置理论模型的正确性,得到了装置末端携带的钻具止回阀与装置执行元件的运动特性曲线,以及执行元件的驱动力与驱动力矩。分析结果表明:自动抢接钻具止回阀装置能够将钻具止回阀准确运送至指定位置,误差不超过1 mm,满足设计的误差要求;经过轨迹规划后装置运行平稳、无冲击,能够较好地完成钻具止回阀的抢接工作;驱动力与驱动力矩的变化曲线可为执行元件的选取和装置优化提供参考依据。

失控井井口重置底法兰抱箍研制与应用

井喷失控是油气田生产过程中的灾难性事故。目前,失控井井口重置时,无论是采用钢丝绳加法还是重力加压法进行井口重置,最终都需要抢险人员靠近井口进行新井口法兰与失控井底法兰连接作业。抢险人员长期在高温、噪音等恶劣环境中作业,不但存在身体伤害,一旦发生井内流体泄漏,还会导致人员伤亡。为了尽快解决这个行业难题,研制了失控井井口重置底法兰抱箍,此装置采用了液压式抱箍结构,与遥控重力加压机具配套后,不但提高了失控井井口重置作业效率,还实现了新井口法兰与失控井井口底法兰连接作业无人化,避免了抢险人员抵近作业的风险。

基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算

针对常见井喷流体流速测量方法存在危险性较高、准确性较差的问题,为安全、精确测量井喷流体流动速度,提出了一种基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算方法并进行了相应的实验。该方法利用摄像机和自研井喷模拟装置,通过获取大量模拟井喷的序列图像,从中选取前后两帧图像后,对这两幅图像分别用SIFT算法进行特征点提取,再用FLANN算法对提取出来的特征点进行特征匹配,最后使用RANSAC算法进行误匹配特征点消除,得到两幅图之间的准确匹配特征点后,提取这些像素点的坐标位置并计算出匹配特征点之间的位移距离,最后使用基于针孔成像的方法计算出井喷流体的流速,实验结果表明,能获得较准确的井喷流体流速,从而更准确估计井喷的危害,保障了现场作业人员人身安全。

气井带压作业油管内密封工具应用现状与发展趋势

气井带压作业技术在页岩气完井、致密气井修井中应用极为广泛,由于气井带压作业较油水井带压作业具有更高的风险,对油管内密封工具的气密封要求也就更高。为了解决气井带压作业不同工况下的油管内密封工具选择难题,系统梳理了气井带压作业油管内密封工具现状,总结了不同类型的油管内密封工具规格参数、技术特点及注意事项。研究结果表明:(1)定压接头及陶瓷堵塞器是气井带压下油管最常用的内密封工具,因定压接头打通后可能会对产层造成影响,目前通常采用双陶瓷堵塞器的方式进行封堵;(2)起管柱时使用可通过式/不可通过式油管堵塞器、可回收式/不可回收式油管桥塞、过油管桥塞实现管柱内密封;(3)起管柱时需根据有无预置工作筒、油管壁是否干净无结垢、是否在直井段封堵等因素选择合适的内密封工具。结论认为,面对更深井深、更高井压、更复杂入井液体及更复杂工况的气井带压作业,还需从提高卡瓦锚定能力、橡胶密封件性能、斜井段和液体环境适应性等方面开展攻关,研发出形成性能更优的油管内密封工具。

井喷失控井一体化井口重建装置的研制

井喷失控是油气勘探开发过程中损失巨大的灾难性事故,必须快速恢复对井口的重新控制,而拆除旧井口后的新井口重建是最为关键、风险最高的一步。传统的井口重建装备需要人员多次近井口作业完成新井口安装,抢险人员面临巨大的安全风险且一次性成功率较低,需多次尝试。针对此种情况,研制了井喷失控井一体化井口重建装置,将原有井口重建工艺“八步法”变为“一步法”,避免抢险人员多次近井口作业。文章详细阐述了该装置的组合方式、卡紧设计及密封设计,通过有限元模拟对装置的力学性能进行校核。室内实验及应急演练表明,该装置能快速实现光套管下井喷失控井口的重建,极大简化了新井口重建流程,提高了重建效率及人员安全性,对推进井喷失控近井口作业无人化进程提供了更加完善的装备支撑。

“三高井”井喷失控着火井口重置关键技术与装备

“三高井”井喷失控着火后,井口火势大、热辐射高、流体冲击力强,对抢险技术、装备要求极高。井口重置作为“三高”失控井抢险救援中最关键、难度最大的环节,面临新井口下放困难、连接法兰不容易对中、人员难以近井口作业等瓶颈问题,传统的扣装法、磨装法已无法完成此任务。针对此种情况,中国石油川庆钻探工程公司经过攻关,形成了操作灵活、适用范围广、易实现对中、且对中时间短的钢丝加压法,可克服高压气流对新井口向上的冲击力的重力加压法,集卡紧装置、密封装置为一体、可以实现远程一键控制的一体化重置法。采用攻关后的“三高井”井喷失控着火井口重置关键技术及装备,已在土库曼斯坦、川渝地区、新疆地区等多口井井喷失控着火处置中发挥了极其重要作用,成功完成井口重置。目前,该技术已达到国际先进水平。