陈国栋 杨桓 陈佳良

摘 要：新疆准噶尔盆地南缘区块风险探井，完钻井深近8000m，开次多井身结构复杂。由于地质情况复杂，存在地层压力系数高，同一开次存在多套压力系统复杂包括安全密度窗口窄、存在高压盐水层、易漏喷等难题施工难度大。从三开开始就需要使用精细控压钻井技术实施带压钻井作业，但受限于钻头尺寸较大，常规旋转防喷器底法兰通径350mm已满足不了该区块需求，特研制超大通径旋转防喷器以实现在该区块的精细控压钻井技术应用。在WDXK35-17.5/35型旋转防喷器的基础上，创新研制了中压超大通径旋转防喷器WDXK540-10.5/14型旋转防喷器，同时还研制了可在常规轴承总成上使用的专用托盘，使得常规总成可以在超大旋转防喷器上使用。通过该区块天安1井三开和四开的现场应用表明，WDXK540-10.5/14型旋转防喷器密封性能良好，运转正常， 实用性强， 各项性能指标达到设计要求，满足该区块使用要求。

关键词： 大通径旋转防喷器 精细控压钻井技术  带压钻井作业  液压控制

引言

旋转防喷器（RBOP）又称旋转控制头（RCH），是欠平衡钻井、精细控压钻井、气体钻井的必要设备。旋转防喷器在控压钻进或控压起下钻的过程中，通过旋转防喷器轴承总成与钻具的密封，使外环空处于密封关闭状态，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，形成密闭循环空间。它可以提供安全有效的压力控制，在限定压力下允许钻杆旋转，实施带压钻井作业。

1 大通径旋转防喷器功能和原理设计

大通径旋转防喷器的总体方案功能原理设计是在保证实现功能的前提下，力求满足431.8mm钻头正常通过的要求。通过功能分析，旋转防喷器的总功能分成 7 个功能部分，即为轴承润滑功能、轴承冷却功能、旋转动密封功能、钻具密封功能、锁紧装置功能、旋转总成功能、控制功能。通过对国内外高低压旋转防喷器的结构、工作性能、制造成本、维修费用和使用寿命等因素的比较分析，本文选用一般液压控制功能元、液压站远程控制功能和一般旋转总成功能，且着重对轴承润滑功能、轴承冷却功能、旋转动密封功能、钻具密封总成功能和锁紧装置功能进行优化设计，以满足大尺寸旋转防喷器的耐压、耐用功能。

1.1 外形及结构设计

WDXK540-10.5/14型旋转防喷器主要由旋转总成、壳体和液压动力房三部分组成。旋转总成包括旋转补芯总成、中心管、胶芯、轴承腔室等几大部分;壳体总成包括壳体，转换托盘，液动卡箍及液缸;旋转总成和转换托盘通过螺栓连接;转换托盘和壳体通过卡箍连接;液压动力房由动力房及其管线组成。

1.2  主要工作原理

鉆杆通过旋转防喷器上的驱动补芯总成，带动转动套、中心管及橡胶密封胶芯与钻柱一起旋转。胶芯依靠自身的弹性变形和井压助封来对钻柱周围实施密封。中心管与旋转总成之间的动密封靠上、下动密封总成来实现。

液压动力房用以控制液动卡箍的开启和关闭，同时提供润滑油用以润滑冷却旋转总成内部零部件和动密封总成，循环液冷却上部动密封总成。

1.3 用途和适用范围

WDXK540-10.5/14型旋转防喷器安装于环形防喷器或闸板防喷器顶上在实施控压钻井工艺等带压钻井作业时，用以密封旋转的钻具及起分流作用。它与控压钻井装置、钻具止回阀，液气分离器和不压井起下钻加压装置等设备配套后，可安全地进行带压钻进与不压井起下钻作业。它在进行例如解放低压油气层，防漏钻井，充气钻井，不压井修井等特殊作业中有很重要的作用。

WDXK540-10.5/14型大通径旋转防喷器的适用范围要求：

适用钻具： 140mm（5—1/2in）、89mm （3—1/2in ）、73mm（2—7/8in）钻杆及相应的方钻杆

适用介质： 空气、泡沫及其它各种钻井液

旋转防喷器中心管可通过钻具尺寸：197mm（7—3/4in）

钻机转盘开口直径：≥440mm（17.5in）

2 应用情况

3.1 应用背景

新疆准噶尔盆地南缘区块的风险探井天安1井、天湾1井三开开始设计精细控压钻井。旋转防喷器是实施精细控压钻井必不可少的井口装置，而常规旋转防喷器本体通径350mm，难以满足开次钻头431.8mm尺寸。2020年5月WDXK540-10.5/14型旋转防喷器研制成功，通过室内各项性能测试，满足现场施工要求。

3.2施工情况

2020年6月24日，WDXK540-10.5/14型旋转防喷器到达天安1井。6月29日旋转防喷器现场试压9.8MPa压降0.15MPa合格，7月2日旋转防喷器试动压8.7MPa转速40转稳压10分钟压降0.2MPa合格。2020年7月6日自井深2637m三开开钻至11月18日钻至井深5650四开中完。WDXK540-10.5/14型旋转防喷器历时4个多月现场应用成功，运行时间1981小时，平均转速80r/min，累计进尺3013m，钻井过程中控压值范围0.5-4MPa，旋转防喷器运转正常，性能稳定，完全满足现场施工需求。

3 结论

4.1 WDXK540-10.5/14型旋转防喷器累计带压运转1981小时，各项性能稳定，现场应用实验成功。

4.2 WDXK540-10.5/14型旋转防喷器采用高压大通径旋转动密封技术和液控装置自动注油技术，性能可靠， 操作简单， 能够满足现场对大通径钻头的需求， 取得了良好的预期效果。

4.3 通过室内和现场实际应用表明， WDXK540-10.5/14型旋转防喷器工作性能稳定， 各项性能指标达到设计要求， 与国外产品对比， 总体性能接近，性价比优良， 有利于降低钻井施工成本， 具有重要的现实意义。

参考文献

[1]刘先明，羡維伟，刘勇，等： 高压大通径旋转防喷器[J]： 石油科技论坛，2016，6 ： 71-73。

[2]范 强，吴松松，等：旋转防喷器总体方案设计与评判[J]：石油科技论坛， 2021，3： 71-75。