本发明涉及油田作业井控技术领域，特别涉及一种防止管柱窜动的装置及其方法。
背景技术：
一般的，气液比大于500的井为高含气井。对于高含气井，常规维护类作业按照方案设计要求，通常安装大四通和一级闸板防喷器。但是随着油田开发的不断深入，地下地质状况的日益复杂化，很多高含气井在井下作业过程中，受限于激动压力或者抽吸压力的存在，使得井口防喷装置在发生管柱窜动时，不能满足现场井控应急要求。
目前，常规的高含气井为了防止管柱发生窜动，满足现场井控应急要求，一般做法如下：利用水泥车向套管连续灌液，保证在井内始终保持一定的液柱压力。但是对于漏失井或者井口返气的井，这种工艺容易造成假压井的状态，导致压力数据不真实。具体的，造成上述假压井的原因：一是因施工井灌液时，油层存在漏失压井液进入地层，导致井口压力数据不准确；二是井口返气，因气体滑脱上行，导致井口的压力数据与地层压力数据对应不上。假压井现象容易使得现场操作盲目化。因此，目前采用向套管连续灌液以保持一定的液柱压力的方式并不可靠。此外，常规作业现场配备的井控器材不具备防止管柱窜动的功能，一旦井底压力高，井口管柱上移，井口将彻底失去控制，严重的将导致井喷或者井喷失控。一旦发生井喷险情，会给现场操作人员、施工环境和现场设备带来巨大损失。
综上可见，为了克服现有技术中的上述问题，针对高含气井，有必要提供一种防止管柱窜动的装置及其方法
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种防止管柱窜动的装置及其方法，能够克服现有技术中的缺陷，可靠地防止管柱窜动，较佳地满足现场井控应急要求。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种防止管柱窜动的装置，所述防止管柱窜动的装置用于安装在自下而上依次设置有大四通、第一防喷器、吊卡的井口，其中，所述第一防喷器具有第一法兰盘，所述吊卡用于悬吊油管，所述油管的顶部设置有接箍和抢喷旋塞，所述防止管柱窜动的装置包括：
设置在所述井口周围地面上的多个地锚，多个所述地锚均匀地分布在所述井口的周围；所述地锚上设置有绷绳，所述绷绳一端固定在所述地锚上，另一端能固定在所述第一防喷器、抢喷旋塞和吊卡上；
能与所述第一防喷器相配合的一级防窜卡瓦，其包括内置法兰盘、卡牙和卡瓦，所述内置法兰盘与所述第一法兰盘相配合，通过紧固所述卡瓦，能使所述卡牙夹紧所述油管；
用于关闭所述井口的二级井控机构。
在一个优选的实施方式中，所述二级井控机构为能设置在所述第一防喷器上部的液压剪切防喷器。
在一个优选的实施方式中，所述二级井控机构为能设置在所述油管外的井控套管，所述井控套管的端部设置有第二法兰盘。
在一个优选的实施方式中，所述井控套管具有管状本体，所述管状本体具有相对的第一端和第二端，所述第二法兰盘设置在所述第一端，并且所述第二法兰盘能连接在井口处；所述第二端设置有用于密封所述第二端的丝堵。
在一个优选的实施方式中，所述一级防窜卡瓦的卡牙方向朝下，其包括第一卡牙和第二卡牙，所述第一卡牙和第二卡牙拼接后用于设置在油管外。
在一个优选的实施方式中，所述地锚的个数为四个，四个所述地锚均匀分布在所述井口周围的地面上。
一种上述的防止管柱窜动的装置的防止管柱窜动的方法，包括：
当管柱上窜时，连接一级防窜卡瓦；
连接地锚上的绷绳。
在一个优选的实施方式中，所述方法还包括：在第一防喷器上安装二级井控机构。
在一个优选的实施方式中，当所述二级井控机构为液压剪切防喷器时，所述在第一防喷器上安装二级井控机构为通过法兰连接的方式将所述液压剪切防喷器安装在所述第一防喷器上部。
在一个优选的实施方式中，当所述二级井控机构为井控套管时，所述在第一防喷器上安装二级井控机构为将所述井控套管套设在上行的管柱外，并通过法兰连接的方式将所述井控套管固定在井口。
本发明的特点和优点是：本申请所提供的防止管柱窜动的装置及其方法，通过在所述井口周围地面上设置多个地锚，并且设置与井口的第一防喷器相配合的一级防窜卡瓦，进一步的还设置了用于应对险情的二级井控机构。在发生窜动前利用一级防窜卡瓦进行快速一级控制，之后在挂上地锚固定，全方位控制井口管柱窜动，为后续作业井的压力控制争取宝贵时间。进一步的，当发生险情时，可以在井口安装二级井控机构，进行快速关井，保证井口安全。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本申请实施方式中一种防止管柱窜动的装置的结构示意图；
图2是本申请实施方式中一种防止管柱窜动的装置的一级防窜卡瓦的结构示意图；
图3是本申请实施方式中一种防止管柱窜动的装置的井控套管的结构示意图；
图4是本申请实施方式中一种防止管柱窜动的方法的步骤流程图。
附图标记说明：
大四通1；第一防喷器2；吊卡3；油管4；接箍5；抢喷旋塞6；地锚7；绷绳8；一级防窜卡瓦9；内置法兰盘91；卡牙92；卡瓦93；液压剪切防喷器10；井控套管11；第二法兰盘12；丝堵13。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
本发明提供一种防止管柱窜动的装置及其方法，能够克服现有技术中的缺陷，可靠地防止管柱窜动，较佳地满足现场井控应急要求。
请参阅图1，本申请实施方式中提供一种防止管柱窜动的装置，所述防止管柱窜动的装置用于安装在自下而上依次设置有大四通1、第一防喷器2、吊卡3的井口。其中，所述第一防喷器2具有第一法兰盘，所述吊卡3用于悬吊油管4。所述油管4的顶部设置有接箍5和抢喷旋塞6。所述防止管柱窜动的装置可以包括：设置在所述井口周围地面上的地锚7，所述地锚7的个数为多个，多个所述地锚7均匀地分布在所述井口的周围；所述地锚7上设置有绷绳8，所述绷绳8一端固定在所述地锚7上，另一端能固定在所述第一防喷器2、抢喷旋塞6和吊卡3上；能与所述第一防喷器2相配合的一级防窜卡瓦9，其包括内置法兰盘91、卡牙92和卡瓦93，所述内置法兰盘91与所述第一法兰盘相配合，通过紧固所述卡瓦93，能使所述卡牙92夹紧所述油管4；用于关闭所述井口的二级井控机构。
本申请所提供的防止管柱窜动的装置主要包括两个部分。
第一部分为：在作业高压气井、高油气比的施工井的地面预设固定用的地锚7和位于井口的一级防窜卡瓦9。
其中，所述地锚7的主要作用是：作为作业前固定所有抢喷工具、井内管柱上行的固定点，确保井筒内管柱无法上行。整体上，该地锚7是用于有效控制井口险情的预制地锚7。所述地锚7的个数可以为三个以上，均匀分布在所述井口周围的地面上。当所述地锚7为三个以上，均匀分布在井口时，能够实现井口、防喷器、旋塞和井筒油管4的快速固定。所述地锚7上还设置有绷绳8，所述绷绳8一端固定在所述地锚7上，另一端能固定在所述防喷器、抢喷旋塞6和吊卡3上。具体的，所述绷绳8可以为钢丝绳的形式，当然，其还可以为其他具有较高强度的绳类形式，具体的，本申请在此并不作具体的限定。
在一个具体的实施方式中，所述地锚7的个数可以为四个。当所述地锚7的个数为四个时，所述地锚7均匀分布在所述井口周围的地面上。具体安装时，四个地锚7在井口四周均匀布置，地平面上间隔90°下入一个1.5米长的带螺旋的地锚7，并打好钢丝绳，四个地锚7开口均对应井口。当施工井发生管柱上行时，可以第一时间将钢丝绳挂至防喷器、旋塞和吊卡3固定，防止因管柱快速上行后把上述工具顶喷出井口。当所述地锚7为四个，且四个所述地锚7均匀分布在所述井口周围的地面上时，因为四个地锚7对应四个方向均匀受力，四根地锚7可以起到较佳的固定作用。
请结合参阅图2，在本实施方式中，设置在井口的一级防窜卡瓦9主要作用是：应用机械夹紧原理，实现在井口管柱上行过程中，利用卡瓦93中的防上行卡牙92有效防止管柱上行。所述一级防窜卡瓦9主要包括：内置法兰盘91、卡牙92和卡瓦93。
其中，所述内置法兰盘91与所述第一法兰盘相配合，通过紧固所述卡瓦93，能使所述卡牙92夹紧所述油管4。所述内置法兰盘91可以为四孔内置法兰盘91，其与第一防喷器2第一法兰盘配套，通过内置螺栓实现与所述第一防喷器2的第一法兰盘连接，以固定在井口上。
所述卡牙92的方向朝下，其包括第一卡牙92和第二卡牙92，所述第一卡牙92和第二卡牙92拼接后用于设置在油管4外。具体的，该卡牙92可以为燕尾式防上行卡牙92，卡牙92在机械力的作用下能夹住管柱，防止管柱上行。所述卡瓦93可以为四孔式卡瓦93，通过紧固它，使得卡牙92夹紧油管4本体。具体使用时，底部的内置法兰盘91可以直接用内置的螺栓连接在第一防喷器2上面。当发生管柱上行时，直接提起该一级防窜卡瓦9，拧紧上部的卡牙92螺丝即可。
一般的，井口设置有常规的第一防喷器2，该防喷器内设置有半封闸板，用于和油管4配合，从而能密封油管4外的环形空间。当需要关井时，先关闭防喷器，密封油管4外的环形空间，然后关闭油管4上的旋塞阀，此时井被关住。但是因井下压力高，导致此时的管柱可能会上行。
在本实施方式中，当井口发生管柱上行险情时，可以第一时间扣好一级防窜卡瓦9，该一级防窜卡瓦9的卡牙92方向朝下，此时两片卡牙92把油管4管柱对应包起，拧紧螺丝，将油管4管柱卡住利用机械作用力卡紧上行管柱，进而控制管柱第一时间上行，并将绷绳8(钢丝绳)悬挂在油管4接箍5位置的油管4吊卡3上，进行固定。
所述防止管柱窜动的装置还包括用于关闭所述井口的二级井控机构。当采取以上措施，仍存在管柱上行不可控险情时，可以利用该二级井控机构进行进一步井口控制。
具体的，所述二级井控机构可以为能够安装在所述第一防喷器2上部的液压剪切防喷器10，或者为端部设置有第二法兰盘12的井控套管11。
其中，所述液压剪切防喷器10能够处理后期更为复杂井口工艺。具体的，液压剪切防喷器10能够实现液压关井操作和液压剪切管柱功能。当出现井口不可控的情况时，可以利用液压剪切防喷器10直接将管柱剪断，落入井内，实现关井。
具体的，该液压剪切防喷器10的主体包括：位于底部的呈卡瓦93型的底部闸板，位于中部的半封闸门，和位于上部的剪切全封机构，整体上，所述液压剪切防喷器10均是由液压自动控制，井口无需人为操作控制。具体安装时，将该液压剪切防喷器10直接连接在井口的第一法兰盘上，通过对孔螺丝砸紧即可。
在本实施方式中，所述井控套管11为端口设置有第二法兰盘12的套管，当发生管柱上行较大时，无法安装其它防喷器材时，可以利用该井控套管11套装上行管柱。即把上行的管柱套装在井控套管11里面，将井控套管11的第二法兰盘12直接连接在井口处。这样管柱即使上行，仍然被限制在井控套管11里面，不会造成飞管伤人事故，大大提高了现场操作人员的安全性。
请结合参阅图3，所述井控套管11包括：管状本体，所述管状本体具有相对的第一端和第二端，所述第二法兰盘12设置在所述第一端，所述第二端设置有用于密封所述第二端的丝堵13。所述第二法兰盘12的周向均匀地设置有多个螺丝孔。
当管柱上行程度较大时，可以利用吊车将所述套管吊起，将所述第二法兰盘12套设在上行油管4外，第一端的螺丝孔内连接法兰螺丝即可防止管柱上行，实现控制管柱的上行距离。
本申请针对高含气作业井管柱提供一种防止管柱窜动的装置，该装置通过在所述井口周围地面上设置多个地锚7，并且设置与井口的第一防喷器2相配合的一级防窜卡瓦9，进一步的还设置了用于应对险情的二级井控机构。在发生窜动前利用一级防窜卡瓦9进行快速一级控制，之后在挂上地锚7固定，全方位控制井口管柱窜动，为后续作业井的压力控制争取宝贵时间。进一步的，当发生险情时，可以在井口安装二级井控机构，进行快速关井，保证井口安全。
请参阅图4，基于上述实施方式中提供的防止管柱窜动的装置，本申请还提供了一种防止管柱窜动的方法，其包括如下步骤：
步骤S11：当管柱上窜时，连接一级防窜卡瓦9；
步骤S13：连接地锚7上的绷绳8。
在本实施方式中，当高含气井发生井喷等险情时，所述方法还可以包括：步骤S15：在第一防喷器2上安装二级井控机构。
具体的，当所述二级井控机构为液压剪切防喷器10时，所述在第一防喷器2上安装二级井控机构为通过法兰连接的方式将所述液压剪切防喷器10安装在所述第一防喷器2上部。当所述二级井控机构为井控套管11时，所述在第一防喷器2上安装二级井控机构为将所述井控套管11套设在上行的管柱外，并通过法兰连接的方式将所述井控套管11固定在井口。
在一个具体的应用场景下，对比高油气比的作业井，可以执行下述步骤：
1、施工前提前在井口钻好地锚7；
2、在作业井口安装好一级防窜卡瓦9；
3、作业过程中一旦发生气井管柱上窜，迅速连接一级防窜卡瓦9，控制管柱上行；
4、利用4根地锚7上的绷绳8，保护井口和控制管柱；
5、发生险情后，迅速在第一防喷器2的第一法兰盘上吊装液压剪切防喷器10；一旦险情控制不住，直接封闭液压剪切防喷器10和上行油管4之间的环形空间。
特殊情况下，可以利用液压剪切防喷器10剪切井内上行管柱，进行关井。
其中，当安装液压剪切防喷器10时，底部闸板为卡瓦93型、中部为半封结构(其与上行管柱不匹配，所以不能有效关井)，上部为剪切闸门(若管柱为作业管柱，可以有效关井)。正如上部安装液压剪切防喷器10情形判断，当一级防窜卡瓦9可以控制上行管柱时，直接关井控制；中部半封因井口存在提升短节和旋塞阀，不能实现有效关井；上部为剪切闸板，根据现场情况判断剪切位置，若为正常管柱直接剪切关井。所述正常管柱具体是指油管4的本体，其可以被剪断，而如果剪切闸板对应的是接箍5、旋塞等，则不能进行剪断作业。
当不能进行剪断作业或者没有安装所述液压剪切防喷器10，也可在上部连接带套管的井控套管11，套装在上行管柱中，对上行管柱实施应急控制，实现密闭封井。
6、井口管柱得到控制后，迅速组织压井作业，解除险情。
本申请针对高含气作业井，提供的防止管柱窜动的方法，在发生窜动前进行快速一级防窜卡瓦9控制，之后在挂上四根地锚7固定，全方位控制井口管柱窜动，为后续作业井的压力控制争取宝贵时间。进一步的，当发生险情时，可以在井口安装二级井控机构，进行快速关井，保证井口安全。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
本文披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。