钻井井口防溢控制系统的制作方法

本发明涉及一种石油钻井安全装置，尤其涉及一种钻井井口防溢控制系统，用于石油钻井过程中发生溢流、井涌、井喷事故时的紧急关井，属于石油钻井防喷技术领域。

背景技术：

井口防喷器包括全封单闸板、半封闸板和环形防喷器等，用于钻井、采油等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置。全封单闸板、半封闸板和环形防喷器自下而上安装在井口主四通的上方，环形防喷器顶部连接有向上延伸的防溢管。井口主四通的右侧连接有放喷管汇，放喷管汇的出口连接有节流管汇，节流管汇的入口处设有放喷平板阀。

全封单闸板主要用于井内没有钻具时控制井口。半封闸板主要用于井内有钻具时的关井，关井的前提是井内钻具的尺寸必须与半封一致。环形防喷器功用是当井内有钻具时，能用胶芯封闭钻具与井口之间的环形空间；遇严重溢流或井喷时，可以配合半封闸板实现软关井。石油钻井过程中如发生溢流、井涌、井喷事故，需要迅速关闭井口防喷器时，根据现场实际情况有硬关井和软关井两种方式。

硬关井是指在放喷平板阀处于关闭状态下直接关闭井口防喷器。硬关井的关井动作少，所以关井快；但硬关井时，液流通道突然关闭，使液流速度急剧变化，将引起流体动能的迅速变化而产生"水击效应"，容易导致全封单闸板和半封闸板密封面的损坏。特别是高速油气冲向井口时，突然关井，会使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加，可能会超过井口装置的额定工作压力、套管抗内压强度和地层的破裂压力。因此硬关井只有在特殊情况下使用，或者溢流早期发生时使用。

软关井是指先打开放喷平板阀，再关闭井口防喷器，再关闭放喷平板阀，软关井能防止过大的"水击效应"，保护井口防喷器，操作起来比较安全，但关井动作多，速度慢。例如井下有钻具时，先打开放喷平板阀，再关闭环形防喷器，接着关闭半封闸板，最后再关闭放喷平板阀。其中环形防喷器不允许长期关井使用，长期关井必须依靠半封闸板，环形防喷器先于半封闸板关闭，可避免半封闸板的密封件在关井时受到高速液流的冲刷，有利于保护半封闸板。

井口防喷器受控于液压系统，其中全封单闸板受控于全封三位四通液转阀，半封闸板受控于半封三位四通液转阀，环形防喷器受控于环形三位四通液转阀，放喷平板阀受控于放喷三位四通液转阀。

关井一般有两个控制点：一个控制点是在距离井口25m的远程控制台，在井下有钻具的情况下硬关井的控制方式为手动直接操作半封三位四通液转阀，将远程装置上的液压油送至半封闸板实施关井。在井下有钻具的情况下软关井的控制方式是先操作放喷三位四通液转阀，打开放喷平板阀；再操作环形三位四通液转阀，关闭环形防喷器；接着操作半封三位四通液转阀，关闭半封闸板，完成井口关闭。

另一个控制点是在钻台面的司钻控制台，由于钻台面人为干扰因素多，为确保安全防止误操作，在司钻控制台上设计为二级操作，即先打开气源总换向阀，再操控控制井口防喷器的三位四通气转阀，各三位四通气转阀控制相应的气缸，各气缸驱动三位四通液转阀的手柄完成井口防喷器的操作。

硬关井操作时，先开气源，再开半封三位四通气转阀，压缩空气通过半封气缸驱动半封三位四通液转阀的手柄，半封闸板可在3~5秒后关闭。

软关井操作时，第一步左手开气源的三位四通气转阀并且保持住，第二步右手开放喷三位四通气转阀，放喷气缸驱动放喷三位四通液转阀的手柄，打开放喷平板阀；第三步操作环形三位四通气转阀，环形气缸驱动环形三位四通液转阀的手柄，关闭环形防喷器；第四步操作半封三位四通气转阀，半封气缸驱动半封三位四通液转阀的手柄，关闭半封防喷器，以上过程必须两只手共同操作才能完成。

当溢流、井涌、井喷这些事故发生时，尤其是浅层的溢流、井涌、井喷一般具有突发的特性。对此，在司钻房内的司钻一要迅速发出指令集结人员；二要根据施工工况做好关井准备；三要将操作台交给副手，跑出司钻房（司钻控制台体积大一般布置在靠近司钻控制房外）到司钻控制台完成软关井或硬关井操作。以上处置当人员心理素质稍差和熟练程度欠缺，极易发生误判、误操作的情况，造成关井失败。

综上所述，现有防喷器紧急关井控制的处置程序复杂，易发生误判误操作；从发生到完成控制，实际用于控制的时间窗口较短，易丧失控制先机。

对于浅井或中深井，通常井下使用一种规格的钻杆，半封闸板只需要一种规格的阀芯。当井下结构复杂或者井比较深，例如超过6000m以上时，钻杆通常有两种尺寸，上部钻杆较粗例如为5½吋，下部钻杆较细例如为3½吋，此时单闸板的半封防喷器只能适用于一种规格的钻杆，当另一种规格的钻杆处于井口发生井喷时，半封闸板要么密封不住，要么会把钻杆夹坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井井口防溢控制系统，当溢流、井涌、井喷事故发生时，针对井下不同规格的钻具，均可实现软关井。

为解决以上技术问题，本发明的一种钻井井口防溢控制系统，包括自下而上安装在井口主四通上方的半封防喷器、全封单闸板和环形防喷器，环形防喷器顶部连接有向上延伸的防溢管；井口主四通的右侧连接有放喷管汇，放喷管汇的出口连接有节流管汇，节流管汇的入口处设有放喷平板阀；井口主四通的左侧连接有反循环管汇；放喷平板阀受控于放喷液转阀y1，放喷液转阀的操作手柄与放喷气缸t1的活塞杆相连；环形防喷器受控于环形液转阀y2，环形液转阀的操作手柄与环形气缸t2的活塞杆相连；全封单闸板受控于全封液转阀y4，全封液转阀的操作手柄与全封气缸t4的活塞杆相连，半封防喷器为由半封大阀芯闸板6a和半封小阀芯闸板6b构成的双闸板防喷器，半封大阀芯闸板6a受控于半封大阀芯液转阀y3，半封大阀芯液转阀y3的操作手柄与半封大阀芯气缸t3的活塞杆相连；半封小阀芯闸板6b受控于半封小阀芯液转阀y5，半封小阀芯液转阀y5的操作手柄与半封小阀芯气缸t5的活塞杆相连；气源管g1与气源控制阀q0的p口相连，气源控制阀q0的a口与压缩空气总管g2相连，压缩空气总管g2分别与放喷气控阀一q1、环形气控阀q2、半封大阀芯气控阀q3和半封小阀芯气控阀q6的p口相连；放喷气控阀一q1的a口与放喷梭阀一s1的左入口相连，放喷梭阀一s1的中间出口与放喷气缸t1的上腔气口相连；环形气控阀q2的a口与快速放气阀一f1的p口相连，快速放气阀一f1的a口与环形梭阀s2的左入口相连，环形梭阀s2的中间出口与环形气缸t2的上腔气口相连；半封大阀芯气控阀q3的a口与半封大阀芯梭阀s3的左入口相连，半封大阀芯梭阀s3的中间出口与半封大阀芯气缸t3的上腔气口相连；半封小阀芯气控阀q6的a口与半封小阀芯梭阀s6的左入口相连，半封小阀芯梭阀s6的中间出口与半封小阀芯气缸t5的上腔气口相连。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：井下有钻具软关井时，先打开气源控制阀q0，使气源管g1中的压缩空气进入压缩空气总管g2，然后放喷气控阀一q1和环形气控阀q2同时打开，压缩空气经放放喷气控阀一q1和放喷梭阀一s1进入放喷气缸t1的上腔，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时压缩空气进入双压阀一a1的左侧，从环形气控阀q2的a口流出的压缩空气进入双压阀一a1的右侧，双压阀一a1的a口导通，压缩空气从快速放气阀一f1的p口到a口，再经环形梭阀s2进入环形气缸t2的上腔，环形气缸t2驱动环形液转阀y2切换工位，使环形防喷器8关闭。控制结束后，环形气缸t2回路的空气可以经快速放气阀一f1的p口到o口排出，保证该回路的复位。当井口为大直径钻具时，环形气控阀q2打开后，半封大阀芯气控阀q3延时10-25秒后打开，压缩空气经半封大阀芯梭阀s3进入半封大阀芯气缸t3的上腔，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板晚于环形防喷器8关闭，半封小阀芯闸板保持不动，严格实现软关井，有利于保护井口防喷器，确保井场安全。当井口为小直径钻具时，环形气控阀q2打开后，半封小阀芯气控阀q6延时10-25秒后打开，压缩空气经半封小阀芯梭阀s6进入半封小阀芯气缸t5的上腔，半封小阀芯气缸t5驱动半封小阀芯液转阀y5切换工位，使半封小阀芯闸板晚于环形防喷器8关闭，半封大阀芯闸板保持不动。司钻不需要离开司钻房的操作台，即可完成井口控制，控制时间短，易掌握控制先机。井口关闭后，通过反循环管汇注入压井液进行反循环压井。

作为本发明的改进，放喷气控阀一q1的a口与双压阀一a1的左入口相连，环形气控阀q2的a口与双压阀一a1的右入口相连，双压阀一a1的中间出口与快速放气阀一f1的p口相连；压缩空气总管g2还与全封气控阀q4的p口相连，全封气控阀q4的a口与全封梭阀s4的左入口相连，全封梭阀s4的中间出口与全封气缸t4的上腔气口相连。该系统确保环形防喷器8关闭时，放喷平板阀5处于打开状态；如果放喷平板阀5未打开，则环形防喷器8不能打开，不容易发生误操作。井下无钻具时，如果刚发生溢流迹象，可以打开全封气控阀q4，压缩空气经全封梭阀s4的左侧到其a口，进入全封气缸t4的上腔，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭。也可以先打开放喷平板阀5，再关闭全封单闸板7，实现软关井。

作为本发明的进一步改进，压缩空气总管g2还与放喷气控阀二q5的p口相连，放喷气控阀二q5的a口与双压阀二a2的右入口相连，双压阀二a2的左入口与全封气控阀q4的a口相连，双压阀二a2的中间出口与快速放气阀二f2的p口相连，快速放气阀二f2的a口与全封梭阀s4的左入口相连；放喷气控阀一q1的a口与放喷梭阀二s5的右入口相连，放喷气控阀二q5的a口与放喷梭阀二s5的左入口相连，放喷梭阀二s5的中间出口与放喷梭阀一s1的左入口相连。全封气控阀q4与放喷气控阀一q1及放喷气控阀二q5同时打开，压缩空气依次经放喷气控阀一q1、放喷梭阀二s5、放喷梭阀一s1进入放喷气缸t1的上腔，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开。同时压缩空气经全封气控阀q4进入双压阀二a2的左侧，经放喷气控阀二q5进入双压阀二a2的右侧，将双压阀二a2打开，双压阀二a2的a口的导通，压缩空气从快速放气阀二f2的p口到a口，再经全封梭阀s4进入全封气缸t4的上腔，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭。如此可确保全封单闸板7关闭时，放喷平板阀5处于打开状态；如果放喷平板阀5未打开，则全封单闸板7不能打开。控制结束后，全封气缸t4回路的压缩空气可以经快速放气阀二f2的p口到o口排出，保证该回路的复位。

作为本发明的进一步改进，放喷液转阀y1、环形液转阀y2、半封大阀芯液转阀y3、全封液转阀y4和半封小阀芯液转阀y5均为三位四通液转阀，气源控制阀q0、放喷气控阀一q1、半封大阀芯气控阀q3、全封气控阀q4、放喷气控阀二q5和半封小阀芯气控阀q6均为两位三通阀。

作为本发明的进一步改进，防爆控制箱采用24v直流控制电源，直流控制电源之间串联有启动按钮一sa1、停止按钮一ta1和继电器一ka1的线圈，继电器一的第一常开触头ka1-1并联在启动按钮一sa1的两端；继电器一的第二常开触头ka1-2与气源控制阀q0的线圈串联在直流控制电源之间，气源开指示灯lp0与气源开蜂鸣器ha分别与气源控制阀q0的线圈相并联；继电器一的第三常闭触头ka1-3与气源关指示灯lc0串联在直流控制电源之间。按下启动按钮一sa1，继电器一ka1的线圈得电，继电器一的第一常开触头ka1-1吸合自保，继电器一的第二常开触头ka1-2闭合使气源控制阀q0的线圈得电，气源控制阀q0打开，压缩空气进入压缩空气总管g2，同时气源开指示灯lp0亮起，气源开蜂鸣器ha鸣叫。按下停止按钮一ta1，继电器一ka1的线圈失电，继电器一的第二常开触头ka1-2断开使气源控制阀q0的线圈失电，气源控制阀q0关闭，同时气源关指示灯lc0亮起。

作为本发明的进一步改进，直流控制电源之间串联有启动按钮二sa2、停止按钮二ta2和继电器二ka2的线圈，时间继电器kt1与继电器三ka3的线圈分别与继电器二ka2的线圈相并联，继电器二的第一常开触头ka2-1并联在启动按钮二sa2的两端；继电器二的第二常开触头ka2-2与环形气控阀q2的线圈串联在直流控制电源之间；继电器三ka3的常开触头与放喷气控阀一q1的线圈串联在直流控制电源之间，放喷气控阀二q5的线圈与放喷气控阀一q1的线圈相并联；直流控制电源之间还串联有选择开关sa5的第一触头、停止按钮五ta5、继电器八ka8的常闭触头和继电器七ka7的线圈，直流控制电源之间还串联有选择开关sa5的第二触头、停止按钮六ta6、继电器七ka7的常闭触头和继电器八ka8的线圈；时间继电器kt1的延时闭合常开触头与继电器七ka7的常开触头、半封大阀芯气控阀q3的线圈串联在直流控制电源之间；时间继电器kt1的延时闭合常开触头还与继电器八ka8的常开触头、半封小阀芯气控阀q6的线圈串联在直流控制电源之间。

井内有钻具需要软关井时，如果井口为大直径钻具，则选择开关sa5切换至第一触头闭合，继电器七ka7的线圈得电，其常开触头闭合。按下启动按钮二sa2，继电器二ka2、继电器三ka3及时间继电器kt1的线圈同时得电，继电器二的第一常开触头ka2-1吸合自保；继电器三ka3的常开触头闭合使放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5的线圈同时得电，放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5同时打开，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时继电器二的第二常开触头ka2-2闭合使环形气控阀q2的线圈得电，环形气控阀q2打开，环形气缸t2驱动环形液转阀y2切换工位，使环形防喷器8关闭。时间继电器kt1延时10-25秒后，其延时闭合常开触头闭合，使半封大阀芯气控阀q3的线圈得电，半封大阀芯气控阀q3打开，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板晚于环形防喷器8关闭，从而自动实现软关井，防止误操作的发生。溢流故障处理结束后，按下停止按钮二ta2，继电器二ka2、继电器三ka3及时间继电器kt1的线圈同时失电，放喷气控阀一q1、放喷气控阀二q5、环形气控阀q2和半封大阀芯气控阀q3/半封小阀芯气控阀q6恢复关闭状态。

井内有钻具需要软关井时，如果井口为小直径钻具，则选择开关sa5切换至第二触头闭合，继电器八ka8的线圈得电，其常开触头闭合。时间继电器kt1的延时闭合常开触头延时10-25秒闭合后，使半封小阀芯气控阀q6的线圈得电，半封小阀芯气控阀q6打开，半封小阀芯气缸t5驱动半封小阀芯液转阀y5切换工位，使半封小阀芯闸板晚于环形防喷器8关闭，从而自动实现软关井，防止误操作的发生。

继电器八ka8的常闭触头串联在继电器七ka7的线圈回路中，继电器七ka7的常闭触头串联在继电器八ka8的线圈回路中，实现半封大阀芯闸板与半封小阀芯闸板的互锁。

作为本发明的进一步改进，放喷气缸t1、环形气缸t2、半封大阀芯气缸t3和半封小阀芯气缸t5均配套有磁性开关，放喷气缸t1的开到位常开触头t1a与放喷开指示灯lp1串联后与放喷气控阀一q1的线圈相并联；继电器三ka3的常闭触头、继电器六ka6的常闭触头、放喷气缸t1的关到位常开触头t1b与放喷关指示灯lc1串联后连接在直流控制电源之间；环形气缸t2的关到位常开触头t2a与环形关指示灯lc2串联后与环形气控阀q2的线圈相并联，继电器二的第三常闭触头ka2-3、环形气缸t2的开到位常开触头t2b与环形开指示灯lp2串联后连接在直流控制电源之间；半封大阀芯气缸t3的关到位常开触头t3a与半封关指示灯lc3串联后与半封大阀芯气控阀q3的线圈相并联，半封小阀芯气缸t5的关到位常开触头t5a与半封大阀芯气缸关到位常开触头t3a相并联；时间继电器kt1的延时断开常闭触头、继电器四的第三常闭触头ka4-3、半封大阀芯气缸t3的开到位常开触头t3b、半封小阀芯气缸t5的开到位常开触头t5b与半封开指示灯lp3串联后连接在直流控制电源之间。

放喷气缸t1打开到位后，其磁性开关的放喷气缸开到位常开触头t1a才闭合，放喷开指示灯lp1亮起；放喷气缸t1关闭到位后，其磁性开关的放喷气缸关到位常开触头t1b才闭合，此时继电器三ka3的常闭触头、继电器六ka6的常闭触头处于闭合状态，放喷关指示灯lc1亮起。环形气缸t2关闭到位后，其磁性开关的环形气缸关到位常开触头t2a才闭合，环形关指示灯lc2亮起；环形气缸t2打开到位后，其磁性开关的环形气缸开到位常开触头t2b才闭合，此时继电器二的第三常闭触头ka2-3处于闭合状态，环形开指示灯lp2亮起。半封大阀芯气缸t3关闭到位后，其磁性开关的半封大阀芯气缸关到位常开触头t3a才闭合，半封关指示灯lc3亮起；或者半封小阀芯气缸t5关到位后，其磁性开关的半封小阀芯气缸关到位常开触头t5a才闭合，半封关指示灯lc3亮起。半封大阀芯气缸t3打开到位后，其磁性开关的半封大阀芯气缸开到位常开触头t3b才闭合；半封小阀芯气缸t5打开到位后，其磁性开关的半封小阀芯气缸开到位常开触头t5b才闭合；半封大阀芯气缸开到位常开触头t3b与半封小阀芯气缸开到位常开触头t5b同时处于闭合状态，此时时间继电器kt1的延时断开常闭触头、继电器四的第三常闭触头ka4-3处于闭合状态，半封开指示灯lp3亮起。如此可以使司钻准确掌握放喷平板阀5、环形防喷器8和半封大阀芯闸板的启闭状态。

作为本发明的进一步改进，直流控制电源之间串联有启动按钮三sa3、停止按钮三ta3和继电器四ka4的线圈，继电器四的第一常开触头ka4-1并联在启动按钮三sa3的两端；继电器四的第二常开触头ka4-2与时间继电器kt1的延时闭合常开触头相并联。在溢流早期需要关井或特殊情况下需要硬关井时，按下启动按钮三sa3，继电器四ka4的线圈得电，继电器四的第一常开触头ka4-1吸合自保，继电器四的第二常开触头ka4-2闭合，使半封大阀芯气控阀q3的线圈得电，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板直接关闭，实现硬关井。

作为本发明的进一步改进，直流控制电源之间串联有启动按钮四sa4、停止按钮四ta4和继电器五ka5的线圈，继电器六ka6的线圈与继电器五ka5的线圈相并联，继电器五的第一常开触头ka5-1与启动按钮四sa4相并联；继电器五的第二常开触头ka5-2与全封气控阀q4的线圈串联在直流控制电源之间，继电器六ka6的常开触头与继电器三ka3的常开触头相并联。当井内没有钻具需要控制井口时，按下启动按钮四sa4，继电器五ka5的线圈及继电器六ka6的线圈同时得电，继电器五的第一常开触头ka5-1吸合自保，继电器六ka6的常开触头闭合，使放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5的线圈同时得电，放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5同时打开，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时继电器五的第二常开触头ka5-2闭合，使全封气控阀q4的线圈得电，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭，实现全封软关井。故障处理完毕后，按下停止按钮四ta4，继电器五ka5的线圈及继电器六ka6的线圈同时失电，全封气控阀q4的线圈失电，全封气控阀q4回到关闭状态。

作为本发明的进一步改进，全封气缸t4配套有磁性开关，全封气缸t4的关到位常开触头t4a与全封关指示灯lc4串联后与全封气控阀q4的线圈相并联，继电器五的第三常闭触头ka5-3、全封气缸t4的开到位常开触头t4b与全封开指示灯lp4串联后连接在直流控制电源之间。全封气缸t4关到位后，其磁性开关的全封气缸关到位常开触头t4a才闭合，全封关指示灯lc4亮起。全封气缸t4开到位后，其磁性开关的全封气缸开到位常开触头t4b才闭合，此时继电器五的第三常闭触头ka5-3处于闭合状态，全封开指示灯lp4亮起，使司钻准确掌握全封单闸板7的启闭状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为井口防喷装置的安装结构示意图。

图2为本发明钻井井口防溢控制系统实施例一的原理图。

图3为本发明钻井井口防溢控制系统实施例二的原理图。

图4为本发明钻井井口防溢控制系统实施例三的原理图。

图5为本发明钻井井口防溢控制系统的电气原理图一。

图6为本发明钻井井口防溢控制系统的电气原理图二。

图中：1.套管头；2.升高短节；3.副四通；4.井口主四通；4a.放喷管汇；4b.反循环管汇；5.放喷平板阀；6a.半封大阀芯闸板；6b.半封小阀芯闸板；7.全封单闸板；8.环形防喷器；9.防溢管；10.返流管；g1.气源管；g2.压缩空气总管；q0.气源控制阀；q1.放喷气控阀一；q2.环形气控阀；q3.半封大阀芯气控阀；q4.全封气控阀；q5.放喷气控阀二；q6.半封小阀芯气控阀；a1.双压阀一；a2.双压阀二；f1.快速放气阀一；f2.快速放气阀二；s1.放喷梭阀一；s2.环形梭阀；s3.半封大阀芯梭阀；s4.全封梭阀；s5.放喷梭阀二；s6.半封小阀芯梭阀；t1.放喷气缸；t1a.放喷气缸开到位常开触头；t1b.放喷气缸关到位常开触头；t2.环形气缸；t2a.环形气缸关到位常开触头；t2b.环形气缸开到位常开触头；t3.半封大阀芯气缸；t3a.半封大阀芯气缸关到位常开触头；t3b.半封大阀芯气缸开到位常开触头；t4.全封气缸；t4a.全封气缸关到位常开触头；t4b.全封气缸开到位常开触头；t5.半封小阀芯气缸；t5a.半封小阀芯气缸关到位常开触头；t5b.半封小阀芯气缸开到位常开触头；y1.放喷液转阀；y2.环形液转阀；y3.半封大阀芯液转阀；y4.全封液转阀；y5.半封小阀芯液转阀。sa1.启动按钮一；ta1.停止按钮一；sa2.启动按钮二；ta2.停止按钮二；sa3.启动按钮三；ta3.停止按钮三；sa4.启动按钮四；ta4.停止按钮四；sa5.选择开关；ta5.停止按钮五；ta6.停止按钮六；ka1.继电器一；ka2.继电器二；ka3.继电器三；ka4.继电器四；ka5.继电器五；ka6.继电器六；ka7.继电器七；ka8.继电器八；kt1.时间继电器；ha.气源开蜂鸣器；lp0.气源开指示灯；lc0.气源关指示灯；lp1.放喷开指示灯；lc1.放喷关指示灯；lp2.环形开指示灯；lc2.环形关指示灯；lp3.半封开指示灯；lc3.半封关指示灯；lp4.全封开指示灯；lc4.全封关指示灯。

具体实施方式

如图1所示，本发明的钻井井口防溢控制系统包括自下而上安装在井口主四通4上方的半封防喷器、全封单闸板7和环形防喷器8，环形防喷器8顶部连接有向上延伸的防溢管9，防溢管9上端连接有返流管10。井口主四通4的右侧连接有放喷管汇4a，放喷管汇4a的出口连接有节流管汇，节流管汇的入口处设有放喷平板阀5；井口主四通4的左侧连接有反循环管汇4b。井口主四通4下方的副四通3位于地面以下，副四通3下方的升高短节2连接在套管头1上。

如图2所示，放喷平板阀5受控于放喷液转阀y1，放喷液转阀的操作手柄与放喷气缸t1的活塞杆相连；环形防喷器8受控于环形液转阀y2，环形液转阀的操作手柄与环形气缸t2的活塞杆相连；半封防喷器为由半封大阀芯闸板6a和半封小阀芯闸板6b构成的双闸板防喷器，半封大阀芯闸板6a受控于半封大阀芯液转阀y3，半封大阀芯液转阀y3的操作手柄与半封大阀芯气缸t3的活塞杆相连；半封小阀芯闸板6b受控于半封小阀芯液转阀y5，半封小阀芯液转阀y5的操作手柄与半封小阀芯气缸t5的活塞杆相连。全封单闸板7受控于全封液转阀y4，全封液转阀的操作手柄与全封气缸t4的活塞杆相连，

气源管g1与气源控制阀q0的p口相连，气源控制阀q0的a口与压缩空气总管g2相连，压缩空气总管g2分别与放喷气控阀一q1、环形气控阀q2、半封大阀芯气控阀q3和半封小阀芯气控阀q6的p口相连；放喷气控阀一q1的a口与放喷梭阀一s1的左入口相连，放喷梭阀一s1的中间出口与放喷气缸t1的上腔气口相连；环形气控阀q2的a口与快速放气阀一f1的p口相连，快速放气阀一f1的a口与环形梭阀s2的左入口相连，环形梭阀s2的中间出口与环形气缸t2的上腔气口相连；半封大阀芯气控阀q3的a口与半封大阀芯梭阀s3的左入口相连，半封大阀芯梭阀s3的中间出口与半封大阀芯气缸t3的上腔气口相连；半封小阀芯气控阀q6的a口与半封小阀芯梭阀s6的左入口相连，半封小阀芯梭阀s6的中间出口与半封小阀芯气缸t5的上腔气口相连。

井下有钻具软关井时，先打开气源控制阀q0，使气源管g1中的压缩空气进入压缩空气总管g2，然后放喷气控阀一q1和环形气控阀q2同时打开，压缩空气经放放喷气控阀一q1和放喷梭阀一s1进入放喷气缸t1的上腔，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时压缩空气进入双压阀一a1的左侧，从环形气控阀q2的a口流出的压缩空气进入双压阀一a1的右侧，双压阀一a1的a口导通，压缩空气从快速放气阀一f1的p口到a口，再经环形梭阀s2进入环形气缸t2的上腔，环形气缸t2驱动环形液转阀y2切换工位，使环形防喷器8关闭。控制结束后，环形气缸t2回路的空气可以经快速放气阀一f1的p口到o口排出，保证该回路的复位。

当井口为大直径钻具时，环形气控阀q2打开后，半封大阀芯气控阀q3延时10-25秒后打开，压缩空气经半封大阀芯梭阀s3进入半封大阀芯气缸t3的上腔，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板6a晚于环形防喷器8关闭，半封小阀芯闸板6b保持不动，严格实现软关井，有利于保护井口防喷器，确保井场安全。

当井口为小直径钻具时，环形气控阀q2打开后，半封小阀芯气控阀q6延时10-25秒后打开，压缩空气经半封小阀芯梭阀s6进入半封小阀芯气缸t5的上腔，半封小阀芯气缸t5驱动半封小阀芯液转阀y5切换工位，使半封小阀芯闸板6b晚于环形防喷器8关闭，半封大阀芯闸板6a保持不动。司钻不需要离开司钻房的操作台，即可完成井口控制，控制时间短，易掌握控制先机。井口关闭后，通过反循环管汇注入压井液进行反循环压井。

如图3所示，放喷气控阀一q1的a口与双压阀一a1的左入口相连，环形气控阀q2的a口与双压阀一a1的右入口相连，双压阀一a1的中间出口与快速放气阀一f1的p口相连。该系统确保环形防喷器8关闭时，放喷平板阀5处于打开状态；如果放喷平板阀5未打开，则环形防喷器8不能打开，不容易发生误操作。

压缩空气总管g2还与全封气控阀q4的p口相连，全封气控阀q4的a口与全封梭阀s4的左入口相连，全封梭阀s4的中间出口与全封气缸t4的上腔气口相连。井下无钻具时，如果刚发生溢流迹象，可以打开全封气控阀q4，压缩空气经全封梭阀s4的左侧到其a口，进入全封气缸t4的上腔，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭。也可以先打开放喷平板阀5，再关闭全封单闸板7，实现软关井。

如图4所示，压缩空气总管g2还与放喷气控阀二q5的p口相连，放喷气控阀二q5的a口与双压阀二a2的右入口相连，双压阀二a2的左入口与全封气控阀q4的a口相连，双压阀二a2的中间出口与快速放气阀二f2的p口相连，快速放气阀二f2的a口与全封梭阀s4的左入口相连。

全封气控阀q4与放喷气控阀一q1及放喷气控阀二q5同时打开，压缩空气依次经放喷气控阀一q1、放喷梭阀二s5、放喷梭阀一s1进入放喷气缸t1的上腔，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开。同时压缩空气经全封气控阀q4进入双压阀二a2的左侧，经放喷气控阀二q5进入双压阀二a2的右侧，将双压阀二a2打开，双压阀二a2的a口的导通，压缩空气从快速放气阀二f2的p口到a口，再经全封梭阀s4进入全封气缸t4的上腔，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭。如此可确保全封单闸板7关闭时，放喷平板阀5处于打开状态；如果放喷平板阀5未打开，则全封单闸板7不能打开。控制结束后，全封气缸t4回路的压缩空气可以经快速放气阀二f2的p口到o口排出，保证该回路的复位。

放喷液转阀y1、环形液转阀y2、半封大阀芯液转阀y3、全封液转阀y4和半封小阀芯液转阀y5均为三位四通液转阀，气源控制阀q0、放喷气控阀一q1、半封大阀芯气控阀q3、全封气控阀q4、放喷气控阀二q5和半封小阀芯气控阀q6均为两位三通阀。

如图5、图6所示，防爆控制箱采用24v直流控制电源，直流控制电源之间串联有启动按钮一sa1、停止按钮一ta1和继电器一ka1的线圈，继电器一的第一常开触头ka1-1并联在启动按钮一sa1的两端；继电器一的第二常开触头ka1-2与气源控制阀q0的线圈串联在直流控制电源之间，气源开指示灯lp0与气源开蜂鸣器ha分别与气源控制阀q0的线圈相并联；继电器一的第三常闭触头ka1-3与气源关指示灯lc0串联在直流控制电源之间。

按下启动按钮一sa1，继电器一ka1的线圈得电，继电器一的第一常开触头ka1-1吸合自保，继电器一的第二常开触头ka1-2闭合使气源控制阀q0的线圈得电，气源控制阀q0打开，压缩空气进入压缩空气总管g2，同时气源开指示灯lp0亮起，气源开蜂鸣器ha鸣叫。按下停止按钮一ta1，继电器一ka1的线圈失电，继电器一的第二常开触头ka1-2断开使气源控制阀q0的线圈失电，气源控制阀q0关闭，同时气源关指示灯lc0亮起。

直流控制电源之间串联有启动按钮二sa2、停止按钮二ta2和继电器二ka2的线圈，时间继电器kt1与继电器三ka3的线圈分别与继电器二ka2的线圈相并联，继电器二的第一常开触头ka2-1并联在启动按钮二sa2的两端；继电器二的第二常开触头ka2-2与环形气控阀q2的线圈串联在直流控制电源之间；继电器三ka3的常开触头与放喷气控阀一q1的线圈串联在直流控制电源之间，放喷气控阀二q5的线圈与放喷气控阀一q1的线圈相并联。

直流控制电源之间还串联有选择开关sa5的第一触头、停止按钮五ta5、继电器八ka8的常闭触头和继电器七ka7的线圈，直流控制电源之间还串联有选择开关sa5的第二触头、停止按钮六ta6、继电器七ka7的常闭触头和继电器八ka8的线圈。

时间继电器kt1的延时闭合常开触头与继电器七ka7的常开触头、半封大阀芯气控阀q3的线圈串联在直流控制电源之间；时间继电器kt1的延时闭合常开触头还与继电器八ka8的常开触头、半封小阀芯气控阀q6的线圈串联在直流控制电源之间。

井内有钻具需要软关井时，如果井口为大直径钻具，则选择开关sa5切换至第一触头闭合，继电器七ka7的线圈得电，其常开触头闭合。按下启动按钮二sa2，继电器二ka2、继电器三ka3及时间继电器kt1的线圈同时得电，继电器二的第一常开触头ka2-1吸合自保；继电器三ka3的常开触头闭合使放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5的线圈同时得电，放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5同时打开，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时继电器二的第二常开触头ka2-2闭合使环形气控阀q2的线圈得电，环形气控阀q2打开，环形气缸t2驱动环形液转阀y2切换工位，使环形防喷器8关闭；延时10-25秒后，时间继电器kt1的延时闭合常开触头闭合，使半封大阀芯气控阀q3的线圈得电，半封大阀芯气控阀q3打开，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板6a晚于环形防喷器8关闭，从而自动实现软关井，防止误操作的发生。

井内有钻具需要软关井时，如果井口为小直径钻具，则选择开关sa5切换至第二触头闭合，继电器八ka8的线圈得电，其常开触头闭合。时间继电器kt1的延时闭合常开触头延时10-25秒闭合后，使半封小阀芯气控阀q6的线圈得电，半封小阀芯气控阀q6打开，半封小阀芯气缸t5驱动半封小阀芯液转阀y5切换工位，使半封小阀芯闸板6b晚于环形防喷器8关闭，从而自动实现软关井，防止误操作的发生。

继电器八ka8的常闭触头串联在继电器七ka7的线圈回路中，继电器七ka7的常闭触头串联在继电器八ka8的线圈回路中，实现半封大阀芯闸板6a与半封小阀芯闸板6b的互锁。

溢流故障处理结束后，按下停止按钮二ta2，继电器二ka2、继电器三ka3及时间继电器kt1的线圈同时失电，放喷气控阀一q1、放喷气控阀二q5、环形气控阀q2和半封大阀芯气控阀q3/半封小阀芯气控阀q6恢复关闭状态。

放喷气缸t1、环形气缸t2、半封大阀芯气缸t3和半封小阀芯气缸t5均配套有磁性开关，放喷气缸t1的开到位常开触头t1a与放喷开指示灯lp1串联后与放喷气控阀一q1的线圈相并联；继电器三ka3的常闭触头、继电器六ka6的常闭触头、放喷气缸t1的关到位常开触头t1b与放喷关指示灯lc1串联后连接在直流控制电源之间。

环形气缸t2的关到位常开触头t2a与环形关指示灯lc2串联后与环形气控阀q2的线圈相并联，继电器二的第三常闭触头ka2-3、环形气缸t2的开到位常开触头t2b与环形开指示灯lp2串联后连接在直流控制电源之间。

半封大阀芯气缸t3的关到位常开触头t3a与半封关指示灯lc3串联后与半封大阀芯气控阀q3的线圈相并联，半封小阀芯气缸t5的关到位常开触头t5a与半封大阀芯气缸关到位常开触头t3a相并联；时间继电器kt1的延时断开常闭触头、继电器四的第三常闭触头ka4-3、半封大阀芯气缸t3的开到位常开触头t3b、半封小阀芯气缸t5的开到位常开触头t5b与半封开指示灯lp3串联后连接在直流控制电源之间。

放喷气缸t1打开到位后，其磁性开关的放喷气缸开到位常开触头t1a才闭合，放喷开指示灯lp1亮起；放喷气缸t1关闭到位后，其磁性开关的放喷气缸关到位常开触头t1b才闭合，此时继电器三ka3的常闭触头、继电器六ka6的常闭触头处于闭合状态，放喷关指示灯lc1亮起。

环形气缸t2关闭到位后，其磁性开关的环形气缸关到位常开触头t2a才闭合，环形关指示灯lc2亮起；环形气缸t2打开到位后，其磁性开关的环形气缸开到位常开触头t2b才闭合，此时继电器二的第三常闭触头ka2-3处于闭合状态，环形开指示灯lp2亮起。

半封大阀芯气缸t3关闭到位后，其磁性开关的半封大阀芯气缸关到位常开触头t3a才闭合，半封关指示灯lc3亮起；或者半封小阀芯气缸t5关到位后，其磁性开关的半封小阀芯气缸关到位常开触头t5a才闭合，半封关指示灯lc3亮起。

半封大阀芯气缸t3打开到位后，其磁性开关的半封大阀芯气缸开到位常开触头t3b才闭合；半封小阀芯气缸t5打开到位后，其磁性开关的半封小阀芯气缸开到位常开触头t5b才闭合；半封大阀芯气缸开到位常开触头t3b与半封小阀芯气缸开到位常开触头t5b同时处于闭合状态，此时时间继电器kt1的延时断开常闭触头、继电器四的第三常闭触头ka4-3处于闭合状态，半封开指示灯lp3亮起。如此可以使司钻准确掌握放喷平板阀5、环形防喷器8和半封大阀芯闸板6a的启闭状态。

直流控制电源之间串联有启动按钮三sa3、停止按钮三ta3和继电器四ka4的线圈，继电器四的第一常开触头ka4-1并联在启动按钮三sa3的两端；继电器四的第二常开触头ka4-2与时间继电器kt1的延时闭合常开触头相并联。在溢流早期需要关井或特殊情况下需要硬关井时，按下启动按钮三sa3，继电器四ka4的线圈得电，继电器四的第一常开触头ka4-1吸合自保，继电器四的第二常开触头ka4-2闭合，使半封大阀芯气控阀q3的线圈得电，半封大阀芯气缸t3驱动半封大阀芯液转阀y3切换工位，使半封大阀芯闸板6a直接关闭，实现硬关井。

直流控制电源之间串联有启动按钮四sa4、停止按钮四ta4和继电器五ka5的线圈，继电器六ka6的线圈与继电器五ka5的线圈相并联，继电器五的第一常开触头ka5-1与启动按钮四sa4相并联；继电器五的第二常开触头ka5-2与全封气控阀q4的线圈串联在直流控制电源之间，继电器六ka6的常开触头与继电器三ka3的常开触头相并联。

当井内没有钻具需要控制井口时，按下启动按钮四sa4，继电器五ka5的线圈及继电器六ka6的线圈同时得电，继电器五的第一常开触头ka5-1吸合自保，继电器六ka6的常开触头闭合，使放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5的线圈同时得电，放喷气控阀一q1和放喷气控阀二q5同时打开，放喷气缸t1驱动放喷液转阀y1切换工位，使放喷平板阀5打开；同时继电器五的第二常开触头ka5-2闭合，使全封气控阀q4的线圈得电，全封气缸t4驱动全封液转阀y4切换工位，使全封单闸板7关闭，实现全封软关井。

故障处理完毕后，按下停止按钮四ta4，继电器五ka5的线圈及继电器六ka6的线圈同时失电，全封气控阀q4的线圈失电，全封气控阀q4回到关闭状态。

全封气缸t4配套有磁性开关，全封气缸t4的关到位常开触头t4a与全封关指示灯lc4串联后与全封气控阀q4的线圈相并联，继电器五的第三常闭触头ka5-3、全封气缸t4的开到位常开触头t4b与全封开指示灯lp4串联后连接在直流控制电源之间。

全封气缸t4关到位后，其磁性开关的全封气缸关到位常开触头t4a才闭合，全封关指示灯lc4亮起。全封气缸t4开到位后，其磁性开关的全封气缸开到位常开触头t4b才闭合，此时继电器五的第三常闭触头ka5-3处于闭合状态，全封开指示灯lp4亮起，使司钻准确掌握全封单闸板7的启闭状态。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。