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大港油田钻井培训中心2001年8月 井下井控培训 井下井控培训 第一部分井控技术 第二部分井控设备 井下井喷 是指对油 气井的压力控制技术 井控技术 井控技术 继续 第一章绪论 第二章各种压力的概念及其相互关系 第三章地层压力形成的机理 第五章关井程序 第四章井涌的原因 预防与检测 第六章井内气体的膨胀和运移 第九章井喷案例分析 第十章井下作业井控实施办法 井下井控技术 返回 井控技术 第八章井底常压法 第七章井涌控制原理 一 井控及其相关的概念 二 井喷失控的原因 第一章绪论 三 井喷失控的危害 思考题 返回 5 井侵 1 井控 2 一级井控 3 二级井控 4 三级井控 一 井控及相关概念 6 溢流 7 井涌 8 井喷 9 井喷失控 返回 返回 井控即压力控制 就是要采取一定的方法控制住地层孔隙压力 基本上保持井内压力平衡 井控 一级井控 一级井控是依靠适当的钻井液 或压井液 密度来控制住地层孔隙压力 使得没有地层流体侵入井内 井涌量为零 没有溢流产生 返回 二级井控 二级井控是依靠井内正在使用中的钻井液 或压井液 密度不能控制住地层孔隙压力 依靠地面设备 井控技术恢复井内压力平衡的工作过程 返回 三级井控 二级井控失败 井涌量增大 失去了控制 发生了井喷 这时依靠井控技术和井控设备恢复对井的控制 达到初级井控状态 叫做三级井控 返回 当地层孔隙压力大于井底压力时 地层孔隙中的流体 油 气 水 将侵入井内 通常称为井侵 井侵 返回 当井侵发生后 井口返出的钻井液 或压井液 的量比泵入的量多 停泵后钻井液 或压井液 自动外溢 这种现象称之为溢流 溢流 返回 溢流进一步发展 钻井液 或压井液 涌出井口的现象叫井涌 井涌 返回 地层流体无控制地涌入井筒 喷出地面的现象称为井喷 井喷流体自地层经井筒喷出地面叫地上井喷 从井喷地层流入其它低压层叫地下井喷 井喷 返回 井喷发生后 无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象称为井喷失控 井喷失控 返回 井喷失控的原因 1 起钻抽吸造成诱喷 继续 2 起钻不灌钻井液 压井液 或没有灌满 3 不能及时准确地发现溢流 4 发现溢流后处理措施不当 5 钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当 6 钻井液中混油过量或混油不均匀 7 井口不安装防喷器 8 井控设备的安装及试压不合格 9 井身结构设计不合理 10 空井时间过长又无人观察井口 11 地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料 12 相邻注水井不停或未减压 13 对浅气层的危害性缺乏足够的认识 14 思想麻痹 违章操作 返回 1 打乱全面的正常工作秩序 影响全局生产 2 使钻井事故复杂化 3 井喷失控极易引起火灾和地层坍塌 影响周围千家万户的生命安全 造成环境污染 5 造成机毁人亡和油气井报废 带来巨大的经济损失 6 涉及面广 在国际 国内造成不良的社会影响 4 损害油气层 破坏地下油气资源 三 井喷失控的危害 继续 继续 返回 思考题 返回 一 压力七 破裂压力二 静液压力八 井底压力三 压力梯度九 压差四 地层压力十 压力损失五 上覆岩层压力十一 泵压 液压六 压力激动和抽吸压力思考题 第二章井下各种压力的概念及其相互关系 返回 1 压力的概念 2 压力单位的换算 一 压力 返回 压力是指物体单位面积上所受的垂直力 压力的单位是帕 符号是pa 1pa是1m2面积上受到1N的力时形成的压力 1 压力的概念 返回 1pa 1N m21kPa 1 103pa1MPa 1 106pa与工程大气压的换算关系1MPa 10 194kgf cm21kgf cm2 98 067kPa 2 压力单位的换算 返回 静液压力是由静止液体重力产生的压力 表示形式为 p g Hp 静液压力kPag 重力加速度m s2 液体密度g cm3H 液柱高度m如图所示 静液压力是液柱密度和垂直高度的函数 其大小取决于液柱密度和垂直高度 二 静液压力 继续 继续 例 如图2 1所示 井内钻井液密度为1 2g cm3 3000m处静液柱压力为多少 继续 2 2几种情况下的井底静液压力 继续 结论 返回 三 压力梯度 1 压力梯度 2 四种压力的表示法 返回 是每增加单位垂直深度压力的变化量 计算公式为 G p H g 式中G 压力梯度 kPa m p 压力 kPa或MPa H 深度 m或km 1 压力梯度 返回 例如 2000米的压力是23 544MPa也可以说压力梯度是11 77kPa m 也可以说当量密度是1 20g cm3 也可以说压力系数是1 20 2 四种压力的表示法 返回 四 地层压力 地层压力 是地下岩石孔隙内流体的压力 也称孔隙压力 1 正常地层压力 2 异常地层压力 3 区分 返回 地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液压力 这个压力就是由某深度以上地层流体静液压力所形成的 正常地层压力梯度等于10 496KPa m 1 正常地层压力 继续 其计算公式为 p gHp 正常地层压力 MPag 重力加速度 m s2H 地层深度 km 地层流体密度 g cm3 返回 1 异常低压地层是指地层压力低于正常地层压力的地层 一般情况下 地层压力梯度小于10 496kPa m的地层 才称之为异常低压层 2 异常高压地层是指地层压力梯度高于正常地层压力的地层 一般情况下 地层压力梯度高于10 496kPa m的地层 才称之为异常高压层 2 异常地层压力 返回 若设正常地层压力时地层水密度为 n 则地层压力当量密度 e 当 e n时 等于1 07g cm3为压力正常 当 e n时 大于1 07g cm3为异常高压 当 e n时 小于1 07g cm3为异常低压 3 区分 返回 上覆岩层压力是某深度以上的岩石和其中流体对该深度所形成的压力 地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内 所含流体的重力之总和 施加于该点的压力 五 上覆岩层压力 上覆岩层压力与地层孔隙压力的关系是 0 M Pp式中Pp 地层孔隙压力MPa 0 上覆岩层压力MpaM 基体岩石重力Mpa 地层破裂压力是指某一深度地层发生破碎或裂缝时 所能承受的压力 破裂压力通常以梯度或密度来表示 常用单位是KPa m或g cm3 七 破裂压力 返回 井底压力大部分来自钻井液 或压井液 液柱静液压力 还有钻井液 或压井液 的环空流动阻力 侵入井内的地层流体的压力 激动压力 抽吸压力 地面回压等 井底压力是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力 八 井底压力 继续 1 静止状态 空井状态 井底压力 环空静液压力2 正常循环时 井底压力 环空静液压力 环空压力损失3 循环出气涌时 井底压力 环空静液压力 环空压力损失 节流器压力4起钻时 井底压力 环空静液压力 抽吸压力5 下钻时 井底压力 环空静液压力 激动压力 不同钻井作业时的井底压力 返回 压差 是井底压力和地层压力之间的差值 如果井底压力大于地层压力 其压差为正 反之其值为负 正值的压差通常称为超平衡 负值的压差称为欠平衡 九 压差 返回 在压力的推动下钻井液 压井液 从钻井泵进入循环系统 由于钻井液 压井液 循环及其与所碰到的物体发生摩擦所引起的压力降低 十 压力损失 继续 图2 5井内循环压力损失 返回 抽吸压力 上提钻柱时 由于钻井液粘滞作用由此而减小的井底压力值 如图所示 六 激动压力和抽吸压力 继续 激动压力和抽吸压力是类似的概念 激动压力是正值 抽吸压力是负值 如图所示 激动压力 下钻或下套管时 由于钻头下行挤压该处钻井液 使钻井液流动受的阻力 泵压是克服井内循环系统中摩擦损失所需的压力 液压用于驱动大多数的防喷设备 包括防喷器 驱动力来自液压泵的液体或储能器中的氮气 十一 泵压 液压 返回 一 名词解释 1 静液压力 2 压力梯度 3 地层破裂压力 4 抽吸压力 激动压力 5 地层压力 6 井底压力 二 掌握几种状态下的井底压力1 静止状态 2 正常循环时 3 起下钻时 思考题 返回 1 压实作用2 构造运动3 成岩作用4 密度差作用5 流体运移6 其它原因 返回 第三章异常地层压力形成的机理 随着埋藏深度的增加和温度的增加 孔隙水膨胀 而孔隙空间随地静载荷的增加而缩小 因此 只有足够的渗透通道才能使地层水迅速排出 保持正常的地层压力 如果水的通道被堵塞或严重受阻 增加的上覆岩层压力 将引起孔隙压力增加至高于水静压力 孔隙度亦将大于一定深度时的正常值 总之 压实作用是沉积压实产生的 在有渗透通道时 不会产生异常压力 在渗透通道被封闭时 封闭在下部的地层孔隙压力会成为异常高压 或者说 如果正常压实 孔隙压力也正常 如果压实不足 孔隙度大 便是异常高压 1 压实作用 返回 构造运动是地层自身的运动 它引起各地层之间相对位置的变化 由于构造运动 圈闭有地层流体的地层被断层 横向滑动 褶皱或侵入所挤压 促使其体积变小 如果此流体无出路 则意味着同样多的流体要占据较小的体积 因此 压力变高 如图3 1所示 2 构造运动 继续 构造运动形成的异常压力图 返回 成岩指岩石矿物在地质作用下的化学变化 页岩和灰岩经受结晶结构的变化 可以产生异常高的压力 有异常压力 必有上覆压力密封层 如石膏 Caso42H2O 将放出水化水而变成无水石膏 Caso4 它是一种特别不渗透的蒸发岩 从而引起其下部异常高压沉积 如图3 2所示 3 粘土成岩作用 继续 返回 当存在于非水平构造中的孔隙流体的密度 比本地区正常孔隙流体密度小时 则在构造斜上部 可能会形成异常高压 如图3 3所示 4 密度差的作用 继续 如图所示 设4000米处为正常压力 水的密度1 02g cm3 气的密度为0 0959g cm3 则4000米处的压力 P4000 9 81 1 02 4000 40MPa则3000米处的压力p3000 40 9 81 0 0959 4000 3000 39 08MPa3000米处的正常地层压力P3000 9 81 1 02 3000 30MPa 例 返回 从深层油藏向上部较浅层运动的流体可以导致浅层变成异常压力层 这种情况叫做浅层充压 如图 5 流体运移作用 返回 地面剥蚀 注水 如图3 5 图地面剥蚀形成异常压力 6 形成异常高压的其它原因 返回 一 井涌的主要原因 预防 思考题 第四章井涌的原因预防与检测 返回 二 井涌的检测 3 钻井液或压井液密度不够 4 循环漏失 5 地层压力异常 1 起钻时井内未灌满压井液或钻井液 2 过大的抽吸压力 一 井涌的主要原因 预防 6 其它原因 返回 起钻时 灌入压井液或钻井液体积小于起出钻柱体积 会使井内液柱高度下降 从而引起井底压力降低 严重时导致溢流与井喷 1 起钻时未灌满浆 灌压井液或钻井液原则如下 继续 1 至少起出3 5个立根的钻杆 或起出一个立根的钻铤时 就需要检查一次灌入的钻井液量 灌钻井液前决不能让井内的液面下降超过30米 2 通过钻井液管线向井内灌 不能用压井管线灌钻井液 防止压井管线和阀门腐蚀 这样在应急的情况下就不能发挥其作用 3 灌钻井液管线不能与井口防溢管同一高度 如果两管高度相同则经过钻井液管线灌入可能直接从出口管流出 从而误认为井筒已灌满 灌压井液或钻井液原则 返回 4 小修时要边起边灌 保持液面在井口 2 过大的抽吸压力 1 抽吸压力的影响因素 2 减少起钻时抽吸作用的原则 返回 1 起钻速度越大 随同钻柱上行的压井液或钻井液越多 抽吸压力越大 2 压井液或钻井液粘度 切力越大 压井液或钻井液向下流动阻力越大 抽吸压力越大 3 井径越不规则 摩擦系数越大 压井液或钻井液向下流动阻力越大 抽吸压力越大 1 抽吸压力的影响因素 5 井越深 钻柱越长 随同钻柱一同上行的压井液或钻井液就越多 钻具中间和环形中间的压井液或钻井液就不能及时充填空出的井眼空间 因此 抽吸压力就越大 4 井眼环形空间尺寸越小 胶皮护箍尺寸越大 钻头泥包程度越大 抽吸压力越大 返回 1 液柱的静液压力维持在稍高于地层压力 2 环空间隙要适当 3 压井液或钻井液密度 静切力保持在最低水平 防止钻头泥包 4 控制起钻速度 2 减少起钻时抽吸作用的原则 返回 减小因密度不够引起井涌的一般原则 1 正确设计井身结构 尽量准确的估计地层压力 2 分析临近井资料 特别是发生过地下井喷 注入作业 套管漏失 固井质量不好的或不合理地报废井情况 3 压井液或钻井液密度不够高 6 保证压井液或钻井液处于良好状态 做到均匀加重 3 密切监控钻井参数和电测资料 以便在钻井过程中应用dc指数法检测地层压力 对地层压力取得一个合理的估计值 4 密切监控断层或地层变化情况 5 安装适当的地面装置 以便及时除掉井浆中的气体 不要把气侵的井浆再重复循环到井内 返回 循环漏失是指井内的压井液或钻井液漏入地层 这就引起井内液柱和静液压力下降 下降到一定程度时 井涌就可能发生 4 循环漏失 1 设计好井身结构 正确确定下套管深度是防止漏失的最好办法 2 试验地层 测出地层的压裂强度 这样有助于确定下套管的位置 有助井涌发生时选择最佳方法 3 在下钻时 将压力激动减小到最低程度 减小循环漏失的一般原则是 4 保持压井液或钻井液处于良好的状态 使其粘度 切力维持在最小值上 5 做好向井内灌水 灌柴油 灌浆的准备 返回 可能钻遇异常压力地层的高压井时 设计时应考虑使用更好的设备 而且更密切的注意防止可能发生的井涌 5 地层压力异常 返回 5 固井时 压差式灌注设备损坏 1 中途测试控制不好 2 钻到临近井里去了 3 以过快的速度钻穿含气砂层 4 射孔时控制不住 6 其它原因 返回 1 下钻时的溢流显示 2 钻进时的溢流显示 3 起钻时的溢流显示 4 空井时的溢流显示 返回 二 井涌的检测 3 井口不返压井液或钻井液 井口液面下降 1 返出的压井液或钻井液体积大于下入钻具的体积 2 下放停止 接立柱时井眼仍外溢压井液或钻井液 1 下钻时的溢流显示 返回 2 钻进时的溢流显示 间接显示 直接显示 返回 3 岩屑尺寸加大 多为长条带棱角 岩屑数量增加 1 机械钻速增加 2 页岩密度减小 间接显示 4 转盘转动扭矩增加 起下钻柱阻力大 5 蹩跳钻 放空 悬重发生变化 6 循环泵压下降 泵冲数增加 7 在渗透性地层发生井漏时 当井底压力低于地层压力时 就会发生井涌 返回 1 出口管钻井液或压井液流速的变化 2 钻井液或压井液池液面的变化 3 停泵后出口管钻井液或压井液外溢 直接显示 4 钻井液或压井液性能的变化a 返出的井浆中有油迹 气泡 硫化氢味 b 井浆密度下降 c 井浆粘度变化 返回 4 井漏 1 灌入井内的压井液或钻井液体积小于起出钻柱的体积 2 停止起钻时 出口管外溢压井液或钻井液 3 压井液或钻井液灌不进井内 压井液或钻井液池液面不减少而升高 3 起钻时的溢流显示 返回 3 井口外溢井浆 1 出口管外溢井浆 2 液面升高 4 空井时的溢流显示 返回 1 导致井涌的最普遍的原因是什么 2 掌握灌液的原则 3 下钻时溢流的显示是什么 4 钻进时发生溢流有什么直接显示 5 起钻时溢流的显示是什么 6 空井时溢流的显示是什么 思考题 返回 第五章关井程序 一 分工负责 二 关井方法 三 关井程序 返回 思考题 1 值班干部2 司钻3 副司钻4 井架工 5 内 外钳工6 场地工7 柴油机司机8 井下作业井控岗位分工 一 分工负责 返回 井下小修作业井控岗位职责 一 班长 二 一岗位 三 二岗位 五 资料员 四 三岗位 六 作业机司机 七 值班干部 继续 1 制止地层流体继续进入井内 及时控制住井口 2 保持井内有尽可能高的压井液或钻井液液柱 使关井后的套管压力值较小 3 可以较准确地确定地层压力和压井液密度 4 使压井时的套压值较小 有利于实现安全压井 关井时最关键的问题是 1 关井要及时果断 2 关井不能压裂地层 迅速关井的优点 返回 1 认真检查工程 地质 钻井液记录 清楚了解所钻地层 岩性 井深 压力梯度 钻井液密度 以及井下情况 2 检查井控主要设备的完好状况 防喷器 监测仪表节流压井管汇 控制系统是否处于完好待命工况 3 检查重钻井液储备 重晶石储备情况 4 检查各岗位井控职责执行情况 接班检查 1 值班干部 继续 1 听到报警长鸣信号后 组织并监督各岗位人员立即处于临战状态 迅速各就各位 各司其职 2 上钻台 协助并监督各岗位正确实施关井操作程序 按标准操作控制井口 3 组织相应岗位人员 准确求取记录关井后的立管压力 套管压力及溢流量 4 关井后 立即将溢流原因及井上情况上报钻井公司或钻井监督办公室 5 组织防火 警戒工作以及压井前的准备工作 6 遇到特殊情况 来不及上报请示 可与司钻等人员协商 果断迅速处理 同时向上级主管部门报告 工作时职责 返回 1 认真了解所钻地层 岩性 井深 压力梯度 钻井液密度等井下情况及上班工作情况 2 检查司控台气源 各表压 各手柄是否符合要求 3 钻进油气层后 每次下钻前开关活动闸板防喷器一次 每两只钻头必须在下钻前检查环形防喷器一次 4 指重表 立管压力表 报警喇叭是否灵活好用 工作时职责 见下一节的四 七动作 接班检查 2 司钻 返回 接班检查 1 检查储能控制系统表压 油量 电控箱 电泵 气泵 管汇及阀件是否符合规定要求 是否符合处于待命工况 2 进入油气层后 每只钻头下井 除环形防喷器外 必须对每个控制对象操作检查一次 对环形防喷器每两只钻头检查一次 3 副司钻 3 检查加重料 重钻井液储备量是否满足要求 工作时职责 见下一节的四 七动作 5 钻井泵系统是否工作正常 4 检查加重 除气 搅拌装置及净化系统是否处于随时可运转的状态 继续 继续 继续 返回 接班检查 1 井口防喷装置 防护罩 手动锁紧操纵杆 节流管汇 放喷管线的固定及清洁卫生是否符合要求 工作时职责 见下一节的四 七动作 2 各阀门的开启与关闭是否符合规定要求 见图检查立压表 套压表 溢流监测装置是否齐全灵敏可靠 4 井架工 继续 继续 返回 图6 4各阀门的开 关状态 开 关 1 井口工具齐全 灵敏好用 旋塞扳手放在明显处 工作时职责 见下一节的四 七动作 3 止回阀接头等内防喷器工具无锈蚀 阻卡 丝扣清洁并涂有丝扣油 2 立管压力表灵敏可靠 5 内钳工 外钳工 返回 1 钻井液净化系统电路无裸线 照明灯闸刀开关及电机防爆 有保护罩 工作时职责 见下一节的四 七动作 接班检查 2 消防器材 工具 齐全完好 6 场地工 返回 1 钻入油气层后 要保证机房及周围无油污 排气管通冷却水 消除一切火灾隐患 2 听到溢流报警信号后 先启动2号 3号车 运转正常后再关停1号车 3 密切注视钻台 接受司钻各项指令 7 柴油机司机 返回 8 发电工 1 听到溢流报警信号 切断钻井液循环系统电源 3 保护好防喷器控制系统用电和探照灯用电 2 关闭井架灯 钻台灯 机泵房灯 返回 井下作业井控岗位职责 一 班长 二 一岗位 三 二岗位 五 资料员 四 三岗位 六 作业机司机 七 值班干部 返回 现场井控岗位职责分工 一 班长1 发现井喷预兆 溢流或接到溢流报告立即发出警报 2 组织全班按关井程序迅速控制井口 3 负责开关液动放喷阀 开关防喷器 确认防喷器开关是否到位 4 负责远程控制台的维护和保养 返回 继续 二 一岗位 1 井下施工作业时 协助资料员坐岗观察液面变化情况 发现异常及时报警 2 起下管柱 听到警报 游车不上行 立即从二层台下来 观察液面变化情况 3 空井 在允许情况下 抢下管柱 停止后立即从二层台下来 观察液面变化情况 4 对于起下作业使用通井机操作的队伍 负责拉送油管的工作 返回 三 二岗位 1 井下施工作业时 待作业机司机将井口第一根钻杆 或油管 接头提出转盘面0 5米后 同三岗位扣好吊卡 抢装旋塞阀 观察记录钻杆 或油管 内压力 2 起下管柱 停止起下作业 抢装旋塞阀 观察记录油管 或钻杆 内压力 3 空井 在允许的情况下 抢下管柱 关井后观察记录油管 或钻杆 内压力 返回 继续 四 三岗位1 井下施工作业时 待作业机司机将井口第一根钻杆 或油管 提出转盘面0 5米后 同二岗位扣好吊卡 抢接旋塞阀 2 起下管柱 停止起下作业 抢接旋塞阀 3 空井 在允许的情况下 抢下管柱 返回 五 资料员1 井下施工作业时 坐岗观察大罐内压井液面变化情况 并填写坐岗记录 发现异常时及时报警 听到报警后 打开套管闸门 确认防喷器关闭后 试关井 记录并向班长汇报套管压力 2 起下管柱 负责观察出口 大罐内压井液面变化情况 并填写坐岗记录 3 空井 如关闭全封 观察记录井内压力变化情况 向班长汇报 返回 六 作业机司机1 发生溢流时 根据班长指示发出长笛信号或报警 具体操作要领如下 井下施工作业时 发出警报 停止施工 将井口第一根钻杆 或油管 接头提出转盘面0 5米以下 停泵 抢装旋塞阀 起下管柱 发出警报 抢装旋塞阀或根据班长指示抢下管柱 空井 在允许的条件下 抢下管柱 返回 七 值班干部1 全面指挥井控工作 2 指导班长正确关开防喷器 3 巡回检查 指挥各岗位正确操作 4 负责保管远程控制室备用钥匙 5 根据井口压力换算出压井液密度及有关压井基本数据的计算 6 组织压井 详细记录 取全取准资料 综合上报 八 小队应建的井控活动记录1 干部24小时值班记录 2 防喷演习记录 3 班前井控会内容记录 4 班后井控检查交接记录 返回 1 硬关井 2 软关井 二 关井方法 3 硬关井 软关井的优缺点 返回 返回 在节流管汇处于关闭状态下 就直接关闭环型或闸板防喷器的关井方式 这种关井方式叫做硬关井 1 硬关井 关 返回 先开通节流管汇 再关环形 闸板防喷器的关井方式 2 软关井 硬关井 优点 发现井涌后 只让少量的地层流体进入井内 井涌量越小压井作业越容易 缺点 水击效应大 冒过大压力加于薄弱地层上的风险 增加地层压裂的危险 容易引起井下井喷 3 硬关井 软关井的优缺点 软关井 优点 关井过程中 防止水击效应作用于井口装置 可试关井 缺点 操作时间长 从发现气侵到关井 会有更多的地层流体进入井内 返回 2 无液控阀及司钻控制台 三 关井程序 返回 1 迅速关井的优点 3 井下作业关井程序 四七动作示意图 无液控阀及司钻控制台 四 空井时发生溢流 一 钻进时发生溢流 二 起下钻杆时发生溢流 三 起下钻铤时发生溢流 返回 四七动作简易示意图 一 钻进时发生溢流 继续 发信号 继续 继续 继续 继续 继续 继续 返回 四 七动作简易示范图 二 起下钻杆时发生溢流 发信号 继续 继续 继续 继续 继续 继续 返回 四 七动作简易示范图 三 起下钻铤时发生溢流 发信号 继续 继续 继续 继续 继续 继续 返回 四 七动作简易示范图 四 空井时发生溢流 发信号 继续 继续 继续 继续 继续 继续 返回 继续 发 停 抢 开 关 关 看 总结 继续 一 钻进时发生溢流 四 七动作图解 继续 二 起下钻杆时发生溢流 四 七动作图解 继续 三 起下钻铤时发生溢流 四 七动作图解 继续 四 空井时发生溢流 四 七动作图解 返回 返回 没有安装防喷器的井关井程序 井下作业时发生溢流关井程序 安装防喷器的井 一 起下管柱时发生溢流关井程序 班长 司机 继续 司机 二 三岗位 一 起下管柱时发生溢流关井程序 班长 二 三 一岗位 一 起下管柱时发生溢流关井程序 继续 资料员 一 起下管柱时发生溢流关井程序 套管闸门 继续 班长 一 起下管柱时发生溢流关井程序 继续 资料员 一 起下管柱时发生溢流关井程序 套管闸门 继续 7 看 油 套压 溢流量 一 二岗位 资料员 一 起下管柱时发生溢流关井程序 返回 二 井下施工作业时发生溢流 班长 司机 发信号 继续 司机 一 二 三岗位 继续 二 井下施工作业时发生溢流 3 抢 提方钻杆并关旋塞阀或装管柱旋塞阀 司机 二 三岗位 继续 二 井下施工作业时发生溢流 二 井下施工作业时发生溢流 资料员 套管闸门 继续 班长 继续 二 井下施工作业时发生溢流 二 井下施工作业时发生溢流 资料员 套管闸门 继续 7 看 压力变化及溢流量 返回 二 井下施工作业时发生溢流 一 二岗位 资料员 三 空井时发生溢流 继续 井下作业时发生溢流关井程序 三 空井时发生溢流 班长 司机 发信号 继续 司机 一 二 三岗位 二 空井时发生溢流 继续 三 空井时发生溢流 司机 二 三岗位 继续 三 空井时发生溢流 资料员 套管闸门 继续 三 空井时发生溢流 班长 继续 三 空井时发生溢流 资料员 套管闸门 继续 三 空井时发生溢流 7 看 压力变化及溢流量 一 二岗位 资料员 返回 没有安装防喷器的井 在起下管柱时发现溢流 要立即打开四通两侧的阀门 如果溢流量不大 在不妨碍安全操作的情况下要尽可能的抢下管柱 否则应立即抢接管柱防喷工具后采取适当措施控制井口 具体操作步骤为 发信号 停止起下管柱 抢接油管挂 开套管闸门 座油管挂 座采油树 均匀上紧井口螺栓 关套管闸门 试关井 看油 套压力 空井时发现溢流 当班负责人要立即组织人员打开四通两侧的阀门 抢装井口防喷器工具 具体操作步骤为 发信号 开套管闸门 座采油树 或装井口防喷工具 均匀上紧井口螺栓 关套管闸门 观察压力 一 起下管柱时发生溢流关井程序 继续 井下三 七动作关井程序 二 井下施工时发生溢流 2 1 5 6 7 3 套管闸门 开 停 止作业 发 信号 防喷器 关 关 套管闸门 看 压力变化 抢 抢提方钻杆装悬塞阀 班长 司机 一 二 三岗位 资料员 班长 资料员 二岗位资料员 司机 一 二 三岗位 4 继续 三 空井时发生溢流关井程序 套管闸门 开 停 其他作业 发 信号 防喷器 关 关 套管闸门 看 压力变化 抢 下管柱装旋塞阀 班长 司机 一 二 三岗位 资料员 班长 资料员 二岗位资料员 司机 一 二 三岗位 1234567 继续 发信号要准确 关防喷器顺序要正确 取准关井套压 立压值 正确开关平板阀 正确调整节流阀 注意 返回 思考题 返回 一 井内气体的膨胀 二 井内气体的运移 第六章内气体的膨胀和运移 返回 练习 一 井内气体的膨胀 1 气体膨胀 2 压井液气侵 3 气体塞 4 气体侵入井内的特点 返回 气体是可压缩的流体 其体积取决于其上所加的压力 压力增加 体积减少 压力降低 体积增加 天然气的压力与体积变化情况是 当压力增加一倍 其体积减少一半 反之 当压力减少一半 其体积增加一倍 1 气体的膨胀 返回 气侵后 在气泡上升过程中 气泡上面的压井液液柱高度越来越小 气体所受的液柱压力也越来越小 这就引起气体体积逐渐膨胀 越向上升气体体积膨胀越大 当气体接近地面时气体体积膨胀到最大 见图 2 压井液气侵 返回 气体塞侵和天然气侵一样 具有向上运移和体积膨胀两个特性 气柱上升到井深的一半 气柱所受的压井液液柱压力就减小一半 气体体积就增加一倍 当气柱再向上运移一半 气体体积又增加一倍 每上升到余下路程的一半 气柱体积就增加一倍 气柱接近地面时 气柱体积增加到最大 如下图所示 3 气体塞 继续 117 继续 气体侵入井内 从井底到井口气体体积 压力和井底压力的变化过程说明 1 气体在井内上升时体积一直在膨胀 但增加量较小 直到靠近地面时才迅速增加 这时压井液池液面才增加比较明显 2 气体膨胀上升对井底压力的影响很小 只是到靠近地面时 井底压力才能有明显降低 1 气体2 井底压力3 气体所受压力 返回 1 气泡向上运移 2 气泡向上运移时体积膨胀 4 气体侵入井内的特点 1 气泡侵入压井液后 环空压井液密度自下而上逐渐变小 2 压井液气侵后 一般不会使井底压力小于地层压力 3 钻浅气层时 气侵使井底压力的减小程度比深井大 5 气体侵入井内的注意事项 返回 二 井内气体的运移 1 井内气体的运移 2 开井时的气体运移 3 关井时的气体运移 返回 气体密度较低是引起它在环空上升的原因 若钻杆在井内居中 气塞在环空中的形状象一个弯曲的香蕉 如图所示 气体上升在环空的一边 而另一边是压井液的回流 气体比压井液的密度低得多 因此 压井液中的气体总有一个向上运移的趋势 不管是否关井 气体运移总是可能发生的 1 井内气体的运移 返回 起钻过程中 少量气侵不易被发现 随着钻具起出 气体不断运移 经过几个小时后 气体上升膨胀到一定程度 表现出极微弱的溢流 最终 气体膨胀将会降低静液柱压力 并且地层内的流体大量侵入井内 2 开井时的气体运移 返回 关闭防喷器 气体就不能膨胀 所以气体就保持压力不变而向上移动 结果是气体中的地层压力向地面移动 这个不变的压力上升 压井液就下降 下面的压井液静液柱压力使井底压力增加 上部静液压力减小使地面压力增大 实际上整个井中压力增加 如图所示 由于气体运移 使套管鞋处压力增加 地下井喷就要发生 见下图 3 关井时的气体运移 继续 气体运移图 继续 关井后 已经发生的气侵可能还在运移 在地面的显示是 关井立管压力和套管压力等量增加 如不采取措施 套管压力上升到超过最大允许值 引起地层破裂 造成地下井喷 此时要释放钻井液 或压井液 允许气体膨胀 并降低套管压力 返回 1 压井液气侵后 不能用 的压井液密度计算环空井底压力 2 气泡在井内会逐渐滑脱 其体积逐渐 3 浅气层的气侵使井底压力减小的速度和程度比 井大 一 填空 二 问答题 1 气体侵入井内的特点是什么 2 气体侵入井内时 注意哪些事项 3 关井后 发生气侵在地面有何显示 练习 返回 一 井底常压原理 二 U 型管原理 三 压井钻井液密度与新钻井液密度 第七章井涌控制原理 返回 练习 基本原理是 实施压井过程中 始终保持井底压力与地层压力的平衡 不使新的地层流体进入井内 同时又不使控制压力过高 危机地层与设备 最常用的压井方法有司钻法 等待加重法 循环加重法 每一种都称为井底常压法 一 井底常压原理 继续 返回 二 U 型管原理 1 U 型管的基本原理 2 井底压力 3 立管压力 4 套管压力 5 关井允许最大套管压力 返回 U 型管底部是一个平衡点 此处的压力只能有一个值 这个值可以通过分析任意一条腿的压力而获得 1 U 型管的基本原理 返回 1 静止状态下 井底压力等于钻柱或环空静液柱压力 3 动态条件下 井底压力是环空静液压力 环空节流管线压力损失和套管压力的总和 2 在静止关井条件下 井底压力等于关井钻杆压力加上钻柱内静液压力或等于关井套管压力加上环空静液压力 2 井底压力 返回 3 立管压力 立管 油管 压力 钻井液或压井液流经各处的压力损失总和 初始立管压力是压井循环开始时所需的压力 初始立管压力 低泵速泵压 关井管柱压力 例1已知低泵速泵压等于4 137MPa 关井钻杆压力等于5 171MPa 求初始立管压力 解初始立管压力 4 137 5 171 9 308MPa 当新钻井液或压井液到达钻头位置 并开始上返时的立管压力叫终了循环立管压力 用PF表示 式中PF 最终立管压力 Mpa 1 最新钻井液或压井液密度 g cm3 0 原钻井液或压井液密度 g cm3 k 压井浆密度 g cm3 P0 原低泵速泵压 H 井深 km P立 0 P立 0 P立 P地 P静压 立压等于零说明井内钻井液静液压力至少和地层压力平衡即抽吸井涌 2 发生井涌关井后的立管压力 返回 P立 P地 P静压 循环压力损失总和 即低泵速泵压Po Ps P地 P静压 Po 初始循环立管压力Ps 关井钻杆压力 低泵速泵压 3 发生井涌关井后循环原浆时的立压 返回 初始立管压力是循环开始时所需的压力 初始立管压力 低泵速泵压 关井钻杆压力 例1已知低泵速泵压等于4 137MPa 关井钻杆压力等于5 171MPa 求初始立管压力 解初始立管压力 4 137 5 171 9 308MPa 初始立管压力Ps 继续 低泵速泵压是在低于钻进时正常排量的某一个排量下测定的 使用地面防喷器的井 低排量大约是正常排量的1 3至1 2 或者是160 480L min 对应的泵压应该减少到正常值的1 9至1 4 低泵速泵压 低泵速泵压实测法当钻入高压油气层时 要求每天早班用选定的压井排量进行循环实验 测得相应的立管压力值就是低泵速泵压 并将低泵速泵压的数值及所用排量记到班报表上 便于压井时查用 继续 如果采用正常钻进时的大排量进行压井 压井时循环系统压力损耗就大 再加上关井立管压力 可能使循环立管压力超过钻井泵的额定工作压力 如果采用正常钻进时的大排量进行压井 开关节流阀时 套管压力和立管压力变化剧烈 使我们难以控制节流阀 如果采用正常钻进时的大排量进行压井 环空压力损失大 易发生井漏 压井时采用低排量的原因 继续 返回 P立随着新钻井液增加而逐渐下降 当新钻井液到达钻头位置 并开始上返时的立管压力叫终了循环立管压力 用PF表示 式中PF 最终立管压力 Mpa 1 最新钻井液密度 g cm3 0 原钻井液密度 g cm3 k 压井浆密度 g cm3 P0 原低泵速泵压 H 井深 km 见例题 4 发生井涌关井后循环新浆时立压的变化 继续 1 正常钻进时套压为零 2 发生井涌关井后的套压P关井套压 P地 PH环空PH环空 PH钻井液 PH侵入流体 可见 关井套管压力大小取决于环空静液压力 环空静液压力大小取决于侵入流体的性质和体积 4 套管压力 3 发生井涌关井循环原浆套压的变化趋势 A 基本不变为液体侵B 上升 下降 不变为气体侵 4 发生井涌关井循环新浆套压的变化趋势 A 当新浆在钻杆内下行时 套压基本不变 侵入的流体全部排出 B 当新浆通过钻头在环空上返时 套压逐渐减小 C 当新浆通过节流阀后 套压为零 返回 1 正常钻进时套压为零 2 发生井涌关井后的套压P关井套压 P地 PH环空PH环空 PH钻井液 PH侵入流体 可见 关井套管压力大小取决于环空静液压力 环空静液压力大小取决于侵入流体的性质和体积 4 套管压力 返回 关井允许最大套管压力是 在不破坏防喷设备 套管或地层条件下 一口井所能承受的最大压力 防喷器的额定工作压力 套管抗内压强度80 与地层压裂梯度数值中最小的一个 5 关井允许最大套管压力 继续 防喷设备的工作压力可以从防喷装置的铭牌上观察到 常用的有14 21 35 70 105MPa 1 防喷设备的工作压力 继续 例 已知套管外径 244 5mm 套管重量 59 528Kg m 套管纲级为K55 求额定的抗内压强度 解壁厚 10mm 查表 最小屈服强度 379 225MPa破坏强度 1 75 379 225 10 244 5 27 143MPa 套管抗内压强度又称为内压屈服压力 可由表中查得 套管抗内压强度 1 75 最小屈服强度 壁厚 外径 2 套管抗内压强度 继续 最大允许关井套管压力 Gf Gm Hf 钻井液密度差 最薄弱地层深 9 81 钻井液密度差 f m 压裂压力当量密度 钻井液密度 地层破裂压力 某一深度地层发生破裂时所能承受的压力 见例题 3 地层破裂压力 继续 返回 已知钻井液密度 1 27g cm3 套管鞋深度 1067米 压力当量密度 1 71g cm3 求最大允许关井套管压力 解钻井液密度差 1 71 1 27 0 44g cm3最大允许关井套管压力 0 44 1067 9 81 4 606MPa 最大允许关井套管压力例题 返回 三 压井钻井液 或压井液 密度与新钻井液 或压井液 密度 1 概念 2 关井压力 3 压井液密度 4 起下钻钻井液安全增量 5 新钻井液密度 6 泥浆加重 7 钻井液密度与压力 8 两种特殊情况 司钻法与等待 返回 压井钻井液 或压井液 密度是指恰好能平衡地层压力所用的钻井液 或压井液 密度 新钻井液密度是指压井一开始泵入到井内的钻井液 或压井液 密度 1 概念 返回 2 关井压力 关井钻杆压力 地层压力 钻柱静液压力关井套管压力 地层压力 环空静液压力 返回 压井钻井液密度 原有钻井液密度 钻井液密度增量 关井钻杆压力是平衡地层压力所需要的静液压力增量 它可以转化为 钻井液密度增量 关井钻杆压力 深度 9 81 根据立管压力计算压井钻井液密度 3 压井钻井液密度 继续 已知深度 3048米 钻井液密度等于1 34g cm3 关井钻杆压力等于4 137MPa 关井套管压力等于5 172MPa 求压井液密度 解 钻井液密度增量 4 137 3 048 9 81 0 138g cm3压井钻井液密度 1 34 0 138 1 48g cm3 压井液密度计算例题 返回 为了减少抽吸带来的液柱压力下降 应当增加一个起下钻安全增量 通常是 0 05 0 1g cm3 油井 0 07 0 15g cm3 气层 4 起下钻钻井液安全增量 返回 新钻井液密度范围从原有的钻井液密度直到超过压井钻井液密度 同时也是区别各种类型井底常压法的唯一参考 1 司钻法 新钻井液密度 原有钻井液密度 2 工程师法 新钻井液密度 压井钻井液密度 3 循环加重法 新钻井液密度逐渐增加到压井钻井液密度 如表所示 5 新钻井液密度 继续 井控方法一般分类 其中 1 新钻井液密度 k 压井钻井液密度 0 原钻井液密度 返回 6 泥浆加重 1 配制一定量加重浆所需加重材料的计算 2 定量泥浆加重时需加重材料的计算 返回 式中G 配制定量新浆所需加重料的重量 s 重晶石密度 4 25t m3 1 需要达到的密度 t m3 0 原浆密度 t m3 v1 新浆体积 m3 见例题 1 配制一定量加重泥浆所需加重材料的计算 继续 已知原浆密度 0 1 20g cm3 要加重到 1 1 35g cm3 欲配制新浆容积V1 191m3 求 1 重晶石的袋数 2 重晶石增加的体积 解 1 求重晶石的重量 4 25 191 1 35 1 2 4 25 1 20 33922Kg 根据公式 每袋重晶石50Kg 重晶石袋数为33922 50 799袋 2 重晶石的体积33 922 4 25 7 982m3 配制一定量加重泥浆计算 返回 式中G1 定量泥浆加重时所需加重材料的重量 v0 原钻井液容积 见例题 2 定量泥浆加重时所需加重材料的计算 继续 已知原浆密度 0 1 20g cm3 原浆容积V0 191m3 把此浆加重到 1 1 35g cm3 求 1 需重晶石多少袋 2 加重后泥浆总体积 解 1 重晶石的重量 根据公式 4 25 191 1 35 1 2 4 25 1 35 41 987t 41 987 0 05 840袋 2 加入重晶石占的体积 41 987 4 25 9 88m3加重后泥浆的总体积 191 9 88 201m3 定量泥浆加重计算 返回 为了对比方便 常把压力转化成压力梯度与当量钻井液密度 压力梯度最常用的单位是KPa m 压力梯度 压力 垂直井深压力梯度可以转化成当量钻井液密度当量钻井液密度 压力梯度 9 8见例题 7 钻井液密度与压力 继续 已知压力 43 00MPa 井深 3200m 求 1 压力梯度 2 当量钻井液密度 解 1 压力梯度 43MPa 3200 13 445KPa m 2 当量钻井液密度 13 445KPa 9 8 I 37 钻井液密度与压力的计算 继续 当量钻井液密度 环空钻井液密度 钻井液密度增量 钻井液密度增量 附加压力 深度 9 81 通常情况下 附加压力包括环空压力损失与井涌控制压力 例已知钻井液密度1 22g cm3 节流压力7 584MPa 环空压力损失 1067米 0 379MPa 求在1067m处的当量钻井液密度 解附加压力 7 585 0 379 7 964钻井液密度增量 7 964 1 067 9 81 0 761当量钻井液密度 1 22 0 761 1 98g cm3 当量钻井液密度 返回 司钻法 钻井液在第一个循环里不加重 新钻井液密度等于旧钻井液密度 因此低泵速泵压不变 即立管压力在整个第一次循环里可以保持不变 保持井底常压 或者说初始和最终立管压力相等 在第二循环周里 钻井液需要加重到压井密度并循环到整个井内 在压井钻井液送到钻头的过程中 立管压力应减小 其后 立管压力应保持不变 8 两种特殊情况 司钻法与等待加重法 等待加重法 在循环开始以前钻井液就需加重 新钻井液密度等于压井钻井液密度 最后得到的钻井液密度差为零 最终立管压力等于新的低泵速泵压 压井只需一个循环 例1 例2 返回 已知低泵速泵压等于4 137MPa 关井钻杆压力等5 171MPa 旧钻井液密度等于1 2g cm3 井深3048米 求使用司钻法的起始与终了立管压力 例1 返回 例2 返回 一 问答题 1 关井允许最大套压值是根据什么确定的 2 压井采用低排量的原因是什么 低排量一般是正常排量的多少 二 计算题 1 压井液密度的计算 2 泥浆加重的计算 练习 返回 一 压井方法 二 压井步骤 三 压井注意事项 第八章井底常压法压井 返回 习题 1 司钻压井法 2 工程师压井法 返回 一 压井方法 3 循环压井法 又称二次循环法 压井过程中需要循环两周钻井液 第一循环周 用原浆将环空中的井侵流体顶替到地面 同时配制压井钻井液 第二循环周 用新压井液将原浆顶替到地面 1 司钻法 返回 又称一次循环法 压井过程中只需要循环一周钻井液 配制压井液 用压井液将环空中井侵流体顶替到地面 直到重钻井液返出地面 2 工程师法 返回 3 循环压井法 将配好的压井液用泵泵入井内 进行循环 将井筒中的液体用压井液替出 靠压井液液柱的重量在井底产生回压 使油层中油气不能进入井筒 从而将井压住 继续 1 正循环压井法 就是从钻杆或油管打入压井液 然后经过钻杆 或油管 与套管的环空返至地面 将井压住 继续 2 反循环压井法 就是将压井液从套管和钻杆 或油管 环空打入 由油管返出将井压住 返回 司钻压井法压井步骤 工程师法压井步骤 二 压井步骤 返回 井下循环法压井步骤 1 计算压井所需的基本数据 2 填写压井施工单 3 压井具体操作步骤 司钻压井法压井步骤 返回 1 计算压井所需的基本数据 1 判断溢流类型 2 计算压井钻井液密度 3 计算钻柱内 外容积及加重钻井液量 4 计算注入加重钻井液的时间 6 计算最大允许关井套压 5 计算压井循环时的立管总压力 返回 Va 每米环空容积 1 判断溢流类型 pa pd为关井套压和关井立压 w 在1 07 1 20g cm3之间为盐水 w 在0 12 0 36g cm3之间为天然气 w 在0 36 1 07g cm3之间为油或混合气体溢流 确定溢流类型 选取安全附加当量钻井液密度和安全附加压力 返回 依据地层压力计算压井钻井液密度值 2 计算压井钻井液密度 依据关井立管压力计算压井钻井液密度 返回 一般取Pe约等于490至2940千帕 钻柱内容积V1 3 计算钻柱内 外容积及加重钻井液量 环空容积 总容积 V V1 V2 V1 钻柱内容积 m3 V2 环空容积 m3 D 钻具内径 m Dh 井眼直径或套管内径 m DP 钻具外径 m L 钻具或井段长 m 所需加重钻井液 或压井液 量一般取总容积之和的1 5 2倍 返回 计算注满钻柱内容积所需时间 4 计算注入加重钻井液的时间 注满环形空间所需时间 压井时 压井排量一般取钻进时排量的1 3 1 2 返回 初始压井立管压力 ps 初始压井循环立管压力 MPa pd 关井立管压力 MPa po 压井排量循环立管压力 MPa ps pd po 5 计算压井循环时