井下井控技术1

nullnull井下作业井控技术主 要 内 容 主 要 内 容 井控技术概况 压力 溢流与控制 压井 修井作业过程中的防喷措施 井控null中石化孤岛“5.7” 井喷事故 null一．井的类型1．根据井的作用分类采油井（油井）： 分为：自喷井、非自喷井。 采气井（气井）：开采地下天然气。 注水井：注水开发油田，为给地层注水补充能量。 水源井（水井、热水井）：为注水、油田工业用水和民用水提供水源。 观察井：开发过程中，了解油层动态、油气水运动规律和变化情况 探 井：了解地层的年代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造，地质剖面局部构造 。第一章 井控技术概述 2．根据井眼轨迹分类垂直井：井斜角小于15°。 水平井：在钻到目的层位时，井斜角超过85°，并进目的层水平钻进距离超过10倍以上由层厚度。 定向井：由于地面建筑物或地形影响，采用定向技术所钻的井。 丛式井：利用同一井眼钻出地下井位不同的井。§1-1 油井概述null3．根据井的深度分类浅井： 井深：500～1000米。 中深井： 井深：1000～2500米。 深井： 井深：2500～4000米。 超深井： 井深：4000米以上。“两浅井”定义 即浅层气井、浅油井。（当前世界上还没有一个按照井的深度分类的统一。我国有关修井作业专家会议及部门的一致看法是井深：500-1000米为浅井 ）。 井浅时，用于平衡地层压力的液柱压力就小，一旦失去平衡，油气上窜速度由于距离短而很快到达井口，井涌信号反映的时间短。起管柱时尤其易发 null二、井身结构（一）井深结构概念是在己钻成的裸眼井内下入直径不同长度不等的几层套管，然后注入水泥浆封固环形空间间隙，最终形成由轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。（二）结构及作用1、结构：如图所示 null2．各层套管的作用 （1）导管（2）层套管作用：加固上部疏松岩层的井壁，供井口安装封井器用。表层套管下入深度一般为300~400 m，其管外用水泥浆封固牢，水泥上返至地面。作用：保护地表层，建立起泥浆循环，引导钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直等。对于不同的油田或地层，导管的下入要求也不同。钻井时是否需要下入导管，要依据地表层的坚硬程度与结构状况来确定。下入导管的深度一般取决于地表层的深度。通常导管下入的深度为2~40 m。null（3）技术套管作用：主要是处理钻进过程中遇到的复杂情况，如隔绝上部高压油（气、水）层、漏失层或坍塌层，以保证钻进的顺利进行。（4）油层套管作用：是封隔住油、气、水层，建立一条封固严密的永久性通道，保证石油井能够进行长时期的生产。油井内最后下入的一层套管称为油层套管，亦叫完井套管，简称套管。nullnull（一）井口装置的概念、 组成、作用1．概念：井口装置（采油树），是油气井最上部控制和调节油气生产的主要设备。 2．组成：主要由套管头、油管头和采油树本体三部分组成。 3．井口装置的作用（1）连接井下的各层套管，密封各层套管环形空间，悬挂套管部分重量。 （2）悬挂油管及下井工具，承挂井内的油管柱的重量，密封油套环形空间。 （3）控制和调节油井生产。 （4）保证各项井下作业施工，便于压井、起下作业、测压、清蜡等正常生产管理。 （5）录取油套压。图2-1 卡箍式井口装置 1—螺母；2—双头螺栓；3—套管法兰；4—锥座式油管头 ；5—卡箍短节；6—钢圈；7—卡箍；8—闸阀；9—钢圈；10—油管头法兰；11—螺母；12—双头螺栓； 13—节流器；14—小四通；15—压力表；16—弯接头 ；17—压力表截止阀；18—接头；19—铭牌 。三．井口装置 卡箍 卡箍 null（二）井口装置各组成部分的用途是连接套管和各种井口装置的一种部件。在井口装置的下端，由本体、套管悬挂器和密封组件组成。作用：连接井下的各层套管，密封各层套管环形空间，悬挂套管部分重量。为安装上部井口装置提供过渡连接，通过本体上两个侧口进行补挤水泥、监控井液和平衡液等作业。 图2-2 单级套管头示意图 1—油管头本体；2—套管头本体； 3—套管悬挂器；（卡瓦式）； 4—油层套管；5—表层套管图2-3 用法兰连接双层 套管示意图 1—法兰盘；2—油层套管； 3—表层套管1．套管头null图1-4 CYb-250 型油管头 1-油管锥管挂；2-顶丝；3-垫片； 4-顶丝密封；5-压帽；6-紫铜圈； 7-“O”型密封圈；8-紫铜圈；9-特殊四通 2．油管头图1-3 CQ-250 型油管头 1-密封圈；2-压帽；3-顶丝； 4-“O”形密封；5-油管挂； 6-油管短节；7-特殊四通油管头安装在套管头上面，主要由套管四通和油管悬挂器组成，其作用是悬挂井内的油管柱，密封油套管环形空间。如图1-3、图1-4所示。油管头内锥面上可以承座油管悬挂器，下端可以联接油层套管底法兰。上端在钻井或修井过程中分别联接所使用的控制器；油井投产时，在其上安装采油（气）树。null图2-1 卡箍式井口装置 1—螺母；2—双头螺栓；3—套管法兰；4—锥座式油管头；5—卡箍短节；6—钢圈;7—卡箍；8—闸阀；9—钢圈；10—油管头法兰;11—螺母；12—双头螺栓；13—节流器;14—小四通；15—压力表；16—弯接头；17—压力表截止阀；18—接头；19—铭牌采油（气）树本体：主要由各类闸阀、四通、三通、节流器（或油嘴、针形阀等）组成，安装在油管头的上部。其主要作用是控制与调节生产；确保顺利地实施压井、测试、打捞、注液等修井与采油作业3．采油（气）树本体null卡箍式采油（气）树本体 法兰式采油（气）树本体 null四、完井方式 （方法)（1）油层和井筒之间应保持最佳连通条件，油层所受损害小； （2）油层和井筒之间应有尽可能大的渗流面积，油气流入井筒阻力最小； （3）能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间相互干扰； （4）有效防止油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产； （5）应具备便于人工举升和井下作业等条件； （6）工艺简便、先进、安全可靠，成本低。完井：主要包括依据选定的完成方法，做好人工井底，装好井口装置，建立起油、气从油、气层流至地面的通道，为油、气井的正式投产做好准备。 完井要满足下列要求： null（一）裸眼完井方式先期裸眼完成法： 后期裸眼完成法： null（二）射孔完井方式套管射孔完井特点： 优点：可实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业。 缺点：出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。null2．尾管射孔完井尾管射孔完井特点： 在钻开油层以前上部地层已被套管封固，因此，可以采用与油层相配伍的钻井液以平衡压力、欠平衡压力的方法钻开油层。 一是有利于保护油层； 二是可以减少套管重量和油井水泥的重量，从而降低完井成本。 目前较深的油井大多采用此方法完井。null（三）衬管完井 衬管完井的特点： （1）油层不会遭受固井水泥浆的损害，修理或更换方便。 （2）既起到裸眼完井的作用，又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒。 (3)工艺简单，操作方便，成本低，特别在水平井中使用较普遍。图1-13 衬管完井示意图 1—表层套管；2—技术套管；3—水泥环； 4—衬管悬挂器；5—割缝衬管；6—油层null（四）砾石充填完井方式砾石充填完井概念： 是先将绕丝筛管下入井内油层部位，用充填液把在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石填充层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂的目的。裸眼砾石充填完井示意图 1—技术套管；2—铅封；3—筛管； 4,6—扶正器；5—砾石；7—油层；8—丝堵裸眼完井和射孔完井都可以充填砾石，称为裸眼砾石充填和套管砾石充填null图1-15 套管砾石充填完井示意图 1—油层套管；2—铅封；3—砾石；4—扶正器；5—油层；6—夹层；7—油层；8—筛管图1-17 陶瓷防砂滤管结构示意图 l一接箍；2一密封圈；3一外管； 4一陶瓷管；5一悬挂封隔器； 6一陶瓷滤管；7一油层图1－16 预充填绕丝筛管 l一接箍；2一压盖； 3一内丝筛管；4一砾石； 5一外绕丝筛管；6一中心管null1、裸眼完井2、割缝衬管完井： 水平井割缝衬管完井 1—技术套管；2—悬挂器；3—割缝衬管； 4—裸眼；5—扶正器水平井裸眼完井示意图 1—技术套管；2—油层；3—裸眼。（五）水平井完井方式 水平完井的特点：目前，水平井有三种基本类型，即大曲率半径水平井、中曲率水平井、小曲率半径水平井。水平段位移分别超过3000m、1500m和300m。null3、射孔完井 技术套管下过直井段注水泥固井后，在水平井段内下人完井尾管、注水泥固并。完井尾管和技术套管宜重合100n左右，最后在水平井段射孔，如图所示。水平井尾管射孔完井示意图 1—技术套管；2—悬挂器；3—水泥环；4—尾管；5—扶正器；6—射孔孔眼；7—油层4）管外封隔器（ECP）完井方式图1-21 套管外封隔器的完井示意图 1 —悬挂器；2—套管外封隔器； 3—割缝衬管；4—裸眼；5—油层null5）砾石充填完井方式水平井裸眼预充填砾石筛管完井示意图 1 —技术套管； 2—悬挂器； 3—扶正器 4—预充填砾石绕丝筛管；5—裸眼； 6—油层水平井套管内预充填砾石筛管完井示意图 1—悬挂器； 2—水泥环； 3—扶正器； 4—尾管； 5—预充填砾石绕丝筛管； 6—射孔孔眼； 7—油层null§1-2 井控技术概述井控工作方针： 警钟长鸣，分级管理，明晰责任，强化监管，根治隐患。 井控工作目标： 建立井控安全长效机制，杜绝井喷失控事故，实现井控本质安全。 根治“有钱买棺材，无钱治隐患”的短期行为。“宁听骂声，不停哭声”所谓“积极井控”是以实用、可靠的井控设备为基础，以周密、完善和执行到位的井控措施为保证，做到既保证井控安全，又能及时发现和保护油气层，使井控成为保护油气层，提高单井产量的重要手段，成为开展水平、欠平衡钻井以及提速的重要保障。不难看出，“积极井控”的前提是井控设备和井控措施，其核心或要害是保证井控安全，发现和保护油气层。目的是提高单井产量，同时也为水平、欠平衡钻井和提速提供保障。“积极井控”理念的内涵：null一、井控概念§1-2 井控技术概述 井控是实施油气井压力的控制，就是用井筒系统压力控制地层压力。当井筒系统压力与地层压力失去平衡后，地层流体就会浸入井筒，进而井口出现溢流、井涌、井喷，甚至井喷失控。井喷事故发生后，给社会造成不良影响，给企业灾难性、毁灭性打击，给人民生命财产带来不可逆转和无法弥补的损失。因此，井控安全人命关天！井控安全重如泰山！ null初级（一级）井控：是依靠适当的修井液密度控制住地层孔隙压力使得无地层流体侵入井内的方法。 二级井控：是指依靠井内正在使用中的修井液密度不能控制住地层孔隙压力，依靠地面设备和适当的井控技术恢复井内压力平衡的工作过程。（重点） 三级井控：指二级井控失败，井涌量大，终于失去控制，发生了井喷（地面或地下），这时使用适当的技术与设备重新恢复对井的控制，达到初级井控状态的工作过程。二、井控分级 §1-2 井控技术概述null1.井侵: 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,通常称之为井侵。三、与井控相关的概念 §1-2 井控技术概述null2.溢流: 当井侵发生后井口返出的修井液的量比泵入的修井液的量多,停泵后井口修井液自动外溢,这种现象 称之为溢流。三、与井控相关的概念 §1-2 井控技术概述溢流 .mpgnull3.井涌: 溢流进一步发展,修井液涌出井口的现象称之为井涌。三、与井控相关的概念 §1-2 井控技术概述null4.井喷: 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。三、与井控相关的概念 §1-2 井控技术概述钻进时发生溢流.wmvnull5.井喷失控: 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之为井喷失控。 总之，井侵、溢流、井涌、井喷、井喷失控反映了井底压力与地层压力失去平衡以后井下和井口所出现的各种现象及事故发展变化的不同严重程度。三、与井控相关的概念 §1-2 井控技术概述井喷失控视频nullⅠ级井喷事故 陆上油气井发生井喷失控，造成超标有毒有害气体逸散，或窜入地下矿产采掘坑道；发生井喷并伴有油气爆炸、着火，严重危及现场作业人员和作业现场周边居民的生命财产安全。 Ⅱ级井喷事故 陆上油气井发生井喷失控；陆上含超标有毒有害气体的井发生井喷；井内大量喷出流体造成对江河、湖泊、海洋和环境造成灾难性污染。 Ⅲ级井喷事故 陆上油气井发生井喷，经过积极采取压井措施，在24小时内仍未建立井筒压力平衡，集团公司直属企业难以短时间内完成事故处理的井喷事故。 Ⅳ级井喷事故 发生一般性井喷，集团公司直属企业能在24小时内建立井筒压力平衡的井喷事故。四、井喷事故分级 §1-2 井控技术概述null 五、井喷失控的原因 （客观、主观、不可预见，共计15个方面）1、起管柱抽吸,造成诱喷。 2、起管柱不灌修井液或没有灌满。 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、井口不安装防喷器。 6、井控设备的安装及试压不符合《石油与天然气井下作业井控规定》的要求。 7、井身结构设计不合理。 8、对浅气层的危害缺乏足够的认识。§1-2 井控技术概述null9、地质设计未能提供准确的地层孔隙资料，造成使用的修井液密度低于地层孔隙压力。 10、空井时间过长，又无人观察井口。 11、侧钻或加深钻进时，遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。 12、相邻注水井不停注或未减压。 13、修井液中混油过量或混油不均匀，造成液柱压力低于地层孔隙压力。 14、思想麻痹，违章操作。 15、不可预见的原因。如：客观因素、自然灾害等。 五、井喷失控的原因§1-2 井控技术概述null§1-2 井控技术概述null七、井喷失控后的紧急处理1、立即停车、停炉、断电，并设置警戒线。严禁一切火源。 2、尽快由四通向井口连续注水，用消防水枪向油气喷流和井口周围大量喷水。迅速做好储水、供水工作。并将氧气瓶油罐等易燃易爆物品拖离危险区。 3、成立有领导干部参加的现场抢险组，迅速制定抢险，集中统一领导负责现场施工指挥。 4、测定井口周围及附近的天然气和硫化氢气体含量，划分安全范围。 5、清除井口周围和抢险通道上的障碍物。已着火的井要带火清障。 6、换新井口前必须进行技术交底和演习。 7、尽量不在夜间进行井喷失控处理施工。 8、做好人身安全防护工作，避免烧伤、中毒、噪音等伤害。§1-2 井控技术概述null八、做好井控工作1、正确认识井控工作------警钟长鸣； 2、认真做好井控工作：思想重视，措施正确，严格管理，技术培训，装备配套。 3、加强井控培训：根据井控工作职责的不同，提出不同的井控培训要求。 4、完善#管理#，加强管理和监督； 5、施工现场要有专业监管人员按照设计要求，对各环节进行现场监督和检查； 6、建立健全井控管理体系和井喷事故责任追究制度； 7、明确工程事故及井下复杂情况的处理权限，禁止越权处理； 8、建立复杂情况和事故处理的统一协调制度、工作程序和技术支持与决策的专家队伍。§1-2 井控技术概述null九、井下作业与钻井井控的区别1、井下作业井控工况比钻井井控复杂得多； 2、中国石油天然气集团公司2006年5月颁发的《中国石油天然气集团公司石油与天然气井下作业井控规定》，明确规定利用井下作业设备进行钻井（含侧钻和加深钻井），原钻机试油或投产作业，均执行中国石油天然气集团公司颁发的《石油与天然气钻井井控规定》； 3、不同的井下作业设备之间差异较大； 4、井下作业装备运移性强，作业时间短； 5、井身结构与钻井不同，作业所需数据可以参考钻井、采油等资料； 6、作业工况不同，井下工具多样化，使井控工作复杂化； 7、井口装置及作业的要求不同； 8、洗井压井多采用反循环。§1-2 井控技术概述主 要 内 容 主 要 内 容 井控技术概况 压力 溢流与控制 压井 修井作业过程中的防喷措施 井控设计null第二章 压 力（一）压力： 是指物体单位面积上所受的垂直力，Pa（怕）。 　　　1Pa是1m²面积上作用1牛顿的力。 1Kgf=9.81N　　1Pa=1N/m²　　　 1MPa=10³KPa=10 Pa （二）静液压力：由液体自身重力产生的压力。符号是：Ph 公式为：Ph＝ ρgH＝ ０.0098ρH (Mpa) 其大小取决于液体密度及所在位置的垂直深度而与液体的断面形状无关。 修井液静液压力：Pm= ０.0098ρmH (Mpa) 一、井下各种压力的概念null（三）地层压力梯度：每米地层压力的变化值。 Gp= Pp / H （ MPa/m） 现场常用千帕/百米。有时还用千帕/十米、兆帕/百米一、井下各种压力的概念（四）地层压力（Pp：MPa） 1、概念：是指作用在岩石孔隙内流体上的压力。 2、地层压力： （1）正常地层压力：等于从地表到地下该地层处的静液压力。 Gp：0.0098---0.010486 (MPa/m) （2）异常高压：凡压力梯度高于淡水或盐水柱压力梯度的地层压力。 Gp>0.010486 ( MPa/m) （3）异常低压：凡压力梯度低于淡水或盐水柱压力梯度的地层压力。 Gp<0.0098 (MPa/m)null （五）上覆岩层压力 任意深度岩层上覆岩层压力是指上覆岩层的岩石骨架及孔隙中流体的总重量所产生的压力。 上覆岩层压力、基岩应力、地层压力之间关系： 上覆岩层压力=地层压力+基岩应力一、井下各种压力的概念（六）地层破裂压力 1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力。Pf—MPa 2、地层破裂压力梯度： 每单位垂直深度地层破裂压力的变化值Gf——MPa/m Gf=Pf/H 3、地层破裂压力的意义： 地层破裂压力是确定最大允许使用钻井液密度的重要依据 地层破裂压力是确定套管下入深度的重要依据 地层破裂压力是确定最大允许关井套压的重要依据null（七）井底压力Pb (MPa)： 是指地面和井内各种压力作用在井底的压力总和。 （八）泵压、套压、油压 泵压：克服井内循环系统中摩擦损失所需要的压力。 套压：油管与套管环形空间内，油和气在井口的压力。 油压：油气从井底流动到井口后的剩余压力。一、井下各种压力的概念null（九）井底压差 井底压力与地层压力之间的差值。 △P=Pb-Pp 井底压力小于地层压力是导致发生溢流的根本原因，而引起井底压力小于地层压力的原因则是多方面的。 a、△P>0过平衡 b、△P=0相平衡 c、△P<欠平衡 （十）压力损失 压力损失是指修井液在循环、节流及其与所碰到的物体发生摩擦所引起的压力消耗。 压力损失大小取决于修井液密度、黏度、排量、流通面积及其地面管汇长度与形状等。一、井下各种压力的概念null二、压力的表示方法 1、用压力的具体数值表示：直接表示法，MPa。 2、用地层压力梯度表示： MPa/m Gp = Pp / H 3、用等效钻井液密度表示（当量密度）： g/cm³ 某点压力等于具有相当密度的流体在该点所形成的液柱压力，这个密度成为修井液当量密度。 Pm= ０.0098ρmh ρm= Pm/０.0098h 4、用压力系数表示：无单位 该地层压力与同井深的淡水静液压力之比，无单位。其数值等于该点修井夜密度。 null 地层压力的表示方法举例： 1、用地层压力梯度：某井2000m处地层压力是24MPa，试确定该地层的地层压力梯度， Gp=Pp/H=24/2000=0.012MPa/m=1.2KPa/100m 2、用等效修井液密度：某地层3000m处地层压力是50Mpa，试计算该地层等效修井液密度： Pp=Pm=0.0098ρH ρm=Pm/0.0098H=102Pp/H=102×50/3000=1.7g/cm³ 3、用地层压力系数：例某地层1000米处地层压力是11.76MPa，试计算该地层的地层压力系数： Pp=11.76MPa H=1000 m Pm=0.0098ρmH, Pm=0.0098×1.0×1000=9.8MPa 地层压力系数=Pp/Pm=11.76/9.8=1.2null1、修井液静液柱压力（Pm）: 由井筒内液体自身重量产生的压力。 2、波动压力 定义：在起下作业中，管具在井内上下运动，引起井筒内液体上下流动产生摩擦阻力使井底压力发生变化，这个变化压力称为波动压力，也叫压力激动。包括： (1)抽汲压力：在起管柱作业中管具在井内的体积越来越少，引起钻井液向下流动填补起出钻具体积使井底压力减小； (2)激动压力：在下管柱作业中管具在井内的体积越来越多，排挤钻井液向外流出，使井底压力增加。 3、流动阻力（压力损失）在压力推动下修井液从泵进入循环系统。（一）井底压力的组成三、井内压力系统的平衡关系null（二）井内压力系统的平衡关系 1、空井（静止状态）：井低压力=静液柱压力 2、正常循环： 井低压力=静液柱压力+压力损失 3、起管柱时： 井低压力=静液柱压力-抽吸压力 4、下管柱时： 井低压力=静液柱压力+激动压力 5、节流循环时： 井低压力=静液柱压力+环形空间压力损失+井口回压 6、溢流关井时： 井低压力=静液柱压力+井口回压 从以上几种情况看，起管柱时井底压力最小，发生井喷的可能性较大；尤其是不及时向井内灌修井液情况更危险。三、井内压力系统的平衡关系主 要 内 容 主 要 内 容 井控技术概况 压力 溢流与控制 压井 修井作业过程中的防喷措施 井控设计 第三章 溢流与控制 （操作工必须掌握） 第三章 溢流与控制 （操作工必须掌握）溢流: 当井侵发生后井口返出的修井液的量比泵入的修井液的量多,停泵后井口修井液自动外溢,这种现象 称之为溢流。 尽早发现溢流是井控技术的关键环节。 井喷很少突发，大多数井喷有先兆，只要观察仔细、有效预防，绝大多数井喷是可以避免的。非故意溢流：修井过程中的溢流。故意溢流：机械采油、试油诱导。溢流钻进时发生溢流.wmvnull3、修井液密度不够:修井液密度不够是井涌原因之一。修井液气侵有时严重地影响修井液密度，降低静液压力。 2、过大的抽吸力:起管柱的抽吸作用会降低井内的有效静压力，会使静压力低于地层压力，从而造成溢流。 一、溢流的原因 4、循环漏失 俄罗斯堵漏.MPG 循环漏失：井内修井液漏入地层，引起井内静液压力下降。下降到一定程度时，井涌就可能发生。 5、地层压力异常 如受油气田注水的影响，老井套管外连通等等。1、起管柱时井内未灌修井液:由于油管起出，油管在井内的体积减少，井内的液面下降，这就减小了静液压力。不管在和井内连通的哪一点上，只要修井液液柱压力低于地层压力，就可能发生溢流。null二、溢流的发现与控制（1）修井液池液面升高 侵入井内的地层流体使循环液体的总体积增加。因此，除了其它原因（例如加修井液或重新配制修井液）以外，修井液池中液面升高是修井时地层流体流入的可靠信号。 1、地层流体侵入井内带来的变化 （一）溢流的发现（操作工--重点）null二、溢流的发现与控制（3）钻速突快（侧钻时） 往往在深处出现反常的突然快速钻进，表明钻头已到达一含流体的地层，特别是在地层压力接近和超过泥浆柱压力的时候。因为过平衡压力值的减少或失去，使钻头钻得比较快了。（2）修井液从井中流出 由于气体膨胀，气侵修井液愈接近地面，它的体积愈大，但是井的断面基本上是一样的，这就意味愈靠近地面气侵修井液的流速愈高。所以，溢流首先表现为出口管返出修井液流速加快，然后修井液池液面升高，最后在地面出现天然气。因此，可通过仔细观察井口返出修井液的流速变化，及时发现地层流体的流入。如果泵的排量没有变化，而排返出修井液的流速突然加快，就表明已有地层流体流入。null（4）循环泵压下降 循环压力与修井液在油管内的摩擦阻力、修井液在油管和环形空间内的摩擦阻力有关。油管内外的任何静水压力不平衡液必须计算进去。如果遇天然气，它在环形空间里上升膨胀。天然气的膨胀置换了环形空间里一部分修井液，因此环形空间里液柱压力要比油管里的轻。 （5）天然气、油或盐水显示 地层中的天然气、油和盐水进入井以后，从井中循环返出的修井液也许有各种显示。有些显示是很明显的，例如修井液中一股黑色的油，或者是多泡沫的气泡。 （6）悬重增加 地层流体侵入井内，井内流体密度下降，浮力减小，悬重增加。二、溢流的发现与控制null1）起下油管过程中溢流的发现 （1）起油管时，如果发现起出管柱体积大于灌注修井液体积 （2）下油管时，如果下入井内管柱体积小于修井液返出井口的体积。 2）压井过程中溢流的发现 （1）进口排量小，出口排量大，出口液体中气泡增多。 （2）进口液体密度大，出口液体密度小，密度有下降的趋势 （3）停泵后进口压力增高。2、溢流的发现二、溢流的发现与控制null3）空井：井口有外溢，关井时油套压不为零。 4）钻塞、侧钻施工时溢流的发现 （1）修井液液面升高； （2）出口修井液流速加快； （3）循环泵压下降； （4）修井液性能发生变化。 5）其他作业时溢流的发现 比如电缆测井（电缆射孔）作业时，溢流从井口溢出。二、溢流的发现与控制null（二）溢流的控制 发现溢流立即关井，疑似溢流关井检查,确认溢流立即汇报。 1、发现溢流后，按程序迅速关井。一旦发生溢流，应当尽可能快地关井。优点： 1）控制住井口，使井控工作处于主动，有利于安全压井 2）制止地层流体继续入井 3）可保持井内有较多的修井液，减少关井压力 4）可以比较准确的确定地层压力 5）可以准确的确定压井液密度二、溢流的发现与控制null2、关井的关键：1）关井要及时果断。 2）关井压力不能超过防喷器、套管极限压力，地层破裂压力。硬关井：关封井器时节流管汇处于关闭状态。其特点：步骤少，关井所用时间短，溢流侵入量小，封井器所受水击作用大，不安全。 软关井：先打开节流管汇，关封井器，再关节流管汇。其特点：步骤较多，关井所用时间较长，溢流侵入量较大，但水击作用小、较安全。 当四通的阀门都打不开的时候，能控制溢流量时用硬关井。3、关井方法：二、溢流的发现与控制null（三）发现溢流时的处理方法 1、起管作业发生溢流时的处理 立即停止起管柱作业，按起下管柱关井程序关井，求取油、套压力，确定压井液密度，按要求进行压井，确认压井合格后方可继续施工。2、电缆射孔时发现溢流的处理 ①发现溢流应停止射孔，起出枪身； ②来不及起出射孔枪时，应剪断电缆； ③按空井关井程序关全封闸板或抢装简易井口。3、起下电泵作业时发生溢流 ①发现溢流后应停止起下电泵作业； ②用剪断电缆专用钳子立即剪断电缆 ③按关井程序关井。二、溢流的发现与控制null4、起下泵、杆时发生溢流 ①发生溢流时，应立即抢装泵杆悬挂器； ②如果喷势较大无法安装泵杆悬挂器，应立即将泵杆丢入井内； ③关闭井口或防喷器。5、冲砂时发生溢流的处理 ①发生溢流应停止冲砂作业； ②循环洗井至出口无砂； ③如条件允许将管柱上提至原砂面以上，按关井程序进行关井； ④否则直接关井（关闭半封闸板）； ⑤压井作业。二、溢流的发现与控制null6、旋转作业时发生溢流的处理 ①发生溢流应停止旋转作业； ②将方钻杆提出，按关井程序进行关井（关闭半封闸板）； ③节流循环洗井至出口无砂、铁屑； ④安装了环形（万能）防喷器的如果方钻杆不能及时提出，可直接关环形防喷器； ⑤压井作业。二、溢流的发现与控制null三、气体溢流 （一）天然气特点：密度小、易燃易爆、扩散性大、H2S有剧毒。（二）气体的特性（气体定律） PV=ZnRT 油藏一定时，ZnRT近似看成常数。P↗,V↘; P↘,V↗; P不变，V不变； V不变，P不变。则： PV——常数（三）气侵途径置换（密度差——内在） 扩散（浓度差——外在） 渗透（流）释放（压差——游离、溶解气）null（三）天然气对修井液 液柱压力Pm的影响敞开 气体侵入修井液后，以游离状态——微小气泡吸附在修井液微粒的表面，随着修井液循环上返。气泡在上升过程中，由于所处压力不断降低，气泡体积就逐渐膨胀增大，因此，气侵修井液的密度在不同深度是不同的。如图。三、气体溢流 null3000m处0.26m³天然气气柱的膨胀上升情况。这种情况在一些起管柱开始时发生局部抽汲的井中是容易发生的。起初是很小的，但是当天然气接近井口时膨胀迅速增加，如图所示。随着向井口的上升，气柱压力减小，井底压力减小，易发生井喷。例如：井深750m时，体积增长4倍； 在井深375m时，体积增长8倍； 在187.5m时，体积增长16倍。 当上升到一定高度后，由于压力降低，气体膨胀就足以使上部修井液自动外溢喷出。1.开井状态：null2.关井状态：气体的体积不变，气柱受到压力不变，井口压力增加，井底压力亦增加，从压井管汇强行泵入钻井液，从节流管汇放出气体，待没有气体时，才可压井。一口受到气侵而关闭的井，井底压力的变化情况。 所用压井液密度1.20g/cm³,如果在3000m深处的井底有天然气，其压力为35.4MPa，其气柱上升井底压力变化如图所示。结论： 1、无论是开井或关井状态，气体存在时，由于密度差，气体都要向上运动。 2、受气体影响，关井状态井口和井底压力都在增加。nullA点：P=21+（1*0.0098*2000）=41MPa 42MPa>41MPa>36MPa 关井最大压力: P=36MPa -（1*0.0098*2000) =16MPa 气侵发生井涌，测得立管压力（防喷器承压50MPa）21MPa，油层破裂压力36MPa，A点处套管承压42MPa，问此时可以关井？为什么？关井最大压力应是多少？ 三、气体溢流 null关井天然气体积不膨胀对实际工作的影响： 1、井口压力过高，井口装置要求必须具有足够高的工作压力； 2、不应该使井长时间关闭而不循环（有修井液的井内不同深度处都有可能作用着更高的压力）； 3、气侵修井液循环出井时，为了不使井口和井内发生过高压力，允许天然气膨胀，但是，要节流控制； 4、关井天然气不膨胀，井口压力增加，容易误解为地层压力非常高，并且据此计算所需的修井液密度。三、气体溢流 null1、关井后天然气上升的处理方法 （1）油管压力法 原理：通过节流阀，间断放出一定数量的修井液，使天然气膨胀，气体压力降低。通过油管压力控制天然气的膨胀和井底压力，使井底压力略大于地层压力，以防止天然气再进入井内，又不压漏地层。 （2）容积法 原理：依据井底压力，环空静液压力和井口套压的变化关系，控制井底压力略大于地层压力，让气体上升膨胀 。2、天然气上升到井口的处理方法 采用顶部压井法。顶部压井是从井口注入修井液置换井内气体，以降低井口压力并保持井底压力略大于地层压力。三、气体溢流 主 要 内 容 主 要 内 容 井控技术概况 压力 溢流与控制 压井 修井作业过程中的防喷措施 井控设计第四章 压 井第四章 压 井一、压井的概念、目的和原理 1、 压井：当溢流发生后，在井内重新建立一个修井液液柱压力来平衡地层压力的工艺。 2、压井目的：把井暂时压住，防止井喷事故发生，以便于施工作业的进行。3、压井的原理：就是利用井筒内的液柱压力来平衡地层压力，使地层中的油、气、水能暂时停止流动。 1）U形管原理null1）U形管原理 钻柱内与环形空间是一个连通的U型管体系，利用节流阀产生的阻力（即回压）和井内的修井液柱压力所形成的井底压力来平衡地层压力，压井过程中始终保持井底压力不变，控制地层流体再进入井内。同时又不使控制压力过高危机地层与设备。 根据U型管原理，可以建立溢流发生后和压井时的压力平衡关系，利用立管压力判断与控制井底压力。null钻柱内：环空内：式中: Pd---关井立管压力，MPa；Pdm---钻柱内钻井液静液压力，MPa； Pa---关井套管压力，MPa；Pam---环空内钻井液静液压力，MPa； Pb---井底压力，MPa； Pp---地层压力，MPa。（1）关井时井眼系统的压力平衡关系为：null关井后，在地面上可以读得关井套压和关井立压。溢流发生时，关井套压比关井立压高，因此，关井套压不能作为判断井底压力的依据。 可根据关井立压和管柱内修井液静液压力确定井底压力，即：Pb=Pd+Pdm=Pd+0.00981ρm D为什么？气侵污染null（2）循环压井时，地层与井眼系统的压力平衡关系为：钻柱内： Pb=Pc-Pdc+Pdm=Pp+Pac 环空内： Pa+Pam+Pac=Pp+Pac 此时井底压力： Pb=Pp+Pac 式中 Pc---开井循环泵压，MPa； Pdc---钻柱及钻头水眼内的循环压降，MPa； Pac---环空内的循环压降，MPa。 式中其他符号同前。 设循环时的立管总压力为PT,则： PT=Pd+Pc PT-Pdc+Pdm=Pb=Pa+Pac+Pam 结论结论：在钻具及井深一定的循环系统中，当钻井液密度和泵排量一定时，在循环系统中要保持井底压力不变，可以通过控制循环时立管总压力不变来实现。null2）压井基本要求（1）压井时的井底压力必须等于或稍大于地层压力，避免井侵； （2）压井过程中，不能发生溢流失控造成井喷事故； （3）压井时不能使井筒受压过大，保证不压漏地层、不破坏套管，避免出现复杂情况或地下井喷； （4）要保护好油气层，防止损害油气层生产能力。null5、井涌后的测压 在井口装置完善的情况下，发生井涌时，提起方钻杆，停泵，关防喷器，停留10～15min，观察立管压力与套管压力（简称套压），然后接上回压凡尔。 则地层压力为： Pp = P1 + Pg = Pt + Ph 式中 P1 、Pt——分别为立管压力和套管压力，MPa； Pg 、Ph——分别为钻杆（油管）液柱压力和油、套环空液柱压力，MPa。二、地层压力确定的方法null二、地层压力确定的方法由于环空压井液已被油、气污染，采用环空液柱压力计算地层压力是不准确的，只有用立管压力计算地层压力，即：Pp = Pd+ Pdm = Pd+0.00981ρmH 在钻开油气层之前，为了防喷，方钻杆下装有单流阀，无法读出力管压力。 解决办法： 在关井后当井底压力稳定后，先读出关井套压，再用节流阀保持套压不变情况下，把压井液缓慢经立管泵入管柱内，记录压井液开始通过单流阀时的立管压力，由于流速小可忽略阻力，这个只可作为立管压力来求得地层压力。 如果立压不准确，可以让泵缓慢泵入一部分压井液（约1min），用节流阀使套压保持在关井套压值不变，然后停泵关节流阀。此时立管压力即为所求。 由于环空受气侵严重，通常关井套压大于立管压力。这个差值的大小，反映了地层中流体侵入的严重程度。null（一）井底常压法压井原理原理：在实施压井过程中始终保持井底压力与地层压力的平衡，不使新的地层流体流入井内，同时又不使控制压力过高危机地层与设备。U型管原理。常压：就是使井底压力保持恒定并等于（或稍稍大于）地层压力。根据压井时井底压力与地层压力始终平衡的基本原理，控制一口井唯一正确的方法是使井底压力保持恒定。三、压井方法建立压力系统概念null（1）在静止状态下（Pd、Pa为零）：井底压力等于钻柱或环空静液柱压力。 （2）在静止关井条件下（有溢流）：井底压力等于关井立压加钻柱静液压力或关井套压加环空静液压力。 （3）在循环压井条件下：井底压力是环空静液压力、环空和节流管线压力损失和套压的总和或钻柱静液压力、钻柱及循环管线压力损失关井立压总和。 根据U型管原理，套管和立管压力紧密相关，改变套管或节流阀压力可以控制井底压力，影响立管压力使之产生同样大小的变化。1、井底压力 Pbnull循环压力损失：修井液通过地面管线、井下钻柱、钻头水眼后上返环空，由于摩擦而引起的压力损失。 静液压力的不平衡值：油管与环空静液压力的差值。无溢流、井涌平衡值等于零，否则，泵压高。 控制井涌的压力：即是在循环出气侵液时所需要或出现的压力。包括地面回压和节流管汇压力损失。立管压力=循环压力损失 + 静液压力的不平衡值 + 控制井涌的压力2、立管压力Pd立管压力=循环压力+井底压力-钻柱静液压力循环压力只包括地面管汇、钻柱及钻头水眼处的压力（损失）null（二）压井方法 现场常用：循环法、灌注法和挤注法三种。 1、循环法压井（井底常压法压井） （1） 反循环法压井（修井常用） 特点：对地层回压大、污染大，但对高产井、高压井、气井的压井成功率比正循环压井高。多用在压力高、产量大的油井，以及有深井泵和单流凡尔的油井。因为当压井液到达油管鞋时，则可用出口闸门控制其喷出量，所以不会使压井液气浸。这样，容易提高压井效果，使压井取得成功。 null（2） 正循环法压井 特点： 循环法压井的关键是确定压井液的密度和控制适当的回压。正循环压井对地层回压小、污染小，用于低压、气量较大的油井效果较好。在使用正循环压井时，应先将井筒内气体放空。因为此类井压力低，气量大，突然放空，会造成暂时停喷。然后，立即从油管内将压井液打入。这样，压井液受气浸的可能性小，也不至于造成漏失，故压井可以得到成功。但对高产井、高压井、气井的压井成功率比反循环压井低。司钻和工程师法压井是正循环法压井的特例。原理：即将压井液从管柱内泵入井内顶替井内流体，由环形空间上升到井口的压井过程。null2、灌注法 灌注法就是往井筒内灌注一段压井液，把井压住。 灌注法多用于井底压力不高、修井工作难度不大、工作量小、修井时间短的简单修井作业。如换油井采油树总闸门，解除井口附近卡钻事故，焊接井口，更换四通法兰等。优点是：不使压井液与油层接触，基本排除了油层受侵害的可能性。这种压井方法设备简单，操作方便，修完故障后很快就能使油井恢复正常生产。null3、挤注法 挤注法是在既不能用循环法，又不能用灌注压井的情况下采用的。如井下砂堵、蜡堵或因某事故不能进行循环的高压井等。其方法是压井时井口只有压井液进口而没有出口，在地面用高压将压井液挤入井内，把井筒内的油、气、水挤回地层，以达到压井的目的。 这种方法的缺点是：在用高压将井筒内油（气、水）挤回地层的同时，也有可能将井内的脏物（如沙、泥等）压入油层，造成油层孔道堵塞，对油层不利。null（三）压井方法介绍在实际工作中，无论哪种压井方法都遵循常压法压井原理，即用节流阀开关来调节回压，保持井底压力不变，从而使井底压力与地层压力在循环压井过程中一直保持平衡关系。 1、用原密度钻井液循环压井 （1）循环时立管压力（PT） PT=Pd +ΔPda ΔPda----循环时钻井液在整个系统中的流动阻力，MPa （2）井底压力 （Pb） Pb=Pp +ΔPac ΔPac-----环空压力损失，MPa。 （3）套管压力（Pa） Pd+ ΔPda -ΔPdc+Pdm=Pp=Pa+Pam ΔPdc----钻杆内和钻头水眼的压力损失，MPa。 实现井底压力不变的方法：在保持循环压井泵速不变的条件下，控制循环时立管压力不变，使PT=Pd+ΔPda，通过调节节流阀来控制循环时的PT和Pd不变。null2、用加重钻井液循压井分两步进行，第一步用原密度的压井液循环，排除已污染的井内压井液；第二步用重浆压井液置换出原密度压井液，达到压井目的。施工时间长，有时会发生井喷失控。 即：压井时一般先打入清水或原来的压井液，用节流阀控制回压，使得循环初始的总立管压力等于关井立压加循环泵压，在泵速不变情况下，立管压力保持不变，节流阀控制循环初期的总压力不变，当环空中受侵的压井液排除后，立即打入高密度压井液，开始压力为初始循环总压力，以后由于重浆泵入量增大，立管处总压力降低，但必须控制总压力不得大于重浆循环的终了压力，并保持不变，当高密度压井液返出井口时，套管压力降为零，压井结束。1）司钻法压井null司钻法压井方法简介 压力平衡关系： Pd+Pmd=Pa+Pma=Pb≧Pp 注：在压井过程中，要始终保持这个关系式，保证整个压井过程中不产生新的溢流。但也不能使地面压力过大而压漏地层。压井参数计算 1、关井立管压力的确定 （1）钻进时发生溢流关井立压的确定钻进时发生溢流关井，压力有一个建立平衡的过程，所以，关井后不能马上读取立压、套压值。应待关节流阀试关井成功后10----15分钟再读取。但也不要时间过长，否则气柱因滑脱上升使井口压力升高而造成立压套压不准。null（2）钻杆中装有回压凡尔求关井立压 A、已知压井排量和相应低泵速泵压求关井立压 Pci 压井排量一般为钻进排量的1/2----1/3 求关井立压的操作过程： 接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵，同时调节节流阀，使套压保持关井套压不变，当排量达到压井排量使，调节节流阀，保持套压不变，记录此时的循环立管压力PTi，停泵关节流阀。 计算关井立管 压力 PTi = Pci + Pd Pd=PTi﹣PcinullB、用顶开回压凡尔法求关井立压 Pd 操作过程： (1)接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵(水泥车)向井内注少量原钻井液,观察立压.套压的变化;当回压尔凡被顶开,当套压由初始关井套压上升到某一数值时,同时记录此时的立压Pd1和套压 Pa1 停泵。 (2)计算 Pd ∵ △ Pa=Pa1-Pa △Pd=Pd1-Pd ∴ △Pd= △Pa 同一系统压力增加值相等 Pd=Pd1- △Pa Pd1 、△Pa = △Pd均为已知null2、计算地层压力 地层压力=9.8×原浆密度×液柱高度+关井立压=Pm+Pd 3、计算压井钻井液密度 压井钻井液密度=地层压力/9.8H +附加密度（据地层压力计算） 或 压井钻井液密度=ρm+Pd/9.8H +ρe （据立管压力计算）null4 、计算钻具内容积V1 环空容积V2 总容积 V1+ V2 V1=钻具内容积系数×钻具长度 V2=环空容积系数×井眼长度 钻具内容积系数=钻杆内截面积×1米　 环空容积系数=环空截面积×1米 5、循环时间 （1）总循环时间 t=V/60Q t－循环时间 （min） V－总体积（钻具内容积＋环空内容积）（L） Q－排量 （L/s）null（2）正常钻井由井底到井口的迟到时间 t =V/60Q t－钻井液由井底到井口的迟到时间 （min） V－环形空间的体积 （L） Q－排量 （L/ S） （3）总循环的时间、包括地面设备 t =V/60Q t－总循环时间 （min） V－总体积（地面设备+钻具内+环空） （L） Q－排量 （L/S） null（2）正常钻井由井底到井口的迟到时间 t =V/60Q t－钻井液由井底到井口的迟到时间 （min） V－环形空间的体积 （L） Q－排量 （L/s）  （3）总循环的时间、包括地面设备 t =V/60Q t－总循环时间 （min） V－总体积（地面设备+钻具内+环空）（L） Q－排量 （L/s）null（4）地面到钻头时间 t =V/60Q V－钻具内的体积 （L） Q－排量 （L/s） t－地面到钻头时间 （min） （5）钻头到套管鞋的时间 t =V/60Q V－钻头到套管鞋处环空的体积（L） Q－排量 (L/s) t－钻头到套管鞋的时间 （min）null5、计算压井循环时的立管压力 （1） 初始循环立管压力 PTi △发生溢流后用原浆压井排量循环时的立管压力。 △低泵速泵压：Pci的取得，是用打钻排量的二分之一至三分之一的立管压力。 null（2）终了循环立管压力 PTf 就是用重浆压井排量循环的低泵速泵压 在其他条件相同的情况下钻井液的流动阻力即循环力压与钻井液成正比 终了循环立压=低泵速泵压Pci×压井钻井液密度÷原钻井液密度6 计算最大允许关井套压 前面已经讲了关井最大套压的确定应依据井口防喷器额定工作压力，套管抗内压强度的80﹪。地层破裂压力三者之中最小的为依据，但在一般情况，地层破裂压力最薄弱，以破裂压力为依据计算允许关井套压。我们作压裂实验时所得到的立管压力值即为最大关井套压。null发生溢流关井后地面 压力的几种情况和处理 （1）Pd=Pa=0 这种情况说明虽然发生溢流但原钻井液柱压力环空和钻杆内都能平衡地层压力可打开防喷器循环除气。 （2）Pd=Pa﹥0 这种情况可能是圈闭压力。如消除圈闭压力后都为零按（1）处理；如消除圈闭压力或者根本不存在圈闭压力按司钻法第二循环周压井。如何消除圈闭压力: 从节流阀中放出少量钻井液 关节流阀，观察立压、套压的 变化，如果都下降，说明有圈闭压力。继续放钻井液，直 到立压不下降。套压会有升高。注意；放钻井液时也要考 虑到压力的滞后现象。null（3）Pd=0 Pa ﹥0 说明原浆液柱压力能平衡地层压力，环空侵入了地层流体 处理：按司钻法第一个循环周处理 （4）Pd﹥0 Pa ﹥0 Pa ﹥Pd如消除圈闭压力后还是Pa ﹥Pd ﹥0 按常规的压井方法压井。即司钻法压井和工程师法压井。null司钻法压井操作步骤 (1)发现溢流用正确的关井程序关井 (2)计算压井所需数据 (3)填写压井施工单 (4)配制重压液 (1.5-2）倍的V总 (5)压井 第一个循环周用原钻井液循环排溢流 ①接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵同时调节节流阀，使套压保持关井套压不变。 ②当排达到压井排量时保持排量不变，调节节流阀。使立管压力达到初始循环立管总压力Pti。 ③继续循环 排量不变，溢流排出井口过程中，调节节流阀保持初始循环立管总压力Pti不变。溢流全部排出井口后，停泵关节流阀。这时Pd=Pa为关井立压值， 第一个循环周结束。null第二个循环周用重钻井液压井 ①用重浆缓慢启动钻井泵同时调节节流阀使套压保持第一个循环周结束时的套压不变。 ②当排量达到压井时,调节节流阀;重浆由地面到达钻