1、 井控技术 第一节 与 井控 有关 的压 力问题 . 2 一井 眼内 几个 压力 的基 本概念 . 2 二异 常地 层压 力的 预报 和监测 . 3 三地 层破 裂压 力 . 5 四地 层坍 塌压 力概 念 . 6 第二节 溢 流及 其正 确控 制方法 . 6 一有 关溢 流和 井喷 的名 词概念 . 6 二地 层一 井眼 系统 平衡 条件 . 6 三溢 流发 生的 原因 . 7 四气 侵的 特点 . 7 五溢 流信 号 . 8 六正 确控 制溢 流的 方法 . 11 第三节 压 井 方 法 . 15 一压 井基 本数 据计 算 . 15 二压 井方 法 . 22 三压 井过 程中 异常 情况
2、 的判断 与处 理 . 27 四井 控作 业中 应防 止出 现的错 误 . 28 第四节 井控 设备 . 28 一井 控对 井口 装置 的要 求及防 喷器 分类 . 28 二海 上油 气井 井控 装置 配套标 准 . 29 三防 喷器 . 32 四防 喷器 控制 系统 . 44 五井 控装 置的 其它 主要 部件及 附件 . 49 第五节 井控 装置 试压 . 62 一试 压次 数要 求 . 62 二试 验压 力规 定 . 62 三试 压介 质 . 63 四试 压设 备和 工具 . 63 五试 压程 序 . 64 附件 1 井 控主 要人 员的 职责 . 69 附件 2 海上 井喷 失控 的应
3、 急程序 . 70 参考文 献. 73 井 喷是 地层 流体 （ 油 、 气和 水） 无 控制地 涌入 井筒， 喷 出地 面的 现象。 钻井过 程中， 井 喷是危 及海 上作 业安 全的 恶性事 故， 井喷 失控 是重 大恶性 事故 ， 井 喷失 控着 火更是 灾难 性的 恶性事 故。 溢流 失控 导致 井喷或 井喷 失控 ， 使 井下 情况复 杂， 无法 进行 钻井 作业。 如果 井喷 失控着 火将 会造 成船 毁人 亡、 井 眼报 废、 破坏 油气 资源、 污染 自然 环境 等严 重后果 ， 给 国家 和企业 带来 巨大 损失 。 因 此， 切 实加 强防 喷工 作， 掌握和 实施 井控
4、技术 ， 杜 绝井喷 事故 的发 生， 确保 海上 钻井作 业安 全， 是我 们海 上钻井 工作 者的头 等大 事 。 溢流 和井 喷的根 本原 因 是 地层和 井眼 系统 的压 力失 去平衡 。 当 我们 对地 层孔 隙压力 掌握 不清 ， 或 由于 某些外 力及 人为 因素造 成钻 井液 柱压 力降 低，使 静液 柱压 力小 于地 层孔隙 压力 较多 时， 将导 致溢流 和井 喷 。 为了保 持地 层与 井眼 系统 的压力 平衡 ， 在 现场 作业 中， 应 使钻 井液 柱压 力略 大于地 层孔 隙压 力， 防止 地层 流体侵 入井 眼内 。 当 溢流 发生后 ， 则 要利用 具有 不同
5、功能 的各 种先进 的井 控设 备控制 溢流 。 在平台 上钻 井和地 质监 督 、 平台 经理 、 高 级队 长和 司钻等 高岗 位人员 是实 施 井 控技术 的关 键人 物， 参加 平台钻 井作 业的 人员 必须 了解井 喷的 征兆 和预 防措 施， 熟 悉现 代井 控装置 的功 能和 特性 ， 掌 握和井 喷作 斗争 的原 理和 方法， 而且 具有 在紧 急情 况下能 够制 服溢 流和井 喷的 过硬 本领 ，这 就是我 们研 究和 掌握 井控 技术的 根本 任务 。 第一节 与 井控有 关的 压力问 题 一 井眼 内几 个压力 的基本概 念 1 地 层孔 隙压 力（ 地 层压力 ）： 是
6、 指在 地下 岩石 孔隙 内流体 （油 、 气 和水 ） 聚 集的 压力。 用符 号P P 表 示， 单位 用兆帕 （MPa ） 或磅 英寸 2 （psi）和 公斤 厘 米 2 （Kg cm 2 ）表示 。 地 层压 力梯 度： 单位 深度的 地层 压力 变化 。 用 符号G P 表 示， 单位 用兆 帕 米 （MPa m ） 或磅 英寸 2 英 尺（psi f t ）和公 斤 厘米 2 米（kg cm 2 m ）表示。 2 静液 柱压力 ：是指 在静止液 体中 的任意 一点 液柱重量 产生 的压力 ，它 的大小和 液柱 单位重量及垂 直高度有关，而和液柱的横 向尺寸及形状无关。用符 号P h
7、 表示，单位用MPa 或psi 和kg cm 2 表示。 P h C 1 WH （8 一l ） 式中： P h 静液 柱压 力，MPa （psi ） W 一 钻井 液密 度 ，克 厘米 3 （ 磅 加仑 ）或gcm 3 （lb gal ） H一 垂直 深度， 米 （英 尺）或 m （f t ） C l 与采 用单 位有关 的系 数。 当采 用法 定计量 单位 时，C l 0.0098 ； 当 采用 括号 内英制 单位 时，C l 0.052 。 静压 梯度：单位 垂直深 度 的静 压力 变化。用符号G h 表示 ， 单位MPa m 或psi ft。现 场 一般用 等效 钻井 液密 度表 示为g
8、 cm 3 （lb gal）。 G h C 2 W （8 2） 式中：G h 静 压梯 度，MPa m （psi ft ） W 钻井 液密 度，gcm 3 （lb gal ） C 2 与采 用单位 有关的 系数 。 当采 用法 定 计量单 位时 ， C 2 0.0098 ； 当采用 括号 内 的英制 单位 时，C 2 0.052 。 淡 水压 力梯 度0.0098 MPa m （0.433psi ft ） 盐 水压 力梯 度0.0105 MPa m （0.465psi ft ） 3上 覆岩层压 力：指 覆盖在该 地层 以上地 层岩 石和孔隙 中流 体（油 、气 或水）的 总重 量造成 的压 力
9、。 用符 号P o 表示， 单位MPa 或ps i 或Kg cm 2 。 4 当量 钻井 液密 度的概 念 压力 可用 当量 钻井 液密 度 的形 式来 表示， 等于 实际 钻 井液 密度 与所 附加 压力 钻 井液 密度 之和。 即： H C P W W 3 o e + = （8 3） 式中：W e 当量 钻井 液 密度，gcm 3 （lb gal ） W o 实际 密度 ，gcm 3 （lb gal ） P 附加 压力 ，MPa （psi ） H 垂 直深 度，m （ f t ） C 3 与采 用单位 有关的 系数 。 当采 用法 定 计量单 位时 ， C 3 0.0098 ； 当采用 括
10、号 内 的英制 单位 时，C 3 0.052 。 5 井 底压 力： 指井 眼 底部所 受的 总压 力， 包括 钻井液 柱压 力和 井口 所受 压力的 总和 。 6 异常 压力： 指与正 常压力趋 势不 相符的 任何 压力。正 常条 件下， 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 柱压 力。 地层压 力 梯度在 0.00980.0105MPa m （或 0.433 0.465Psi ft 或 0.l 0.107kgcm 2 m ）之间的 为正常 地层 压力 。 地层 压力 梯度 大于 0.0105MPa m （0.465psi ft ）为异 常高 压。 地层
11、 压力 梯度 小于 0.0098MPa m （0.433psi ft ）的为 异常 低压 。 异 常高 压的 上限 大约 等于上 覆岩 层的 总重 量， 即 相当于 压力 梯度 为 0.02262MPa m （lpsi ft ） 。 但在 浅处 则要 稍小 些， 也 有局 部地 层超 过上 覆岩层 压力 梯度 达 40 的所 谓 “压 力桥 ” 二 异常 地层 压力的 预报和监 测 要搞 好井 控， 必须 准确 掌 握地 层压 力， 特别 是异 常 高压 地层。 为 此就 要搞 好 地层 异常压 力的预 告和 检测 。目 前异 常地层 压力 的预 报和 监测 方法大 致有 以下 几种 ： 1
12、钻前 预报： 包括地 震法、重 力勘 探、磁 法勘 探、电法 勘探 等地球 物理 方法以及 利用 井底以 上的 电测 资料 预报 井底以 下尚 未钻 开地 层的 孔隙压 力和 对邻 井资 料的 综合分 析。 2 随 钻监 测： （1） 根据 钻井参 数的 变化进 行监 测。 其中 有根 据机械 钻速 增加 、d指数 下降 、d c 指 数下 降、钻 速方 程、 随钻 测井 以及扭 矩、 卡阻 增加 等现 象来判 断高 压地 层的 出现 。 （2 ）根 据钻井 液参数 的变化来 监测 。钻井 液气 侵、出口 钻井 液密度 下降 、出口钻 井液 温度上 升、 钻井 液中 氯化 物含量 增加 、 钻
13、 井液 的电 阻率下 降、 钻井 液性 能的 突变、 泥浆 池液 面上升 、 钻 井液 总量 和钻 井液出 口管 流量 增加 、 钻 井液灌 不进 或灌 进量 减少 等现象 都可 能是 异常高 压地 层出 现的 征兆 。 （3 ）根 据页岩 岩屑参 数的变化 来监 测。页 岩密 度下降、 页岩 岩屑中 搬土 含量增加 、岩 屑体积 、尺 寸和 形状 有变 化等现 象可 能是 异常 高压 地层出 现的 征兆 。 （4）随 钻气 侵监 测。 3 钻 后检 测： 电测井 、 声波 时差 测井 、 中 途测试 和完 井测 试等 都是 最直接 的异 常高 压地 层的 钻后检 测方 法 。 4 几 种具
14、有代 表性 预 报和监 测方 法的 基本 原理 （l ） 地震 层速 度法 这是 一种 钻前 预测 方法 。 地 震层 速度 是一 个重 要参 数， 是地 震预 测地 层压 力的 主 要依 据。 正常情 况下 ， 地 震层 速度 随着埋 深的 增加 而增 加。 岩石埋 深增 加， 压实 作用 愈强， 岩石 密度 愈大， 而孔 隙度 却下 降， 地震层 速度 就会 增加 。 这 就是说 地震 速度 与岩 石密 度成正 比， 与地 层孔隙 度成 反比 。 当 钻遇 高压地 层， 由于 地层 压力 增高， 往往 孔隙 增大 ， 岩 石密度 变小 ， 使 地震波 速度 降低 。 因 此如 果地震 层速
15、 度随 着深 度的 增加而 明显 减低 ， 则 有可 能是异 常高 压地 层出现 的前 兆。 据此 还可 根据地 震层 速度 与地 层孔 隙压力 的关 系， 预测 地层 孔隙压 力。 （2）d c 指数 法 d c指数 法是 在机 械钻速 法 的基 础上 建立 起来 的。 其 计算 公式 是： ） D P 0.0648 lg( W ) n V 0.0547 ( W d o m c c = （8 4） 式中：d c 一 一钻 压指 数， 无因次 V m 一一机械钻 速， 米小 时（m h ） n 转速 ，转 分 （r min ） P 钻压 ，千 牛（ kN ） D 钻头 直径 ， 毫米（mm ）
16、 W e 一一 正常 地层 压 力的当 量钻 井液 密度 ，（g cm 3 ） W o 实际 用 钻井 液密度 ，（gcm 3 ） 上式 n 0.0547V m中 的值 总是 小于 1。因 此d c 指数 与机 械钻速 成 反比 。 而 机械 钻速 与钻 井 液 柱压 力和 地层 孔隙 压力 的 压差 有关。 正 常压 力地 层， 对泥 岩和 页 岩而 言， 随着 井深 的增 加d c 指数也增大 。当钻遇压力 过渡带或异 常高压地层时 ，压差减小 ，机械钻速增 大，而d c 指数明 显偏 小， 根据 这种 机理， 可以 监测 地层 异常 压力的 出现 。 （3 ）声 波测 井法 声 波测 井
17、法 是利 用声 波时差 与地 层孔 隙度 成正 比， 而孔 隙度 与地 层孔 隙压 力成正 比的 关 系来检 测地 层孔 隙压 力。 正常情 况下 ， 随 着深 度的 增加， 压实 作用 愈强 ， 孔 隙度减 小， 声波 传播速 度增 大， 而声 波时 差 逐渐减 小。 当钻 遇压 力过 渡 带或异 常压 力地 层时 ， 地 层 孔隙增 大， 导致声波时差 也偏大。因 此只要建立起 正常地层压 力带的地层孔 隙压力与声 波时差间的 关 系， 就 可以 计算 异常 地层 压力。 声波 时差 法是 利用 钻后的 电测 资料 来检 测地 层孔隙 压力 的方 法之一 。 单靠 某一 种方 法不 能比
18、较 准确 地检 测和 预报 异常 地 层的 出现， 只有 将几 种方 法 取得 的资 料进行 综合 分析 和比 较才 能较准 确预 报。 三 地层 破裂 压力 1 地层 破裂 压力 的概念 由 于井 内液 柱压 力过 高， 会 使地 层产 生拉 伸破 裂或使 地层 原有 裂缝 张开 而造成 井漏 。 使 地层原 有裂 隙张 开或 形成 新裂隙 时的 井内 静液 柱压 力， 称为 地层 破裂 压力 。 单位MPa 或psi ； 用符号P f 表示。 每 单位 深度 增加 的破 裂压力 值， 叫地 层破 裂压 力梯度 。 地 层破 裂压 力和 上覆 岩石压 力、 地层 孔隙 压力 、 岩性 、 地
19、 层年 代、 地 层埋 藏深度 及该 处 岩石的 应力 状态 有关 。 因 此地层 破裂 压力 梯度 的大 小决定 于上 覆岩 石压 力梯 度、 地 层孔 隙压 力梯度 和岩 石基 岩应 力的 大小。 地 层破 裂压 力梯 度是 一个十 分重 要的 地层 参数 ， 它对 研究 地层 的稳 定性， 确定钻井 过程 中的钻 井液 密度 ， 保 护油 气层， 确定 合理 的压 井液 密度以 及正 确的 井身 结构 设计都 有很 大的 影响 。 为 了实 现优质 、 快 速和安 全钻 井 ， 必须 保持 井内流 体压 力介 于地 层孔 隙压力 和地 层破 裂压力 之间 。 2 地层 破裂 压力 漏失试
20、 验 要 知道 实际 的地 层破 裂压力 ， 最 好的 方法 是在 现场进 行漏 失试 验。 试验 方法是 通过 关闭 防喷器并以不 变的泵速向 钻杆内缓慢泵 送流体以迫 使泵入流体总 量的一部分 进入地层使 其 破裂。 具体 步骤 和最 大允 许钻井 液密 度的 计算 见第 三章第 八节 。 地 层破 裂压 力梯 度除 现场漏 失实 测方 法外 ， 还 有其他 一些 预测 方法 ， 如 休伯特 和威 利斯 法、 马 修斯 和凯 利法 、 伊 顿法等 。 我 国石 油大 学黄 荣樽教 授经 过研 究， 根据 地层的 破裂 是由井壁上 的应 力状 态决 定的 理论， 提出 了新 的破 裂压 力预
21、测 方法 。 这 些方 法涉 及的资 料和 理论 计算较 多， 本 章不 专门 论 述， 如 果要了 解可 阅读 钻井手 册 （ 甲方） 第二 章。 通过 各种 方 法的对 比 ， 可 以发现 各有 其特点 ， 但最 好的方 法还 是现场 进行 破裂 试验 ， 能 求出比 较实 际 的 地层破 裂压 力。 3 水深 对地 层破 裂压力 的 影响 地层 破裂 压力 一般 来说 是 随井 深而 增加 的。 但在 深 水中， 相同 的 井深， 破 裂 压力 梯度 比 浅水中 的小 ， 其 原因 是由 于水的 深度 和从 粘土 一粉 砂、 砂 岩到 页岩 的深 度分 级而使 在深 水情 况下上 覆盖
22、层应 力低 所致 。 所以 相同 的井 深， 地表 面有海 水， 其地 层破 裂压 力梯度 较低 。 由 于海床 至转 盘面 一段 距离 不存在 岩石 的基 质应 力， 在深水 地区 作业 ， 应 考虑 水深对 地层 破裂 压力梯 度的 影响 。 四 地层 坍塌 压力概 念 近 年来 ， 根据地 层孔 隙压力 剖面 、 地层坍 塌压 力剖面 和地 层破 裂压 力剖 面的资 料 ， 预 告 异常高压的出 现是比较好 的方法，对确 定合理的钻 井液密度和井 身结构具有 很好的参考 价 值。 所 谓地 层坍 塌压 力是 指地层 钻开 后， 井壁 围岩 产生剪 切破 坏而 向井 内产 生坍塌 或缩 径
23、时 的 井 内静 液柱 压力 。单位 MPa 或 psi 。 第二节 溢 流及其 正确 控制方 法 一 有关 溢流 和井喷 的名词概 念 为 表示 地层 流体 侵入 井筒的 严重 程度 ，对 井控 有关名 词定 义如 下： 1 油、 气侵 一油 、 气侵入 钻井 液， 使其 性能 变坏的 过程 。 2 溢流 井 口返 出 的钻井 液量 比泵 入量 大， 停泵后 井口 钻井 液自 动外 溢的现 象。 3 井 涌一 一一 溢流 的 进一步 发展 ，在 循环 或停 泵后， 钻井 液涌 出井 口的 现象。 4 井喷 地 层流 体 （油、 气或 水） 无控 制地 涌入井 筒， 喷出 井口 的现 象。 5
24、地 下井 喷 井下 高压层的 地层 流体（ 油、 气或水） 把井 内某一 薄弱 地层压破 ，流 体由高 压层 大量 流入 被压 破的地 层内 ，这 种现 象叫 地下井 喷。 6 井喷 失控 发 生 井喷后 ，无 法用 常规 方法 控制井 口而 出现 敞喷 的现 象。 二 地层 一井 眼系统 平衡条件 在 钻井 作业 中， 某些 外力可 能会 引起 液柱 压力 升降变 化， 为了 保持 地层 与井眼 系统 的压 力平衡 ，在 现场 是使 钻井 液柱压 力略 大于 地层 孔隙 压力。 建立 下列 平衡 式： P h P p P e （8 5） 式中：P h一钻 井液 静液 柱压力 （MPa ） P
25、 p 一一 地层 孔隙 压力 （MPa ） P e 平衡安 全附 加压力 （MPa ） 根 据安 全钻 井， 保护 油气层 和提 高机 械钻 速， 防止溢 流等 因素 来决 定P e 值。 经验 数据 ，一 般规 定： 油井P e 为 1.5 3.5 MPa（相 当附 加钻 井液 密度 0.05 0.10g cm 3 ） 气井P e 为 3 5 Mpa（相 当附 加钻 井液 密度 0.07 0.15g cm 3 ） 三 溢流 发生 的原因 溢 流发 生的 根本 原因 是地层 与井 眼系 统压 力失 去平衡 ， 井内 液柱 压力 小于 地层孔 隙压 力 而引起 溢流 或井 喷。 其影 响因素 有
26、： 1 地层 掌握不 准确， 钻到异常 高压 层，事 先未 预告，或 者预 告不准 确， 特别是在 新探 区钻井 经常 出现 这种 现象 。 2 钻 井液 柱压 力减 少 。引起 液柱 压力 减小 的主 要因素 有： （l ）因 井漏，井内液柱高度 降低而使液柱 压力减小。 这种情况往往 不易及时发 现，要 加强观 察。 （2）起 钻时 未向 井内灌 足 钻井 液。 起 钻时 由于 井内 钻具 起出而 使钻 井液 面下 降， 如不及 时灌 足钻 井液 ，就 会使液 面下 降 ， 使井内 液柱 压力 降低 可能 引起溢 流。 （3）起 钻发 生抽 汲作用 。 起 钻柱 时， 由于 钻井 液的粘
27、滞作 用产 生的 使井 底减小 的瞬 时液 柱压 力叫 抽汲压 力。 由于 起钻太 快， 钻井 液在 井内 下落的 速度 小于 钻柱 上提 的速度 就产 生一 种抽 汲作 用， 使 井内 液柱 压力减 小而 引起 溢流 。 （4）压 力激 动引 起井漏 从 而使 液柱 压力 减小 。 钻 井作 业中 ， 由 于某 些外力 引起 井内 压力 发生 升降变 化， 尤其 是钻 柱快 速向下 运动 时会 对井内 产生 一个 附加 压力 （激动 压力 ） 而 使井 底压 力增加 ， 可 能压 漏地 层， 使液柱 压力 减小 引起溢 流。 （5）井 内钻 井液 密度降 低 。 钻开油 气层 后， 油气 水
28、不 断侵入 井内 钻井 液， 使其 密度逐 渐降 低， 造成 液柱 压力降 低。 液柱 压力降 低又 使油 气水 侵入 更厉害 ，以 致最 后造 成溢 流或井 喷。 3 钻入 邻近 的油 气井。 一 个平 台若 钻定 向井 ， 如果 钻头 钻入 邻近 的油 气井内 或正 在生 产的 油气 井内， 就会 导致 溢流或 井喷 。这 是一 种很 危险的 现象 ，这 种井 应严 格控制 井眼 轨迹 ，正 确设 计。 四 气侵 的特 点 地 层中 的流 体， 有油 气水单 独存 在的 ， 也 有油 气水共 存的 。 由 于气 体的 特性， 气侵 时无 论侵入 的方 式或 运移 的状 态都不 同于 油侵
29、或水 侵。 为了有 效地 进行 防喷 和压 井作业 ， 熟 悉和 掌握气 侵的 特点 是十 分重 要的。 1 气侵 的途 径与 方式 （1 ）钻 进气层 时，随 着气层岩 石的 破碎， 岩石 孔隙中含 有的 气体侵 入钻 井液。钻 到大 裂缝或 溶洞 气藏 ，有 可能 出现置 换性 的大 量气 体突 然侵入 钻井 液。 （2）气 层中 的气 体通过 钻 井液 （含 泥饼 ）向 井内 扩 散。 （3 ）当 井底压 力小于 地层压力 时， 井下处 于较 大的欠平 衡状 态，气 体由 气层以气 态或 溶解气状态大 量地流入 或 侵入钻 井液 。 2 气侵 对钻 井液 柱压 力的影 响： 由于气体有压
30、缩 和膨 胀的特征，气 体侵入钻 井 液后，在井底 时因受上 部 液柱时因受上 部液柱的 压 力，气体体积 很小，随 着 钻井液循环上 ，气体上 升 速度越来越大 ，气体所 受 液柱压力也会 逐渐减小 ， 气 体体积就逐渐膨胀增 大，特别是气 体接近地 面 时气体膨胀就 很快增大 。 因此，即使返 到地面的 钻 井液气侵很厉 害，形成 很 多气泡，密度 降低很多 ， 但钻井 液柱 压力 减少 的绝 对值仍 是很 小的 。从 图 8 2 中 可见 ，即 使地 面气 侵钻井 液密 度只 有原钻 井液 密度 的一 半， 钻井液 柱压 力减 少值 也未 超过 0.4MPa 。但 是， 在钻 井过程 中
31、， 若 不采取 有效 的除 气措 施， 就会反 复将 气侵 钻井 液泵 入井内 ， 使钻 井液气 侵程 度更加 严重 ， 造 成井底 压力 不断 降低 ，就 有出现 溢流 或井 喷的 危险 。 3 气侵 的几 个特 点： （1）气 侵的 钻井 液在不 同 深度 的密 度是 不同 的。 （2 ）气 侵钻井 液接近 地面时其 密度 才变得 很小 ，所以即 使地 面钻井 液气 侵厉害， 密度 降低很 多， 但井 底钻 井液 柱压力 减少 并不 大。 这时 不能再 以地 面气 侵钻 井液 密度乘 以井 深来 计算液 柱压 力。 （3 ）由 于抽汲 或长时 间停止循 环（ 如因换 钻头 、修泵或 电测
32、等）井 底积 聚有相当 数量 的天然 气形 成的 气柱 ，上 升膨胀 时可 能导 致钻 井液 外溢。 （4 ）钻 井液气 侵后而 井又关闭 时， 由于密 度差 的缘故， 天然 气会滑 脱上 升，最后 积聚 在井口 。 若 井筒 和井 口装 置无渗 漏， 则滑 脱上 升的 天然气 不会 膨胀 ， 体 积不 会变化 ， 但 上升 过程中 ， 井口 压力会 逐渐 增加 。 当 气体 升至井 口 时， 钻井 液柱 上增 加 了一 个与 溢 流在 井底相 同的压 力同 时作 用于 井筒 ， 而 井口 则作 用有原 来溢 流在井 底时 的压 力， 此时 ， 有 可能 形成 过 高 的 井底 压力 和井 口
33、压 力。 为了 避免 出现 这 种情 况， 气侵 钻井 液循 环 出井 时， 要允 许气 体膨 胀，释 放部 分压 力， 同时 不要让 井眼 长时 间关 井而 不循环 。 （5 ）关 井时气 体上升 而不膨胀 的情 况下， 地层 压力不等 于井 口压力 加钻 井液柱压 力， 因此， 不能 用这 个压 力来 计算所 需钻 井液 密度 。 五 溢流 信号 钻 井循环 系统 是一个 封闭系统 ，系 统内任 何流 体的增加 （油 、气或 水） ， 在地面会 有一 定的显 示或 使钻 井液 的性 能变化 ， 或 使钻 井液 数量 发生变 化， 我们 把这 些显 示和变 化称 为溢 流出现 的信 号。 熟
34、悉 和正 确识别 这些 信号 是井 控技 术的重 要组 成部 分。 1 这些 信号 有（ 但不限 于 ）： （1） 钻进 中有 蹩钻 、 钻速突 然加 快或 出现 放空 现象。 地 层 流体 要进 入井 筒， 所钻 地 层要 有良 好的 渗透 性， 因此 钻进 中有 可 能出 现蹩 跳、 钻速 加快 现象。 钻到 大裂 缝或 溶洞 则出现 放空 。 上 述现 象的 出现， 有可 能是 钻到 油气 层， 因 此要 观察， 综合分 析是 否是 溢流 出现 的前兆 。 （2）钻 进中 泵压 下降和 泵 冲数 增加 。 出 现这 种信 号， 应检 查出口 流量 和钻 井泵 。若 系无问 题， 出 口流
35、 量增 加则 是 溢流 出现。 当低密 度的 地层 流体 进入 环空代 替高 密度 钻井 液时 ， 泵压 会下 降， 钻 具内 的高 密度钻 井液 就 有下落 的趋 势， 泵冲 数就 可能增 加。 （3）钻 井液 密度 下降。 如 果钻 井液 返出 时密 度下降 ， 可 能是 由于 地层 流体侵 入钻 井液 使其 密度 下降， 造成 液柱 压力降 低， 最后 发生 溢流 。 （4）钻 具悬 重发 生变化 。 当低 密度 的地 层流 体侵 入 钻井 液后， 使 其密 度降 低， 造成 钻井 液 浮力 减少 ， 出 现悬 重增 加的现 象。 此时 要认 真观 察井内 情况 ，提 防出 现溢 流。
36、（5）烃 类或 氯根 含量增 高 。 钻井液 中上 述成 份增 加， 有可能 是油 、气 或水 进入 井内， 要提 高警 惕， 防止 溢流发 生。 （6）钻 井液 返出 流量突 然 增加 。 在泵排 量不 变的 情况 下， 钻井液 返出 量突 然增 加， 说明地 层流 体已 进入 井内 ， 这 是溢 流发 生 的告急 信号 之一 。 （7）循 环池 钻井 液量增 多 。 若不是 人为 增加 循环 池钻 井液量 ， 而钻 井液面 增加 时， 则是 溢流 发生了 。 因 为溢流 进入 井筒 排代了 同体 积的 钻井 液到 循环池 ， 使循 环池液 面增 高， 液量 增加 ， 这 也是 溢 流发生
37、的告 急信 号之一 。 （8）停 泵后 井内 钻井液 外 溢。 若 停泵 后 ， 井内 钻井 液忽大 忽小 外溢 ， 说 明溢 流已经 发生 。 （由于 钻井 液比重 差而引起 的外溢 不属 此类 ）这 也是 溢流告 急信 号。 （9）起 钻时 井内 灌钻井 液 困难 ，或 者灌 入量 少， 甚 至灌 不进 钻井 液。 起钻时 如果 灌入 井内 的钻 井液量 小于 因起 出钻 具体 积相应 减少 的测 算量 ，可 能是溢 流发 生 。 因为地 层流 体进 入井 筒， 填补了 部分 起出 钻具 所占 的空间 ， 当 进入 井筒 的流 体使全 井液 柱压 力小于 地层 压力 时就 会发 生溢流 。
38、这 也是 溢流 告急 信号之 一。 （10）油 气层 钻进 发生 井 漏。 油气层 钻进 发生 井漏 ，很 快使钻 井液 柱压 力减 小， 溢流很 快就 会出 现甚 至发 展成井 喷。 2 为 了及时 发现 溢流 ， 掌握 井控 工作 的主 动权 ， 日常 钻进 中， 除仔 细发 现溢流 信号 外， 应重点 做好 下述 工作 。 （1）井 控有 关的 仪表， 要 保持 性能 良好 可靠 ，按 要 求定 期检 查校 正。 （2）出 口管 钻井 液传感 器 要求 灵敏 可靠 。 （3）钻 进中 要特 别重视 以 下情 况的 监测 ： 井 口进 出流 量及 温度 变 化； 泥 浆池 液面 变化 。
39、气 测值 的变 化； 起下 钻时 灌钻 井液 情况； 钻 井液 性能 变化 ； d c 指数 的变 化。 （4 ）注 意浅层 气的出 现。浅层 气存 在深度 浅， 溢流信号 和井 喷的间 隙时 间短，在 浅地 层钻进 一定 要十 分重 视发 现有无 浅层 气存 在。 （5） 钻开 油气 层前 要 有防范 措施 ，并 坚持 防喷 演习。 防喷 演习 是防 止井 喷事 故 的有 效措 施。 钻开 油气 层前 100 米开 始， 每周 要进行 一次 演习 外， 每 天每 班要 按钻 井总 监的要 求不 定期 地进 行防 喷演习 。 通 过演 习检 查承 包商人 员对 付井 喷的实 际能 力， 检查
40、井控 设备的 可靠 性， 提高 钻井 人员对 井喷 的反 应速 度， 熟悉操 作步 骤 ， 使每个 钻井 人员 明白 发生 井喷后 的岗 位和 职责 。 通 过演习 协调 岗位 配合 ， 达 到具有 能在 紧急 情况下 尽快 控制 井口 的过 硬本领 。 钻 开油 气层 前要 制定 具体防 范措 施， 至少 应做 好以下 工作 ： 作 业者 应组 织有 关人 员对 平台 进行 一次 全面 的安全 检查 。 钻开 油气 层前 ，作 业者应 在平 台上 储备 100 150 吨钻 井液 加重 材料 ，做好 防喷 压井 准备工 作。 守护 船也 应储 备 100 150 吨钻 井液 加重材 料 ，以
41、 便在 应急 情况 下补 充 给平 台。 钻 开油 气层前 100 米， 通 过钻 井循 环通 道作 一次低 泵速 试验 ， 以 后每 班都应 做循 环通 道的低 泵速 试验 ， 取 得压 井的有 关数 据， 并记 录在 日报表 和监 督日 志上 。 （ 浮式钻 井船 ， 低 泵速试 验时 ，要 考虑 阻流 管汇压 力损 失对 压井 的影 响）。 做好 防火 、 防 爆工 作。 钻 井平 台按 危险 严重 程度严 格划 分出 安全 与危 险区并 应有 明显 标志。 （6）要 制定 钻开 油气层 的 安全 规定 和作 业程 序。 3 油气 层钻 进安 全起钻 条 件： 在高压 过渡带或油气 层钻
42、进，决定是否起 钻的 原则是钻井液柱压力 能平 衡地层孔隙压 力。 过 去的 经验 记录 表明 ， 溢流 或井 喷多 发生 在起 钻过程 中， 因此 掌握 安全 起钻条 件， 对于 每一个 钻井 工作 者， 尤其 是钻井 平台 高岗 位人 员和 钻井监 督是 一项 非常 重要 的井控 技术 。 起 钻前要 对起 下钻 过程 中可 能引起 溢流 的各 种影 响因 素进行 综合 分析 ，达 不到 安全起 钻条 件 ， 不能贸 然起 钻 ， 否则 ， 将 会带来 严重 的不 良后 果。 为确保 起下 钻中 不发 生溢 流应从 以下 几个 方面考 虑： （1）井 眼状 况良 好。 所 谓井 眼状 况良
43、 好是 指井眼 内畅 通无 阻、 循环 泵压正 常 、 不 垮塌和 不井 漏。 如果 发生 轻 微井漏 要搞 清原 因， 若有 探不到 液面 的情 况绝 对不 能起钻 。 （2 ）井 眼内钻 井液性 能稳定， 钻井 液密度 没有 大的波动 ，液 柱压力 始终 要保持在 比地 层压力 大 1.5 3MPa ，保证 压 稳地 层才 能起 钻。 （3 ） 起钻 前要 进行 一次 短 程起 下钻 （20 30 立 柱） 。 主要 目的 是检 查井 内有无 地层 流 体侵入 及其 严重 程度 。 通过 短程 起下 钻检 查灌入 钻井 液量 是否 正常 。 由准 确的 计量 罐记 录灌 入量， 并由 司钻
44、 和泥浆 录井 人员 记录 在专 用报表 上。 如果 实际 灌入 量的体 积与 计算 的不 一致 ， 应停 止起 钻并 将钻具 下到 井底 进行 循环 观察有 无溢 流发 生， 根据 井下情 况采 取相 应的 井控 措施。 循 环井 底钻 井液 一周 后， 对钻 井液 中 的天 然气 含 量进 行详 细检 查， 通过 后 效反 应， 测 出最大气 测值 。如果 气测 值大于 10， 不能 起钻， 要提高钻 井液 密度， 消除 气侵后才 能起 钻。 （4 ）井 控装置 要灵活 可靠。起 钻前 对井控 装置 包括阻流 和压 井管汇 要进 行全面检 查， 确保当 溢流 出现 时能 迅速 控制井 口。
45、 例如 考虑 到井 喷后迅 速安 装的 需要 ， 应 将具有 适当 压力 额定值 的钻 杆安 全阀 放置 在易于 取放 的位 置， 而且 安全阀 要带 上必 需的 转换 接头， 以适 合所 有钻杆 和井 底钻 具的 快速 连接。 开关 扳手 应准 备好 放在固 定位 置便 于急 用。 （5 ）浮 式钻井 平台， 升沉的幅 度会 影响抽 汲或 压力激动 ，起 钻前要 认真 校核，考 虑影 响程度 。 一般 情况 下升 沉的 幅度 不 能超过 4 米， 否则 不能 起 钻。 另 外， 还要 考虑海 况 和天 气的 影 响，天 气恶 劣或 台风 季节 要考虑 起钻 安全 时间 ，要 在发生 溢流 前
46、完 成起 下钻 作业。 （6）对 起下 钻中 可能发 生 的溢 流要 有预 防和 应急 措 施。 控制 起钻 速度 。 尽 量将起 钻速 度放 慢到 足以 防止抽 汲。 起钻 前应 做出 有关抽 汲和 压力 激动的计 算。 起 钻中 要求 在以 下位 置 进行 溢流 检查 ，每 次检 查 不少于 15 分 钟。 一一 在最 低的 套管 鞋处 。 一 一底 部钻 具组 合通 过防喷 器组 时。 一一 存在 任何 疑问 时。 如果 有溢 流要 立即 关井 ， 严格 控制 溢流 量在 311.5 毫米 （12 1 4 英 寸 ）井眼 内 不超过 3 米 3 ”，215.9 毫米 （8 1 / 2 英
47、寸）井 眼内 不超 过 2 米 3 。 起下 钻中 由于 修理 设备或 其它 原因 要中 断起 下钻作 业时 ， 要求 将安 全阀 接到钻 柱上 并 用动力 钳扭 紧。 下钻 时， 当进 入高 压层， 每次 下完 钻继 续钻 进之前 ， 应 将井 底钻 井液 循环出 来， 以检 查气侵 情况 。如 果气 侵严 重，建 议气 侵钻 井液 经过 阻流管 汇返 出。 （7）如 果井 限内 气侵严 重 ，要 测气 窜速 度， 气窜 速 度小于 50 米 小 时才能 起 钻。 六 正确 控制 溢流的 方法 1 溢流 发生 后平 台人员 应 共同 遵守 的规 定： （1 ）溢 流发生 后，司 钻有权立 即
48、关 井，在 发出 溢流信号 的同 时，按 井控 程序正确 控制 井口。 （2 ）听 到溢流 信号后 ，平台高 级队 长立即 通知 不在岗人 员到 指定地 点集 合待命， 并迅 速组织 当班 人员 检查 井口 有无渗 漏， 了解 井口 压力 变化情 况。 （3）电 报员 通知 守护船 到 平台 附近 待令 。 （4）发 出溢 流信 号后， 严 禁任 何人 在危 险区 使用 火 种或 进行 电气 焊工 作。 （5）设 备总 监检 查电源 及 各种 开关 的使 用情 况， 避 免触 发火 灾。 （6 ）船 长（或 平台压 载工程师 ）及 时收集 海况 、天气和 潮汐 情况， 了解 钻井船起 伏及 甲板载 荷变 化情 况， 随时 向钻井 总监 和高 级队 长汇 报。 （7） 钻井 总监 根据 溢 流情况 及平 台动 态， 向基 地有关 部门 汇报 并保 持联 系。 （8 ）钻 井监督 组，根 据收集的 井口 压力数 据和 其他压井 资料 ，确定 压井 液密度， 制订 压井方 案， 得到 上级 主管 领导的 批准 后， 积极 组织 压井作 业， 防止 井下 情况 恶化。 2 关 井方 式： 关 井有 硬关 井和 软关 井两
