井控培訓知識課件1第一部分井控技術第二部分井控設備

第一部分井控技術第二部分井控設備2一、井控的概念1、什么叫井控：簡單地說就是實施油氣井壓力的控制。即：在不同鉆井作業中，采用一定的方法控制住地層孔隙中流體的壓力，基本上保持井內壓力平衡，保證鉆井順利進行的一整套工藝技術。2、井侵：當井底壓力小于地層壓力時，地層流體（油、氣、水）進入井內的現象。3、溢流：井侵發生后，地層流體進入井內，使返出的鉆井液比泵入井內的多，停泵后鉆井液有自動外溢現象稱為溢流。4、井涌：嚴重的溢流使鉆井液涌出井口（一般不超過轉盤面）的現象稱為井涌。5、井噴：地層流體無控制地涌入井內，使井內鉆井液噴出（超過轉盤面）的現象稱為井噴。6、井噴失控：井噴發生后，無法用常規的方法控制井口而出現敞噴的現象稱為井噴失控。第一章：井控及相關概念一、井控的概念第一章：井控及相關概念37、井控的分級人們根據井涌的規模和采取的控制方法之不同，把井控作業分為三級，即初級井控、二級井控和三級井控。初級井控（一級井控）：是依靠適當的鉆井液密度來控制住地層孔隙壓力使得沒有地層流體侵入井內，井涌量為零，自然也無溢流產生。二級井控：是指井內正在使用中的鉆井液密度不能控制住地層孔隙壓力，因此井內壓力失衡，地層流體侵入井內，出現井涌，地面出現溢流，這時要依靠地面設備和適當的井控技術排除氣侵鉆井液，處理掉井涌，恢復井內壓力平衡，使之重新達到初級井控狀態。這是目前培訓鉆井人員掌握井控技術的重點。即：發生溢流關井后建立起來的地面回壓和井內液柱壓力共同平衡地層壓力的控制。三級井控：是指二級井控失敗，井涌量大，失去控制，發生了井噴（地面或地下），這時使用適當的技術與設備重新恢復對井的控制，達到初級井控狀態。這是平常說的井噴搶險，可能需要滅火、打救援井。7、井控的分級4

“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的硫化氫天然氣奪去生命，4000多人受傷，造成直接經濟損失達6432.31萬元的嚴重后果。1990年10月11日的王15-33井井噴事故造成直接經濟損失368萬元。人員傷害和經濟損失二、井噴造成的危害“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的52003年12月23日發生的羅家16H井及2004年12月2日發生的曲2井井噴事故，分別造成60000余人和4600余人的緊急疏散。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序人去樓空2003年12月23日發生的羅家16H井及2004年12月26造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞1983年2月,伊朗海岸外的瑙魯滋油田發生井噴，每天7000桶(111.7萬升)原油白白地流入海里；1969年，美國加利福尼亞州圣巴巴拉海灣的海底油田井噴，幾天之內，從海底涌出一萬多噸原油，油田被迫封閉，每天仍有兩噸原油噴入海里。1990年10月11日，王15-33井井噴事故中，1063小時的井噴，造成了嚴重的油氣資源損失。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到7造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染1983年2月,伊朗瑙魯滋油田和伊拉克一油井井噴，對野生動物的打擊是慘重的，受到毀滅性打擊的動物是以海藻為食的儒艮。據世界野生動物基金報道，波斯灣的儒艮到1983年7月幾乎全部死亡。1979年6月3日，墨西哥石油公司的伊斯托克1號平臺，突然發生井噴，井噴造成10毫米厚的原油涌向墨西哥和美國海岸。黑油帶長480公里，寬40公里，覆蓋1.9萬平方公里的海面，使這一帶的海洋環境受到嚴重污染。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到8造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災1984年9月1日，位于印度尼西亞西爪哇的帕西加里笛的PSJ-A探井井噴，幾秒中后著火，鉆機在10分鐘內燒毀，當時的火焰高達130米，在方圓300米內的噪音為100分貝。美國Delta鉆井公司承鉆的SCB1井發生井噴和引起著火，隨之井噴失控，部分鉆桿從防噴器中噴出。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到9造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災設備損壞1996年10月25日，長慶油田W24-23井，井噴著火，7分鐘后井架倒向泵房，進而燒毀井場部分設備和材料。1990年10月11日，大港油田王15-33井井噴，井架倒塌報廢。2003年2月17日，灘海工程公司承鉆的中4－72井在起鉆過程中發生井噴失控，2月18日1:24左右著火，2:08井架朝大門方向倒塌。井架、絞車及大量鉆具工具報廢。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到10造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災設備損壞油氣井報廢1984年印度尼西亞PSJ-A探井因井噴報廢。1997年新疆瑪扎4井井噴，導致井眼報廢。2003年中4－72井井噴導致該井報廢。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到11

“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的硫化氫天然氣奪去生命，4000多人受傷，6萬多人被疏散，9.3萬人受災，造成直接經濟損失達6432.31萬元的嚴重后果。損失巨大的災難性責任事故

1985年至今，據不完全統計國內陸地發生井噴失控事故56起，造成直接經濟損失23561萬元，直接時間損失41854小時，死亡266人，受傷4047人。“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的12三、井噴的原因

1、井控意識不強，思想麻痹，違章操作。2、地層壓力掌握不準，設計鉆井密度偏低。3、起鉆產生抽吸壓力，造成誘噴。（要求鉆開油氣層起鉆前進行短起下鉆校對溢流的產生）。4、鉆井液柱高度下降。（要求每起三柱鉆桿或一柱鉆鋌向井內灌滿一次鉆井液）。5、鉆井液密度下降。（原因：油氣侵入井內；處理事故向井內注原油或解卡劑；向井內混油降低磨阻。6、對淺氣層的影響缺乏認識，井身結構不合理。

三、井噴的原因137、井控設備的安裝及試壓不符合（石油與天然氣鉆井井控技術規定）的要求。8、空井時間過長，無人觀察井口。9、鉆遇漏失層段發生井漏未能及時處理或處理措施不當。10、相鄰注水井不停注或未減壓。11、地質設計未能提供準確的地層孔隙壓力資料。12、發現溢流后處理措施不當。比如，有的井發現溢流后不是及時正確地關井，而是繼續循環觀察，致使氣侵段鉆井液或氣柱迅速上移，再想關井，為時已晚。三、井噴的原因7、井控設備的安裝及試壓不符合（石油與天然氣鉆井井14四、提高井控意識，搞好井控工作

1、提高井控意識

（1）設備安裝意識。（2）設備調試與試壓意識。（3）油氣資源保護意識。（4）井控培訓意識。（5）責任意識。2、搞好井控工作

（1）井控工作主要內容：井控設計；井控設備；鉆開油氣層前的準備工作；鉆開油氣層和井控工作；井噴失控的處理；防火、防硫化氫的安全措施；井控培訓。3、搞好井控工作的措施

（1）各級領導必須高度重視井控工作。（2）必須全面系統地抓好五個環節，即：思想重視；措施正確；嚴格管理；技術培訓；裝備配套。四、提高井控意識，搞好井控工作15（3）認真對待淺氣層鉆井、井控工作。（4）既注意高壓油氣井防噴，又要注意中低壓油氣井防噴。（5）要注意各部門密切配合，常抓不懈。（6）嚴格執行，《石油天然氣鉆井井控技術規定》。注意：短程起鉆法操作，（起鉆前先從井內起出5—10柱鉆桿，然后在下入井內，開泵循環至少一個遲到時間，觀察測量返出的鉆井液，如發現有油氣，說明發生了抽吸溢流，應調整鉆井液性能或降低起鉆速度。（3）認真對待淺氣層鉆井、井控工作。16一、地層壓力可能增大的跡象

1、鉆屑的尺寸和形狀

觀察與分析井內返出巖屑的尺寸和形狀，同樣可以判定地層壓力的變化。壓力過渡帶的頁巖巖屑外表尺寸通常要大于正常壓力地層的巖屑。過渡帶巖屑的邊緣銳利且帶棱角，而正常壓力地層頁巖巖屑，通常是平的、小的而且多為圓邊。在異常高壓地層，地層欠壓實，鉆遇這類地層時，壓差將減少，大塊頁巖將開始坍塌，而坍塌的“巖屑”有著特殊的尺寸和形狀。通常這些巖屑比正常巖屑大一些，且呈長條、銳利、帶棱角。第二章：溢流的檢查一、地層壓力可能增大的跡象第二章：溢流的檢查172、溫度變化

（1）正常地層的溫度隨井深的增加，平均每100m溫度遞增3℃左右。在壓力過渡帶，地層壓力隨井深而升高的速度比正常情況要高。在實際中觀察到，在壓力過渡帶和進入異常高壓井段時，返出鉆井液溫度梯度的變化有達到18.2℃/100米的。（2）連續記錄出口管溫度有助于檢測地層壓力增加的情況。但是返出泥漿的溫度也取決于下列因素：①循環速度增加；②鉆井液固相含量變化；③鉆井參數變化；④鉆頭扭矩增加；⑤鉆井液化學性質的改變等等。因此單是返出鉆井液溫度升高并不能完全確定地層壓力升高。應結合其它方面的顯示，綜合分析判斷是否進入異常壓力地層。2、溫度變化18（3）但是在某些地區返出鉆井液溫度與地層壓力的關系是極為明顯的，因此，可以用來預報異常壓力。

3、含氣量鉆井液中氣體含量的增加是異常壓力地層的明顯顯示。現在有很多的井在施工中用鉆井液錄井來幫助檢測異常地層壓力。鉆井液中天然氣含量是否與地層壓力升高有關，這取決于地質環境和鉆井技術，這是由于鉆井液中存在的天然氣有多種來源：（1）鉆遇氣層：在鉆開氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。

（2）背景氣：連續少量地進入井內的天然氣被稱為原始天然氣（或背景天然氣），原始天然氣通常來自低滲透性巖層，如頁巖。但是在壓力極不平衡的情況下，某些流體可以從井壁周圍流入井內。原始天然氣的增加表示地層壓力的增加或者表示鉆井液靜液壓力的減少。（3）但是在某些地區返出鉆井液溫度與地層壓力的19（3）接單根及起鉆導致的天然氣侵入：這是由于起鉆以及接單根時的抽汲作用能降低有效靜液壓力，也可使地層流體進入井內。假如鉆井液的靜液壓力比地層壓力高得多，侵入體積通常是小的。但是，若在鉆具運動前該壓差小，那么很容易引起溢流。

4、鉆井液返速變化或鉆井液性能的變化在排量不變的情況下，若有地層流體進入井內，必然導致流速增加。特別是氣體侵入井內，隨著氣體在井內的逐漸上升，體積也逐漸的膨脹，當氣體接近地面時，這種膨脹達到最大，使流速突然增加。一旦鉆井液中有地層流體侵入，則從井內返出的鉆井液中可以發現有油花、油味或氣泡、硫化氫味。而且鉆井液性能也會發生變化，如：油侵入鉆井液會使鉆井液密度和粘度下降，天然氣侵入鉆井液會使鉆井液密度下降，粘度增加等。

井控培訓知識課件20

5、機械鉆速加快

鉆速的增加是最普遍的用來確定地層壓力發生改變的方法之一。正常情況下，鉆速是隨著井深的增加而下降，這種下降是由于巖石的硬度和密度增加的結果。同時也取決于鉆井液靜液壓力和地層壓力之差。鉆速的改變可以成為地層壓力增加的指示器。當鉆到異常高壓地層時，一方面由于地層壓力增加就會使井底的過平衡減少（井底壓差減小），機械鉆速則加快。另一方面由于異常高壓地層欠壓實，巖石更容易破碎，因此，機械鉆速也會加快。

5、機械鉆速加快21二、溢流的發現及關井

1、溢流的發現

鉆進過程中溢流的發現：

（1）鉆井液罐內液面升高；（2）出口鉆井液流速加快；（3）鉆速突快或放空；（4）循環泵壓下降，泵速增加；（5）鉆具懸重發生變化。鉆井液嚴重氣侵時懸重增加，溢流在環空高速上返時使懸重減小。（6）鉆井液性能發生變化，水侵時密度、粘度下降；油氣侵時密度下降、粘度升高。（7）停泵后井口有外溢鉆井液現象。二、溢流的發現及關井22起下鉆時溢流的發現（1）起鉆時，如果灌入鉆井液體積小于起出鉆具的體積說明發生了溢流。（2）下鉆時，如果返出鉆井液體積大于下入鉆具的體積說明發生了溢流。（3）停灌泥漿、停止下發鉆具時井口有外溢鉆井液現象。井噴多發生在起鉆的鉆井作業中。因為在起鉆作業時，產生抽吸壓力而使井底壓力降低，起鉆過程中不及時灌滿鉆井液也會使井底壓力降低。起鉆時一般每起3柱鉆桿或1柱鉆鋌需灌滿一次鉆井液。空井時溢流的發現主要根據井口是否有外溢鉆井液現象，如有說明發生了溢流。如何及時發現溢流（1）勤觀測液面變化、鉆井液性能，堅持坐崗觀察，干部24小時值。（2）校核dc指數，井底壓力與地層壓力平衡，起下鉆時鉆井液體積比較。（3）觀察鉆速、放空、憋跳、懸重、泵壓及鉆井液出口溫度。起下鉆時溢流的發現232、關井及時發現溢流并迅速關井的優點：（1）控制住井口，使井控工作處于主動，有利于實現安全壓井。（2）制止溢流繼續進入井內。（3）可保持井內較多的鉆井液，減小關井和壓井時的套壓值。（4）可較準確確定地層壓力和壓井鉆井液密度。關井方法：（1）硬關井：發現溢流后立即關防噴器的關井方法，其優點關井速度快，關井時間短，溢流量小，但井口設備受沖擊力大。（2）軟關井：發現溢流后，首先打開放噴閥，再關防噴器，再關節流閥的關井方法。2、關井24關井程序：

1．鉆進中發生溢流：

（1）發：發出報警信號（時間不少于20秒）。（2）停：停止鉆進。（3）搶：搶提鉆具，停泵。（4）開：開液動平板閥。（內3號）（5）關：關防噴器（半封閘板）。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。關井程序：252．起下鉆桿中發生溢流：

（1）發：發出報警信號。（2）停：停止起下鉆桿作業。（3）搶：搶接回壓閥（或頂驅）。（4）開：打開液動平板閥（內3號）。（5）關：關防噴器（半封閘板）。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、接方鉆桿（頂驅鉆機除外）求立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。3．起下鉆鋌中發生溢流：

（1）發：發出報警信號。（2）停：停止起下鉆鋌作業。（3）搶：搶接防噴單根及回壓閥（頂驅）。（4）開：打開液動平板閥（內3號）。（5）關：關防噴器。

2．起下鉆桿中發生溢流：26（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、接方鉆桿（頂驅除外）求立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。

4．空井時發生溢流：（1）發：發出報警信號。（2）停：停止其它作業。（3）開：打開液動平板閥（內3號）。（4）關：關防噴器（全封閘板）。（5）關：關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（6）看：讀取套壓、測量溢流量。向值班干部及甲方監督報告。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。27一、鉆井液靜液壓力

1、定義：由靜止鉆井液自身質量所產生的壓力。2、計算公式：鉆井液靜液壓力=9.8×鉆井液密度×液柱的垂直高度。從公式中可以看出，靜液壓力的大小，只和液體的密度、液柱的垂直高度有關，和截面形狀無關。二、壓力梯度

（1）定義：每增加單位垂直深度（或高度）壓力的增加值稱為壓力梯度。（2）表達式：壓力梯度=壓力÷高度=液體密度×9.8第三章：井內壓力概念一、鉆井液靜液壓力第三章：井內壓力概念28三、地層壓力

1、定義：指巖石孔隙中流體所具的壓力。

2、地層壓力的分類（1）正常地層壓力：指從地表到地下該地層處的靜液壓力。9.8----10.486千帕/米）（2）異常高壓：指地層壓力梯度高于正常壓力梯度時，稱為異常高壓。（3）異常低壓：指壓力梯度低于正常壓力梯度稱異常低壓。

3、地層壓力的表示方法（1）用壓力的具體數值表示。（2）用地層壓力梯度表示。（3）用等效鉆井液密度表示。（4）用壓力系數表示。即：某點地層壓力與該深度淡水柱的靜液壓力之比。三、地層壓力29四、地層破裂壓力

1、定義：是指地層抵抗水力壓裂的能力，換句話說：指某一深度地層發生破裂或裂縫時所能承受的壓力。

2、地層破裂壓力梯度：指每增加單位垂深度（或高度）地層破裂壓力的增加值稱為地層破裂壓力梯度。3、計算公式地層破裂壓力梯度=地層破裂壓力÷垂直深度=9.8×地層破裂壓力當量鉆井液密度。

四、地層破裂壓力304、地層破裂壓力實驗操作步驟鉆完水泥塞，再鉆進（第一個沙層）3米左右，上提鉆具，用地面防噴器關井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井內緩慢注入鉆井液(最好用水泥車)記錄不同時間的泵入量和井口壓力，開始泵入量和壓力呈直線關系,當偏離直線的點即為該地層的破裂壓力對應的井口壓力。即套管鞋處最大允許關井套壓。4、地層破裂壓力實驗操作步驟31五、波動壓力

1、抽吸壓力：指鉆柱向上運動時井內鉆井液向下流動使井底壓力減小的壓力叫抽吸壓力。

2、激動壓力：指鉆柱向下運動時，井內鉆井液向上流動時，使井底壓力增加的壓力。3、波動壓力對鉆井的危害：由于鉆井液密度、粘度、切力，過快的起下鉆速度會產生過大的抽吸、激動壓力這樣會造成井噴或壓漏地層。

4、影響抽吸、激動壓力的因素：（1）管柱的起下速度；（2）鉆井液的密度、粘度、切力；（3）環空間隙；（4）管子截流（鉆頭泥包）；（5）慣性力。五、波動壓力32

5、減小波動壓力的措施

（1）控制起下鉆速度，鉆開油氣層后起鉆前利用短起下鉆法檢查井底溢流。（2）起下鉆操作要平穩，防止猛提猛剎。（3）調整好鉆井液性能，盡量降低、粘度、切力。（4）保持井眼暢通，防止鉆頭泥包。六、環空流動阻力Pbp

1、定義：循環時鉆井液沿環空上返時，產生的使井底壓力增加的力，叫環空流動阻力。2、影響環空流動阻力的因素（1）鉆井液環空上返速度；（2）環空間隙；（3）井深和鉆井液性能（密度、粘度）。5、減小波動壓力的措施33七、井底壓力Pb

1、定義：指地面和井內各種壓力，作用在井底的總壓力稱為井底壓力。2、井內主要包括的力：鉆井液靜液柱壓力；環空流動阻力；抽吸壓力；激動壓力；地層壓力。3、在不同鉆井作業中的井底壓力的變化。

靜止時：井底壓力=靜液壓力

循環泥漿時：井底壓力=靜液壓力+環空流阻

鉆進時：井底壓力=靜液壓力+環空流阻+鉆屑增加壓力

起鉆時：井底壓力=靜液壓力-抽吸壓力-（液面下降）

下鉆時：井底壓力=靜液壓力+激動壓力

關井后：井底壓力=靜液壓力+關井套壓

平衡鉆井----以鉆進時的井底壓力等于地層壓力，

近平衡鉆井----以起鉆時的井地壓力等于地層壓力條件下的鉆井。

欠平衡鉆井----以鉆井時的井底壓力小于井底壓力，允許地層流體進入井內的鉆井。七、井底壓力Pb34八、鉆井液密度的確定

鉆井液密度的大小應滿足平衡地層壓力和不壓漏地層兩個條件，實現近平衡鉆井，所以鉆井密度是以起鉆時的井底壓力等于地層壓力設計出鉆井液密度的。（1）鉆井液密度=Pp/9.8H+(Psp+Pdp)/9.8H=地層壓力當量鉆井液密度+附加密度（2）附加密度：油井取0.05---0.10克/立方厘米或1.5-3.5MPa氣井取0.07---0.15克/立方厘米或3.0-5.0MPa（3）井底壓差：指井底壓力與地層壓力的差值。八、鉆井液密度的確定35九、一級井控技術措施

1、掌握井內各種壓力。2、合理的井身結構。3、隨時檢查井底壓力與地層壓力的平衡（1）合理的鉆井密度。（2）根據dc指數及時調整鉆井液密度。（3）根據油層活躍程度適當調整鉆井液密度。十、合理的操作

1、起下鉆操作要平穩，嚴格控制起下鉆速度。2、起鉆時要及時灌鉆井液，不準空井保養設備。3、井眼要暢通，防止拔活塞。4、打開油氣層2米循環一周檢查溢流情況。九、一級井控技術措施36十一、特殊施工要保持井內壓力平衡

1、油浴井解卡要滿足井內壓力平衡。2、向井內混油時，應控制速度，保持壓力平衡關系。3、采用重漿帽、多凝水泥漿、環空加回壓等方法，消除水泥漿失重引起的壓力損失。十一、特殊施工要保持井內壓力平衡37氣體的特點：密度小，重量輕，擴散性強，體積隨溫度壓力的變化而變化。一、天然氣進入井內的方式1、破碎（釋放）侵入：巖石破碎，孔隙中的天然氣釋放進入井內。2、置換侵入：鉆遇裂縫和溶洞時，由于鉆井液的密度大于天然氣的密度，天然氣被置換進入井內。3、擴散侵入：鉆穿高壓氣層時，由于地層中所含氣體的密度大于鉆井液中所含氣體的密度，天然氣通過泥餅擴散進入井內。4、壓差侵入：當井底壓力小于地層壓力時，天然氣在壓差的作用下大量進入井內。第四章：天然氣溢流的特點及活動規律氣體的特點：密度小，重量輕，擴散性強，體積隨溫度壓力的變化而38二、天然氣進入井內對井內液柱壓力的影響1、以微氣泡的形式存在鉆井液中對液柱壓力Pm的影響：天然氣侵入鉆井液后，常以微小的氣泡形式混在鉆井液中。隨著鉆井液循環在環空上升或因其密度小在鉆井液中滑脫上升。天然氣在井底開始侵入后，受到的壓力大，氣泡體積很小，對鉆井液密度的影響也較小。在上升過程中，由于受到的鉆井液柱壓力逐漸減小，氣泡就逐漸膨脹，體積增大，鉆井液中的天然氣體積增多，鉆井液密度則隨著氣泡的上升而逐漸減小。當氣泡上升至接近地面時，氣泡體積膨脹到最大，而鉆井液密度降到最小。可見，氣侵后，井內鉆井液密度是隨井深自下而上變小。由于天然氣的體積和所受到的壓力成反比，發生氣侵后，整個井筒的鉆井液密度不均勻，自下而上逐漸減小，井口的密度最小，這樣不能用測得的鉆井液密度來計算。結論1：以氣泡的形式存在鉆井液中，對井內液柱壓力影響不大，但要加強地面除氣，防止受污染的鉆井液再次進入井內。二、天然氣進入井內對井內液柱壓力的影響39

2、天然氣以氣柱的形式存在井底對Pm的影響

（1）、在開井情況由于起鉆后靜止時間較長或起鉆產生抽吸壓力，使天然氣以氣柱的形式存在井底，在密度差的作用下，上升運移，速度一般為150---450米/小時。當氣柱在井內上升過程中，由于氣柱所受壓力減小，體積不斷增大。

結論2：發生天然氣溢流，在開井情況下，氣柱在上升運移過程中，井內液柱壓力不斷降低，當氣柱上升到井口時，液柱壓力降低到最小值。

（2）、關井情況下氣柱對井內壓力的影響在關井情況下氣柱沿井筒運移，即滑脫上升，其速度約為270---360米/小時。氣柱在上升過程中，體積不能發生變化，保持井底壓力上升。

結論3：發生天氣溢流，在關井情況下，氣柱滑脫上升過程中，井底、井口、井內各部位的壓力都逐漸增加，當氣柱上升到井口時，達到最大值。

注意：發生溢流關井后，井隊一定要派人看井，當井口壓力上升到某一數值時，應適當打開節流閥放壓，并記錄所放出的鉆井液體積。2、天然氣以氣柱的形式存在井底對Pm的影響40井控培訓知識課件41第一部分井控技術第二部分井控設備

第一部分井控技術第二部分井控設備42一、井控的概念1、什么叫井控：簡單地說就是實施油氣井壓力的控制。即：在不同鉆井作業中，采用一定的方法控制住地層孔隙中流體的壓力，基本上保持井內壓力平衡，保證鉆井順利進行的一整套工藝技術。2、井侵：當井底壓力小于地層壓力時，地層流體（油、氣、水）進入井內的現象。3、溢流：井侵發生后，地層流體進入井內，使返出的鉆井液比泵入井內的多，停泵后鉆井液有自動外溢現象稱為溢流。4、井涌：嚴重的溢流使鉆井液涌出井口（一般不超過轉盤面）的現象稱為井涌。5、井噴：地層流體無控制地涌入井內，使井內鉆井液噴出（超過轉盤面）的現象稱為井噴。6、井噴失控：井噴發生后，無法用常規的方法控制井口而出現敞噴的現象稱為井噴失控。第一章：井控及相關概念一、井控的概念第一章：井控及相關概念437、井控的分級人們根據井涌的規模和采取的控制方法之不同，把井控作業分為三級，即初級井控、二級井控和三級井控。初級井控（一級井控）：是依靠適當的鉆井液密度來控制住地層孔隙壓力使得沒有地層流體侵入井內，井涌量為零，自然也無溢流產生。二級井控：是指井內正在使用中的鉆井液密度不能控制住地層孔隙壓力，因此井內壓力失衡，地層流體侵入井內，出現井涌，地面出現溢流，這時要依靠地面設備和適當的井控技術排除氣侵鉆井液，處理掉井涌，恢復井內壓力平衡，使之重新達到初級井控狀態。這是目前培訓鉆井人員掌握井控技術的重點。即：發生溢流關井后建立起來的地面回壓和井內液柱壓力共同平衡地層壓力的控制。三級井控：是指二級井控失敗，井涌量大，失去控制，發生了井噴（地面或地下），這時使用適當的技術與設備重新恢復對井的控制，達到初級井控狀態。這是平常說的井噴搶險，可能需要滅火、打救援井。7、井控的分級44

“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的硫化氫天然氣奪去生命，4000多人受傷，造成直接經濟損失達6432.31萬元的嚴重后果。1990年10月11日的王15-33井井噴事故造成直接經濟損失368萬元。人員傷害和經濟損失二、井噴造成的危害“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的452003年12月23日發生的羅家16H井及2004年12月2日發生的曲2井井噴事故，分別造成60000余人和4600余人的緊急疏散。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序人去樓空2003年12月23日發生的羅家16H井及2004年12月246造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞1983年2月,伊朗海岸外的瑙魯滋油田發生井噴，每天7000桶(111.7萬升)原油白白地流入海里；1969年，美國加利福尼亞州圣巴巴拉海灣的海底油田井噴，幾天之內，從海底涌出一萬多噸原油，油田被迫封閉，每天仍有兩噸原油噴入海里。1990年10月11日，王15-33井井噴事故中，1063小時的井噴，造成了嚴重的油氣資源損失。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到47造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染1983年2月,伊朗瑙魯滋油田和伊拉克一油井井噴，對野生動物的打擊是慘重的，受到毀滅性打擊的動物是以海藻為食的儒艮。據世界野生動物基金報道，波斯灣的儒艮到1983年7月幾乎全部死亡。1979年6月3日，墨西哥石油公司的伊斯托克1號平臺，突然發生井噴，井噴造成10毫米厚的原油涌向墨西哥和美國海岸。黑油帶長480公里，寬40公里，覆蓋1.9萬平方公里的海面，使這一帶的海洋環境受到嚴重污染。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到48造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災1984年9月1日，位于印度尼西亞西爪哇的帕西加里笛的PSJ-A探井井噴，幾秒中后著火，鉆機在10分鐘內燒毀，當時的火焰高達130米，在方圓300米內的噪音為100分貝。美國Delta鉆井公司承鉆的SCB1井發生井噴和引起著火，隨之井噴失控，部分鉆桿從防噴器中噴出。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到49造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災設備損壞1996年10月25日，長慶油田W24-23井，井噴著火，7分鐘后井架倒向泵房，進而燒毀井場部分設備和材料。1990年10月11日，大港油田王15-33井井噴，井架倒塌報廢。2003年2月17日，灘海工程公司承鉆的中4－72井在起鉆過程中發生井噴失控，2月18日1:24左右著火，2:08井架朝大門方向倒塌。井架、絞車及大量鉆具工具報廢。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到50造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到嚴重破壞造成環境污染釀成火災設備損壞油氣井報廢1984年印度尼西亞PSJ-A探井因井噴報廢。1997年新疆瑪扎4井井噴，導致井眼報廢。2003年中4－72井井噴導致該井報廢。造成的危害人員傷害和經濟損失打亂正常生產生活秩序油氣資源受到51

“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的硫化氫天然氣奪去生命，4000多人受傷，6萬多人被疏散，9.3萬人受災，造成直接經濟損失達6432.31萬元的嚴重后果。損失巨大的災難性責任事故

1985年至今，據不完全統計國內陸地發生井噴失控事故56起，造成直接經濟損失23561萬元，直接時間損失41854小時，死亡266人，受傷4047人。“12·23”特大井噴責任事故導致243人被高濃度的52三、井噴的原因

1、井控意識不強，思想麻痹，違章操作。2、地層壓力掌握不準，設計鉆井密度偏低。3、起鉆產生抽吸壓力，造成誘噴。（要求鉆開油氣層起鉆前進行短起下鉆校對溢流的產生）。4、鉆井液柱高度下降。（要求每起三柱鉆桿或一柱鉆鋌向井內灌滿一次鉆井液）。5、鉆井液密度下降。（原因：油氣侵入井內；處理事故向井內注原油或解卡劑；向井內混油降低磨阻。6、對淺氣層的影響缺乏認識，井身結構不合理。

三、井噴的原因537、井控設備的安裝及試壓不符合（石油與天然氣鉆井井控技術規定）的要求。8、空井時間過長，無人觀察井口。9、鉆遇漏失層段發生井漏未能及時處理或處理措施不當。10、相鄰注水井不停注或未減壓。11、地質設計未能提供準確的地層孔隙壓力資料。12、發現溢流后處理措施不當。比如，有的井發現溢流后不是及時正確地關井，而是繼續循環觀察，致使氣侵段鉆井液或氣柱迅速上移，再想關井，為時已晚。三、井噴的原因7、井控設備的安裝及試壓不符合（石油與天然氣鉆井井54四、提高井控意識，搞好井控工作

1、提高井控意識

（1）設備安裝意識。（2）設備調試與試壓意識。（3）油氣資源保護意識。（4）井控培訓意識。（5）責任意識。2、搞好井控工作

（1）井控工作主要內容：井控設計；井控設備；鉆開油氣層前的準備工作；鉆開油氣層和井控工作；井噴失控的處理；防火、防硫化氫的安全措施；井控培訓。3、搞好井控工作的措施

（1）各級領導必須高度重視井控工作。（2）必須全面系統地抓好五個環節，即：思想重視；措施正確；嚴格管理；技術培訓；裝備配套。四、提高井控意識，搞好井控工作55（3）認真對待淺氣層鉆井、井控工作。（4）既注意高壓油氣井防噴，又要注意中低壓油氣井防噴。（5）要注意各部門密切配合，常抓不懈。（6）嚴格執行，《石油天然氣鉆井井控技術規定》。注意：短程起鉆法操作，（起鉆前先從井內起出5—10柱鉆桿，然后在下入井內，開泵循環至少一個遲到時間，觀察測量返出的鉆井液，如發現有油氣，說明發生了抽吸溢流，應調整鉆井液性能或降低起鉆速度。（3）認真對待淺氣層鉆井、井控工作。56一、地層壓力可能增大的跡象

1、鉆屑的尺寸和形狀

觀察與分析井內返出巖屑的尺寸和形狀，同樣可以判定地層壓力的變化。壓力過渡帶的頁巖巖屑外表尺寸通常要大于正常壓力地層的巖屑。過渡帶巖屑的邊緣銳利且帶棱角，而正常壓力地層頁巖巖屑，通常是平的、小的而且多為圓邊。在異常高壓地層，地層欠壓實，鉆遇這類地層時，壓差將減少，大塊頁巖將開始坍塌，而坍塌的“巖屑”有著特殊的尺寸和形狀。通常這些巖屑比正常巖屑大一些，且呈長條、銳利、帶棱角。第二章：溢流的檢查一、地層壓力可能增大的跡象第二章：溢流的檢查572、溫度變化

（1）正常地層的溫度隨井深的增加，平均每100m溫度遞增3℃左右。在壓力過渡帶，地層壓力隨井深而升高的速度比正常情況要高。在實際中觀察到，在壓力過渡帶和進入異常高壓井段時，返出鉆井液溫度梯度的變化有達到18.2℃/100米的。（2）連續記錄出口管溫度有助于檢測地層壓力增加的情況。但是返出泥漿的溫度也取決于下列因素：①循環速度增加；②鉆井液固相含量變化；③鉆井參數變化；④鉆頭扭矩增加；⑤鉆井液化學性質的改變等等。因此單是返出鉆井液溫度升高并不能完全確定地層壓力升高。應結合其它方面的顯示，綜合分析判斷是否進入異常壓力地層。2、溫度變化58（3）但是在某些地區返出鉆井液溫度與地層壓力的關系是極為明顯的，因此，可以用來預報異常壓力。

3、含氣量鉆井液中氣體含量的增加是異常壓力地層的明顯顯示。現在有很多的井在施工中用鉆井液錄井來幫助檢測異常地層壓力。鉆井液中天然氣含量是否與地層壓力升高有關，這取決于地質環境和鉆井技術，這是由于鉆井液中存在的天然氣有多種來源：（1）鉆遇氣層：在鉆開氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。

（2）背景氣：連續少量地進入井內的天然氣被稱為原始天然氣（或背景天然氣），原始天然氣通常來自低滲透性巖層，如頁巖。但是在壓力極不平衡的情況下，某些流體可以從井壁周圍流入井內。原始天然氣的增加表示地層壓力的增加或者表示鉆井液靜液壓力的減少。（3）但是在某些地區返出鉆井液溫度與地層壓力的59（3）接單根及起鉆導致的天然氣侵入：這是由于起鉆以及接單根時的抽汲作用能降低有效靜液壓力，也可使地層流體進入井內。假如鉆井液的靜液壓力比地層壓力高得多，侵入體積通常是小的。但是，若在鉆具運動前該壓差小，那么很容易引起溢流。

4、鉆井液返速變化或鉆井液性能的變化在排量不變的情況下，若有地層流體進入井內，必然導致流速增加。特別是氣體侵入井內，隨著氣體在井內的逐漸上升，體積也逐漸的膨脹，當氣體接近地面時，這種膨脹達到最大，使流速突然增加。一旦鉆井液中有地層流體侵入，則從井內返出的鉆井液中可以發現有油花、油味或氣泡、硫化氫味。而且鉆井液性能也會發生變化，如：油侵入鉆井液會使鉆井液密度和粘度下降，天然氣侵入鉆井液會使鉆井液密度下降，粘度增加等。

井控培訓知識課件60

5、機械鉆速加快

鉆速的增加是最普遍的用來確定地層壓力發生改變的方法之一。正常情況下，鉆速是隨著井深的增加而下降，這種下降是由于巖石的硬度和密度增加的結果。同時也取決于鉆井液靜液壓力和地層壓力之差。鉆速的改變可以成為地層壓力增加的指示器。當鉆到異常高壓地層時，一方面由于地層壓力增加就會使井底的過平衡減少（井底壓差減小），機械鉆速則加快。另一方面由于異常高壓地層欠壓實，巖石更容易破碎，因此，機械鉆速也會加快。

5、機械鉆速加快61二、溢流的發現及關井

1、溢流的發現

鉆進過程中溢流的發現：

（1）鉆井液罐內液面升高；（2）出口鉆井液流速加快；（3）鉆速突快或放空；（4）循環泵壓下降，泵速增加；（5）鉆具懸重發生變化。鉆井液嚴重氣侵時懸重增加，溢流在環空高速上返時使懸重減小。（6）鉆井液性能發生變化，水侵時密度、粘度下降；油氣侵時密度下降、粘度升高。（7）停泵后井口有外溢鉆井液現象。二、溢流的發現及關井62起下鉆時溢流的發現（1）起鉆時，如果灌入鉆井液體積小于起出鉆具的體積說明發生了溢流。（2）下鉆時，如果返出鉆井液體積大于下入鉆具的體積說明發生了溢流。（3）停灌泥漿、停止下發鉆具時井口有外溢鉆井液現象。井噴多發生在起鉆的鉆井作業中。因為在起鉆作業時，產生抽吸壓力而使井底壓力降低，起鉆過程中不及時灌滿鉆井液也會使井底壓力降低。起鉆時一般每起3柱鉆桿或1柱鉆鋌需灌滿一次鉆井液。空井時溢流的發現主要根據井口是否有外溢鉆井液現象，如有說明發生了溢流。如何及時發現溢流（1）勤觀測液面變化、鉆井液性能，堅持坐崗觀察，干部24小時值。（2）校核dc指數，井底壓力與地層壓力平衡，起下鉆時鉆井液體積比較。（3）觀察鉆速、放空、憋跳、懸重、泵壓及鉆井液出口溫度。起下鉆時溢流的發現632、關井及時發現溢流并迅速關井的優點：（1）控制住井口，使井控工作處于主動，有利于實現安全壓井。（2）制止溢流繼續進入井內。（3）可保持井內較多的鉆井液，減小關井和壓井時的套壓值。（4）可較準確確定地層壓力和壓井鉆井液密度。關井方法：（1）硬關井：發現溢流后立即關防噴器的關井方法，其優點關井速度快，關井時間短，溢流量小，但井口設備受沖擊力大。（2）軟關井：發現溢流后，首先打開放噴閥，再關防噴器，再關節流閥的關井方法。2、關井64關井程序：

1．鉆進中發生溢流：

（1）發：發出報警信號（時間不少于20秒）。（2）停：停止鉆進。（3）搶：搶提鉆具，停泵。（4）開：開液動平板閥。（內3號）（5）關：關防噴器（半封閘板）。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。關井程序：652．起下鉆桿中發生溢流：

（1）發：發出報警信號。（2）停：停止起下鉆桿作業。（3）搶：搶接回壓閥（或頂驅）。（4）開：打開液動平板閥（內3號）。（5）關：關防噴器（半封閘板）。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、接方鉆桿（頂驅鉆機除外）求立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。3．起下鉆鋌中發生溢流：

（1）發：發出報警信號。（2）停：停止起下鉆鋌作業。（3）搶：搶接防噴單根及回壓閥（頂驅）。（4）開：打開液動平板閥（內3號）。（5）關：關防噴器。

2．起下鉆桿中發生溢流：66（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（7）看：讀取套壓、接方鉆桿（頂驅除外）求立壓、測量溢流量，向值班干部及甲方監督報告。

4．空井時發生溢流：（1）發：發出報警信號。（2）停：停止其它作業。（3）開：打開液動平板閥（內3號）。（4）關：關防噴器（全封閘板）。（5）關：關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。（6）看：讀取套壓、測量溢流量。向值班干部及甲方監督報告。（6）關：先關節流閥（試關井），再關節流閥上游的平板閥。67一、鉆井液靜液壓力

1、定義：由靜止鉆井液自身質量所產生的壓力。2、計算公式：鉆井液靜液壓力=9.8×鉆井液密度×液柱的垂直高度。從公式中可以看出，靜液壓力的大小，只和液體的密度、液柱的垂直高度有關，和截面形狀無關。二、壓力梯度

（1）定義：每增加單位垂直深度（或高度）壓力的增加值稱為壓力梯度。（2）表達式：壓力梯度=壓力÷高度=液體密度×9.8第三章：井內壓力概念一、鉆井液靜液壓力第三章：井內壓力概念68三、地層壓力

1、定義：指巖石孔隙中流體所具的壓力。

2、地層壓力的分類（1）正常地層壓力：指從地表到地下該地層處的靜液壓力。9.8----10.486千帕/米）（2）異常高壓：指地層壓力梯度高于正常壓力梯度時，稱為異常高壓。（3）異常低壓：指壓力梯度低于正常壓力梯度稱異常低壓。

3、地層壓力的表示方法（1）用壓力的具體數值表示。（2）用地層壓力梯度表示。（3）用等效鉆井液密度表示。（4）用壓力系數表示。即：某點地層壓力與該深度淡水柱的靜液壓力之比。三、地層壓力69四、地層破裂壓力

1、定義：是指地層抵抗水力壓裂的能力，換句話說：指某一深度地層發生破裂或裂縫時所能承受的壓力。

2、地層破裂壓力梯度：指每增加單位垂深度（或高度）地層破裂壓力的增加值稱為地層破裂壓力梯度。3、計算公式地層破裂壓力梯度=地層破裂壓力÷垂直深度=9.8×地層破裂壓力當量鉆井液密度。

四、地層破裂壓力704、地層破裂壓力實驗操作步驟鉆完水泥塞，再鉆進（第一個沙層）3米左右，上提鉆具，用地面防噴器關井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井內緩慢注入鉆井液(最好用水泥車)記錄不同時間的泵入量和井口壓力，開始泵入量和壓力呈直線關系,當偏離直線的點即為該地層的破裂壓力對應的井口壓力。即套管鞋處最大允許關井套壓。4、地層破裂壓力實驗操作步驟71五、波動壓力

1、抽吸壓力：指鉆柱向上運動時井內鉆井液向下流動使井底壓力減小的壓力叫抽吸壓力。

2、激動壓力：指鉆柱向下運動時，井內鉆井液向上流動時，使井底壓力增加的壓力。3、波動壓力對鉆井的危害：由于鉆井液密度、粘度、切力，過快的起下鉆速度會產生過大的抽吸、激動壓力這樣會造成井噴或壓漏地層。

4、影響抽吸、激動壓力的因素：（1）管柱的起下速度；（2）鉆井液的密度、粘度、切力；（3）環空間隙；（4）管子截流（鉆頭泥包）；（5）慣性力。五、波動壓力72

5、減小波動壓力的措施

（1）控制起下鉆速度，鉆開油氣層后起鉆前利用短起下鉆法檢查井底溢流。（2）起下鉆操作要平穩，防止猛提猛剎。（3）調整好鉆井液性能，盡量降低、粘度、切力。（4）保持井眼暢通，防止鉆頭泥包。六、環空流動阻力Pbp

1、定義：循環時鉆井液沿環空上返時，產生的使井底壓力增加的力，叫環空流動阻力。2、影響環空流動阻力的因素（1）鉆井液環空上返速度；（2）環空間隙；（3）井深和鉆井液性能（密度、粘度）。5、減小波動壓力的措施73七、井底壓力Pb

1、定義：指地面和井內各種壓力，作用在井底的總壓力稱為井底壓力。2、井內主要包括的力：鉆井液靜液柱壓力；環空流動阻力；抽吸壓力；激動壓力；地層壓力。3、在不同鉆井作業中的井底壓力的變化。

靜止時：井底壓力=靜液壓力

循環泥漿時：井底壓力=靜液壓力+環空流阻

鉆進時：井底壓力=靜液壓力+環空流阻+鉆屑增加