井控技术――定稿

1第一章绪论1、井控的基本概念1.1井控的概念1.1.1井控的定义井控，即井涌控制或压力控制，是指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，保证钻井的顺利进行的技术。定义中所说的“一定的方法”包括两个方面：（1）合理的压井液密度；（2）合乎要求的井口防喷器。定义中所说的“基本上保持井内压力平衡”指：P井底-P地层=ΔP（ΔP取值：对于油井取1.5～3.5MPa；对于气井取3.0～5.0MPa。）1.1.2井控的分级根据井涌的规模和采取的控制方法之不同，井控作业分为三级，即初级井控、二级井控和三级井控。初级井控：采用合适的钻井液密度和技术措施使井底压力稍大于地层压力的钻井过程。初级井控的核心就是确定一个合理的钻井液密度，初级井控提供的钻井液液柱压力为安全钻井形成第一级屏障。初级井控技术要求我们在进行钻井施工时，首先要考虑配制合适密度的钻井液，确保井内钻井液液柱压力能够平衡甚至大于地层压力，保证井口敞开时安全施工。二级井控：由于某些原因使井底压力小于地层压力时，发生了溢流，但可以利用地面设备和适当的井控技术来控制溢流，并建立新的井内压力平衡，达到初级井控状态。二级井控技术要求井口必须装防喷器组，井口防喷器组为安全钻井提供第二级屏障。二级井控的实质是“早发现、早关井和早处理”：（1）早发现：溢流被发现得越早越便于关井控制，越安全。国内现场一般将溢流量控制在1～2m3之前发现。这是安全、顺利关井的前提。（2）早关井：在发现溢流或预兆不明显、怀疑有溢流时，应停止一切其它作业，立即按关井程序关井。（3）早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应节流循环排出溢流和进行压井作业。三级井控：三级井控是指二级井控失败，井涌量大，失去了对地层流体流入井内的控制，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。即常说的井喷抢险，这时可能需要灭火、打救援井等各种具体技术措施。对一口井来说，应当努力使井处于初级井控状态，同时做好一切应急准备，一旦发生井侵能迅速地做出反应，加以处理，恢复正常钻井作业。要尽力防止井侵变成井喷。长庆油田搞好井控工作的原则是：立足于初次井控、搞好二级井控，杜绝三次井控。确保各种施工顺利进行。日常井控工作的重点在钻井队、关键在班组、要害在岗位。长庆油田搞好井控工作的方针是：安全第一、预防为主，环保优先、综合治理。长庆油田搞好井控工作的理念是：以人为本、井喷就是事故、井喷是可防可控的。长庆油田搞好井控工作的重点是天然气井、超前注水开发区块的油井、地层压力梯度大于0.95MPa/100m和气油比大于100m3/t井的作业。1.2与井控有关的概念1.2.1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2称之为井侵。最常见的井侵为气侵和盐水侵。1.2.2溢流当井侵发生后，井口返出的钻井液的量比泵入的钻井液的量多，停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。特点：返出流体不会到达转盘面上。1.2.3井涌国内定义：井涌是溢流的进一步发展，井口返出流体超过转盘面，但低于二层平台。国外定义：当地层压力大于井底压力时，在其压差作用下，地层流体进入井眼，这种流体流动称为井涌。1.2.4井喷国内定义：井涌进一步发展，当井口返出流体超过二层平台时称为井喷。国外定义：井涌失控称为井喷。井喷有地上井喷和地下井喷。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。1.2.5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为井喷失控。这是钻井过程中最恶性的钻井事故。1.2.6井喷失火井喷后失去控制的地层流体在地面遇到火源着火的现象。这是钻井过程中最恶性的、损失巨大的钻井事故。长庆油田提出井控工作的目标就是坚决杜绝井喷失控和着火事故；坚决杜绝有毒有害气体事故。树立井控就是安全，井喷就是事故的意识。图1-1与井控相关的概念2、正确认识与做好井控工作2.1井喷失控与着火的危害井喷失控及其着火是钻井工程中危害极大的灾难性事故，其严重危害如下：（1）打乱全面的正常工作秩序，影响全局生产；1986年8月中原油田卫146井发生强烈井喷，失控后，立即打乱了该局正常的工作。局领导主要成员亲临前线，组织指挥抢险工作。兄弟油田、地方政府和本油田的兄弟单位先后前来支援，组织了800多人参加的抢险队伍。熊熊烈火当场烧死一人，重伤一人（后因抢救无效牺牲），13人不同程度烧伤。为扑灭大火，曾先后动用消防车30余辆。受污染的良田面积达3000余亩，损失惨重。（2）油气资源受到损失和破坏；1958年，四川长桓坝气田长1井，嘉陵江气藏井喷，气量超过100万m3/d，损失天然气达4.61亿m3，占该气田总储量的62%，致使该气藏几乎失去了开采价值。3（3）钻井设备被损坏或烧毁；2003年2月18日，大港油田滩海工程公司承钻的中4－72井在起钻过程中发生井喷失控，40分钟后井架朝大门方向倒塌。井架、绞车及大量钻具工具报废。（4）危及人身安全，造成人员伤亡。2003年12月23日，川东钻探公司12队,罗家16H井井喷失控，导致硫化氢大量外泄，造成243人死亡，4000多人受伤。（5）严重污染环境，造成不良的社会影响。1979年6月3日，墨西哥石油公司的伊斯托克1号平台，突然发生严重井喷，这次井喷造成10毫米厚的原油顺潮北流，涌向墨西哥和美国海岸。黑油带长480公里，宽40公里，覆盖1.9万平方公里的海面，使这一带的海洋环境受到严重污染。（6）处理井喷失控、井喷失火不仅延误钻井时间，而且会在经济上造成巨大的损失，使钻井成本大大增加。1996年，长庆油田W24-23井，井喷着火，时间损失168小时，直接经济损失45.73万元。2.2对井控工作的正确认识几十年来，井控工作所取得的成绩是很大的，积累的经验是十分丰富的。但是，井喷失控造成的损失也是巨大的，教训是十分深刻的。严峻的事实使人们对井控工作的认识正在逐步端正，逐步提高。在过去较长的时间里，人们头脑中对井控工作存在着两种不正确的认识。其一，由于过去井控装备简陋，不能有效地关井，特别是对高压油气层的井，为了不井喷，使用重钻井液钻井，只要井不喷，就片面地认为井控工作做好了，至于是否污染油气层，枪毙油气层，则考虑甚少。其二，使用低于油气层压力的低密度钻井液钻井，试图用井喷发现油气藏。虽然其主观愿望不能说坏，其结果却是相反，井喷后不仅不能进行正常的钻井作业，而且井喷后的压井作业不可避免地对油气层造成严重的损害。上述两种不正确的认识及其造成的客观后果教育了人们，使人们认识到：只有实施近平衡压力钻井和采用先进的井控技术才是发现油气层、保护油气层的唯一正确途径。近平衡压力就是使用合理的钻井液密度形成略大于地层孔隙压力的液柱压力，达到对所钻地层实施一次控制的目的。做到既不污染地层，也不发生井喷。一旦一次控制未能准确实施，出现溢流后，还可以使用先进的井控装备及时进行关井，实施二次控制。从而保证了既有利于发现和保护油气层，又做到安全钻井。2.3做好井控工作的对策井控工作包括井控设计、井控装备、钻开油气层前的准备工作、钻开油气层和井控作业、井喷失控的处理防火防H2S安全措施、井控技术培训等七个方面。我们认为要搞好井控工作，必须做好以下6个方面的工作：（1）各级领导必须高度重视井控工作。要充分认识井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故。井控技术是钻井工程中十分重要的一项技术。在钻井作业中，采取积极措施，坚持近平衡压力钻井，做好井控工作，既可以及时发现和保护油气层，又可以防止井喷和井喷失控，实现安全生产。在钻井作业中，一旦发生井喷，就会使井下情况复杂化，无法进行正常钻井，而被迫进行压井作业，对油气层将造成严重的破坏。同时，井喷后极易导致失控，井喷失控后将使油气资源受到严重的破坏，还易酿成火灾，造成人员伤亡，设备损坏，油气井报废。自然环境受到污染。对此，各级领导必须在思想上统一认识，高度重视井控工作，只有这样，才能保证井控工作有计划、有组织地沿着正确的轨道，步调一致地健康发展。（2）搞好井控工作，必须全面系统地抓好五个环节。4要搞好井控工作，必须紧紧抓住思想重视、措施正确、严格管理、技术培训和装备配套五个环节。思想重视是指各级领导要高度重视井控工作。不要把井控工作与保护油气层对立起来。井控技术是实现近平衡压力钻井的基础技术，井控技术搞好了，有利于发现和保护油气层，提高油气井的产量，又可以防止井喷失控，实现安全生产。措施正确主要指及时发现溢流和发现溢流显示后按正确的关井程序实行有效控制并及时组织压井作业，尽快地恢复正常的钻井工作。严格管理指在整个过程中，必须认真贯彻《石油与天然气钻井井控技术规定》，建立和健全井控管理系统。要认真执行钻开油气层前准备工作的检查验收制度、岗位责任制度及后勤保证制度。井控技术培训主要指：凡直接指挥钻井队现场生产的领导干部和技术人员、井队基层干部和正、副司钻必须经过井控技术培训考核，取得井控操作证。对钻井队岗位工人要进行井控知识的专业培训，使钻井工人掌握基本的井控技术本领；一旦出现井喷预兆，都能按岗位要求协调，正确地实施井控操作，确保安全生产。装备配套指应按《科学钻井装备配套标准》，逐步配齐相应压力等级防喷器、节流管汇及控制系统。上述五个环节是互相联系的，缺一不可的，放松了哪一个环节都可能产生严重的后果。（3）要认真对待浅气层钻井的井控工作。浅气层的存在，往往是发生井喷失控事故的潜在危险。浅气层虽然压力不高，但由于它距地面近，一旦井筒内液柱压力与气层压力失去平衡，天然气就会很快地窜到地面。如果井口未安装防喷器或者处理不当，一瞬间就可能发生井喷失控事故，过去在这方面的教训是深刻的。因此，在地质设计上要包括对浅气层的预告，工程上要根据地质提供的浅气层的位置、压力和范围，着重做好井身结构设计、钻井液设计、井控设计及泥浆池液面监测工作，把发生在浅气层的井喷失控事故减小到最低程度。（4）在注意高压油气井防喷的同时，也要注意中、低压油气井的防喷。大量的事实表明，不论是高压油气井，还是中、低压油气井，只要不按客观规律办事，思想麻痹，处理措施不当，都有可能造成井喷失控。同时统计数字表明，在钻开中、低压油气层时发生井喷失控的比例大于钻开高压油气层。因为，井下的油气水层中，不论哪一层的地层孔隙压力高于当时井筒内静液柱压力时，都有可能导致井喷，尤其是目前在各油气田的井控装备还不尽人意的情况下。在当前的情况下，充分注意到中低压油气层的井也会发生井喷失控是十分重要的。忽视了这一点，思想上就会放松警惕，施工中就易马虎凑合，井控技术培训工作就不能认真抓好，井控技术规定的贯彻一定会流于形式，其后果是不言而喻的。（5）井控工作要各部门密切配合，常抓不懈。井控工作是多方面组成的系统工程，需要各部门通力合作，密切配合，互相协调，才能发挥整体作用。同时井控工作是一项十分细致的工作，需要坚持不懈，毫不放松的严格管理来保证。只要各级领导上、下一致，连续抓它数年，养成习惯，形成制度，我们的井控工作一定会基础更扎实，成效更显著。（6）要严格执行《石油与天然气钻井井控技术规定》。《石油与天然气钻井井控技术规定》在全面总结我们石油系统几十年来井控技术的基础上，吸收国外先进经验和技术，使我国的井控技术向科学化、标准化和正规化方面迈出了一大步。因此各油气田要结合本地区油气钻井的特点，制定实施细则和各项行之有效的制度，一丝不苟地贯彻执行，在贯彻实施中，要注意发现新情况，总结新经验，努力提高井控工作水平。5复习题：1、名词解释：井控技术、井侵、井涌、溢流、井喷、井喷失控。2、井控作业分哪三级？各级的核心问题是什么?3、井喷或溢流的原因是什么?4、井喷有什么危害?5、长庆油田井控工作的原则、指导思想和重点是什么?6、如何做好井控工作?6第二章井筒内的压力及相互关系1、压力的概念1.1压力定义压力也称压强，其定义是单位面积上所受的力。1.2压力表达式AFP2-1式中：P——压力，N/m2；A——面积，m2；F——作用在面积上的力，N。1.3压力的单位——Pa有