IADC井技技术与设备

中国石油辽河油田井控培训中心IADC培训教材《井控技术与设备》-1-目录第一章绪论………………………………………………………………………………1第一节井控及其相关的概念………………………………………………………………1第二节井喷失控的原因及危害……………………………………………………………1第二章压力的概念与计算……………………………………………………………………4第一节压力的类型……………………………………………………………………………4第二节有关压力的计算………………………………………………………………………12第三节影响和限制压力的因素………………………………………………………………19第三章溢流的原因及检测…………………………………………………………………23第一节地层的非故意溢流……………………………………………………………………23第二节地层的故意溢流………………………………………………………………………31第三节溢流的迹象……………………………………………………………………………32第四节可能发生溢流或将要发生溢流的信号………………………………………………33第五节地层压力异常的迹象…………………………………………………………………34第六节对各种溢流迹象做出快速反应的重要性……………………………………………36第七节区分井中溢流信号与其它的报警信号………………………………………………37第四章施工过程中的井控工作………………………………………………………………39第一节报警设备的安装………………………………………………………………………39第二节预先记录井控信息……………………………………………………………………39第三节钻井液的流量检测……………………………………………………………………40第四节关井……………………………………………………………………………………43第五节在关井期间井口的监控………………………………………………………………49第六节对大量循环漏失或全部漏失的对策…………………………………………………53第七节起下钻…………………………………………………………………………………56第八节井控演习………………………………………………………………………………58第九节地层强度………………………………………………………………………………60第十节强行起下钻作业……………………………………………………………………67第十一节浅气层的危害……………………………………………………………………75第五章气液体的特点和活动规律…………………………………………………………82第一节气体的类型……………………………………………………………………………82第二节气侵的普遍规律………………………………………………………………………82第三节气体的运移……………………………………………………………………………85第四节气体的膨胀……………………………………………………………………………87第五节气体可压缩性及在各种情况下的状态………………………………………………88第六节气体溶解在钻井液中…………………………………………………………………89第六章液体…………………………………………………………………………………90第一节液体的类型……………………………………………………………………………90第二节钻井液的性能对压力的影响…………………………………………………………93第三节钻井液密度的测量技术………………………………………………………………93第四节由于加重和稀释引起钻井液性能的变化……………………………………………94第七章井底恒压的井控方法…………………………………………………………………96第一节井控的目的……………………………………………………………………………96-2-第二节井底恒压法的原理……………………………………………………………………96第三节保持井底压力恒定的各步骤举例…………………………………………………98第四节井控作业单…………………………………………………………………………103第五节井控步骤……………………………………………………………………………105第八章井控设备……………………………………………………………………………110第一节井控设备概述………………………………………………………………………110第二节井控有关的仪表仪器………………………………………………………………114第三节防喷器………………………………………………………………………………123第四节管汇与管线…………………………………………………………………………151第五节阀门…………………………………………………………………………………166第六节辅助井控设备………………………………………………………………………175第七节液压防喷器控制装置………………………………………………………………184第八节测试／完井压力控制设备…………………………………………………………217第九节压力测试与功能测试………………………………………………………………222第十节井控设备的布置……………………………………………………………………232中国石油辽河油田井控培训中心IADC培训教材《井控技术与设备》-1-第一章绪论第一节、井控及其相关的概念1、井控的概念井控，英文是PressureControl，即压力控制，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。井控作业要从钻井的目的和一口井今后整个生产年限来考虑，既要完整地取得地下各种地质资料，又要有利于保护油气层，有利于发现油气田，提高采收率，延长油气井的寿命。为此，人们要依靠良好的井控技术进行近平衡压力钻井。目前的井控技术已从单纯的防喷发展成为保护油气层、防止破坏资源、防止环境污染，已成为高速低成本钻井技术的重要组成部分和实施近平衡压力钻井的重要保证。人们根据井涌的规模和采取的控制方法之不同，把井控作业分为三级，即初级井控、二级井控和三级井控。初级井控（一级井控）是依靠适当的钻井液密度来控制住地层孔隙压力使得投有地层流体侵入井内，井涌为零，自然也无溢流产生。二级井控是指井内正在使用中的钻井液密度不能控制住地层孔隙压力，因此井内压力失衡，地层流体侵入井内，出现井涌，地面出现溢流，这时要依靠地面设备和适当的井控技术排除气侵钻井液，处理掉井涌，恢复井内压力平衡，使之重新达到初级井控状态。这是目前培训钻井人员掌握井控技术的重点。三级井控是指二级井控失败，井涌量大，失去控制，发生井喷（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。一般讲，要力求使一口井经常处于初级井控状态，同时做好一切应急准备，一旦发生井涌和井喷能迅速地做出反应，加以处理，恢复正常钻井作业（井控方针）。2、与井控有关的概念1）井侵－(Influx)地层孔隙压力大于井底压力时，地层孔隙中的液体（油、气、水）将侵入井内，通常称之为井侵。2）溢流（Overflow）当井侵发生后，井口返出的钻井液的量比泵入的钻井液量多，停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。3）井涌（WellKick)溢流进一步发展，钻井液涌出井口的现象称之为井涌。4）井喷（WellBlowout)地层流体（油、气、水）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底压层叫地下井喷。5）井喷失控（OutofcontrolBlowout)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。总之，井侵、溢流、井涌、井喷、井喷失控反映了地层压力与井底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。第二节井喷失控的原因及危害1、分析井喷失控的直接原因，大体可归纳为以下14个方面：第一章绪论-2-1)起钻抽吸，造成诱喷。2)起钻不灌钻井液或没灌满。3)发现溢流后处理措施不当。比如，有的井发现溢流后不是及时正确的关井，而是继续循环观察，致使气侵段钻井液或气柱迅速上移，再想关井，为时已晚。4)井口不安装防喷器。井口不安装防喷器主要是认识上的片面性：其一，片面追求节省钻井成本，想尽量少地投入钻井设备；其二，认为地层压力系数低，不会发生井喷，用不着安装防喷器。5)井控设备的安装及试压不符合要求。比如：放喷管线、钻井液回收管线、防喷管线各部位连接不是法兰连接，而是现场低质量的焊接；连接管线的尺寸、壁厚、钢级不符合要求；弯头不是专用的铸钢件，弯头小于120°；放喷管线不用水泥基墩固定，或是虽然固定了但间隔太远；放喷管线没有接出井场，管线长度不够；防喷器及节流管汇各部件没有按规定的标准试压，其中阀门可能出现的问题较多，打不开或关不上，有的刺漏；防喷器不安装手动操纵杆；不安装灌钻井液管线，而是把高压内控管线当作灌钻井液管线使用；井口套管接箍上面的双公升高短节丝扣不规范，造成刺漏；防喷器与井口安装不正、关井时闸板推不严，造成刺漏：防喷器橡胶老化，不能承受额定压力，控制系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范，漏油；储能装置控制系统摆放位置不合要求等。6)井身结构设计不合理。表层套管下的深度不够，技术套管下的深度又靠后，当钻到下部地层遇有异常压力而关井时，在表层套管鞋处憋漏，钻井液窜至井场地表，无法实施有效关井。还有的井应该在打开油气层前实施先期完成，可往往设计上却是后期完成，给井控工作带来了麻烦。7)对浅气层的危害性的认识。许多人认为浅气层井浅，最多几百米深，地层压力低，不会惹麻烦。而实际上，井越浅，平衡地层压力的钻井液压力也越小，一旦失去平衡，浅层的油气上窜速度很快，时间很短就能到达井口，很容易让人措手不及。而且浅气层发生井涌井喷，多是在没有下技术套管的井，即使关上井，很容易在上部浅层或表层套管鞋处憋漏。所以，浅气层的危害性必须引起人们的重视，要从井身结构和一次控制上下功夫。8)地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料。造成使用的钻井液密度低于地层孔隙压力。9)空井时间过长，又无人观察井口。空井时间过长一般都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间空井不能循环钻井液，造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当运移到井口时己来不及下钻，此种情况下关闸板防喷器不起作用，关环形防喷器要么没有安装，要么胶芯失效，往往造成井喷失控。10)钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。发生井漏以后，钻井液柱压力降低，当液柱压力低于地层孔隙压力时就会发生井侵、井涌乃致井喷。11)相邻注水井不停注或未减压。这种情况多发生在老油田、老油区打调整井的情况。由于油田经过多年的开发注水，地层压力己不是原始的地层压力，尤其是遇到高压封闭区块，它的压力往往大大高于原始的地层压力。如果采油厂考虑原油产量，不愿意停掉相邻的注水井，或是停注但不泄压，往往造成钻井的复杂情况发生。12)钻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。这种情况多发生在深井、探井、复杂井。出于减少摩阻、改善钻井液性能、稳定井壁、钻井工艺的需要，往往要在钻井液中混入一定比例的原油。但在混油过程中，过量过猛导致不均匀，或是总量过多，都会造成井筒压力失去平衡。此外，当卡钻发生后，由于需要泡原油、柴油、煤油解卡，从而破坏了井筒内的压力平衡。此时如果不注意二级井控，常常会造成井涌、井喷，酿成更重大的事故。中国石油辽河油田井控培训中心IADC培训教材《井控技术与设备》-3-13)由于思想麻痹、违章操作而导致的井喷失控在这类事故中占有格管理和技术培训两个方面入手，做好基础工作。大量的实例告诉我们，井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故，其危害可概括为以下5个方面：打乱全面的正常工作秩序，影响全局生产；1)使钻井事故复杂化；2)井喷失近代极易引起火灾和地层塌陷，影响周围千家万户的生命安全，造成环境污染，影响农田水利、渔场、牧场、林场建设。3)伤害油气