井控培训及案例分析

井控知识培训及事故案例分析江试安[2010]7号关于印发《江汉石油管理局井下测试公司岗位安全生产责任制》的通知第二条公司经理和书记，分公司（经理部）、项目部经理和书记，基层队队长和指导员，机（班）组长等党政正职是管辖范围内安全生产第一责任人，其他领导、职能部门科室长（主任）和员工，在各自工作范围内对实现安全生产负责。工程技术研究所：3、负责井控工艺技术管理；参与井控工作大检查；主要内容三、井喷失控的原因一、井控相关知识四、应急预案的编写二、井喷失控的危害五、典型井喷失控事故案例井控：油气井压力控制的简称。溢流：在井内液柱压力小于对应深度处的地层孔隙压力时，井口返出的液体量大于泵入的液体量或停泵后井口液体仍自动外溢的现象。井控、井喷及相关定义井喷：地层流体（油、气、水）无控制地涌入井筒，喷出地面的现象。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。井控、井喷及相关定义井控的分级根据井涌的规模和采取的控制方法的不同，我们把井控工作分为三级：初级（一级）井控、二级井控、三级井控一级井控是指以合适的钻井液密度、合理的钻井技术措施，采用进平衡压力钻井技术安全钻穿油气层的井控技术，又称主井控。一级井控技术要有合理的井身结构。要有比较精确的地层预报。要有可靠的井控装置。要进行地层压力检测。在钻井过程中采用合适的钻井液密度。要做地层破裂压力强度实验和裸眼承压能力试验。一级井控技术确保各次固井质量，保证套管鞋处承压能力符合要求。打开油气层后，任何时候都不允许降低井内液柱压力。打开油气层后起钻前要调整好钻井液性能，初次起钻要搞短起下；在油气层以及油气层以上300米范围内要控制起钻速度不超过0.5m/s。天然气上升对井内压力的影响36303672开井条件下关井条件下一级井控技术减少空井时间，起钻后必须立即下钻。提高人员素质，相关人员必须经过井控培训，持证上岗。落实人员24小时坐岗制度，保证及时发现溢流并及时采取有效措施。一级井控技术钻开油气层前要储备足够的重泥浆和加重材料。钻井全过程中要保证所有井控设备经常处于待命状态。下套管应换与套管尺寸相应的半封闸板，必要按规定及时灌满管内钻井液。与开发单位联系好关闭邻近注水井及抽油井的关闭事宜。井控作业的分级二级井控：溢流或井喷后按照关井程序及时关井，利用节流循环给井口施加一定回压与井内液柱压力共同来平衡地层压力，最终用重浆压井、重建平衡的井控技术。三级井控：井喷失控后，重新恢复对井口的控制的井控技术。二级井控技术发现溢流后应及时按照关井程序关井。根据情况适当活动钻具。起下钻中途发现溢流要具体分析，具体对待不能一概而论。关井后压井工作应以最快的速度进行，不能长期关井不压井。要用合适密度的压井液。二级井控技术调整好接头位置防止关井时把闸板关在钻杆接头上。不允许将全封或剪切闸板的控制手柄锁住。储能器应保持经常保持待命状态，确保随时能用。应随着井口压力的升高而及时调节关井压力。钻杆内没有接入安全阀或方钻杆前不能关闭环空。井控工作中“三早”早发现：溢流被发现的越早越好、越便于关井控制、越安全。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。早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应进行节流循环排出溢流和压井作业。井控中压力的表示方法用表压单位（MPa）表示：如地层压力为35MPa。用压力梯度单位（MPa/m）表示：如地层压力为0.014MPa/m。其好处或方便之处是在对比不同深度地层中的压力时，可以消除深度的影响。用压力系数表示：该地层压力与同井深的淡水静液压力之比，无单位，在数值上等于其当量密度值，如地层压力为1.4。我国现场人员常说某井深处的压力系数是多少，实际仍是当量密度，只不过去掉了密度量纲，只言其数量罢了。井控中压力的表示方法用当量密度单位（g/cm3）表示：具有相当密度的流体在该点形成的静液柱压力。如：地层压力为1.4g/cm3；地层破裂压力为1.6g/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。ρe=P/（9.81H）=G/9.81式中ρe——钻井液当量密度，g/cm3。如2000m处的压力为23.544MPa，则ρe=23.544MPa/(9.81×2000m)=1.20g/cm3这个压力表示方法，与压力梯度类似，也可以在对比不同深度压力时消除深度带来的不便。压力压力地单位是帕，符号是Pa，1Pa是1m2面积上受到1N的力时形成的压力。即1Pa=1N/m2根据需要，有时用千帕（kPa）或兆帕（MPa）1kPa=1×103Pa1MPa=1×106Pa它与过去常用的工程大气压的换算关系是1MPa=10.194kgf/cm2或1kgf/cm2=98.067kPa粗略计算时，可认为1kgf/cm2=100kPa=0.1Mpa，其误差约为2%。英制中，压力的单位是每平方英寸面积上受多少磅的力，符号是psi，换算关系是1psi=6.895kPa静液压力静液压力是由静止液柱的重量产生的压力，其大小只取决于液体密度和液柱垂直高度。p=gρHp——静液压力，kPa;g——重力加速度，9.81m/s2;ρ——液体密度，g/cm3；H——液柱高度，m。压力梯度压力梯度指的是每增加单位垂直深度压力的变化量，即每米井深压力的变化值或每10m垂深压力的变化值。其计算公式为：G=p/H=gρ式中G——压力梯度，kPa/m；p——压力，kPa或MPa；H——深度，m或km。用这个压力梯度的定义，静液压力公式也可以写成：静液压力=9.81×钻井液密度×垂直深度井控相关计算公式.doc溢流：通常是指当地层压力大于井内压力时，地层中的流体进入井内并推动井内钻井液外溢的现象。这种现象也称井涌。失去控制的溢流则称为井喷。溢流发生的原因1、对地层压力掌握不准确2、井内钻井液柱高度下降（1）起下钻时灌入的钻井液量不够。（2）井漏引起井内钻井液柱高度下降。3、钻井液密度下降4、起钻时产生抽吸压力（1）核对灌入井内的钻井液量（2）短起下钻法关井发现溢流后，果断迅速地关井，具有以下优点。（1）控制住井口，可使井控工作处于主动，有利于实现安全压井。（2）制止地层流体再继续进入井内。（3）使井内有较多的钻井液，可以减小关井和压井时的套管压力值。（4）可以较准确地确定地层压力和压井钻井液密度。关井的基本要求关井要及时果断井内有钻具不能关全封关井不能压裂地层关井方法软关井硬关井修正关井软关井或半软关井所谓软关井或半软关井就是指先开通节流管汇（节流阀全开或半开以下统称软关井），再关防喷器，最后关节流管汇的关井方法。软关井最大的优点在于能够防止液流通道突然关闭，使液流的速度急剧变化，引起系统中液体动能的突然变化产生“水击效应”。软关井适用情况井口溢流速度过高；井口装置承压较低；地层破裂压力过低。硬关井所谓硬关井就是指在关闭防喷器时，节流管汇处于关闭状态的关井方法。它的突出优点就是动作少、关井快，能在最短的时间内关闭井口。硬关井适用情况井口溢流速度不高；由于盐水侵入量越大，井壁越不稳定，故尽可能采用本方法；井口装置能够承受较大压力。钻进过程中关井程序（软关井）发信号停转盘、停泵上提钻具开节流管汇侧的液动平板阀或手动平板阀关封井器关节流阀试关井，在套压允许条件下关节流阀上游平板阀，打开环形防喷器录取关井立压、套压和钻井液增量及时向队长或技术员以及甲方监督汇报。不循环法录取立压关井，等待套压相对稳定，记下套压；缓慢启动泵，直到套压开始升高，停泵，记下此时立压和套压；关井立压就等于停泵时立压减去套压升高值。循环法录取立压关井，等待套压相对稳定，记下套压；启动泵，迅速打开并调节节流阀以保持套压不变。调节泵到压井泵速。记录此时泵压，停泵，关节流阀关上游平板阀。关井立压就等于泵压减去该泵速下循环压力。检查与释放圈闭压力通过调节节流阀释放钻井液，每次放40—80L。然后观察立压变化。如果立压每次均降低，则可继续每次放40—80L。如果立压降低幅值明显减少，则可停止释放。硬关井开平板阀关预定防喷器上报每分钟读取立压、套压修正关井程序关防喷器开平板阀上报每分钟读取立压、套压软关井开平板阀关防喷器关节流阀确定套压不超过预定值每分钟读取立压、套压分流程序发信号停转盘停泵上提方钻杆打开放喷管线关分流器开泵尽可能高速向井内泵入液体熄灭所有明火和断掉电子系统。小结关井需要迅速果断的行动。关井以后关井套压不允许超过最大允许关井套压。钻头离井底越近，对压井作业越有利。井涌量越小进行井控越容易。井涌控制原理迅速关井是井控的第一步，但是安全关井对井眼的控制是暂时的。在溢流物没有被循环出井眼之前一级井控是不可能实现对井眼的控制的。常规压井方法都要用到以下两种原理：井底常压法原理U型管原理二级井控的两个重要考虑1、使作用在地层上的井底压力高于地层压力，防止新的地层流体继续侵入井内。2、在超平衡地层压力时不能使井口压力过高，防止压漏地层或憋坏设备。任何基于上述考虑的压井技术都可以称为井底常压法。井底常压原理常规压井技术的基本指导思想是在整个压井施工的过程中使井底压力与地层压力之间差值保持恒定，既不使新的地层流体侵入井内，又不使控制压力过高而危及地层和设备。常用的压井方法如司钻法、工程师法、循环加重法等都属于井底常压法。它们之间的区别就在于第一循环周所用的钻井液密度不同。理想压力表为更好理解上述原理，我们假设可以在循环系统的关键位置装上压力表。1、地层处2、井底处3、最薄弱地层处4、套管处5、立管处54321“U”形管原理关井条件下的压力平衡钻柱内：地层压力pp＝井底压力pb＝关井立压pd＋0.098×钻井液密度ρm×垂深H环空内：地层压力pp＝井底压力pb＝关井套压pa＋0.098×钻井液密度ρm×（垂深H－溢流高度hw）＋0.098×溢流密度ρw×溢流高度hw关井条件下的压力平衡节流循环时：关井立压＋低泵速泵压＋钻具内静液柱压力－钻具、水眼处压耗＝地层压力＋环空压耗＝套压＋环空静液压力＋环空压耗通常由于环空压耗不会大于15bar而且环空压耗有助于平衡地层压力所以计算时经常将其舍去。压井时应达到的要求始终保持井底压力大于或等于地层压力，并保持井底压力不变。严格按井控要求和措施施工。保证不压漏地层。保护油气层。压井排量/泵速的选择及原因压井排量/泵速一般选正常钻进排量/泵速的1/2----1/3。原因：（1）正常循环压力加上关井立压有可能超过泵的额定工作压力。（2）大排量高压泵所需要的功率有可能超过泵的输入功率.(3)大量流体流经阻流器有可能堵塞阻流器，从而压漏地层.溢流性质的确定ρw＝ρm－10.2（pa-pd）／hwhw＝泥浆池增量ΔV／溢流井段每米容积Va1.07～1.20盐水，0.12～0.36气体，0.36～1.07油或油水混合物井底压力之间关系式中：pd关井立管压力，bar；pmd钻柱内静液柱压力，bar；pp地层压力，bar；pa关井套压，bar；pma环空内气液混合静液柱压力，bar。PPPPPdmdpama压井过程中的立压变化初始循环立压:初始循环立压＝低泵速泵压＋关井立压终了循环立压:终了循环立压=(压井液密度/原钻井液密度)×低泵速泵压关井程序（江汉油田试油及井下作业）：1．起下管柱中发生溢流时关井操作程序：（1）发：发出信号；（2）停：停止起下作业；（3）抢：抢接内防喷工具；（4）开：开节流阀及前面的平板阀；（5）关：关防喷器（关半封封井器）及内防喷工具（关旋塞阀）；（6）关：试关井（先关节流阀，再关节流阀前平板阀）；（7）看：认真观察，准确记录油、套管压力变化，迅速向值班干部及甲方监督报告。2．起下井下工具中发生溢流时关井操作程序：（1）发：发出信号；（2）停：停止起下工具作业；（3）抢：抢接油管和内防喷工具；（4）开：开节流阀及前面的平板阀；（5）关：