水平井井控技术
水平井段钻井技术措施
水平井段钻井技术措施一、水平井段设计1.水平井段设计需要结合油气储层特性、地质构造、储量和预测产能等因素考虑，确定井段的起止点和倾角。
2.基于地层压力和水平段的长度，采取合理的构造设计可以减少钻井施工过程中的摩擦和阻力。
二、钻井井眼质量控制1.合理选择井眼质量控制手段，通常采用钻井液温度控制、控制井眼地层压力、控制井眼液体重量、控制井眼钢丝绳张力等方法。
2.密度与粘度应根据井眼内外流体压力的比较确定于井眼施工过程中的稳定应力分布，有效地避免因钻井过程引入地层流体。
三、水平井段钻井井下导向技术措施1.实施连续预应力打组技术，能够迅速探测出水平井段的井眼钢丝绳张力的变化，最大限度地提高导向仪器的敏感度，从而提高钻井平顺性和垂直度。
2.采用井内导向仪器，例如电磁测量，来实时监测井眼方位，以实现精确钻井。
四、水平井段钻井液设计及应用1.针对水平井段的特点，设计合适的钻井液配方，考虑液体密度、粘度、稳定性和润滑性等因素，以满足水平井段顺利钻进的需求。
2.应用低密度、低黏度的钻井液，减少钻进阻力，提高钻井效率。
五、水平井段完钻技术措施1.完善水平井段钻井完井方案，根据具体地质情况选择合适的完井技术，如水平套管完井、压裂完井等。
2.通过水平井段完钻来实现人工裂缝扩展，增加地层水平面上的产能。
六、水平井段管柱设计与管理1.合理设计和管理水平井段管柱，避免管柱失稳、卡钻等事故，以保障施工的顺利进行。
2.使用合适的管柱材料和先进的施工装备，如平衡芯轴、扭矩控制系统等，提高钻进效率，防止井眼突变。
七、水平井段钻井期间的监测与控制1.建立完善的监测体系，对钻进过程中的泥浆循环、井筒状况、井壁稳定性等进行实时监测和控制，及时调整施工参数，保障安全高效的施工进度。
2.在钻井过程中采用井壁稳定性预测和动态监测技术，准确预测井眼形成失稳的潜在风险，避免井壁坍塌，提高施工安全性。
综上所述，水平井段钻井技术措施包括水平井段设计、井眼质量控制、井下导向技术、钻井液设计与应用、完钻技术措施、管柱设计与管理、钻井期间监测与控制等。
水平井井控管理要点
三、水平井钻井井控管理关键环节
水平井因其发生井控险情的几率高、处理难度大，因此，为了 确保水平井钻井中的井控安全，除严格执行集团公司《钻井井控技 术规范》、《长庆油田石油与天然气钻井井控细则》、以及现有成
熟的井控技术要求和措施外，还应着力抓好以下几方面工作。
三、水平井钻井井控管理关键环节
钻 井 设 计
管串复杂 工艺复杂
发生溢流井口和管外 控制均较难
此时储层已打开，井口在 更换作业时处于失控状态
一、水平井钻井井控与常规井差异
差异六 起钻 时易 抽吸
水平段易形 成岩屑床
增加抽 吸几率
液柱压力降 低诱发溢流
起下钻 易引起 液柱压 力降低
钻遇泥页岩 地层，钻井 液性能不好
PDC钻 头泥包
增加抽 吸几率
四、水平井压井
2.压井循环立压计算 压井计算时，压井循环立压要分井段计算。 （1）平衡点以上某井深处的压井循环立压等于此井深的关井剩 余立压与此井深的压井液循环压力之和。 压井循环立压:Pdh= Prd＋P
其中：
关井剩余立压:Prd=Pd-(ρ k -ρ m)×0.0098h 压井液循环压力:P=PL+（PTF- PL）×Lh÷L
对邻井资料进行对比分析，掌握地层压力，注 水井注水压力及层位、注水量，预计可能发生 井控险情的层位
井 控 材 料 储 备
储备加重材料50吨以上，一定量堵漏剂
三、水平井钻井井控管理关键环节
开钻前对水平井段两侧 注 水 井 停 注 泄 压
及延伸方向500-1000
米的注水井进行排查
向项目组进行申请停注泄压
J8 常 开
Y3 常 关
全封闸 板 半封闸 板
J2a 常开 常开 J2b 常 开 J6a 常 开
水平井钻井井控技术
水平井钻井井控技术发布时间：2022-11-20T14:39:20.787Z 来源：《中国科技信息》2022年第14期第7月作者：张健[导读] 结合某水平井钻井施工实际，张健胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东东营 257200摘要：结合某水平井钻井施工实际，围绕各次开钻井口装置及试压要求，对一级井控措施、二级井控措施，以及井控要求进行了论述，以确保钻井施工安全运行。
关键词：钻井工程；井控技术；井控措施 1井身结构(如表2-1，图2-1所示) 表1 井身结构数据表开数井眼尺寸×井深套管尺寸×下深水泥返高一开Φ346.1mm×251.00mΦ273.1mm×250.00m地面二开Φ241.3mm×1467.48mΦ177.8mm×1247m+高精密滤砂管×（1247m～1465m）地面2各次开钻井口装置及试压要求表2 各次开钻井口装置及试压要求开钻次数名称型号试 压 要 求井口试压(MPa)试压时间(min)允许压降(MPa)二开及打捞免钻塞分级注水泥双闸板（套管头）2FZ28-2114≥15≤0.7压井放喷节流管汇YG-21.JG/S2-21与防喷器联试打捞免钻塞分级注水泥装置及通井时必须更换与井内钻具尺寸相符的闸板芯子。
可采用相应等级其它型号的防喷器及压井放喷节流管汇。
各开要进行低压试压，试压值1.4～2.1MPa，稳压不小于10min，密封部位不刺不漏为合格。
试压压力均不能超过套管抗内压强度的80%。
放喷管线试压>10MPa。
3井控措施3.1一级井控措施一开用钻井液钻进，保证井眼规则稳定，按设计深度下套管，采用插入法固井，水泥浆返到地面，否则要补打水泥帽。
钻井施工过程中严格执行设计，遇有特殊情况可调整钻井液密度，保证安全施工。
在最浅油气水层200m前必须作好以下准备工作，主要包括按钻井液设计要求储备重钻井液；严格落实“钻开油气层”的有关规定：钻井液密度及其它性能参数没有达到设计要求，不能钻开油气层；钻井液和加重剂未储备或储备不足、加重设备有问题，不准钻开油气层；井控系统未按标准配套、安装、试压或试压不合格，不准钻开油气层；防喷措施不落实，不准钻开油气层。
水平井井控技术
三、井喷的危害
(二)死伤人员
核心：确定一个合理的压井液密度。
在处理井喷事这故时类，事要消件耗大在量四资金川，还、要华赔偿北因井，喷胜而造利成的、其中他一原切经等济各损失个。 油田都发生过，仅四川
发现溢流后处理措施不当
以造人成为 的局本损的、失井是3喷相2就当1是惊11事人钻故的、。井井喷队是在可防1可9控66的年的一次井喷事故中就死亡6人。2003年12月23
(一)损坏设备 如大庆油田的喇83井、杏5井都是因井喷失控将整套设备陷入地下，
四川气田从1957年到1981年发生井喷着火31井次、烧毁钻机18台，全 国从1950年至1997年，发生井喷失控井319口，失控后着火井78口，因 井喷失控着火烧毁钻机以及因井喷地层塌陷埋掉钻机共59台。造成的 损失是相当惊人的。
起钻抽吸 起钻不罐压井液 井口无人座岗，不能及时发现溢流 发现溢流后处理措施不当 空井时间过长 压井液混油 思想麻痹，违章操作 井口不安装防喷器或封井器 井口防喷设备试压不合格
井身结构不合理 对浅气层缺乏认识 地层压力掌握不准 相临注水井不停注或未减压
三、井喷的危害
井喷是损失巨大的灾难性事故，常造成机毁人亡，还会造成恶劣 的社会影响。这一点必须铭刻在心。井喷失控的危害是多方面的。
• 人们根据井口油气流出的规模和采取的控制方法之不 同，把井控分为三级，即初级井控、二级井控和三级 井控。
一、井控基本概念
一级井控技术：通过调整压井液密度，保持井筒内压井 液液柱压力大于地层孔隙压力，避免发生井喷。压井液 静液柱压力是第一级屏障； 核心：确定一个合理的压井液密度。 二级井控技术：当发生溢流时，进行关井作业，避免发 生井喷。井口防喷器组提供第二级屏障。
二级井控技术：当发生溢流时，进行关井作业，避免发生井喷。 什么叫井控装备？
井控安全经验分享
安全经验分享
川庆钻探公司长庆钻井总公司第二工程项目部
水平井钻进施工过程中的溢流
一、发生经过：
某水平井，2010年7月1日2:30下入水平段钻具，7月2日15:30钻至井深4017.23m进行短起下钻作业（井段3639m-4017.23m）。
18:00回下至井底再次开始滑动作业，20:20滑动钻进至井深4019.70m（水平段长339.7m）时由于蹩泵严重开始起钻。
7月3日7:10起钻至57.08m（井内钻井液密度1.12g/cm3）发生溢流，溢流量1.4m3，7:15关井求压，套压1MPa；8:50套压升至6MPa。
二、发生原因：
（一）大段气层裸露，大量岩屑气在井内聚集是溢流发生的直接原因。
该井在前一趟钻具钻进的129.29m水平进尺中（实钻水平段总长399.7m）有100m全烃最高达83.69%；短程起下钻后定向钻进时因蹩泵没有充分循环，致气体在井内聚集并滑脱上升造
成溢流。
（二）起钻速度过快加剧了对气体的抽吸，是溢流发生的重要原因。
三、整改措施：
（一）高度重视水平井施工过程中的井控安全工作。
纵然属于低压、低渗、低产区块，但在水平井段施工期间目的层裸露井段长，泄漏面积大，穿越微裂缝多，施工时间长，井控风险依然很高，要引起高度重视。
（二）要加强钻井录井双坐岗，及时发现险情并积极采取措施。
（三）水平井施工时必须严格按照短程起下钻的方法测定油气上窜速度和溢流，达不到起钻要求时要重新调整钻井液。
水平井监督的重点
水平井监督的重点与工作提示
三个监督：监督水平井井控安全。
监督井控隐患排查、坐岗观察、干部跟班等制度的落实，实行泥浆工、钻井工“双坐岗”，严格执行“发现溢流立即关井，疑似溢流关井检查”的原则，杜绝井喷事故的发生。
监督以“事故预防”为主技术措施的落实。
落实打水平井的各项技术措施，水平段钻进20小时或50米必须短起下通井，防止粘卡事故的发生。
监督加强钻具的管理。
坚持定期倒换钻具、错扣起钻检查，严格按照探伤周期对下井钻具进行探伤，减少钻具事故发生的机率。
五个优化：提示优选使用钻头类型，全井段采用个性化设计的PDC钻头。
二是提示优化施工程序，上部直井段采用PDC钻头加螺杆复合钻进，下部定向段和水平段采用滑动钻进与复合钻进交替进行。
三是提示优化井身轨迹，在确保地质导向的前提下，尽可能地采取复合钻进。
四是提示优化钻井参数，采用大排量、高泵压、大钻压钻进。
五是提示优化泥浆参数，优选泥浆参数，实行“两低”即低固相、低粘切等。
水平井钻井技术
目标段井斜角的计算
已知：地层倾角δ；目标段 设计方位线与地层下倾方 位线的夹角为Δφ； 求：目标段的井斜角T
T 90o tg 1[tg cos ]
2、井眼轨迹控制要求高、难度大
要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。 普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合 格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，如图所示，• 仅 不 要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致， 俗称“矢量中靶”。
L2-P1井
109m 11m
640.22m
（3）连通水平井
多井联通实现连续生产 ，提高产量。
顺9-平1井 顺5井
顺9-平1井等25对连通水 平井，使该矿单井芒硝 产量提高8倍以上。是水 平井在非石油行业应用 的成功范例。 重要的是为井喷救援、 非石油行业应用积累了 重要经验。
486m
（4）单井蒸气驱重力泄油水平井、 多井联合蒸汽吞吐热采井
水射流破岩必须具备三个基本条件：
一是形成的孔眼要有足够大的 面积； 二是形成的孔眼必须具有规则 的形状； 三是具有较高的破岩效率和钻 进速度。 常规的圆射流不具备这些功能 ，因此设计利用旋转射流。
旋转射流可以钻出大于喷 嘴面积百倍的规则孔眼。 并比普通圆射流的破岩效 率高得多。 旋转射流破岩形成的孔底 成规则的内凸锥状，完全 与圆射流形成的类半球状 或锥状不同。 其破岩成孔的过程和孔底 形状如左图。
4.1 国外水平井技术发展概况
Sperry Sun公司使用8-3/4″牙轮钻头、旋转导向系统和磁 测距技术，在加拿大不列颠哥伦比亚省Jedney油田创出了 将两口井距3104m的井底部相交的纪录；测量深度为 5864m，总垂深1545m。 Mobil公司在德国钻成的R—308井（4 ¾ ”井眼），创短半 径水平井水平段最长600m的世界记录。 美国Bechtel公司采用高压水射流技术开发的超短半径水平 井系统，在 4 ¾ ”井眼中同一深度半径方向钻24个辐射状 的水平井眼，水平段长30 60m，曲率半径0.3m。
第七章----水平井技术
第七章----水平井技术第七章水平井技术7.1 水平井的定义所谓水平井，是这样一种定向井，其最大井斜度达到90°左右(一般大于85°就叫水平井)，且在目的层内维持一定长度的水平的或近水平井段。
八十年代以来水平井钻井技术的不断成熟主要归功于整个定向钻井技术，它是定向钻井技术发展的重大进步。
7.2 水平井的分类及其特点目前，根据造斜井段的曲率半径，水平井可以分为四种类型：长半径、中半径、短半径水平井(见图7-1)和超短半径水平井。
①长半径水平井系统水平井钻井技术已经进入新的历史时期，但是长曲率半径系统仍然有着它的应用领域，在勘探和探明油田面积方面利用长半径系统成功地钻出了许多水平井。
对于海上钻井平台，大跨度或综合考虑障碍的井口位置和在城市下面的油田等，最好使用长半径。
通常来说，长曲率半径水平井是采用常规的井下工具。
这一类型的水平井的造斜点比较靠近井口；由于曲率半径大，能达到较大的水平位移。
②中半径水平钻井系统从广义上讲，这一钻井系统的水平井眼是根据API对钻柱的弯曲和扭转的复合应力所给出的极限值，进行有效的钻井作业。
经实践，最大的实际狗腿严重度在旋转钻方式中为20°/100ft，在定向钻方式中可达30°/100ft。
中半径水平井系统的适用范围很大，而且在北海、墨西哥湾、洛杉矾和阿拉斯加的北部作业中取得了巨大的成功。
它成功地应用于解决水锥、气锥、生物礁和裂缝地层的油层的开发。
虽然油层的自然性质对于中半径水平井系统的使用性有着某些影响，但是比长半径系统少多了。
尽管钻井液的漏失使得作业复杂化，但钻裂缝性油层的最经济方法在目前来说还是首推中半径水平井。
中半径弯曲井段所需要的垂直深度比长半径系统的深度小得多，许多复杂的井段能够在中曲率半径水平井的垂直井段顺利通过。
并且能在钻弯曲井段和水平井段之前下入套管将其封固。
当然，这样做可能因为增加下套管井深而多一些费用，但是在比较短的弯曲井眼中钻进能够节省时间和减少潜在的井眼复杂情况。
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一、井控基本概念
被划分为“三高”的油气井：
高压油气井是指以地质设计提供的地层压力为依据，当地层流体充满井
筒时，预测井口关井压力可能达到或超过35MPa的井。 含硫油气井是指地层天然气中硫化氢含量高于150mg／m3(100ppm)的井。 高危地区油气井是指在井口周围500m范围内有村庄、学校、医院、工厂 、集市等人员集聚场所，油库、炸药库等易燃易爆物品存放点，地面水资
二、与井控有关的概念
起钻抽吸
起钻不罐压井液 井口无人座岗，不能及时发现溢流 工程方面人为因素 发现溢流后处理措施不当 空井时间过长 压井液混油 思想麻痹，违章操作 设备方面人为因素 井口不安装防喷器或封井器 井口防喷设备试压不合格 井身结构不合理 地质或其它方面因素 对浅气层缺乏认识 地层压力掌握不准 相临注水井不停注或未减压 井喷的原因
源及工业、农业、国防设施(包括开采地下资 源的作业坑道)，或位于江
河、湖泊、滩海和海上的含有硫化氢(地层天然气中硫化氢含量高于15mg ／m3(10ppm))一氧化碳等有毒有害气体的井。
一、井控基本概念
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：
三、井喷的危害
(二)死伤人员
这类事件在四川、华北，胜利、中原等各个油田都发生过，仅四川 局的32111钻井队在1966年的一次井喷事故中就死亡6人。2003年12月23
日重庆开县罗16H井天然气(含硫化氢)井喷，死243人，中毒住院2142人
，紧急疏散65000人，直接经济损失6432万元人民币，教训是惨痛的。
四、做好井控工作的对策
搞好井控工作，必须全面系统抓好五个环节：
（1）思想重视：各级领导必须高度重视井控工作。
（2）措施正确：三早。
（3）严格管理：认真贯彻井控规定和细则。
（4）技术培训：五个方面的人员（生产管理人员、现场操作人员、 现场服务人员、相关技术人员、专业技术人员）必须培训，取得现 场井控操作证。 （5）装备配套：配齐各种压力等级的防喷器及管汇、控制系统。
复对井的控制。井喷可能是地面或是地下井喷。有时需要重 新安装井口，进行关井和压井作业。 具体的讲： 三级井控技术指二级井控失败，井涌量大，终于失去控 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。这是平常说的井
喷抢险，可能需要灭火、打救援井等各种具体技术措施。
五、常用井控设备
• 什么叫井控装备？ 井控装备是指实施油气井压力
控制技术所需的专用设备、仪表和
工具的统称。
五、常用井控设备
井 口 防 喷 器 组
五、常用井控设备
环形防喷器
五、常用井控设备
闸板防喷器
五、常用井控设备
五、常用井控设备
控制装置
五、常用井控设备
五、常用井控设备
水平井井控技术
一、井控基本概念
井控（Well Control）：也叫井涌控制（Kick Control）或者压力控制 （Pressure Control）：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，保证井内施工顺利进行。 井控要点： （1）合理的钻井、压井液密度，保持压力平衡 （2）合乎要求的井口防喷器 井控基本指导思想
三、井喷的危害
(三)浪费油气资源 无控制的井喷、不仅喷出了大量的油气，而且对油气藏能量的损失 是难以计算的，可以说是对油气藏的灾难性的破坏。仅四川合4井等8口 井的统计，因井喷放空天然气6.98×lO8m3，为储量的11％，损失惊人。 四川长原大气田长1井井喷日喷气量超
过1千万方,累计损失天然气达4.6亿方
三、井喷的危害
井喷是损失巨大的灾难性事故，常造成机毁人亡，还会造成恶劣 的社会影响。这一点必须铭刻在心。井喷失控的危害是多方面的。
(一)损坏设备
如大庆油田的喇83井、杏5井都是因井喷失控将整套设备陷入地下，
四川气田从1957年到1981年发生井喷着火31井次、烧毁钻机18台，全
国从1950年至1997年，发生井喷失控井319口，失控后着火井78口，因 井喷失控着火烧毁钻机以及因井喷地层塌陷埋掉钻机共59台。造成的 损失是相当惊人的。
致使该井所在气田几乎失去开采价值。 1983年2月,伊朗海岸外的瑙鲁滋油田 发生井喷，每天7000桶(111.7万升)原 油白白地流入海里；
三、井喷的危害
(四)污染环境
喷出的油气随风飘扬，对周围环境造成严重的污染，特别
是喷出物含有硫化氢的时候，搅得四邻不安，人心惶惶，影响 极坏。重庆开县12.23井喷事故造成234人死亡，900多人受伤， 事发地方圆5公里内的4.1万多名群众被疏散，近1000名民警、 武警和消防官兵投入事发现场进行战斗。初步估计经济损失在 6000万元，但是由此造成的人员伤亡却是无法用金钱来衡量的 （无价的）。事故过后，造成当地大面积饮用水污染。
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。
二、与井控有关的概念
（一）井侵（油气侵） •是指在钻井过程中，地层孔 隙压力大于井底压力，地层 孔隙中的流体将侵入井内，
一、井控基本概念
常规井控法： （1）合理的压井液密度
（2）合乎要求的井口防喷器
井内压力平衡： P井底=P地层
基本上保持井内压力平衡：
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
一、井基本概念
井控 初级井控 二级井控 •三级井控
• 人们根据井口油气流出的规模和采取的控制方法之不 同，把井控分为三级，即初级井控、二级井控和三级 井控。
在循环过程中上返，钻井液
池面上有气泡、油花现象。 最常见的井侵为气侵和盐 水侵。
二、与井控有关的概念
（二）溢流
当井侵发生后，井
口返出的压井液的量比
泵入的压井液量多，停
泵后压井液自动外溢。
特点：返出流体不会到 达转盘面上。
二、与井控有关的概念
（三）井涌（Kick）
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
三、井喷的危害
(五)污染油气层。据四川石油管理局多年对多口井的统计资料分析，凡
是钻井液喷空后压井或反复测试后压井，都会对产层造成严重伤害，其
产量将下降30％一50％，甚至有的井不经酸化则见不到产量，可以说井
喷后压井才是油气产层污染的罪魁。
(六)报废井。井喷失控到了无法处理的时候，最后不得不把井眼报废， 如新疆柯克亚地区的几口高产深井，胜利油田的罗5井、新罗5井等。 (七)造成大量资金损失。在处理井喷事故时，要消耗大量资金，还要赔 偿因井喷而造成的其他一切经济损失。
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
二、与井控有关的概念
（四）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。
二、与井控有关的概念
（五）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。
一、井控基本概念
一级井控技术：通过调整压井液密度，保持井筒内压井 液液柱压力大于地层孔隙压力，避免发生井喷。压井液 静液柱压力是第一级屏障；
核心：确定一个合理的压井液密度。
二级井控技术：当发生溢流时，进行关井作业，避免发
生井喷。井口防喷器组提供第二级屏障。
一、井控基本概念
三级井控技术：井喷发生后正确使用设备和技术重新恢