防止钻具内井喷的方法——已发表

预防管内井喷失控的技术研究慕武作者简介：慕武 1962年2月生，1981年7月毕业于重庆石油学校钻井专业，钻井工程师，长期从事于钻井现场工作。

主题词：管内井喷失控预防研究内容提要：因起、下钻过程中操作不当或起钻中因钻头泥包等原因，引起起、下钻过程中的井漏，甚至井喷时。

因种种原因会发生管内回压凡尔等内防喷工具失效或方钻杆接不上，导致管内井喷失控事故的发生。

该文就怎样预防和处理这样的失控事故进行了技术方法研究与探讨。

管内发生外溢，甚至井喷失控事故起下钻过程中因钻具内防喷工具未装或使用不当或内防喷工具失效时，有时会发生环空不溢泥浆，而管内却会发生外溢、甚至井喷的事故；或在井喷后因没有抢接回压凡尔及方钻杆（方钻杆上提前安装了上、下球阀），关闭环空后导致管内井喷；或井喷后同时从环空和管内井喷，因没有安装剪切闸板封井器，导致管内井喷失控事故。

就怎样避免或杜绝类似管内井喷失控事故的发生，对我们现有的井控安全工艺提出了新的更高的要求。

现有内防喷工具的使用原则及弊端管内防喷工具是装在钻具或油管管柱上的专用工具，用来封闭钻具或油管的中心通孔，与井口防喷器组配套使用。

下面以某井使用5//×9.19钻杆为例来说明此问题。

现场常用的方钻杆球阀、钻杆回压凡尔（威德福回压阀、箭形回压阀等）、投入式单向阀、旁通阀等皆属管内防喷工具。

内防喷工具的作用是当发生井喷时，一方面用井口防喷器组封闭井口环形空间，内防喷工具藉以保护水龙头冲管、水龙带与立管管线，防止管内井喷失控。

因此，在生产井即将打开油气层前及以后的钻进过程中或在探井的整个钻进过程中，提前安装和使用管内防喷工具以确保安全作业。

在方钻杆上安装方钻杆上、下球阀（旋塞）以确保安全作业。

旁通阀是为了避免在整个钻进过程中钻头喷嘴因各种原因被堵死而无法建立循环时，使用旁通阀。

在钻进油、气、水层前此阀接在投入式单向阀之上，如果没有接投入式单向阀，最好把此阀直接与钻头相接。

当井涌压井过程或井漏堵漏时发生堵水眼等事故时，卸掉方钻杆，投入∮50.8的钢球（或尼龙球），再接上方钻杆，循环泥浆，将球送至阀座锥孔处，封闭水眼，泵压上升5～15Mpa（可根据钻井需要设计）时销钉剪断，阀座受压继续下移，甚至排泄孔全部打开为止，这时可进行压井或堵漏作业。

在钻进过程中通常并不装设钻杆回压凡尔，因为在钻井液的长期冲蚀下易使回压凡尔受到冲蚀损坏，丧失封隔钻具中孔的作用。

而且一旦发生井喷，由于钻杆回压凡尔的障碍，很难获得关井立管压力的真实数据，从而影响压井作业的实效。

再者因钻具内回压凡尔的阻挡，钻进过程中测不到近井底处的井斜数据；或发生卡钻、堵水眼等复杂事故时，如果带有旁通阀，可进行压力骤变法进行解卡或堵漏。

但要进行近钻头爆炸松扣、炸开钻头水眼进行泡油解卡及堵漏等措施时一切都将难以或无法实施。

或在钻具内发生井涌甚至井喷时抢接回压凡尔或威德福回压凡尔，以防止钻具内发生井喷失控事故。

目前用的投入式单向阀只能装在钻杆与钻铤之间的连接处，允许钻井液自上而下流动但不允许井液向上窜流。

投入式单向阀（海德里投入式止回阀）由外部工作筒与内部心轴件构成。

其作用与钻杆回压凡尔类似。

在生产井即将打开油气层前及以后的钻进过程中或在探井的整个钻进过程中，投入式单向阀的工作筒预先安装在钻具管串的钻铤柱顶部，此时阀内并无心轴组件，钻井液循环畅通无阻。

只是当根据作业需要封闭钻具中孔时才将心轴组件投入钻柱管串内，使心轴组件坐落在工作筒上，封堵井液上窜（橡胶密封圈被地层压力向上顶胀，和工作筒内壁实现密封）。

当发生井涌、井喷和进行不压井起下钻作业或起钻前将投入式单向阀的心轴组件从地面投入钻柱中孔后再接方钻杆，开泵循环钻井液将心轴组件输送至工作筒固定座上形成可靠密封，以防起钻过程中管内井喷失控。

投入式单向阀在正常钻进过程中没投入心轴组件前，井涌关井后并不妨碍关井立管压力真实数据的获取。

管内发生外溢，甚至井喷失控的原因分析假设某井在进行短起下钻作业，没有投入投入式回压凡尔的心轴；或起钻中投入式回压凡尔损坏；或未使用投入式回压凡尔。

因井眼缩径或钻头泥包等原因，起钻中在钻头位置会造成抽吸作用，严重时会造成类似注射器似的抽吸作用（柴达木盆地的涩北一号、涩北二号、台南三个第四系气田的钻井起钻作业中有时会看到井筒内钻井液随着钻具的上升而上升）。

环空泥浆无法及时的填充到被抽成真空的井筒之中。

此时如果钻头水眼畅通，管内的泥浆通过钻头水眼填充到被抽成真空的井眼内。

随着起钻的进行，管内的泥浆不断地填充到井眼内。

因钻具水眼的体积远远小于井眼环空同高度的体积（其121/4//井眼中的体积比为1：7；81/2//井眼中的体积比为1：3），管内泥浆液柱的下降高度远远大于填充井眼内液柱的高度。

校核井眼内泥浆吞吐量时不易发现管内钻井液液柱补充到井眼内的泥浆量（尤其柴达木三湖第四系地区的地层因渗漏等原因其吞吐量更难以按理论吞吐量来计算校核，某些井起钻中的实际灌入量较理论灌入量高达近2倍）。

当管内的泥浆液柱压力降低到平衡不了钻头所在及以下某个地层流体的压力时，地层流体（尤其是天然气体）通过钻头水眼很快从钻杆内溢出，进而导致管内外溢，甚至井喷事故的发生。

起钻中因未及时的灌满钻井液导致井喷，井喷后又没有抢接回压凡尔及方钻杆，关井后地层流体通过钻头水眼从管内喷出，导致管内井喷并失控；或因刚刚钻遇压力异常、地层还没有任何地面显示、进行接单根等作业时发生井喷后同时从环空和钻具内发生井喷，导致钻具内井喷甚至失控事故；如果因种种原因在钻具内一旦发生溢流甚至井喷时，在地层流体（或称为井液）压力的作用下，大部分情况下回压凡尔及提前安装了上、下球阀的方钻杆难以对接到钻具上。

假设钻具内井涌时的井液压力为0.098MPa（1a t）时，要抢接内径完全封闭的箭形回压凡尔，其截面直径为∮127毫米。

现仅以5//钻杆母扣端内径以∮80毫米计算，井液对回压凡尔的上举力＝8×8×0.785×1＝50（kg）。

因井液压力如此大的上举力的作用，完全封闭的箭形回压凡尔很难或根本对接不到钻具上，而且井液压力对所抢接回压凡尔的上举力随着钻具内井液压力的升高成正比的线性升高，要抢接直径为∮127毫米回压凡尔的机会就更小。

抢接威德福回压凡尔时，用顶丝将回压凡尔的密封箭预先顶开，井液虽从密封箭与回压凡尔本体之间较小的环形空间经过四次流向的改变通过，同样的井液压力对威德福回压凡尔的上举力较完全封闭的箭形回压凡尔的上举力小大约=（∮11.22-∮982）×0.785×1=23（kg），但因井液在回压凡尔内四次流向的改变，还有大的上举力依然存在，难以抢接成功，且不利于人身安全。

再者，即使抢接威德福回压凡尔至钻柱上时，还要用专用工具把这种预先打开的回压凡尔的顶丝再次松开。

如果管内井液压力较大时，抢接的时间长，再次用专用工具松开顶丝，恢复回压凡尔的真正功用时又不便于操作，且耽误的时间还是太长，贻误了在第一时间内控制井口的机会。

抢接方钻杆时，虽然可以打开地面管汇中的阀门以减轻井液压力对方钻杆的上举力，但因挂接方钻杆的时间较长，失去钻具内发生井涌后及时抢接内控工具的第一时机。

投入式单向阀的内部心轴在井液压力的作用下也有可能投不进钻具内，就是把投入式单向阀的心轴投入钻具中孔内，但因接不上方钻杆，也就无法把心轴组件送至其固定座上，所以就根本起不到控制钻具内井液继续上窜，管内失控的作用。

因接不上回压凡尔及方钻杆，关井后虽然环空有控制，但钻具内无控制，导致钻具内井喷失控。

在陆上钻井现有井控设备不完备的条件下，为杜绝钻具内井喷失控提出了新的井控措施及技术要求。

防止管内外溢、井喷失控事故的措施及方法处理井喷及任何事故贵在第一时间内用最短的时间及时的用正确的方法去处理，即必须遵训“兵贵神速、未闻巧久”的孙子兵法原则。

井控的重点是两个及时（即及时发现溢流和及时关井），为之必须以细节决定成败的思想做如下工作：1、预备一只411×410的下旋塞（保持常开状态，并有相配套的旋塞扳手——国内各厂商生产的在同一井眼使用的所有旋塞阀使用的旋塞扳手尺寸应统一规范）；一只411×410的回压凡尔及410×与井内钻铤母扣相配的各种公配合接头，事先准备放在钻台上最显眼、易拿到的地方。

对接钻具用的牵引绳2根及牵引滑轮（最好是铜制的）2只固定在钻机底座的某个位置；扶正钻具用的绳套及套环4根；防喷绳2根拴好在钻机底座某个合适的位置上；必须使用有通孔的钻杆提蓝，禁止使用盲孔的钻杆提蓝；以上工具进行交接班制度。

2、依据井内起钻用的泥浆密度安全值，计算好钻具内、外形成0.5MPa压差的加重剂量。

起钻前在循环用的泥浆泵的池子上放好所用的加重剂。

在起钻前几分钟（循环量以不超过管内容积为原则），从循环用泥浆泵的上水池的泥浆槽子中均匀地搅拌加入所需的加重剂——注意停止使用上水池内的立式搅拌器。

所加重的钻井液及时地被泥浆泵吸入并送到钻具内，以提高钻具内泥浆的当量密度，形成钻具内与环空液柱压力之间0.5MPa的压差。

如果是封闭池，可注入钻具内外能形成0.5MPa的压差的储备重钻井液。

这样既可以解决起钻中因泥浆的倒喷，不利于井口操作而不愿及时灌泥浆的岗位操作失误所导致的井筒内钻井液液面下降，起钻中发生井涌的问题。

最关键是为判断钻具内是否发生了井涌、甚至是否发生了钻具内井喷提供了可靠的信息依据。

因为起钻前钻具内、外有0.5MPa的压差存在，在起钻中除突然井塌等原因外，一般情况下绝不会发生环空压力大于钻具内液柱压力而导致压差倒流现象的发生。

在此压差下，如果起钻中发生泥浆从钻具内倒流及喷出的现象，可准确地判断出此时就已经发生了钻具内井涌甚至井喷的预兆。

这时，应立即组织井口操作人员迅速抢接常开的下旋塞（如果是钻铤要先接410×与钻铤扣相匹配的配合接头及一根5//钻杆），并关闭其旋塞（如果井内钻具较轻、井液压力大时，必须挂好防喷绳）。

之后接好回压凡尔和方钻杆后再打开下旋塞，关井后进行排除地层流体或压井作业。

几种常用内防喷工具的内径：411×410下旋塞∮73；投入式止回阀∮66；箭形回压凡尔∮92；因为下旋塞的内径为∮73，而且是常开的，所以抢接时有压力的井液通过畅开的旋塞内孔释放，阻力很小，井液对其上举力相对较小，抢接成功率高。

题外话：一是有人为压差的作用，可以节约出起钻前为找出压差高点钻具内不倒喷，利于操作所耽误的循环时间。

二是可避免岗位工人因倒喷而少灌或不灌泥浆的违章操作。

三是改变下钻中刷钻具丝扣密封脂的岗位操作工序为起钻中刷钻具丝扣密封脂的岗位操作工序。

因下钻时钻井液在钻具内倒喷，刷钻具丝扣密封脂时，钻具丝扣密封脂刷不到钻杆丝扣上。

或倒喷的钻井液润湿了钻具丝扣，因油水不亲的原理，钻具丝扣密封脂与润湿的丝扣黏附不到一起，不但浪费了钻具丝扣密封脂，还不利于钻具丝扣的润滑和保护。