钻井井控常识普及手册

延长油田股份有限公司

钻井井控常识普及手册

（试行）

前言

井喷是事故，井喷失控是灾难性事故，罗家16H水平井井控事故造成243人死亡，6人被送进监狱。无数血淋淋事故时刻在警醒我们，井控能力是钻井人员自保之本。

井控工作是钻井安全的保护神，更是钻井人生命的保护神。因此，请您对钻井井控工作给予更多的敬畏、足够的重视。

掌握井控基本知识是保障钻井安全的基础，为此，我们编写了这本手册，希望给广大延长钻井人掌握井控技能带来方便和帮助。

水平有限，不足之处，敬请批评指正。

一、井喷失控的危害

井喷失控后轻则损坏设备、引发井下复杂事故，造成严重经济损失，且多数事故常伴随人身伤害，重则造成群体性伤亡。罗家16H水平井，发生井喷失控，导致H2S大量外泄，造成243人死亡，4000多人受伤，6万多人被疏散，9万多人受灾，造成直接经济损失6432.31万元。此外，井喷失控还会造成环境污染、油气资源浪费和恶劣社会影响等。

二、正确认识井控工作

井喷很可怕，危害极严重，但实践证明，只要我们系统地做好井控工作，井喷事故就能避免。因此掌握井控知识、提高井控处置能力是每位钻井人员关爱自身生命的体现，是对家庭、企业、社会负责的体现，所以必须学懂、做到位。一要基础条件达标，主要包括表层强度要够（表层固井质量好、表层套管鞋处地层有足够的抗压能力）、防喷系统能用（设备状态良好、安装规范）、人员会用、应急物资充足（水、钻井液材料、加重材料）。二要落实坐岗制度，能及时发现溢流，正确处理。

井控目标：要通过优化钻井液密度实现平衡钻井不溢流，发生溢流能早发现、早关井，并及时正确压井。

三、溢流、井涌、井喷发生的主要原因

发生溢流、井涌和井喷的本质原因是钻井液的液柱压力低于地层孔隙压力，主要有六个方面的原因：

1、地层压力异常

钻遇异常压力地层，如果钻井液密度偏低或其他原因造成井底压力小于地层压力，则会引发溢流。

2、钻井液密度偏低

因对地层压力掌握不准，钻井液设计密度偏低，或不按钻井液设计密度执行，实际密度低于设计密度，造成井底压力小于地层压力，引发溢流。

3、井漏

发生井漏后钻井液柱高度降低，井底压力下降引起溢流（区内此类情况较多）。

4、钻井液被气体、水或油等侵入

密度低于钻井液密度的气体或液体（如气体、水或油等）侵入钻井液，导致井底液柱压力下降，诱发溢流。

这里特别要提醒大家注意的是要高度重视浅气层潜在的井控风险，浅气层气体进入井筒造成液柱压力下降，打破原有的井下压力平衡，油气快速上升，短时间到达井口，发生井喷。

5、未及时灌满钻井液

起钻过程中，由于钻柱的起出，井筒内的钻井液液面下降（或长时间停工，渗、漏），若不及时向井内灌满钻井液，造成静液柱压力低于地层压力，发生溢流。

6、起钻时产生抽汲

起钻时产生抽吸压力，造成井底压力小于地层压力，诱发井喷。

四、井控分级

井控的核心就是采取有效措施保持或重建井内压力与地层压力之间的平衡关系。

根据井涌的规模和采取的控制方法的不同，把井控工作分为三级：一级井控、二级井控、三级井控。

1、一级井控

使用合理的钻井液密度，使之满足Pb >= Pp，一般情况油井钻井液密度比地层孔隙压力高0.05-0.10g/cm3。

（Pb——钻井液液柱压力；Pp——地层孔隙压力，下同）

2、二级井控

溢流发生后，利用防喷器，通过关井和压井重建井底压力的平衡关系（Pb >= Pp）。

3、三级井控

当井喷失控以后，首先恢复和建立控制，再进行压井，重建井底压力平衡（Pb >= Pp）。

井控指导思想：立足一级，搞好二级，杜绝三级。

五、井控工作的“三早”

（1）早发现：溢流被发现的越早越利于关井控制、关井井口压力越低、井壁跨塌和漏失风险越小，越安全。

（2）早关井：在发现溢流或预兆不明显，怀疑有溢流的可能时，应停止一切其它作业，立即按关井程序关井、验证。

（3）早处理：通过准确录取溢流数据（关井立压、关井套压及钻井液增量等）、编写压井方案，配好压井液后，就应进行节流压井作业。

六、落实坐岗制度、早发现溢流

溢流必定有溢流的显示和征兆，可以根据这些征兆预测和判断是否发生溢流，那么如何发现这些征兆呢？这就要我们勤观察，准判断，即严格落实坐岗制度。

要求：打开油气层前100米到完钻期间由钻井队和录井队各安排专人坐岗（落实双坐岗制度），每15分钟观察井口、钻井液池液面一次，如出现以下几种，则可能发生了溢流。

1、钻进中（1）钻井液出口流量增大；（2）停泵后钻井液外溢；（3）钻井液池（罐）液面升高；（4）机械钻速加快、放空；（5）钻井泵泵压下降，泵速增加；（6）钻井液性能变化：密度下降、粘度变化等；（7）钻具悬重发生变化；（8）气测录井值超过正常范围；（9）钻井液槽有油泡、气味。

2、起钻时（1）钻井液外溢；（2）灌不进钻井液；（3）灌入量小于起出钻柱体积。

3、下钻时（1）停止下放，钻井液外溢；（2）返出钻井液体积大于下入钻具的体积。

4、空井时（1）钻井液外溢；（2）钻井液池（罐）液面升高。

七、发现溢流或疑似溢流现象的正确处理方式

发现溢流、立即关井；疑似溢流、关井观察。关井是控制溢流的必要措施，一旦发现溢流或疑似溢流现象首先关井。及时关井能制止地层流体继续侵入，防止钻井液被污染引发的密度持续下降、性能变差，从而造成的井壁失稳、关井困难等不利现象的产生，使操作者处于主动地位。

八、关井后处理方式

不允许长期关井而不做处理，关井后观察立压和套压，针对性处理。

1、立压、套压都为零：打开井口循环，加密观察井口钻井液流量，判断是否正常。

2、立压为零、套压不为零：节流循环，排出污染钻井液，直至套压为零，加密监测。

3、立压、套压都不为零：节流压井。

关井期间井口压力未达到允许关井压力，且压井准备工作不充分时不得随意打开防喷器。

九、正确关井程序

关井方法有两种：硬关井和软关井。

1、操作程序（关井时要先关闭钻具内防喷工具，未装的要抢装）

硬关井：发现溢流→立即关闭防喷器。

软关井：发现溢流→打开节流通道→关闭防喷器→关闭节流阀。

2、特点

硬关井：关井动作少、关井快，地层流体进入井筒的体积小，即溢流量小，但是“水击效应”明显，对井口装置冲击强烈。

软关井：关井动作较多、关井时间长，溢流量较大，但是“水击效应”较弱，对井口装置冲击较小。

3、关井方法选用

硬关井：

（1）溢流量要求尽可能小（如含硫化氢），井口设备和井身结构具备条件的井。

（2）溢流发现早，“水击效应”弱的井。

（3）极其紧急的情况下。

软关井（通常情况下采用此方式）：

（1）适用硬关井情况之外的其他情况；

（2）使用液压控制系统的，尽可能采用软关井，因为液压控制系统减少了关井时间。

十、最大关井套压的确定

发生溢流关井时，其最大允许关井套压值原则上不超过下面三个数值中的最小值。

（1）防喷器的最大工作压力；

（2）套管最小抗内压强度的80%；

（3）地层破裂（漏失）压力。

就延长油田而言，一般情况下地层破裂（漏失）压力最小，因此破裂（漏失）压力往往决定最大关井套压。

十一、地层破裂（漏失）压力的确定

采用地漏试验测定地层破裂（漏失）压力。地漏试验操作步骤为：

1、一般在钻穿套管鞋以下第一个砂岩层进行试验。

2、根据邻井资料或经验预测试验层的破裂（漏失）压力。

3、推荐采用水泥车进行地漏试验，如试验压力较低，可采用钻井泵进行试验。

4、检查水泥车或钻井泵压力表的灵敏度和准确度。

5、检查管线连接情况，对管线进行试压，不刺不漏。

6、上提钻头到套管鞋以上，井内灌满钻井液，关闭防喷器。

7、采用低脉冲开泵，向井内泵入钻井液，记录泵压、泵入量和时间，并绘制泵压对泵入量的变化曲线。泵压刚开始均匀地直线上升，当泵压上

升速度开始减慢（偏离直线之点）时，记录泵压，为地层漏失泵压（P l）。

8、计算地层破裂（漏失）压力，求最大许可钻井液密度，折算地层破裂压力当量钻井液密度，并填写在当天的钻井日报上。

地层破裂（漏失）压力=P l+0.00981ρ?H=( )MPa。

ρ——钻井液密度（g/cm3）；H——试验地层深度（m）。

当地层破裂（漏失）压力过低，应考虑增加表套下深，必要时要再钻穿一套泥岩。

十二、压井原理

压井作业原理即“U”形管原理，井底相当于“U”形管的底部，钻柱和环空相当于“U”形管的两侧管柱，根据“U”形管原理，钻柱内压力和环空压力在井底达到平衡。压井过程中通过控制回压（立、套压）来控制井底压力，使井底压力大于或等于地层压力，整个压井过程地层流体不流入井筒。

十三、压井方法

1、司钻法压井（二次循环法）

司钻法是发生溢流关井求压后，第一循环周用原密度钻井液循环以排除环空中被侵污的钻井液，待加重压井液配制好后，第二循环周泵入井内。用两个循环周完成压井，压井过程中保持井底压力不变。

（1）录取油、套压和钻井液进出口比重等资料，计算压井数据，填写压井施工单，绘出压力曲线；配制压井液，二次循环时要用。

（2）一次循环用原钻井液替换井筒环空钻井液。保持排量等于选定

的压井排量，通过节流阀保持进出口排量一致，通过调节节流阀使套压与施工曲线相符，即井底液柱压力等于地层压力。

（3）二次循环泵入压井液，重建井内压力平衡。保持排量等于选定的压井排量，通过调节节流阀使套压与施工曲线相符。

（4）当压井液返出井口后停泵关井，关井立管压力、套管压力应皆为零，开井无外溢说明压井成功。

2、工程师法压井（一次循环法或等待加重法）

工程师法压井是指发生溢流关井后，将配制的压井液直接泵入井内，在一个循环周内将溢流排除并成功压井的方法。压井过程中保持井底压力不变。

（1）录取关井资料，计算压井数据，填写压井施工单，绘出压力控制进度表，准备好压井液。

（2）保持排量等于选定的压井排量，将压井液泵入井内，通过节流阀控制回压。在压井液从井口到钻头这段时间内，控制立管压力按照“立管压力控制进度表”变化，由初始循环压力逐渐下降到终了循环压力；在压井液出钻头沿环空上返这段时间内，控制立管压力等于终了循环压力并保持不变。

（3）当压井液返出井口后停泵关井，关井立管压力、套管压力应皆为零，开井无外溢说明压井成功。

3、边循环边加重压井

方法：发现溢流关井预测井底压力，一边加重钻井液，一边把加重的

压井液泵入井内，在一个或多个循环周内完成压井。

特别注意：使用这种方法因地下压力未知，过程中地层流体不断进入井筒，造成井壁失稳，且压井需要更高的钻井液比重，压漏地层的可能性更大。因此，除非异常情况和无防喷器的井才能使用。

十四、可能导致关井失败的常见情况

1、表层套管下深不够或表层固井质量不合格，表套下部附近地层或表套环空被压开，致使流体上窜，关井失败。因此表层套管至少要下至有效深度，表层固井质量要合格。

2、防喷器试压不合格，承压能力不够，关井过程中压损设备或设备刺漏。

3、关井方式不正确。比如井口设备和井身质量差、采用硬关井而导致井口装置损坏；气体溢流时采用软关井导致大量气体进入井筒，气体滑脱效应导致井口压力急剧升高而无法正常关井。

4、关井时间过晚。钻井液受浸越严重，密度越低，液柱压力越小，关井越难。

5、井控装置安装、固定不规范。关井后设备在承压和震动状态下变形、移位、失效或关闭不严，发生刺漏。

6、长时间关井不采取措施或达到最大关井压力后仍不打开节流管线放喷，压力过高，压开地层或压坏设备。

7、钻具内防喷工具失效。

十五、防喷器安装核心要求

1、配备检验合格、现场试验合格、压力达标的防喷系统。

2、防喷器两侧分别安装与防喷器相同压力级别的节流管汇和压井管汇。

3、钻井液回收管线和放喷管线基本要求。

（1）在节流管汇节流阀处接钻井液回收管线，出口接至钻井液池或钻井液罐。

（2）放喷管线接至井场边缘。

（3）放喷管线的拐弯处和出口固定牢固。

4、远程控制台安装在面对井架大门左侧，便于操作，液控系统处于合格待命状态。

5、二开前配备放喷单根，在方钻杆上安装旋塞。

6、井控设备各闸阀、压力表灵活好用，挂牌齐全，开关状态正确。

十六、防喷器远程控制台合理待命状态

远程控制台待命状态下油面高于油标下限，储能器预充氮气压力7±0.7MPa，储能器压力为18.5-21MPa，管汇及控制环形防喷器的压力为10.5MPa。

十七、钻至易漏层时预防井喷措施

（1）钻至易漏层前在钻井液中加入随钻堵漏剂。

（2）从钻至易漏层前开始严格落实坐岗制度。

（3）钻至易漏层后使用小容积循环池或者循环罐钻井，便于观察液面升降情况，及时发现井漏和溢流。

（4）钻至易漏层后减缓钻速，发现漏失或疑似漏失现象，必须立即停钻，循环观察，采取应对措施。

（5）如发现钻井液失返、井筒液柱高度下降，要及时灌浆，当反灌补充钻井液的速度大于漏失速度时，就可以在井漏条件下进行起下钻作业，下堵漏管串进行堵漏作业。

十八、井控作业中易出现的错误做法

井控作业中的错误作法会带来严重后果，下面列举延长区域常见的错误做法。

1、发现溢流后不及时关井、仍继续循环

这只能使溢流更加严重，地层流体侵入井筒越多，越易井喷。因此发生溢流后无论严重与否，必须毫不犹豫地关井。

2、发现溢流后，为保全钻具强行起钻

起钻后导致井筒液柱压力下降，溢流更加严重，极易发生井喷，其结果钻具被毁，造成更大损失。

3、发现溢流后，企图抢钻完钻

导致关井时间延误，造成更严重的溢流，增加井控难度，甚至恶化为井喷失控事故。

4、关井后长时间不进行压井作业

若是气体溢流，长时间关井气体会滑脱上升积聚在井口，使井筒液柱高度下降，井口套压上升，压坏设备或压开上部地层，导致关井失败。

5、边循环边加重压井

一般情况下，不允许使用该压井方法。该方式不能准确掌握井底压力，当压井液比重偏低时，无法平衡地层压力，地层流体大量进入井筒导致钻井液性能变差，造成井壁破坏；当压井液比重偏高时，则又可能压漏地层，造成更加复杂的井下事故，其结果是大量消耗材料，井仍未恢复正常。

6、阀门开关状态错误

紧邻四通两旁防喷管汇的2#、3#闸阀常处于关闭状态，耽误关井时机。

附录：

1、常用名词解释

（1）井控：采用一定的方法平衡地层孔隙压力，即油气井的压力控制。

（2）井侵：当地层孔隙压力大于井底压力时，地层孔隙或裂缝中的流体侵入井内，称之为井侵。

（3）溢流：井口返出的钻井液量大于泵入量，或停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。

（4）井涌：溢流进一步发展，钻井液涌出井口的现象称之为井涌。

（5）井喷：地层流体无控制的涌入井筒，喷出转盘面（井口）2米以上的现象称之为井喷。

（6）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之为井喷失控。

（7）当量钻井液密度：指井内某一位置所受这种压力之和折算成钻井液密度，称为这一点的当量钻井液密度。

（8）地层破裂压力：指某一深度的地层发生破碎或裂缝时所能承受的压力。

2、压井常用计算公式

(1)溢流在环空中的高度：h w=ΔV/V a

(2)溢流物密度：ρw=ρm-(P a-P d)/0.00981h w

(3)地层压力：P p=P d+ρm gH

(4)压井液密度:ρk=ρm+ P d/(gH)+P e（附加钻井液密度，油水井0.05～0.10g/cm3）

(5)初始循环压力：P Ti=P d+P L

(6)终了循环压力：P Tf=ρk×P L/ρm

(7)压井液从地面到达钻头的时间：t d=1000V d/60Q

(8)压井液从钻头到达地面的时间：t a=1000V a/60Q

(9)加重材料用量计算（加重后体积确定）：G=ρs V1(ρ1-ρ0)/( ρs-ρ0)

(10)加重材料用量计算（加重前体积确定）：G=ρs V0(ρ1-ρ0)/( ρs-ρ1)

以上公式中

h w——溢流在环空中占据的高度，m；

ΔV——钻井液增量，m3；

V a——溢流所在位置井眼单位环空容积，m3/m；

ρw——溢流物密度，g/cm3；

ρm——当前井内钻井液密度，g/cm3；

P a——关井套压，MPa；

P d——关井立压，MPa；

H——垂直井深，m；

ρk——压井液密度，g/cm3；

P Ti——初始循环压力，MPa；

p L——低泵速泵压，即压井排量下的泵压，MPa；

P Tf——终了循环压力，MPa；

t d——压井液从地面到达钻头的时间，min；

V d——钻具内容积，m3；

Q——压井排量，l/s；

t a——压井液从钻头到达地面的时间，min；

V a——环空容积，m3；

G——所需要的加重材料重量，1000kg；

ρs——所用加重剂密度，g/cm3；

ρ1——加重后的钻井液密度，g/cm3；

ρ0——原钻井液密度，g/cm3；

V1——加重后钻井液体积，m3；

V0——加重前钻井液体积，m3；

3、关井操作程序

A．钻进中发生溢流时：

(1)发：发出信号；

(2)停：停转盘，停泵，上提方钻杆；

(3)开：开启液(手)动平板阀；

(4)关：关防喷器(先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器)；

(5)关：先关节流阀(试关井)，再关节流阀前的平板阀，开环型防喷器；

(6)看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向值班干部或钻井技术人员及甲方监督报告。

B．起下钻杆中发生溢流时：

(1)发：发出信号；

(2)停：停止起下钻作业；

(3)抢：抢接钻具止回阀或旋塞阀；

(4)开：开启液(手)动平板阀；

(5)关：关防喷器(先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器)；

(6)关：先关节流阀(试关井)，再关节流阀前的平板阀，开环型防喷器；

(7)看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向值班干部或钻井技术人员及甲方监督报告。

C．起下钻铤中发生溢流时：

(1)发：发出信号；

(2)停：停止起下钻作业；

(3)抢：抢接钻具止回阀(或旋塞阀或防喷单根)及钻杆；

(4)开：开启液(手)动平板阀；

(5)关：关防喷器(先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器)；

(6)关：先关节流阀(试关井)，再关节流阀前的平板阀，开环型防喷器；

(7)看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向值班干部或钻井技术人员及甲方监督报告。

D．空井发生溢流时：

(1)发：发出信号；

(2)开：开启液(手)动平板阀；

(3)关：关全封闸板防喷器；

(4)关：先关节流阀(试关井)，再关节流阀前的平板阀；

(5)看：认真观察、准确记录套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向值班干部或钻井技

术人员及甲方监督报告。

4、延长油田常见节流、压井管汇及阀门开关状态示意图

节流管汇

压井管汇