井控培训

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井控技术
一、 概述 二、 井眼和地层之间的相互关系 三、 溢流的原因、预防及检测 四、 关井 五、 天然气溢流 六、 压井
教师：胡晓芬
第一节 概述
一、井控技术发展回顾 二、井控及其相关概念 三、井喷失控的原因及危害 四、井控工作的“三早”
一、井控技术发展回顾
• 五十年代喷射钻井的出现与发展，推动了钻井事业的迅猛前进，
或 G0＝GM+Gp 式中 G0：上覆岩层压力梯度，kPa/m； 平均约为22.625 kPa/m； GM：基体岩石压力梯度，kPa/m； GM＝12.104 kPa/m； Gp：孔隙压力梯度，kPa/m。（若盐水密度为1.074 g/cm3）则为10.516 kPa/m。
4、地层破裂压力Pf 1)地层破裂压力定义是指某一深度地层抵抗水力压裂的能力。 当作用于井内某一地层的水力压力达到一定值时，地层原有 的裂缝扩大延伸或无裂缝的地层产生裂缝。此压力值就是该地 层的破裂压力。 Pf = 0.0098ρfHf 或 Gf = Pf /Hf = 0.0098ρf
2、地层压力Pp 地层压力是指作用在地层孔隙内流体上的压力，也称地层 孔隙压力。其计算公式为： Pp=0.0098ρpHp 式中 Pp：地层压力，MPa； ρp：地层压力当量密度，g/cm3； Hp：地层垂直高度，m。 地层压力的分类 （1）正常地层压力：正常情况下，地下某一深度处的地 层压力等于地层流体作用于该处的静液压力。地层流体密 度通常为1.0～1.07g/cm3。 （2）异常高压：地层压力大于正常地层压力的上限，称 为异常高压。即：ρp＞1.07g/cm3。 当地层孔隙中的流体被封闭层或隔层截断时， 它必须支撑上部岩层的一部分重量，岩石 重于地层流体，所以，地层压力将超过静液压力。
一般地说，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，一旦发生溢流和井喷能 迅速地做出反应，加以处理，恢复 正常钻井作业。
►与井控有关的概念
(1) 井侵 地层流体（油、气、水）侵入井内，称之为井侵。最常 见的井侵为气侵和盐水侵。 (2) 溢流 当井底压力小于地层压力时,地层流体侵入井内,推动井 内钻井液上返,井口返出的钻井液量比泵入量大,停泵后井口钻 井液自动外溢的现象叫溢流。
（3）异常低压：地层压力低于正常地层压力的下限，称 为异常低压。这种情况发生于衰竭的产层和大孔隙的老地 层。即ρp＜1.0 g/ cm3 3、上覆岩层压力P0 （1）上覆岩层压力的定义 任意深度岩层的上覆岩层压力 是指上覆岩层的岩石骨架及孔隙中流体的总重量所产生的 压力，用P0表示，单位为MPa。 （2）计算公式 P0＝M+PP＝0.0098H［（1－Φ）ρr＋Φρ］ 式中 P0：上覆岩层压力，MPa； M：基体岩石重力，MPa； PP：地层孔隙压力，MPa； H：所求地层的垂直深度，m； Φ：岩石的孔隙度，％； ρr：岩石的密度，g/cm3； ρ：岩石孔隙中流体的密度，g/cm3。
六十年代近平衡压力钻井及井控技术的问世与应用，更为钻井的 飞跃注入了新的活力。这两项技术的成功推广应用，为科学化钻 井奠定了坚实的基础。 • 在此基础上，先后发展起来的油气层保护技术、综合录井技术、 地层压力检测、取心、事故处理、钻井液与完井液、完井固井、 测试等各项专业技术，以及相应钻井装备、工具及仪表的进的进 一步完善发展，为当今钻井的飞速发展起了十分重要的作用。 • 我国引进与应用上述两项基础技术与美国等发达国家相比，推 迟近20年。虽然如此，我国 石油行业实行自力更生，改革开放 政策，科学化钻井的发展受到各方面的重视与关注，其发展速度， 推广应用新工艺、新技术的普及程度以及在钻井生产中获得的显 著效益，是十分惊人的。
⑼ 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。
⑽ 空井不能时间过长，又无人观察井口。 ⑾ 钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。 ⑿ 相邻注水井不停注或未减压。 ⒀ 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。 ⒁ 思想麻痹，违章操作。
(3) 井涌 溢流进一步发展,钻井液涌出井口的现象叫井涌。 (4) 井喷 当井底压力远小于地层压力时，地层流体大量涌入井筒并喷出 转盘面的现象叫井喷。 井喷流体自地层经井筒喷出地面叫地面井喷；从井喷地层 流入其它低压地层叫地下井喷。
(5) 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。
ρp＝Pp／gH （4）用压力系数来表示。如： 1.0 压力系数是某点压力与该深度处淡水的静液压力之 比。数值上与当量钻井液密度相同，只是无量纲。
二、井眼与地层间各种压力概念
1、静液压力Pm 静液压力是指静止的液体重力产生的压力，钻井中的 静液压力实际上是钻井液液柱压力pm（或称浆柱压 力）。 Pm=0.0098ρmH 式中 ρm：钻井液密度，g/cm3； H：钻井液液柱垂直高度，m； Pm：钻井液液柱压力，MPa。
⑹ 确定最大允许钻井液密度ρｍｍａｘ。考虑安全附加压力， 实际允许的最大钻井液密度应小于地层破裂压力当量钻 井液密度。 通常 表层套管取安全附加压力Sｆ＝0.06 g／cm3， 技术套管取安全附加压力Sｆ＝0.12 g／cm3，
则：
表层套管以下：ρｍｍａｘ＝ρf－0.06，g／cm3 技术套管以下：ρｍｍａｘ＝ρf－0.12，g／cm3
井喷失控的危害 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 危害概括为以下几个方面：
⑴ 打乱全面的正常工作次序，影响全局生产；
⑵ 使钻井事故复杂化、恶性化； ⑶ 井喷失控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； ⑷ 伤害油气层、破坏地下油气资源； ⑸ 造成机毁人亡和油气井报废，带来巨大的经济损失； ⑹ 涉及面广，在国际、国内造成不良的社会影响，降低企业形象。
5、波动压力
（1）波动压力的定义 它是激动压力和抽吸压力的总称。 抽吸压力是指：当井内钻柱向上运动时，钻井液应向下流动， 但由于钻井液的特性致使它与井壁、钻柱壁均有一定的粘滞作 用而产生流动阻力，这个力方向向上，其结果是使井底压力降 低。钻头泥包时，抽吸压力最大。 激动压力是指：当钻柱向下运动时，钻井液被挤向上行，它与 井壁和钻柱壁产生流动阻力，这个力的方向向下，致使井底压 力增加。 （2）波动压力对钻井安全的影响 由于钻井液具有一定的粘度和切力，当快速提升钻柱 （尤其是出现缩径、钻头泥包）时，都将引起过大的抽吸压力。 当抽吸压力达到一定值时就会引起井喷或井眼垮塌，因此应引 起足够重视。当下钻速度过快时，同样会引起过大的激动 压力，造成井漏，影响井眼安全。
从钻井安全角度讲，地层破裂压力越大，地层抗破裂强 度就越大，越不容易被压漏，钻井越安全。一般情况下，地 层破裂压力随着井深的增加而增加。所以，上部地层（套管 鞋处）的强度最低，易于压漏，最不安全，在设计时应保证 下入足够深度的套管以提高上部裸眼井段的地层破裂压力。
2)、实测地层破裂压力 试验目的 （1）检查注水泥作业的质量。每层套管注完水泥并钻掉水 泥塞后，再钻1米新井地层破裂压力。钻至套管鞋以下第一个砂层即可 进行液压试验。因为砂岩层的破裂压力梯度值一般较页岩层 小。液压试验时，套管鞋处地层所受静液压力梯度比其下部 其它地层为大，而套管鞋处地层压实程度一般又较 • 其下部地层差，容易被压漏。故以套管
井 底 压 力
地层压力
井控技术是科学钻井的重 要内容之一，是实施近平衡钻 井和欠平衡钻井作业时，提高 钻井速度，防止井喷，安全钻 井的关键和保障。
二、井控及其相关的概念 ►井控的概念
1、井控的概念 井控，即对油气井压力控制的简称。 2、井控方式 人们根据溢流的规模和采取的控制方法不同，把井控作业分为三 级，即一级井控、二级井控、三级井控。
第二节 井眼与地层之间的压力及其平衡关系
一、压力基本概念 二、井眼与地层压力关系 三、钻井液密度的确定
一、有关压力的基本概念
1、压力 压力是指物体单位面积上所受的垂直力。常用单位帕斯卡 （Pa）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）。 1Pa=1N/m2 1kPa=1×103Pa 1Mpa=1×106Pa 它与过去的工程大气压的换算关系是： 1MPa=10.194 kgf/cm2 或 1kgf/cm2=98.067 kPa 英制中，压力的单位是每平方英寸面积上受多少磅的力 （psi） 1psi = 6.895kPa ≈7kPa 如：3000psi≈21MPa 或1巴（bar）= 0.1MPa
总之，井侵、溢流、井涌、井喷、 井喷失控反应了地层压力与井底压 力失去平衡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。
三、井喷失控的原因及危害
井喷失控的原因：
⑴ 起钻抽吸,造成诱喷。
⑵ 起钻不灌钻井液或没有灌满。 ⑶ 不能及时准确的发现溢流。 ⑷ 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。 ⑸ 井口不安装防喷器。 ⑹ 井控设备的安装及试压不符合《石油与天然气钻井井控技术规定》 的要求。 ⑺ 井身结构设计不合理。 ⑻ 对浅气层的危害性缺乏足够的认识。
鞋以下第一个砂层为试压地层。 液压试验步骤和方法 井眼准备：⑴钻开套管鞋以下第一个砂层后，循环调整钻井 液性能（尤其是试验密度），使钻井液密度均匀稳定。一般 钻3～5米，最多不超过10米新井眼。将钻头提至套管鞋内， 关封井器（一般关半封闸板防喷器）。 ⑵缓慢启动泵，以小排量0.8～1.32L/S向井内泵入钻井液 （用水泥车或柱塞泵），如排量过大，地层可能突然断裂， 钻井液很快漏失，难以确定漏失压力。 ⑶准确记录不同时间的泵入量和立管压力。当井内压力不再 升高并有下降时，停泵，记录数据后，从节流阀泄压。在直 角坐标系中作出立管压力与泵入量的试验曲线；如果泵速不 变，也可作出立管压力和泵入时间的关系曲线。如图所示：
四、井控工作中“三早”内容
早发现：溢流被发现越早越便于关井控制，越安全。现场一般将溢 流量控制在1～2m3发现,这是安全顺利关井的前提。 早关井：在发现溢流或预兆不明显、怀疑有溢流 时，应停止一切作业，立即按关井程序关井。