IWCF井控工艺.docx

窗体顶端IWCF井控工艺第一章 介绍井控是什么？在钻井工作中井控的意思是明显的。井控的过程很复杂，不仅仅是关环行防喷器，加重泥浆并利用节流阀循环它。钻井前景评价良好且井位选定后，井控就开始了。浅气层调查可以指明浅层气的存在。最好的做法是钻机要避开这些地方。钻井工程师设计钻井程序。他所用的资料的多少及怎样努力搞好套管设计直接影响钻井及井控能力。选择的钻机和它的适用性对钻井也有影响。如果钻机不能安全固定，导管可能从井口扭断或脱落。这很容易造成井口失控。钻井设备如泥浆泵对井控操作也是很重要的。如果他们坏的不是时候，会导致严重的井控问题。BOP显然是井控的中心部件。BOP组合是复杂的设备组，需要适当的检查、维护、修理和测试。确定BOP的真实状态可能很困难并且花费时间。许多钻机经常维修而不记录。什么时候某个过分受力的部件将失效对钻机来说是至关重要的如果一个吊环使用低标准程序进行维修，它的连接随时都会失效。BOP不是静止的，他们受到弯曲、振动和一般的磨损、撕裂而使一个月前刚测试过的密封失效。例如在海上钻井中，如果下部闸板防喷器与下部升高短节之间漏失，不能控制井口，则钻机就不能进行井控。井控工作也要求井队人员知道怎么做并对他们自己和井队充满信心，能做自己认为正确的事。公司监督必须信任现场监督，现场监督必须信任他的司钻。如果司钻停泵检查溢流，操作钻机的人们必须支持他。司钻应该知道如果溢流他必须尽快关井。他无需请示批准关封井器。对整个操作来讲司钻是关键。石油公司必须有鼓励安全操作的政策。钻井工程师必须起草良好的钻井程序。现场监督必须知道良好的油田作业惯例并认真遵守。这对井架工和钻共也是一样的。溢流是钻井的一部分，井喷是不应该的。压井的人应具有这种观点：所有的重大井控问题都是在溢流的初试阶段不正确的操作造成的正确处理溢流可以防止井喷第二章 基本井控概念地层压力地层压力是给定深度的地层内的流体施加的力。静液压力钻井时，井内的液柱的静液压力平衡地层压力。如果地层压力高于液柱压力，地层流体将进入井内，溢流就发生了。无控制的溢流将变成井喷。地层压力和液柱压力之间的平衡是井控中的重要方面。地壳中的一些地层结构中含有油气。勘探钻井的目的就是发现这些构造和油气。我们常常忘记石油工业就是为了发现会燃烧的油气。当沉积层不断沉积时，这些沉积层的重量上覆岩层重量压缩沉积物成层。流体被压入渗透性地层，例如砂岩层。如果该层的露头在地表，不会形成异常高压。然而，如果该层的流体由于断层或其他地质活动而圈闭，则将形成异常高压。岩石的这种长期的运动是形成油藏的原因。孔隙性地层被圈闭在非渗透性地层之下。钻井中常见的构造类型有断层、背斜、向斜、页岩和盐岩。这些是已经发现有油气的地层。断层是地壳深处岩石上移的结果，它们可能圈闭油气或将在深处的地层压力代到地表。当钻遇断层时，地层压力会快速增加。背斜和岩丘是两个最常见的储积构造。通常很大。油气被圈闭在这些地层的顶部。当钻遇这些地层时，司钻会发现高的地层压力。在页岩中也遇到过异常高压。大多数页岩层渗透性不好而限制流体的流动。当越来越多的沉积物在地表沉积，页岩就要承受这些上覆压力。由于不能很快地流出，流体被圈闭在页岩中。流体也承受上覆压力。结果是流体被限制且具有比通常高的压力。当钻遇页岩时，异常高压可能遇到并作好准备。另一种司钻要注意的地层是所谓的充压砂岩。这是由于与邻井连通而充压的地层。这可能是地下井喷或生产井固井质量差、套管不密封造成的结果。应该在深层遇到的压力突然在浅层遇到，会使井队人员毫无准备。静液压力泥浆液柱的静液压力随液柱高度（井深）和流体密度变化。流体的压力取决于垂直井深，它可能小于测量井深。不同的流体体积相同时重量不同。就象我们加重钻井泥浆，不同的流体如盐水和淡水密度不同。计量流体密度的方法很多。最常用的是PPG和压力梯度。为了使这两种方法相互转化，可以引入不同的换算常数。如果边长一英尺的容器装满1PPG的液体，容器将重7.48磅。1立方英尺7.48加仑容器底面积为144平方英寸。压力将为PSI=7.48/144=0.05194=0.052,有时简称为换算系数.0520. 052是一吋X一吋X一英尺具有1PPG比重的流体的重量，或者说这样的体积的容器充满1PPG的流体将重.052磅。另一种方法看这个问题也很有用。一个一英尺深充满1PPG流体的井将在井底施加0.05194磅/平方英寸，这就是流体的重量。如果这种1PPG的流体换成10PPG的流体，井底的压力将变为0.52磅/平方英寸.如果井深变成10英尺，井底压力将变成5.2PSI。一个10000英尺深10PPG泥浆的井具有5200PSI的井底压力。液柱静液压力也可以用泥浆压力梯度来表示和计算。泥浆压力梯度指每英尺泥浆施加的液柱压力。如果泥浆压力梯度已知，那么压力的计算只需要知道液柱的高度即可。压力梯度为1.0的泥浆在1英尺深处产生的液柱压力为1PSI。在10英尺深处为10PSI，而在10000英尺深处为10000PSI。这大约是上例中10PPG泥浆液柱压力的两倍，相当于20PPG超重泥浆的压力。1PPG的泥浆的压力梯度为多少？我们知道1英尺液柱的压力为.052PSI，所以这种流体的压力梯度为.052。我们知道没有比重1PPG的泥浆，但是比重10PPG的泥浆的压力梯度为0.5212PPG的泥浆的压力梯度为12X.052=.624如果我们比较同样两个10000英尺的井，一个是比重12PPG的泥浆，一个是压力梯度为.624的泥浆，我们会发现井底压力是相同的。都是.052X12X10000=.624X10000=6420PSI压力梯度简单地说就是泥浆比重PPG乘以.052.静态压力当泥浆泵停止循环时，泥浆施加于井底的压力为静液压力。环空摩阻为了使泥浆循环，必须施加相当大的力，这些力的一部分就是用来克服所谓的环空摩阻。环空摩阻是由泥浆循环引起的。泥浆同钻杆、井壁之间、泥浆内部的摩擦构成了环空摩阻。环空摩阻是很重要的。该压力作用于井底，停泵时井底压力的这一组成部分将消失。静液压力和环空摩阻的合成也称为当量循环密度。当量循环密度是原浆密度加上密度增量，该增量等于环空阻力。举例来说，假设一口深10000FT泥浆比重10PPG的井。如果环空循环阻力200PSI，那么泥浆循环时井底压力为5400PSI。当泥浆泵停泵后，井底压力下降至5200PSI。如果地层压力稍高于5200PSI，停泵时将发生井侵。在该井深下能获得200PSI井底压力的泥浆密度为0.385PPG，当量泥浆循环密度为10.39PPG。这种状况通常不是不很常见。许多井是在近平衡状态钻进的，当停泵接单根时，当量循环密度消失，这是发生溢流的关键时刻。小井眼钻井时环空循环阻力远高于普通钻井，其主要精力放在溢流的及早发现和接单根时的井眼监控。司钻必须了解当量循环密度和近平衡钻井时发生溢流的可能性。溢流的基本原因溢流就是地层流体侵入井内。地层压力大于井底压力时就发生溢流。换句话说，泥浆液柱压力加上环空摩阻小于地层压力。然而仅仅由于地层压力大于井底压力并不意味一定会发生溢流。它也受到其他因素的影响。也许地层流体很稠难以流动，即使地层压力大于井底压力也不足于使地层流体进入井筒，地层流体在地层内流动的难易程度叫做渗透性。地层空隙度指组成地层岩石颗粒之间的空间。间隙越大，空隙度也越大。如果井要发生溢流，必须钻穿空隙度和渗透率较高、地层压力大于井底压力的地层。因此，几个对井底压力和地层压力相对关系有根本影响的因素可以引起溢流。如果泥浆密度在某一井深不足以平衡地层压力，溢流将会发生。如果泥浆液面下降，地层压力也下降。抽汲如果起钻太快，地层流体将被吸入井内。抽汲是由于钻头上行时活塞效应产生的。泥浆性能、井底钻具组合和环空间隙也影响抽汲。如果溢流被抽汲入井，必须通过节流关汇循环出来。然而，如果溢流纯粹是由于抽吸引起的，泥浆就不必加重。有些操作者在起钻前稍微加重泥浆作为一个安全系数帮助阻止抽汲效应，这通常叫做起下安全区，虽然安全系数也是这个意思。起下安全区根据井深和井眼状况通常在50250PSI之间。有几个因素增加抽汲的可能性。司钻应该了解并在起钻和接单根时采取额外的措施减少抽汲效果。这些因素有：l 起钻速度过快l 泥浆粘度切力过高l 钻头泥包l 钻柱堵塞l 泥饼太厚l 环空间隙太小压力激动与抽汲作用相反，压力激动也可以导致溢流。如果下钻太快，超过泥浆从钻头周围流动速度，钻头下面的泥浆压力将增加。加在地层上的压力将引起地层破裂而导致泥浆漏失。从而导致泥浆液面和井底压力下降。漏失漏失是钻井常见的问题。钻井泥浆密度会超过地层破裂强度而引起地层破裂。泥浆流入地层引起液面下降。异常地层压力异常地层压力也能引起溢流。前面已经说过，异常地层压力可由于断层、盐丘和充压砂层。如果钻遇了这些地层就可能发生溢流。预测异常压力地层的方法有几种。各种各样的录井工具、钻井中的测量技术和钻井参数变化通常用于预测异常压力地层。 第四章 溢流的警示信号油气井压力控制的基本原理并不复杂，当发生溢流的时候，如果遵循油田良好的做法，都不会演化为井喷失控。有许多因素影响油井的状态，所以也有许多东西我们可以确切了解并加以控制。正常钻进时，泥浆由钻柱内向下到钻头，经环空上返到井口，再经过振动筛回到泥浆池。是一个封闭的体积固定的系统。如果体积发生任何我们可以探测到的变化，我们必须找出原因。记住，计量泥浆体积的任何努力都是不为过的。泥浆池液面上升如果泥浆池内泥浆体积增加，增加量可能来自地层或加入了新泥浆。如果溢流入井，它推动泥浆上返至泥浆池。这就是为什么溢流的大小通常计量为20桶溢流或40桶溢流。泥浆池内泥浆体积的增量等于井底溢流的体积。在实际操作中，准确确定溢流的体积可能是困难的。有些因素如停泵时的泥浆回返使问题变得复杂。在租用的钻机上这个问题更突出。机组人员必须知道他们钻机的返出量。这对不同的泵速是不同的。必须从泥浆池的总增量中减去返出的量才是真正的泥浆增量。返速增加由于溢流推动泥浆上返，泥浆流动速度开始增加。这可以从返出管上观察到。流速增加早于泥浆池液面上升。能注意到的第一件事情是泥浆流动声音的增加。返速增加是一个最重要的信号，发现后应该立即进行溢流检查。返速仪必须随时处于可靠工作状态。对于陆上钻机，返速仪是司钻的主要防线。钻进放空当钻头钻入高压层时，司钻会发现钻进更容易。钻速在很大程度上取决于地层压力和泥浆液柱之间的压差。如果压差过大（泥浆密度超过过多），机械钻速就低；当压差低时，在同样情况下，机械钻速就提高。地层压力的增加会减小压差进而提高钻速。钻速的突然增加必须要监察原因。基本做法是钻进放空24英尺必须停钻检查溢流。实际上，大多数放空只要一发现就要进行检查。钻进放空也有相反的情况钻速降低。PDC钻头在钻遇沙砾岩时将会下降。溢流检查要检查溢流，司钻停泵并观察井内泥浆。如果泥浆流动，说明溢流已经发生，井正在涌。对于水基泥浆来说通常观察23分钟。对于油基泥浆观察起来就比较困难，即使已经停泵。气体溶解于泥浆中只在接近地表时才析出，对油基泥浆也许需要观察30分钟以上。如果发现井涌，司钻应尽快关井以减少溢流量。井队的队长、监督、钻井代表等应该采取措施确认刹把操作者了解及时关井的意义。司钻只能先关上井，然后再打电话、接水管线、检查阀门泄漏等。泵压下降或泵速提高当溢流进入井内后将推动环空泥浆上行，这种额外的帮助意味着泥浆泵不再需要如此努力的工作。在气体溢流的情况下，泥浆将变轻因此需要更小的循环泵压。泵压升高也可能意味着溢流，地层流体可能使泥浆变稠而难以泵送，从而泵压上升。扭矩增加通常扭矩随井深增加。当钻头进入过渡带钻进放空岩屑的量将增加，这些岩屑堆积在钻头周围引起扭矩增加。钻头吃入深度也增加。这一合成的效果是地层改变的很好信号，也许溢流就要发生。拉力增加及下不到底当遇到高压地层时，拉力增加及下钻不到底现象在接单根和起下钻时明显。这也许是由于水敏性地层引起的；当这些地层遇水时膨胀并坍塌，更多的情况是由于地层压力增高引起的，因此是可能发生溢流的信号。岩屑尺寸改变岩屑尺寸在钻遇过渡带时会变大、变小或者改变形状。重要的是要注意岩屑形状的变化，这是井底情况发生变化的信号。泥浆性能变化泥浆性能的任何变化的原因必须搞清楚，如果这种改变是常规钻进和岩屑引起的也应该搞清楚。地层压力的增加会引起更多的地层坍塌从而使更多的岩屑进入泥浆（也伴随着钻进放空），含盐量的增加也表现在泥浆矿化度上，这可以引起泥浆粘度增加，失水增加。关键是发现泥浆性能的变化并确定原因。钻柱重量增加溢流发生时，由于气侵泥浆浮力的减小，可以观察到钻柱重量增加。钻柱重量更多的施加在大钩上。返流槽温度增加一个基本的地质现象是地层压力增高时温度也增高，这反映在泥浆返流槽温度增加上。氯根含量增加矿化度的增加是井下情况改变的一个信号。在高压带更多的地层水被挤进井筒，使泥浆矿化度增加。当地层压力接近井底压力时，地层水大量进入，这也可以由泥浆工程师通过测量氯根值来发现。背景气、单根气、起下后效增加用今天的钻井仪表，可以测量不同的气体并跟踪其运动情况：背景气在正常钻进时，钻屑中有少量的气体存在。这就是背景气。背景气可以测量并设置浓度底线。如果此值增加说明将要溢流。背景气通常量很小，对溢流探测的关键是值的变化及偏离底线值的趋势。单根气当停泵接单根时，井底压力将减小。损失了环空循环阻力，如果这种阻力丧失足以使井底压力小于地层压力，井侵就会发生。如果井侵是气体，只有它被循环到地面才能发现。通过气体分析仪跟踪接单根时井底泥浆到地面的时间，就可以发现接单根气侵。上体方钻杆接单根时，钻头自然也被提离井底，如果此时发生抽汲，也叫做接单根气体。起钻气起钻气与结单根气没有区别，都是由于停泵和抽汲引起的。但是起钻气比单根气更危险，因为它的时间长且溢流量大，当气体在井内膨胀时，上推井内泥浆造成井下欠平衡。泥浆气侵泥浆气侵不是溢流的重要信号，这是因为气侵不足以减少井底压力到导致溢流的程度。气体可以压缩，因此，气体上面的泥浆重量很快压缩气体，少量气体只能少量减少井底压力。主要的膨胀发生在井眼的上部，下不的大量泥浆段不受影响，重要的是气侵泥浆会使井底压力下降。由于气亲泥浆实际上减少井底压力，气体会占据泥浆体积，引起泥浆池液面上升。这种上升可以用于计算井底压力的减少。井底压力的减少量P等于泥浆压力梯度（PSI/FT）除以环空容积（BBL/FT），乘以泥浆池液面增量(BBL).也可以把泥浆池液面增量换算为高度再乘以泥浆压力梯度。气侵通常不足以引起溢流，如果有怀疑，可以进行溢流观察。D指数变化D指数的概念基于钻速与压差的关系。压差减小钻速增高，换句话说，井下越接近平衡，甚至欠平衡，钻速越高。标准钻速通常被记录。当D指数偏向减小时可以认为是溢流的信号。通常D指数随井深增加直到钻遇压力过渡带，D指数减小。第五章 关井程序一旦发现溢流，司钻的职责是尽快关井。在井控中井队人员能做的最大贡献是减小溢流量。井队人员无法控制钻井设计和地层压力。他们能做到的是减小溢流量从而减小井控过程中的各种压力。许多年来一直争论的软关井和硬关井的问题最后归结为硬关井。研究证明，硬关井引起的水击压力小于关井迟缓增大溢流量引起的压力增加。一些操作者在某些情况下也许仍然喜欢软关井。确切的关井情况和程序应该在班前会上确定并张贴在钻台上。关井程序在不同情况下会有变化。硬关井的节流阀应该全关，软关井的节流阀应保持全开或半开。在实际操作中，大多数井队用平板阀关井，而不是节流阀。用那个阀取决于节流管汇的布置。陆上钻井钻进时的关井程序（硬关井）1. 停转盘2. 起方钻杆直至保护接头出转盘面3. 停泵4. 检查溢流5. 关防喷器。大多数情况下关环形6. 通知监督7. 开液动阀8. 记录和监控关井立压和套压9. 记录泥浆池液面增量和关井时间10. 检查地面和防喷器是否有漏失11. 关泵入阀隔离泥浆泵有几个因素影响首先关哪个防喷器：l 环形防喷器的使用不要求确定钻具位置l 环形防喷器的使用允许关井时活动钻具，防止卡钻l 闸板防喷器关井迅速可以较少关井时间，从而减少溢流量关井立套压应该监控并每隔几分钟记录一次。要特别关注压力的变化情况和任何突然意想不到的变化。要特别关注套压！如果套压增加很快，则溢流是气体并且正在滑脱！立即用司钻法循环溢流出井。不要浪费时间计算溢流上窜速度或者为工程师法加重泥浆。任何认定的工程师法的优点随着溢流滑脱到井口和压力上升而丧失殆尽。如果钻柱上有回压阀，初始关井压力读数必须用顶开法获得。有几种顶开方法。切记，你正在向关闭的井里打泥浆，泵入要慢！一种方法是缓慢泵入并记录压力和泵入泥浆体积的关系，当立压不再上升甚至下降，通常的原因是回压阀打开时其上下压力平衡了。这种方法要求良好的判断和经验。大多数操作者使用带孔眼的浮阀。它可以阻止大量流体通过钻柱上喷而足以传递压力。另一种方法是向井内打泥浆直到套压有微小的增量，停泵并记录压力。切记，你正在向关闭的井里打泥浆，泵入要慢！起钻时的关井程序1. 把钻具放入吊卡2. 抢装全开阀3. 关闭全开阀4. 关防喷器。大多数情况下关环形5. 通知监督6. 开液动阀7. 接方钻杆8. 开全开阀9. 记录和监控关井立压和套压记录泥浆池液面增量和关井时间10. 检查地面设备漏失注意优先使用全开安全阀，因为如果钻柱内正在井涌，它比回压阀阻力小易于安装。而且如果需要电缆操作，全开阀也能实现。如果需要强行下钻到井底，应该在全开安全阀上面再接回压阀。重要的是全开安全阀必须在关防喷器前安装。否则由于泥浆从钻杆内的流动使全开安全阀难以安装。钻柱内部必须关闭才能控制井口。连接方钻杆之后要打开全开安全阀，先开泵慢慢望全开阀上面泵入泥浆，每1/4桶泵入泥浆量记录一次立压。立压的增量每次记录应该相同直到压力相等把阀打开。圈闭压力圈闭压力就是反映在立压或套压上平衡地层压力多余的压力。最常见的圈闭压力是由于泵没停稳就关井形成的。圈闭压力必须放掉以获得压井计算有效的压力数据。要检查圈闭压力：1 只从套管处释放。这可以避免污染钻柱内的泥浆以及堵塞钻头水眼的可能性。节流阀也装在套管处易于控制该过程。2 使用立压作为指导3 少量排放每次1/41/2桶4 每次排放后关闭节流阀并记录立管压力5 继续排放并观察立管压力直到立压不再降低6 记录真实关井立压套压也许当钻柱内充满压井泥浆而压力仍然是关井立压，要重复检查圈闭压力的存在。注意 检查圈闭压力会引起更多溢流和更高压力。如果关井前进行了适当的井涌检查，就不会有圈闭压力。你要在乎每个PSI的压力，不要敞开节流阀放掉井底压力。任何情况下也不能在环形防喷器开启，井涌的情况下下钻到井底。这就是所谓的要试图超过溢流，这是最坏的做法。关井程序和导流导流是最基本的 过程知道浅层气的危害而故意把它引到钻台是危险的做法。应努力避开浅层气，这些努力包括浅层气地质勘探、导眼钻井和无导管钻井。一些操作者现在挤注表层套管鞋以期能承受关井压力而不发生管外冒油冒气现象。导流只能认为是为钻机的撤退赢得时间。在钻表层的时候，导流系统相当于BOP的作用，如果发生了浅层气，流体被引导到井场以外。导流系统是否使用应该在开钻前定好。书面的导流程序应该贴在钻台上。如果套管鞋处的地层强度不足以承受溢流的关井压力，需要使用导流系统。对于浅井来说，许多溢流就发生在地表。在这种情况下，我们试图通过允许流体放喷防止套管鞋的破裂，并期望浅层气自己很快喷完停止。导流是一项极其有害的操作，设备的失效是经常的。导流器的设计通常不能承受实际导流条件。高速流动的泥浆和砂子将很快冲蚀任何设备，重型钻井四通在几分钟内就被浅层气的流体损坏。导流系统是钻机安装的最后工作，钻台下面已经充满各种管线、阀和其他设备。因此导流管线通常不是直通钻机外。任何一个转弯处都是一个潜在的失效点，管线的内径通常也比较小。大尺寸的管线用于处理大量的物质。对于陆地钻机，通常有一个大通径的环形防喷器在表层套管顶部。下面是两条大尺寸的管线，设备和控制系统有不同的安置方法。如果有一个不能关井的溢流，导流设备关闭，井内流体通过一条或两条管线放喷。导流系统只是赢得时间撤离钻机，我们希望在系统失效之前井喷会自己停止。另一个与钻表层有关的设备是紧急灌浆泵。这是一个紧急情况下可以开启用以往井内灌注清水的泵。这主要用于大量漏失的情况，该泵也可以帮助保持井内气体为潮湿减少着火的机会。第六章 关井立压和关井套压一旦关井，立管压力表和套管压力表可用于确定井的状态。当泥浆液柱静液压力等于地层压力，立压套压等于零。发生溢流时，情况就改变了。泥浆液柱静液压力不再等于地层压力，关井后，立管压力反映泥浆液柱压力和新的地层压力的差值。假设钻柱内充满“好的泥浆”，立压加上泥浆液柱压力等于新的地层压力。立压表相当于有一个长柄的压力表，柄长等于钻柱长度。只要钻柱内泥浆的密度知道，井底压力就可以计算出来。利用立管压力求取井底压力是井控的一个基本步骤。一个井深10000英尺泥浆比重10PPG的井眼，井底压力是5200psi。如果关井立压为400psi,井底压力为5600psi.如果泥浆比重增加一个值使之在10000英尺的液柱内产生400psi的压力，关井立压将降至零；井底压力和地层压力将平衡。BHP=.052X10000X10.0=5200psi5600=.052x10000x?=10.7ppg压井泥浆比重即可得到在套管一侧我们也有一个长柄压力表，这时柄是钻柱的外面、套管的里面和裸眼段。虽然形状不同也算是柄。和钻柱内一样停泵后10ppg的泥浆10000英尺的井眼，套压也为零（设地层压力为5200psi）发生溢流后，套压变成了组合压力。我们仍然有10ppg的泥浆在井内，只是不知道有多少泥浆被溢流顶出。第七章 UUU型管概念有时可用U型管作为井的模型来理解，U型管的一端代表钻柱而另一端代表环形空间。如果U型管充满水，它将保持静止，什么事情也不会发生，因为两边是同样的高度和同样的流体淡水，因而具有同样的流柱压力。如果一边充满较重的流体比如盐水，而另一边仍然是淡水会发生什么？盐水一边向下施加更大的静流力，只要U型管的两边连通，盐水边和淡水边会自已平衡。盐水的液面将下降，把部分淡水顶出来，直到U型管底部的压力对两边来说是相等的。U型管原理对模拟各种井控程序都是有用的，清除防喷器组内的圈闭气体和从导管内清除原浆是两个使用U型管原理的常见操作，使用节流和原井管汇在深水井控中循环溢流出井时如果两条管线的静液压力不相等将是很复杂的。如果我们把地层压力的概念加在U型管上，就形成了一口完整的井，只要U型管内的液柱压力等于或稍大于地层压力，两边都充满良好泥浆的话，什么事情都不会发生。当具有比井内液注压力更高的地层压力的地层被钻穿时，溢流将发生，地层流体进入井内。本未尾的图表明了一个典型的10000英尺、泥浆比重10ppg的井的情况，溢流关井，关井立压500psi，关井套压1000psi，假设溢流为气体没有静液压力，显示的计算很容易进行。作为气体运移和对井底压烟囱的影响的描述，最后一张图表示如果气体溢流在不膨胀的情况下运移至节流阀处井底压力将会怎样变化，井底压力被带到了地面。U型管也可用于表示泥浆循环过程，泥浆从泥浆泵，经过立管、方钻杆、钻头，经环空上返，推动泥浆运动的力可以在立压表上读出。如果提高泵速，立压升高。泥浆泵需要更大的功率使泥浆流动更快。如果泥浆比重增加，泵速将下降，否则功率要提高来维持泥浆保持不变的流动速度。这个关系是线性的，如果对10ppg的泥浆立压为100psi，那么11ppg的泥浆要求110 psi，增加10%。上边的例子不是太真实，假设10ppg的泥浆循环泵压2800 psi，如果泥浆比重同样增加10%，变成11ppg，泵压增加10%将成为3080 psi。假设泥浆通过节流阀循环，节流阀可以关小以增加额外的压力在循环系统，假设节流阀全部关闭增加200 psi的压力至循环系统，立管压力和泵压表也将增加200psi，现在循环压3280 psi。由于节流阀的调节引起的压力变化的影响在整个系统都可以感觉到，这是在循环溢流出井时使用节流阀维持井底压力不变的基本原理。第八章 低泵速实验和基本计算泥浆泵是钻机能够实现井控的关键部件，能够泵入定量的泥浆，保持精确压力控制对井控操作是基本要求。压井泵速（也叫低泵速实验）司钻上班的首要事情是做低泵速实验，有时也称为压井泵速。这是对已知的泥浆比重、井眼形状和井下钻具合而进行的低泵速实验，如果这些参数发生了变化，应重新进行实验。每台泵通常作不止一个低泵速试验，例如，司钻调整泵速为通常速度的1/4或1/2，20冲或40冲，泵压从节流面板读取并记录。低泵速压井的好处：*较低泵速降低空摩阻，这样可以降低套管鞋处的压力，减少地层破裂和井涌的可能性。*如果发生问题班组人员有较长的反应时间事情发展变慢了。*班组长人员有更多的时间加重。*泵的泵荷减少。*节流阀调节更容易。根本原因是低泵速使班组人员更容易保持井眼的控制状态，低泵速用于循环受侵泥浆出井并用新泵控制地层压力。低泵速实验给班组人员提供了一个已知的初始状态。精确的泥浆流动和压力控制对井控是十分重要的。初始循环压力低泵速压力是为计算初始循环压力而试验的，初始循环压力是循环泥浆和控制溢流所需要的压力，初始循环压力等于关井立压加上低泵速压力。泥浆泵必须克服循环泥浆的摩阻和作用在井口的地层压力（关井立压）。ICP=KRP+SIDDP另外两个基本计算是地面到钻头的冲数和时间。要计算地面到钻头的冲数，首先我们要主出需要顶替的泥浆量钻柱内容积。如果10000英尺的5寸，钻杆（19.5ppf）的容积系数是0.01776桶/英尺。用10000生活会乘以0.01776就得到177.6桶，这就是从地面到钻头需要泵入的泥浆量。如果我们的泥浆泵是三缸61/2缸套，0.123桶/冲，那么从地面到钻头需要1444冲。如果压井泵速为30spm，那么需用时间为接近49分钟。在上例中，我们忽略了井下钻具组合的计算。如果我们加上500英尺8钻铤，现在某些方面0500英尺，那么需要另外的0.00874桶/英尺500英尺或者4.4桶的泥浆要泵入，即36冲，总泵冲为1480冲，交流中心 时间为50分钟，5钻杆的内容积几乎是8钻铤的2倍。用同样的方法计算钻头到地面的冲数和时间，首先计算泵入泥浆量环空容积然后除以泵的排量。5钻杆与121/4的井眼之间的环空容积系数为0.1205桶/英尺对10000英尺的井深，泥浆量为1205桶。8钻铤在121/4井眼内的环空容积系数为0。0836桶/英尺。假设同样是500英尺的钻铤长度，则需要多泵入42桶泥浆，总的泥浆体积1247桶，在30冲时需10139冲或338分钟5小时节8分。顶替钻杆和井眼的总时间大约在6小时28分。终了循环压力FCP我们已经算过了初始循环压力和压井泥浆比重，目的是用压井新泥浆顶替受污染的旧泥浆。压井泥浆比井眼内的原浆重，因此在同样的泵速下需要更大的压力来循环。我们仍从已知的地方开始KRP。我们已经用它计算了初始循环压力，现在我们用初始循环压力和压井泥浆比重计算终了循环压力。为了连续保持精确的井底压力控制和地层压力控制，重要的是每次只改变一个参数。很简单，终了循环压力将是低泵速按压井泥浆比重比原浆比重增加的百分比来增加。如果泥浆比重是原浆的2倍，那么终了循环压力应该是初压力的2倍。由于这是不可能的，我们取两个泥浆比重的一个合适的比例。终于循环压力FCP=低泵速压力压井泥浆比重/原浆比重如果新浆比重11ppg，原浆比重10 ppg，则终了循环压力为低泵速压力增加10%，如果低泵速压力是800psi，则终了循环压力为880 psi，FCP只有在压井泥浆到达钻头时才达到。在这时初始循环压力降低直到等于终了循环压力，这可以在压井施工单上记录下来。泵速增加增加泵速能使泵压更快增加，比例为新泵速除以老泵速的平方，换句话说，泵速增加一倍，压力增加4倍。因此，在井控过程中保持泵速不变是很重要的。压井施工单这是一个表格，司钻可以用它填写用以进行压井计算的各种资料，压井施工单有多种格式和类型，几乎每个公司都有自己的格式，在压井施工单上记录予取数据是个很好的做法。KRP低泵速泵压由司钻读取和记录。ICP初始循环压力=KRP+SIDPPFCP终了循环压力=KRPKWMOMW压井施工单是一张有用的纸，真正使用的人应该把它填出来。许多压井施工单太复杂，难以使用和理解。压井施工单应便于使用，设计得不易出错误，经常的结果是恰恰相反压井施工单很难使用且易于出错。长串的数字应尽量避免如：A+B+C=DD+I+K=M这此数字组使司钻和队长容易出错。记住你设计的压井施工单要真正的便于使用（界面友好）。第九章 气体运移和膨胀如果因气体溢流而关井，气体不会停在同一位置，它将向上运移和渗透。这是因为气体比液体轻，它们向上浮，很像空气泡在水中上浮。气体在泥浆中上浮的速度没有在水中那么快，回为泥浆比水粘稠。当气体运移时，它要膨胀，如果不允许膨胀，气体引起地面和井底压力的升高，进而导致井漏，升高的压力使U型管破裂。如果允许以无控制的方式膨胀，它将排替井内泥浆使井内泥浆量减少，井底压力降低，更多的溢流进入井间，进而导致更多的泥浆出井，这种恶性循环引起许多井喷失控。两个物理定律影响气泡：查尔斯定律和波义耳定律。查尔斯定律说明当压力不变时，温度的改变引起气体体积的改变，如果气体体积不变，温度的改变引起气体压力的改变。波义耳定律：如果气体温度不变，压力的增加引起气体体积的减小，这个关系由下式表示：P1V1=P2V2当压力上升时体积减小，如果P1是1，P2是2，那么V2肯定是V1的一半，如果V1是2则：V2=1。井控中常常很重要的是相反的方面，如果压力减少一半，气体体积增加到2倍。下面是另一个例子P1=5200 这可以是10000英尺10ppg泥浆的井眼压力P2=14.7 这是大气压力地面压力V1=10桶 这是用泥浆池液面增量量出的溢流量V2（在地面的体积）未知，则：520010=14.7?向单的乘除法告诉我们V1=3537桶，很大的体积。这就是10桶在压力为5200PSI的井底的溢流在无控制状态下到地面的体积，如果这个计算值达到的话，井内可能早就没有泥浆了。显然，气体的运动和运移必须控制。两个极端的情况是不能接受的，如果不允许膨胀，气体运移到井口并把井底压力携带上来。如果无控制地膨胀，将排出更多泥浆导致更大的溢流。如果关井时间很长，可以通过控制立压不变，在节流阀处放泥浆来控制井底压力不变，只要关井立压不变，井底压力就不变新的溢流就不会发生。气体上升时将要膨胀而套压也将上升，这和循环溢流出井时的过程是相同的，循环溢流出井时控制立压不变从而控制井底压力不变，然后溢流循环不出节流阀。经常会发生关井后立套压不稳定而连续上升的现象，这可能是由于上述的气体运移或地层渗透率低。在低渗透性地层中，溢流进入井间非常慢，计算压井泥浆密度并循环一周后，井仍然没有压住，新的压井泥浆比重还要计算并重新循环。如果重泥浆循环后井被压稳，那原因就是气体运移。在重泥浆循环之前，不可能搞清是气体运移还是低渗地层压力恢复较好的作法是假定关井一个小时之后的压力上升都源于气体运移。关于气体更困难的问题是深解于泥浆中的气体，就像糖溶解在水中，一定类型的气体深解于一定类型的泥浆中，这些泥浆循环到很接近地面时，气体很快析出。这类问题发生在天然气对油基泥浆和H2S对水基泥浆、油基泥浆的气体溢流给井队人员带来许多困难。主要是：*天然气在油基泥浆中的高溶解性。*天然气膨胀较晚而且更快，比在水基泥浆体系更然危险。*突然意想不到的气体喷出使井内液柱压力下降。*从地面探测仪中很难探测和确认小体积的溢流。*泥浆体系的污染可能引起井眼的桥堵。*天然气在油中的不可予见的特性。*较长时间的压力滞后反映使节流阀和立压表不同步，很难控制井底压力。天然气/油基泥浆溢流的压力和温度在其到达地面时会降低。当温度和压力降低到它的成泡点时，它会很快成为气体状态。急剧膨胀的结果是使井下压力降低，有时造成假喷失火和爆炸，导管被喷空而挤扁。在气体假喷发生时，气柱卸压并直接喷到泥浆房，高易然气体聚集速度大于驱散速度，有必要尽快关掉所有的可能的火源。而这样可导致设备问题，通常在泥浆罐区的设备是防爆的可以在危险环境中使用，对大多数钻机，在泵房和库房的风扇马达，牵引是不允许在危险环境中使用的，天然气可以轻易地找到点火源。如果油基泥浆体系的溢流没有发现且被循环至进口，几分钟之内就变成很复杂而又危险的情况。第十章 破压试验、地层破裂压力梯度和最大允许地面压力井内泥浆液柱静压力是平衡地层压力的主要方面，如果遇到溢流将在地面设备，套管和地层上施加更高的压力。在大多数情况，最薄弱环节是套管鞋处，引起地层破裂压力的近似值可以通过破压实验和压力密封性实验获得。在进行破压实验时一定要牢记，我们是在向一个关闭的井内打泥浆，要小心缓慢泵入。不止一种方法可以进行破压试验，但基本从程序是在关井状态下，以1/41/2桶/分的速度向井内泵入泥浆并记录立管压力，立管压力开始降低即当曲线偏离直线的点就是地层的漏失点。大多数操作者推荐作一个压力图表，图表开始偏离的点就是漏失点，精确的漏失点依据看图人的不同理解而不同。利用已知的实验泥浆比重和破裂压力可以计算出当量泥浆比重，例如：如果套管鞋井深5000ft，实验用泥浆比重10.0ppg,在开始泵入泥浆前套管鞋处的压力为50000.0510=2600psi。如果开始泵入，且发现地层在立压为800psi时开始漏失，这意味着套管鞋处的地层可以承受13.1 ppg在注深度形成的液柱压力。13.10.0525000=3406psi或者：800 psi=MW0.0525000MW=3.08 ppg如果压力降低的比予期的早，意味着套管外串槽，水泥石没有凝固好，补注水泥工作应该进行。也可能性是非常薄弱的地层或者在套管鞋处破裂。不顾套管鞋处固井质量差而继续钻进，将使井队很容易丧失对井的最初控制。即使最小的溢流就能引起灾难性的后果。如果不原冒地层试漏的风险的话，可以进行压力密封性试验。向关闭的井眼内泵入流体直至达到予计的压力，予计的压力通常从邻井获得。该压力结合试验泥浆比重，可以定出下一层套管前足以平衡地层压力的当量泥浆比重。压力密封性试验的好处是给井队一个数据以及信心即地层可以承受需要的压力而不用冒地层破裂的风险。最大允许环空地面压力MAASP最大允许环空地面压力，不是一个绝对的数值，它只是套管鞋处地层能承受压力的指示。理论上，MAASP在压井过程中不允许超过，因为有可能压裂地层而引起地下井喷。然而，打开节流阀降低套管压力只能使更多的溢流进入井眼，而使情况更糟，引起更高的压力。下面几个因素影响最大允许环空压力：*破压实验得到的地层破裂压力通常低于实际地层破裂压力。*溢流被驱散在泥浆中，气顶的实际位置远远高于理论位置，即气体不是以一个气泡的形式到达套管鞋处，当理论的气顶到达套管鞋时，部分溢流已经进入套管。*破压试验通常在新钻的井眼内进行，随着时间的增加，泥浆形成泥饼而使井眼强度增大。简单地超过所得到的最大允许环空地面压力并不意味着一定会压破地层导致地下井喷。我们将会看到，主要的压井方法都是利用井底常压法循环溢流出井。如果我们打开节流阀以保持套压低于MAASP，井底压力将会下降，更多的溢流将进入井筒，当新溢流到达套管鞋时情况会更糟糕。虽然通常MAASP是用来指示地层漏失压力的，但实际上是三个数值中的较小者，在某些情况下，这些数值中的任何一个可以使用。1、 BOP和相关设备的最大耐压值。2、 最内层套管的抗内压强度（屈服值的80%）。3、 最内层套管鞋处的破裂压力实验值。许多操作者拆掉节流面板上的MAASP警报，他们不愿意节流阀的开度只取决于MAASP的考虑。从总的费用和时间来看，控制地面井喷常比控制地下井喷花费少。但是从人员安全的角度看，如果井喷是不可避免的，地下井喷更好些。还有更严重是的问题是要考虑环境污染和公司信誉的问题。一个严重的井喷又环境污染将损害公司的信誉而难以恢复。人员的伤亡和设备的损失将严重影响公司作为经济实体的运作能力以致辞他们不得不关门大吉。现场的良好钻井司惯和好的钻井设计应基于井喷的预防，如果MAASP超并引起地下井喷，公司及其职员只能等到以后再钻井。不要打开节流阀使井底压力丧失。第十一章 井控方法一旦遇到溢流并关井，井队人员的工作就是排出溢流提高泥浆比得防止新的溢流入井。多年来，发展了几种压井方法来实现这个目的，其中的一些是：司钻法工程师法边循环边加重法体积法司钻法、工程师法、边循环边加重法都是井底常压法。三种方法的主要区别是什么时候和怎样循环重泥浆。体积法用于井不能循环的情况，如钻柱堵塞、设备问题或者没有管具在井内，它也是有效的井底常压法。井底常压必须在整个井控过程中保持，不管发生什么溢流以不变的泵速通过流阀循环，通过调节节流阀开度，施回合适的回压至井底，使井底压力等于或稍大于地层压力，从而防止更多的溢流。典型的溢流和相应压井程序是：*钻头在井底*溢流量小，小于20桶*钻柱和环空连通良好*溢流为理想气体而且在循环过程中保持为一个气泡*套管鞋处的压力不超过MAASP*打开泵至压井泵速过程中不引起二次溢流或激动压力*地面设备没有问题*节流阀操作人员成功保持井底压力不变，直到压井结束司钻法司钻法是最基本的井控方法，其优点是：*程序易于理解，减少犯错误的可能性*比其他方法的计算量小*可以立即循环、减少卡钻、堵水眼和气体运移的问题。*由于其基本特性，司钻法易于操作缺点是：*压井需要两个循环，增加了BOP和其他设备的承压时间*比其他方法需要更高的套管压力（只在某些情况下）以下是压井步骤：1、 发现溢流、关井；2、 记录关井立压、套压泥浆池增量和时间；3、 填写压井施工单；4、 微开节流阀并开泵，在控制套压不变的前提下，提高泵速到压井泵速；5、 当泵达到压井泵速，转动控制立管压力，立管压力应该在预先计算的ICP（初始循环压力），如果不是，检查原因，通过开关节流阀，保持ICP不变，注意控制泵速不变，不要让泵速改变。6、 循环溢流出井，保持立压为ICP不变；7、 当溢流循环出井后，停泵关节流阀，关井压与关井套压应该一样，都等于最初的关井立压，原浆仍然在井眼内，立压等于套压，但地层压力大于泥浆柱的静液压力，大的值就是压力表的读数。8、 加重泥浆，这浆是泥浆密度的提高，提高量、要足以把压力表上关井压力的数值转化为泥浆柱的井底压力，例如：520psi的关井立压10000ft的井深意味着需要1.0ppg的泥浆密度增量。9、 加重泥浆准备好之后，开泵至压井泵速，保持套压为不变直到重泥浆到达钻头，随着重泥浆充满钻柱，ICP将逐渐降至FCP，这是由于附加的重泥浆液柱压力。10、 计算地面到钻头的冲数，即钻柱容积除以泵的排量/冲。11、 当重泥浆到达钻头后，转到立村上，保持立压不变直到环空充满重浆，不要改变泵速。12、 循环泥浆直到井眼充满新浆，套压将降到零。13、 停泵并进行溢流检查，确认井被压住。14、 通常再进行一次循环以附加起钻安全值并调整泥浆性能，以保证正常钻进。司钻法易于理解和执行，不易犯错误，在许多情况下是不错的方法可供选择。就象它的名字所说的，等待加重法指人员等等在井址到加重好泥浆。该方法的优点是如果泥浆比重计算的准确，浆比其他方法产生较低的立管鞋处的压力，这只有在重泥浆到达环空比溢流接近套管鞋早才是真实的，否则当溢流到达套管鞋时，环空浆含有原浆和溢流，压力与司钻法相同。而且，大多数司钻法和工程师法的比较不考虑气体的运移，这将降低工程师法的优点。如果套管鞋到钻头的环空容积小于钻杆容积，溢流先到达套管鞋而泥浆后进入环空，将不再有所关心优点，如果重泥浆 于溢流到达套管鞋而进入井筒，这些重泥浆产生的多余的液柱压力施加于井底，浆减小节流阀处需施加的回压，每桶环空重泥浆将增加井底压力，减少套管压力。减低地面套压的好处可能与增加井下问题如卡钻，气体运移或堵塞管子的可能性相平衡，循环开始前等待的时间越长，遇到这些问题的可能性越高。而等待加重法需要更多计算的问题，由于现代计算工具的使用，使该问题变得不很重要。司钻法比等待加重法的最大优点是它的简单和清晰，很容易掌握，钻井人员越理解他们正在进行的工作，他们就越有信心。下面是等待加重法的工作步骤：1、 关井；2、 填写压井施工单；3、 提高泥浆比重；4、 打开节流阀缓慢开泵，稳定关井套压的前提下使泵速达到压井泵速；5、 当泵速达到压井泵速时，注意观察立管压力表，它应该是ICP；6、 保持泵速不变，泵送泥浆从地面到钻头，立压降到终了循环压力；7、 当钻柱中充满压井泥浆，立压降到终了循环压力；8、 保持终了循环压力及泵速直到重泥浆