钻井井控教材

1、 自二十世纪初开始，由于钻井技术的不断成熟，自二十世纪初开始，由于钻井技术的不断成熟， 世界石油、天然气勘探开发活动日益活跃，勘探领域世界石油、天然气勘探开发活动日益活跃，勘探领域 从陆上到海上，从浅部地层到深部地层，从老区到新从陆上到海上，从浅部地层到深部地层，从老区到新 区迅速延伸。在这个钻井数量不断增加，勘探领域逐区迅速延伸。在这个钻井数量不断增加，勘探领域逐 渐扩大的过程中，井喷失控日益成为威胁钻井安全的渐扩大的过程中，井喷失控日益成为威胁钻井安全的 关键因素。关键因素。 世界上第一例公开报道的井喷失控发生在世界上第一例公开报道的井喷失控发生在1901年年1月月10日，日， 美国德克萨

2、斯州东南部的博蒙特，一口油井在起钻过程中发美国德克萨斯州东南部的博蒙特，一口油井在起钻过程中发 生井喷，巨大的压力把井内还未起出的生井喷，巨大的压力把井内还未起出的700英尺钻具冲出井英尺钻具冲出井 口，油气柱喷高达口，油气柱喷高达100英尺，最终喷出原油英尺，最终喷出原油50万桶并引发着万桶并引发着 火。我国解放后发生的比较严重的天然气井的井喷失控是在火。我国解放后发生的比较严重的天然气井的井喷失控是在 1957年年2月月2日，重庆巴日，重庆巴9井，起钻未灌钻井液引发强烈井喷，井，起钻未灌钻井液引发强烈井喷， 井内井内216m钻具全部冲出，与井架撞击着火，火焰高达钻具全部冲出，与井架撞击着火

3、，火焰高达120余余 米，先后经过米，先后经过3次空中爆炸才将大火扑灭。次空中爆炸才将大火扑灭。 实践证明，单纯靠经验来处理井控问题已无法避免和减少因实践证明，单纯靠经验来处理井控问题已无法避免和减少因 井喷和井喷失控造成的巨大损失。因此，油气井的压力控制井喷和井喷失控造成的巨大损失。因此，油气井的压力控制 引起人们的极大关注，随着现代钻井工艺技术的不断发展，引起人们的极大关注，随着现代钻井工艺技术的不断发展， 逐渐形成了较系统的井控理论和压力控制技术。逐渐形成了较系统的井控理论和压力控制技术。 返回 在钻井过程中，通过在钻井过程中，通过 维持足够的井筒内的压力以平衡维持足够的井筒内的压力以平

4、衡 或控制地层压力，防止地层流体或控制地层压力，防止地层流体 进入井内，保证钻井作业安全顺进入井内，保证钻井作业安全顺 利地实施。利地实施。 l 是井内采用适当的钻是井内采用适当的钻 井液密度来控制地层孔隙井液密度来控制地层孔隙 压力，使得没有地层流体压力，使得没有地层流体 进入井内，溢流量为零。进入井内，溢流量为零。 返回 l 井内使用的钻井液密度井内使用的钻井液密度 不能平衡地层压力，地层不能平衡地层压力，地层 流体流入井内，地面出现流体流入井内，地面出现 溢流，这时要依靠地面设溢流，这时要依靠地面设 备和适当的井控技术来处备和适当的井控技术来处 理和排除地层流体的侵入，理和排除地层流体的

5、侵入， 使井重新恢复压力平衡。使井重新恢复压力平衡。 返回 l 是指二次井控失败，溢流是指二次井控失败，溢流 量持续增大，发生了地面或量持续增大，发生了地面或 地下井喷，且失去了控制。地下井喷，且失去了控制。 这时要使用适当的技术和设这时要使用适当的技术和设 备重新恢复对井的控制，达备重新恢复对井的控制，达 到一次井控状态。到一次井控状态。 井侵 当地层孔隙压力 大于井底压力时，地 层孔隙中的流体（油、 气、水）将侵入井内， 通常称之为井侵。 井口返出的钻井液量井口返出的钻井液量 大于泵入量，或停泵后大于泵入量，或停泵后 井口钻井液自动外溢，井口钻井液自动外溢， 这种现象称之为溢流。这种现象称

6、之为溢流。 返回 溢流进一步发展，钻井液涌出井口的现象称之为井涌。溢流进一步发展，钻井液涌出井口的现象称之为井涌。 返回 1）决定溢流严重程度的主要因素 （1）地层允许流体流动的条件 地层的渗透率、孔隙度以及裂缝的大小和连通情况 是决定地层流体流动条件好坏的主要因素。地层的渗 透率说明地层流体的流动能力；地层的孔隙度及裂缝 大小表明地层容纳流体的空间的量。高渗透率和孔隙 度或裂缝大，连通好的地层发生严重溢流的可能性比 较大。 （2）钻井液液柱压力与地层压力的差值 若钻井液液柱压力比地层压力小得很多，就 存在较大的负压差。这种负压差，再遇到高渗透 率、高孔隙度或裂缝大、连通好的地层，就可能 发生

7、严重溢流。 2）溢流的分类）溢流的分类 （1）根据流入井筒的地层流体种类分，常见的）根据流入井筒的地层流体种类分，常见的 溢流流体有：天然气、石油、盐水、硫化氢、二氧溢流流体有：天然气、石油、盐水、硫化氢、二氧 化碳。若气体进入井内，就称为气体溢流，若是化碳。若气体进入井内，就称为气体溢流，若是2m3 气体进入井内，则称气体进入井内，则称2m3气体溢流。气体溢流。 （2）根据井控技术要求，排除溢流所需的钻井）根据井控技术要求，排除溢流所需的钻井 液密度增量来分，如排除溢流所需的钻井液密度增液密度增量来分，如排除溢流所需的钻井液密度增 量为量为0.1g/cm3，则称为，则称为0.1g/cm3的溢

8、流。的溢流。 据不完全统计，据不完全统计，19491988年间，我国累计发生年间，我国累计发生 井喷失控井喷失控230口，其中井喷失控后又着火的井口，其中井喷失控后又着火的井78口，口， 占井喷失控井的占井喷失控井的34%，因井喷失控着火和井喷后地层，因井喷失控着火和井喷后地层 塌陷损坏钻机塌陷损坏钻机59台。其中台。其中19781988年的年的11年间发生年间发生 井喷失控井井喷失控井133口，因井喷失控导致死亡口，因井喷失控导致死亡5人，伤人，伤41人。人。 1994年年2004年发生年发生16次严重井喷失控事故，尤其是次严重井喷失控事故，尤其是 罗家罗家16H井，因喷出大量井，因喷出大量

9、H2S气体造成附近居民大量伤气体造成附近居民大量伤 亡和转移，在社会上造成了严重影响。亡和转移，在社会上造成了严重影响。 综观各油气田发生井喷失控的实例，分析井综观各油气田发生井喷失控的实例，分析井 喷失控的直接原因，大致可归纳为以下几个方面。喷失控的直接原因，大致可归纳为以下几个方面。 1、地质设计与工程设计缺陷。、地质设计与工程设计缺陷。 1）地质设计缺陷）地质设计缺陷 （1）地质设计未提供三个压力剖面，特别是）地质设计未提供三个压力剖面，特别是 准确的地层压力资料。准确的地层压力资料。 （2）地质设计未提供施工井周边注水井的压力、）地质设计未提供施工井周边注水井的压力、 注水量等资料。注

10、水量等资料。 （3）地质设计未提示施工井所在区块（地区）地质设计未提示施工井所在区块（地区） 浅气层和过去所钻井发生井喷事故的资料。浅气层和过去所钻井发生井喷事故的资料。 （4）地质设计未提供施工井周边的情况，居民、）地质设计未提供施工井周边的情况，居民、 道路、河流等资料。道路、河流等资料。 2）工程设计缺陷）工程设计缺陷 （1）井身结构设计不合理。表层套管下的深度）井身结构设计不合理。表层套管下的深度 不够，当钻遇异常压力地层关井时，在表层套管鞋处不够，当钻遇异常压力地层关井时，在表层套管鞋处 蹩漏，钻井液窜至地表，无法实施有效关井；有的井蹩漏，钻井液窜至地表，无法实施有效关井；有的井 设

11、计不下技套，长裸眼钻进，同一裸眼段同时存在漏、设计不下技套，长裸眼钻进，同一裸眼段同时存在漏、 喷层，更增加了井控工作的难度。喷层，更增加了井控工作的难度。 （2）钻井液密度设计不合适。）钻井液密度设计不合适。 （3）防喷装置设计不合适。防喷装置的压力）防喷装置设计不合适。防喷装置的压力 等级要与地层压力相匹配；在深井、高压井、高含等级要与地层压力相匹配；在深井、高压井、高含 硫井等复杂井要配备环形防喷器、单闸板防喷器和硫井等复杂井要配备环形防喷器、单闸板防喷器和 双闸板防喷器，并要配备剪切闸板；储能器的控制双闸板防喷器，并要配备剪切闸板；储能器的控制 能力要与井口防喷器相匹配；内防喷工具、井

12、控管能力要与井口防喷器相匹配；内防喷工具、井控管 汇、辅助井控装备的选择与安装不合适等。汇、辅助井控装备的选择与安装不合适等。 （4）加重料储备及加重能力不能满足井控要求。）加重料储备及加重能力不能满足井控要求。 （5）井控技术措施针对性、可操作性差。）井控技术措施针对性、可操作性差。 2、井控装置安装、使用及维护不符合要求。、井控装置安装、使用及维护不符合要求。 1）井口不安装防喷器。井口不安装防喷器主要是认识）井口不安装防喷器。井口不安装防喷器主要是认识 上的片面性：其一，认为地层压力系数低，不会发生井喷，上的片面性：其一，认为地层压力系数低，不会发生井喷， 用不着安装防喷器；其二，井控装

13、备配套数量不足，现有的用不着安装防喷器；其二，井控装备配套数量不足，现有的 防喷器只能保证重点探井和特殊工艺井；其三，认为几百米防喷器只能保证重点探井和特殊工艺井；其三，认为几百米 的浅井几天就打完了，用不着安装防喷器；其四，由于前三的浅井几天就打完了，用不着安装防喷器；其四，由于前三 种情况，加之实行口井大承包后，片面追求节省钻井成本，种情况，加之实行口井大承包后，片面追求节省钻井成本， 想尽量少地投入钻井设备，少占用设备折旧。想尽量少地投入钻井设备，少占用设备折旧。 2）井控设备的安装及试压不符合）井控设备的安装及试压不符合石油与天然气钻井井石油与天然气钻井井 控技术规定控技术规定的要求。

14、比如：的要求。比如： (1)内控管线要使用专用管线并采用标准法兰连接，而现内控管线要使用专用管线并采用标准法兰连接，而现 场有部分为低质量的焊接。场有部分为低质量的焊接。 (2)连接管线的尺寸、壁厚、钢级不合要求；弯头不是专连接管线的尺寸、壁厚、钢级不合要求；弯头不是专 用的铸钢件，弯头小于用的铸钢件，弯头小于120。 (3)放喷管线不用基墩固定，或固定间隔太远。放喷管线不用基墩固定，或固定间隔太远。 (4)放喷管线没有接出井场，管线长度不够。放喷管线没有接出井场，管线长度不够。 (5)防喷器、节流管汇及各部件、液控管线等没有按规定防喷器、节流管汇及各部件、液控管线等没有按规定 的标准进行试压

15、，各部件的阀门出现问题最多，有的打不开，的标准进行试压，各部件的阀门出现问题最多，有的打不开， 有的关不上，有的刺漏。有的关不上，有的刺漏。 （6）防喷器不安装手动操纵杆；不安装专用钻井液灌）防喷器不安装手动操纵杆；不安装专用钻井液灌 注管线，而是把压井管线当作灌钻井液管线使用。注管线，而是把压井管线当作灌钻井液管线使用。 （7）井口安装不水平，关井时闸板关不严，造成刺）井口安装不水平，关井时闸板关不严，造成刺 漏。漏。 （8）深井阶段，关井时先将吊卡座在转盘，后关井，）深井阶段，关井时先将吊卡座在转盘，后关井， 使得钻具不能居中，闸板关不严，造成刺漏。使得钻具不能居中，闸板关不严，造成刺漏。

16、 （9）防喷器橡胶件老化，不能承受额定压力；控制）防喷器橡胶件老化，不能承受额定压力；控制 系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范，漏油等。系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范，漏油等。 （10）控制系统摆放位置不符合要求或未按要求进行）控制系统摆放位置不符合要求或未按要求进行 试压。试压。 （11）不按要求安装除气器、液气分离器，或液气分）不按要求安装除气器、液气分离器，或液气分 离器排气管线内径不符合要求，不是法兰连接。离器排气管线内径不符合要求，不是法兰连接。 （12）钻井液回收管线现场焊接、固定不牢靠、弯角）钻井液回收管线现场焊接、固定不牢靠、弯角 过多等。过多等。 3）井口套管

17、接箍上面的双公短节丝扣不符合要求，不）井口套管接箍上面的双公短节丝扣不符合要求，不 试压。试压。 4）钻具内防喷工具未安装或失效。）钻具内防喷工具未安装或失效。 钻进过程中发生井喷，钻具内防喷工具不能有效关闭钻进过程中发生井喷，钻具内防喷工具不能有效关闭 并实现密封，或由于钻井液的冲蚀引起密封失效，导致钻具并实现密封，或由于钻井液的冲蚀引起密封失效，导致钻具 内失控。内失控。 起下钻过程中发生井喷，来不及安装旋塞等内防喷工起下钻过程中发生井喷，来不及安装旋塞等内防喷工 具；或因井内流体从钻具水眼高速喷出，导致旋塞不能正常具；或因井内流体从钻具水眼高速喷出，导致旋塞不能正常 关闭。关闭。 当内防

18、喷工具无法安装或无法关闭时，若防喷器组合中有当内防喷工具无法安装或无法关闭时，若防喷器组合中有 剪切闸板，可以剪断钻具，全封井口。但这样会显著增加地剪切闸板，可以剪断钻具，全封井口。但这样会显著增加地 面控制井喷的难度，甚至失去地面控制的机会；即使成功的面控制井喷的难度，甚至失去地面控制的机会；即使成功的 控制了井喷后，也需要花费很多的时间来处理落井钻具。控制了井喷后，也需要花费很多的时间来处理落井钻具。 3、井控技术措施不完善、未落实。、井控技术措施不完善、未落实。 1）对浅气层的危害性缺乏足够的认识，无针对性的技术）对浅气层的危害性缺乏足够的认识，无针对性的技术 措施或未落实。例如，不做表

19、层套管鞋处的地层破裂压力；不措施或未落实。例如，不做表层套管鞋处的地层破裂压力；不 做低泵冲试验；钻完浅气层不求上窜速度；循环时无人观察井做低泵冲试验；钻完浅气层不求上窜速度；循环时无人观察井 口返出量、油气显示情况；不及时调整钻井液密度；发现异常口返出量、油气显示情况；不及时调整钻井液密度；发现异常 情况后不关井，反复检查判断溢流；节流放喷时井口压力过高，情况后不关井，反复检查判断溢流；节流放喷时井口压力过高， 大于地层破裂压力；压井钻井液密度过高等。大于地层破裂压力；压井钻井液密度过高等。 2）未采取措施预防抽汲压力。例如，原地大幅度反复活）未采取措施预防抽汲压力。例如，原地大幅度反复活

20、动钻具；开泵循环时未观察油气显示、返出量；未关井直接循动钻具；开泵循环时未观察油气显示、返出量；未关井直接循 环观察；钻头泥包未解除强行起钻。环观察；钻头泥包未解除强行起钻。 3）起钻不灌钻井液或没有及时灌满。）起钻不灌钻井液或没有及时灌满。 4）空井时间过长，又无人观察井口。空井时间过长一般）空井时间过长，又无人观察井口。空井时间过长一般 都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间不循都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间不循 环钻井液，造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当气体运移环钻井液，造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当气体运移 到井口时迅速膨胀，引发井喷，往往造成

21、井喷失控。到井口时迅速膨胀，引发井喷，往往造成井喷失控。 5）相邻注水井不停注或未减压。在注水开发区，由于油）相邻注水井不停注或未减压。在注水开发区，由于油 田经过多年的开发注水，地层压力已不是原始的地层压力，尤田经过多年的开发注水，地层压力已不是原始的地层压力，尤 其是遇到高压封闭区块，其压力往往大大高于原始的地层压力。其是遇到高压封闭区块，其压力往往大大高于原始的地层压力。 如果不按要求停掉相邻的注水井，或是停注但未泄压，很容易如果不按要求停掉相邻的注水井，或是停注但未泄压，很容易 引发井侵、井涌，甚至井喷。引发井侵、井涌，甚至井喷。 6）钻井液中混油过量或混油不均匀，造成井内液柱压力）钻

22、井液中混油过量或混油不均匀，造成井内液柱压力 低于地层孔隙压力。低于地层孔隙压力。 这种情况多发生在深井、水平井，由于钻井工艺的需这种情况多发生在深井、水平井，由于钻井工艺的需 要，往往要在钻井液中混入一定比例的原油。在混油过程中，要，往往要在钻井液中混入一定比例的原油。在混油过程中， 混油不均匀，或是总量过多，都会造成井筒压力失去平衡。混油不均匀，或是总量过多，都会造成井筒压力失去平衡。 当卡钻发生后，由于需要泡原油、柴油、煤油解卡，当卡钻发生后，由于需要泡原油、柴油、煤油解卡， 从而破坏了井筒内的压力平衡，此时如果不注意二次井控，常从而破坏了井筒内的压力平衡，此时如果不注意二次井控，常 常

23、会造成井涌、井喷，酿成更重大的事故。常会造成井涌、井喷，酿成更重大的事故。 7）钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。）钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。 发生井漏以后，要及时堵漏提高井眼承压能力，否则，会导致发生井漏以后，要及时堵漏提高井眼承压能力，否则，会导致 钻井液液柱压力降低，当液柱压力低于未漏地层孔隙压力时就钻井液液柱压力降低，当液柱压力低于未漏地层孔隙压力时就 会发生井侵、井涌乃至井喷。会发生井侵、井涌乃至井喷。 4、未及时关井，关井后复杂情况处置失误。、未及时关井，关井后复杂情况处置失误。 1）未能及时准确地发现溢流。）未能及时准确地发现溢流。 2）未能及

24、时关井。未能及时关井的原因包括：）未能及时关井。未能及时关井的原因包括： 发现溢流后想进一步观察溢流速度或溢流性质；发现溢流后想进一步观察溢流速度或溢流性质； 担心发生卡钻，抢起钻具至套管鞋或安全井段；担心发生卡钻，抢起钻具至套管鞋或安全井段； 担心压井困难，抢下钻具；担心压井困难，抢下钻具； 反复核实溢流的真伪；反复核实溢流的真伪； 与相关方无事前明确规定，现场协商决断难，延误时间；与相关方无事前明确规定，现场协商决断难，延误时间； 分工不合理，操作不熟练；分工不合理，操作不熟练； 井控装置出现故障；井控装置出现故障； 错误认为可以边循环边加重等。错误认为可以边循环边加重等。 3）未及时组织

25、压井，井口回压过高导致井口失控或地下）未及时组织压井，井口回压过高导致井口失控或地下 井喷，或因硫化氢腐蚀引起钻具断裂导致井口失控。井喷，或因硫化氢腐蚀引起钻具断裂导致井口失控。 4）压井方法选择不当，排除溢流措施不当。）压井方法选择不当，排除溢流措施不当。 5、思想麻痹，存在侥幸心理，作业过程中违章操作。、思想麻痹，存在侥幸心理，作业过程中违章操作。 由于思想上不重视井控工作，未严格执行设计，或在一些由于思想上不重视井控工作，未严格执行设计，或在一些 大型施工前未制订详细的井控措施或措施不当，针对性不强，大型施工前未制订详细的井控措施或措施不当，针对性不强， 从而导致的井喷失控也占有一定的比

26、例。因此，要从严格管理、从而导致的井喷失控也占有一定的比例。因此，要从严格管理、 技术培训和规范岗位操作等方面入手，做好基础工作。技术培训和规范岗位操作等方面入手，做好基础工作。 大量的实例告诉我们，井喷失控是钻井工程中性质严重、损大量的实例告诉我们，井喷失控是钻井工程中性质严重、损 失巨大的灾难性事故，其危害可概括为以下失巨大的灾难性事故，其危害可概括为以下6个方面：个方面： （1）打乱全面的正常工作秩序，影响全局生产；）打乱全面的正常工作秩序，影响全局生产； （2）井喷失控极易造成环境污染，影响井场周围居民的）井喷失控极易造成环境污染，影响井场周围居民的 生命安全，影响农田水利、渔场、牧场

27、、林场建设；生命安全，影响农田水利、渔场、牧场、林场建设； （3）伤害油气层、破坏地下油气资源；）伤害油气层、破坏地下油气资源； （4）造成机毁人亡和油气井报废，带来巨大的经济损失；）造成机毁人亡和油气井报废，带来巨大的经济损失； （5）涉及面广，在国际、国内造成不良的社会影响）涉及面广，在国际、国内造成不良的社会影响。 l 井控不仅是井眼压力控制，还包括环境 保护，次生事故的预防和职工群众的安全， 因此，井控工作既是技术工作，也是管理 工作和一项系统工程，包括井控设计、井 控装置、钻开油气层前的准备工作、钻开 油气层和井控作业、防火防爆防硫化氢的 安全措施、井喷失控的处理、井控技术培 训和井

28、控管理制度等方面。做好井控工作， 要注意以下几个问题： 1、提高井控工作认识，强化全员井控意识。、提高井控工作认识，强化全员井控意识。 要充分认识井喷失控是钻井工程中后果最为严重、损失最要充分认识井喷失控是钻井工程中后果最为严重、损失最 为巨大、影响最为深远的灾难性事故。井控工作是油气田安全为巨大、影响最为深远的灾难性事故。井控工作是油气田安全 生产的重中之重，事关地区安定和社会和谐，影响企业健康发生产的重中之重，事关地区安定和社会和谐，影响企业健康发 展。因此，各级领导必须在思想上统一认识，高度重视井控工展。因此，各级领导必须在思想上统一认识，高度重视井控工 作，同时加强基层队伍建设，着力培

29、养作，同时加强基层队伍建设，着力培养“班自为战、队自为战班自为战、队自为战” 的技术能力的同时，采取多种形式，加强全员井控安全意识教的技术能力的同时，采取多种形式，加强全员井控安全意识教 育和管理人员社会责任教育，充分调动人人参与井控安全管理育和管理人员社会责任教育，充分调动人人参与井控安全管理 的主观能动性，积极培养企业安全文化，使职工自觉把各项井的主观能动性，积极培养企业安全文化，使职工自觉把各项井 控规章制度落实到实际工作中。控规章制度落实到实际工作中。 2、完善井控管理网络，强化井控监管体系。、完善井控管理网络，强化井控监管体系。 为了进一步加强井控管理工作，强化井控管理工作的系为了进

30、一步加强井控管理工作，强化井控管理工作的系 统性和科学性，要继续完善井控管理网络建设，明确主管领统性和科学性，要继续完善井控管理网络建设，明确主管领 导是本单位井控安全第一责任人，设立井控管理办公室，由导是本单位井控安全第一责任人，设立井控管理办公室，由 专职人员进行井控工作的系统化管理，并对各项井控规定、专职人员进行井控工作的系统化管理，并对各项井控规定、 规程和标准的执行负有监督、检查和执行责任。确保井控工规程和标准的执行负有监督、检查和执行责任。确保井控工 作的每个环节有人管，每个岗位尽责任。进一步强化井控安作的每个环节有人管，每个岗位尽责任。进一步强化井控安 全监督网络建设，成立监督中

31、心或全监督网络建设，成立监督中心或HSE监督站，配备足够的监督站，配备足够的 监督人员，强化监督制度，实行异体监督。采取全天候甲方监督人员，强化监督制度，实行异体监督。采取全天候甲方 监察、集中巡视、对重点井派驻工作组、在基层队派驻监察、集中巡视、对重点井派驻工作组、在基层队派驻HSE 监督等多种形式强化监督效果。监督等多种形式强化监督效果。 3、加强制度体系建设，实现规范化管理。、加强制度体系建设，实现规范化管理。 国家发展和改革委员会发布实施的石油天然气行业标准是国家发展和改革委员会发布实施的石油天然气行业标准是 基础性标准；集团公司颁发的钻井和井下作业井控管理规定是基础性标准；集团公司颁

32、发的钻井和井下作业井控管理规定是 在国家标准基础上的提高和延伸；各油田要依据国家标准、集在国家标准基础上的提高和延伸；各油田要依据国家标准、集 团公司相关规定和本油田具体情况进一步制定适合本油田的、团公司相关规定和本油田具体情况进一步制定适合本油田的、 具有较强操作性的实施细则，并在集团公司备案，集团公司则具有较强操作性的实施细则，并在集团公司备案，集团公司则 要审核各油田的实施细则。要审核各油田的实施细则。 监管部门要积极采用国际先进的技术标准，坚持制订和完监管部门要积极采用国际先进的技术标准，坚持制订和完 善防井喷失控的规章制度。施工单位要认真贯彻落实相关的法善防井喷失控的规章制度。施工单

33、位要认真贯彻落实相关的法 律、法规和标准，严格执行钻井和井下作业各项井控规定和规律、法规和标准，严格执行钻井和井下作业各项井控规定和规 程。根据新的国家标准和行业标准重新审定本程。根据新的国家标准和行业标准重新审定本企业的勘探开企业的勘探开 发技术规范和相关标准，从技术上遏制井喷失控。发技术规范和相关标准，从技术上遏制井喷失控。 4、提高井控工作针对性，逐级削减井控风险。、提高井控工作针对性，逐级削减井控风险。 对不同区域、不同井型进行风险评估，根据井控风险级对不同区域、不同井型进行风险评估，根据井控风险级 别区别管理，针对不同风险的井，采用不同的标准。要细化、别区别管理，针对不同风险的井，采

34、用不同的标准。要细化、 量化井控设计、装备配套和技术措施，提高井控设计、装备和量化井控设计、装备配套和技术措施，提高井控设计、装备和 措施的针对性、实用性和可操作性，削减井控风险。对于井控措施的针对性、实用性和可操作性，削减井控风险。对于井控 风险高的井要强化设计源头的井控管理，设计要严格依据有关风险高的井要强化设计源头的井控管理，设计要严格依据有关 规定和标准，不能为效益而丧失安全，不能为速度而放弃井控，规定和标准，不能为效益而丧失安全，不能为速度而放弃井控， 严禁以降低成本为由，冒着井喷失控的风险简化井身结构，降严禁以降低成本为由，冒着井喷失控的风险简化井身结构，降 低配套标准。加强施工过

35、程中的井控管理工作，加大井控检查低配套标准。加强施工过程中的井控管理工作，加大井控检查 和巡查力度，消除隐患，确保井控安全。和巡查力度，消除隐患，确保井控安全。 5、根治隐患，强化施工现场的井控管理和技术支持。、根治隐患，强化施工现场的井控管理和技术支持。 要严格执行井控问题整改要严格执行井控问题整改“销项制销项制”，要对井控检查存，要对井控检查存 在的问题采取在的问题采取“回头看回头看”的办法，在下次检查时首先检查上次的办法，在下次检查时首先检查上次 检查存在问题的整改。对重复出现的问题要具体分析，查找深检查存在问题的整改。对重复出现的问题要具体分析，查找深 层次原因，及时制定整改方案，明确

36、责任人，彻底整改落实。层次原因，及时制定整改方案，明确责任人，彻底整改落实。 同时，要加强基层建设，提高基层执行力，巩固销项制成果，同时，要加强基层建设，提高基层执行力，巩固销项制成果， 夯实井控安全基础。通过常抓不懈，持续改进，使井控工作达夯实井控安全基础。通过常抓不懈，持续改进，使井控工作达 到系统无缺陷、设备无故障、管理无漏洞、岗位无违章，实现到系统无缺陷、设备无故障、管理无漏洞、岗位无违章，实现 井控本质安全。井控本质安全。 将井控工作贯穿于钻井、地质、测井、录井、修井等作业将井控工作贯穿于钻井、地质、测井、录井、修井等作业 的设计和施工全过程，建立和执行严格的技术管理制度和施的设计和

37、施工全过程，建立和执行严格的技术管理制度和施 工设计审批程序，对井控风险大的施工环节事先要制订详细工设计审批程序，对井控风险大的施工环节事先要制订详细 的井控技术措施并实行严格的技术论证和审批程序。重大技的井控技术措施并实行严格的技术论证和审批程序。重大技 术措施、关键技术或工艺环节实施之前，建设方应对施工单术措施、关键技术或工艺环节实施之前，建设方应对施工单 位的准备工作进行检查和验收；在实施过程中，施工队伍的位的准备工作进行检查和验收；在实施过程中，施工队伍的 上级主管部门和技术支持部门应有技术人员在场进行指导和上级主管部门和技术支持部门应有技术人员在场进行指导和 监督。施工队伍坚持干部监

38、督。施工队伍坚持干部24小时值班制度，采取切实可行的小时值班制度，采取切实可行的 措施，强化对现场的技术支撑和管理。措施，强化对现场的技术支撑和管理。 6、进一步完善井控应急体系，强化应急管理工作。、进一步完善井控应急体系，强化应急管理工作。 高度重视井控应急工作，坚持高度重视井控应急工作，坚持“预防为主、减少危预防为主、减少危 害害”的方针，建立简单明了、科学合理、适用现场的应急的方针，建立简单明了、科学合理、适用现场的应急 预案。要强化应急体系中相关方的融合性，实现互动，紧预案。要强化应急体系中相关方的融合性，实现互动，紧 密配合，各负其责。要强化预案的演练，让每个相关人熟密配合，各负其责

39、。要强化预案的演练，让每个相关人熟 悉预案，达到遇喷不慌，应急自如。建立区域性井喷失控悉预案，达到遇喷不慌，应急自如。建立区域性井喷失控 事故应急救援中心，融入到集团公司总的应急体系中，为事故应急救援中心，融入到集团公司总的应急体系中，为 井控应急处置奠定基础。井控应急处置奠定基础。 7、要进一步重视井控装备的投入，满足井控安、要进一步重视井控装备的投入，满足井控安 全需求。全需求。 装备是实现本质安全的基础，没有最基础的投入，装备是实现本质安全的基础，没有最基础的投入， 本质安全就没有物质保证。必须通过积极采用先进的本质安全就没有物质保证。必须通过积极采用先进的 安全装备，形成有安全保障的生

40、产能力。因此，施工安全装备，形成有安全保障的生产能力。因此，施工 单位还需要进一步加大投入，加强井控装备的更新配单位还需要进一步加大投入，加强井控装备的更新配 套，切实满足井控需求。套，切实满足井控需求。 8、加强人员培训，提高井控操作技能。、加强人员培训，提高井控操作技能。 加强人员培训，首先要加强培训的针对性。从事钻井和加强人员培训，首先要加强培训的针对性。从事钻井和 井下作业设计、管理、指挥、操作的各岗位、各层次人员，均井下作业设计、管理、指挥、操作的各岗位、各层次人员，均 应参加相应的培训。未经相关专业知识培训和操作技能培训的应参加相应的培训。未经相关专业知识培训和操作技能培训的 人员

41、或培训后未取得合格证的人员，均不得上岗工作。其次，人员或培训后未取得合格证的人员，均不得上岗工作。其次， 要强化井控培训的全面性。从事钻井和井下作业设计、指挥、要强化井控培训的全面性。从事钻井和井下作业设计、指挥、 管理（监督）和操作的各层次、各岗位人员应参加井控培训，管理（监督）和操作的各层次、各岗位人员应参加井控培训， 包括在现场从事录井、测井、固井、定向井等服务的人员也应包括在现场从事录井、测井、固井、定向井等服务的人员也应 参加相应的井控知识和技能培训，做到持证上岗。参加相应的井控知识和技能培训，做到持证上岗。 9、加大对井控仪器、井控装置的研发力度，提高质量。、加大对井控仪器、井控装

42、置的研发力度，提高质量。 在井控仪器、井控装置方面，不但要引进、制造，而且在井控仪器、井控装置方面，不但要引进、制造，而且 要加大研发力度，提高产品质量。把适应现场实际的质量更要加大研发力度，提高产品质量。把适应现场实际的质量更 高的井控仪器、井控装置的研发，作为科技发展研究的一项高的井控仪器、井控装置的研发，作为科技发展研究的一项 内容，促进井控仪器、井控装置质量水平的提高。同时，要内容，促进井控仪器、井控装置质量水平的提高。同时，要 对井控仪器、井控装置的生产厂家实行市场准入制度，由各对井控仪器、井控装置的生产厂家实行市场准入制度，由各 油田相关专家组成市场准入审核组，根据各厂家产品在现场

43、油田相关专家组成市场准入审核组，根据各厂家产品在现场 的实际使用情况，进行产品的市场准入审核，促使各厂家提的实际使用情况，进行产品的市场准入审核，促使各厂家提 高产品质量。高产品质量。 复习思考题复习思考题 1、井控、一次井控、二次井控的定义。、井控、一次井控、二次井控的定义。 2、溢流、井喷、井喷失控的定义。、溢流、井喷、井喷失控的定义。 3、简述井喷失控的危害。、简述井喷失控的危害。 一、静液压力一、静液压力 1、静液压力和静液压力梯度的定义、静液压力和静液压力梯度的定义 静液压力是由静止液体的重力产生的压力。静液压力是由静止液体的重力产生的压力。其大小取决其大小取决 于液体的密度和液体的

44、垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无于液体的密度和液体的垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无 关。关。 静液压力梯度是指每增加单位垂直深度静液压力的变化量静液压力梯度是指每增加单位垂直深度静液压力的变化量。 静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及 温度梯度的影响。含盐浓度高会使静液压力梯度增大，溶解气温度梯度的影响。含盐浓度高会使静液压力梯度增大，溶解气 体量增加和温度增高则会使静液压力梯度减小。体量增加和温度增高则会使静液压力梯度减小。 2、静液压力的计算、静液压力的计算 P=gH 式中：式中：P-静液压力，静液压力，MPa

45、-液体密度，液体密度，g/cm3 g-重力加速度，重力加速度，0.00981 H-液柱的垂直高度，液柱的垂直高度，m 在陆上钻井作业中，在陆上钻井作业中，H为井眼的垂直深度，起始点自转盘为井眼的垂直深度，起始点自转盘 面算起，液体的密度为钻井液的密度。面算起，液体的密度为钻井液的密度。 例例1 某井钻至井深某井钻至井深3000米处，所用钻井液密米处，所用钻井液密1.3g/cm3，求，求 井底处的静液压力。井底处的静液压力。 解：解：P=gH=1.30.009813000=38.26MPa 例：如图所示，井内钻井液密度 为1.2g/cm3， 3000m处静液柱压力为多少？ 解解 p= 0.009

46、81 H =0.009811.203000 =35. 288MPa 地层孔隙内流体地层孔隙内流体(水水)的的 压力为：压力为： p= 0.00981 H =0.009811.073000 =31.547MPa 3、静液压力梯度的计算、静液压力梯度的计算 根据压力梯度的定义可知，其计算公式为：根据压力梯度的定义可知，其计算公式为： G=P/H=g 式中：式中：G压力梯度，压力梯度，kPa/m（MPa/m） P静液压力，静液压力，kPa（MPa） H液柱的垂直高度，液柱的垂直高度，m 液体密度，液体密度，g/cm3 g重力加速度，重力加速度，9.81（0.00981） 用压力梯度的定义，静液压力的

47、公式也可以写成：用压力梯度的定义，静液压力的公式也可以写成： 静液压力静液压力=压力梯度压力梯度垂深垂深 （P=GH） 例例2 某井钻至井深某井钻至井深3600米处，所用钻井液密度为米处，所用钻井液密度为1.5g/cm3， 计算井内静液压力梯度。计算井内静液压力梯度。 解：解：G=g=1.59.81=14.7kPa/m l 1、当量钻井液密度的定义 l 当量钻井液密度是指将井内某一位置所受各种 压力之和（静液压力、回压、环空压力损失等）折 算成钻井液密度，称为这一点的当量钻井液密度。 l 把地层压力、地层破裂压力、循环压力折算成 钻井液密度，分别称为地层压力当量钻井液密度、 地层破裂压力当量钻

48、井液密度、循环压力当量钻井 液密度。 H P e 00981.0 3 /30. 1 280000981. 0 82.35 cmg e 当量钻井液密度 2、当量钻井液密度的计算 式中：P压力，MPa 例3 井深2800m，钻井液密度1.24g/cm3，下钻时存 在一个1.76MPa的激动压力作用于井底，计算井底压力及 当量钻井液密度。 解：井底压力P=1.240.0098128001.76=35.82 MPa 地层压力：是地下地层压力：是地下 岩石孔隙内流体的岩石孔隙内流体的 压力，压力， 也称孔隙也称孔隙 压力。压力。 五、地层压力五、地层压力 例如例如:2000米的压力是米的压力是23.54

49、4MPa 也可以说压力梯度是也可以说压力梯度是0.01177MPa /m, 也可以说当量密度是也可以说当量密度是1.20 g / cm 3, 也可以说压力系数是也可以说压力系数是1.20。 (1) 用压力的单位表示用压力的单位表示 如如:5MPa 12MPa (2) 用压力梯度表示。用压力梯度表示。 (3) 用流体当量密度表示。用流体当量密度表示。 (4) 用压力系数表示用压力系数表示: 即某点压即某点压 力与该点水柱静压力之比。力与该点水柱静压力之比。 返回 3、地层压力的分类、地层压力的分类 1）正常地层压力）正常地层压力 在各种沉积物中，正常地层压力等于在各种沉积物中，正常地层压力等于

50、从地表到地下某处连续地层水的静液柱压力。其值的大小与沉从地表到地下某处连续地层水的静液柱压力。其值的大小与沉 积环境有关，一类是淡水和淡盐水盆地，淡水密度是积环境有关，一类是淡水和淡盐水盆地，淡水密度是1g/cm3， 形成的压力梯度为形成的压力梯度为9.8kPa/m，而另一类是盐水盆地，其密度随，而另一类是盐水盆地，其密度随 含盐量的不同而变化，一般为含盐量的不同而变化，一般为1.07g/cm3，形成的压力梯度为，形成的压力梯度为 10.5kPa/m，这相当于总含盐量为，这相当于总含盐量为80 g/L的盐水柱在的盐水柱在25时的压时的压 力梯度。按习惯，把压力梯度在力梯度。按习惯，把压力梯度在

51、9.8kPa/m10.5kPa/m之间的之间的 地层称为为正常压力地层。地层称为为正常压力地层。 2）异常高压）异常高压 地层压力梯度大于正常压力梯度时，称为地层压力梯度大于正常压力梯度时，称为 异常高压。地层压力正常或者接近正常，则地层流体必须一异常高压。地层压力正常或者接近正常，则地层流体必须一 直与地面连通。这种通道常常被封闭层或隔层截断。在这种直与地面连通。这种通道常常被封闭层或隔层截断。在这种 情况下，隔层下部的地层流体必须支撑上部岩层。岩石重于情况下，隔层下部的地层流体必须支撑上部岩层。岩石重于 地层流体，所以地层压力可能超过静液压力，形成异常高压地层流体，所以地层压力可能超过静液

52、压力，形成异常高压 地层。地层。 3）异常低压）异常低压 地层压力梯度小于正常压力梯度时称为异地层压力梯度小于正常压力梯度时称为异 常低压。这种情况多发生于衰竭产层和大孔隙的老地层。常低压。这种情况多发生于衰竭产层和大孔隙的老地层。 图21 P0，和Pp之间的关系 上覆岩层压力是指某深度以上的上覆岩层压力是指某深度以上的 地层岩石基质和孔隙中流体的总重量地层岩石基质和孔隙中流体的总重量 对该深度所形成的压力。地下岩石平对该深度所形成的压力。地下岩石平 均密度大约为均密度大约为2.162.64g/cm3，于是，于是 平均上覆岩层压力梯度大约为平均上覆岩层压力梯度大约为 22.62kPa/m。 上

53、覆岩层压力与地层压力的关系上覆岩层压力与地层压力的关系 是是 P0 =+ Pp 式中：式中：P0上覆岩层压力，上覆岩层压力，MPa ； 岩石颗粒应力，岩石颗粒应力，MPa； Pp地层压力，地层压力，MPa。 上覆岩层的重力是由岩石基质（骨架）和岩石孔隙中的流上覆岩层的重力是由岩石基质（骨架）和岩石孔隙中的流 体共同承担的，当骨架应力降低时，孔隙压力就增大；孔隙压体共同承担的，当骨架应力降低时，孔隙压力就增大；孔隙压 力等于上覆岩层压力时，骨架应力等于零，而骨架应力等于零力等于上覆岩层压力时，骨架应力等于零，而骨架应力等于零 时可能会产生重力滑移。骨架应力是造成地层沉积压实的动力，时可能会产生重

54、力滑移。骨架应力是造成地层沉积压实的动力， 因此只要异常高压带中的基岩应力存在，压实过程就会进行因此只要异常高压带中的基岩应力存在，压实过程就会进行 （尽管速率很慢）。上覆岩层压力、地层压力和骨架应力之间（尽管速率很慢）。上覆岩层压力、地层压力和骨架应力之间 的关系如图所示。的关系如图所示。 1、地层破裂压力的定义、地层破裂压力的定义 地层破裂压力是指某一深度的地层发生破碎或裂缝时所能地层破裂压力是指某一深度的地层发生破碎或裂缝时所能 承受的压力。承受的压力。破裂压力一般随井深增加而增大。破裂压力一般随井深增加而增大。 在钻井时，钻井液柱压力的下限要保持与地层压力相平衡，在钻井时，钻井液柱压力

55、的下限要保持与地层压力相平衡， 既不污染油气层，又能提高钻速，实现压力控制。而其上限则既不污染油气层，又能提高钻速，实现压力控制。而其上限则 不能超过地层的破裂压力，以避免压裂地层造成井漏。不能超过地层的破裂压力，以避免压裂地层造成井漏。 2、地层破裂压力的预测方法、地层破裂压力的预测方法 对于做好一口井的井控工作，预先了解地层破裂压力随井对于做好一口井的井控工作，预先了解地层破裂压力随井 深的变化规律同预测地层压力同样重要。在钻井作业前，预测深的变化规律同预测地层压力同样重要。在钻井作业前，预测 地层破裂压力主要是根据经验公式，如马修斯地层破裂压力主要是根据经验公式，如马修斯凯利凯利 （Ma

56、thewsKelly）法、休伯特）法、休伯特威利斯（威利斯（HubbertWillis） 法、伊顿（法、伊顿（Eaton）法、）法、Anderson模型、模型、Stephen模型及黄荣樽模型及黄荣樽 教授提出的预测模型。黄荣樽教授提出的预测模型是应用岩石教授提出的预测模型。黄荣樽教授提出的预测模型是应用岩石 动、静弹性参数相关关系预测地层破裂压力，通过分析井壁岩动、静弹性参数相关关系预测地层破裂压力，通过分析井壁岩 石的应力和破裂条件，得出如下地层破裂压力预测模式：石的应力和破裂条件，得出如下地层破裂压力预测模式： 式中式中pf 地层破裂压力，地层破裂压力，MPa； 1，2地质应力系数，在一个

57、断块内部为一常数；地质应力系数，在一个断块内部为一常数； ES，s分别为静杨氏模量（分别为静杨氏模量（MPa）和静泊松比；）和静泊松比； p0上覆岩层压力，上覆岩层压力，MPa； 孔隙流体压力对有效应力的贡献系数；孔隙流体压力对有效应力的贡献系数； pP地层孔隙压力，地层孔隙压力，MPa； St岩石的抗拉强度，岩石的抗拉强度，MPa。 公式中的各参数可借助电测资料、地层破裂压力试验和对公式中的各参数可借助电测资料、地层破裂压力试验和对 破裂段岩芯的室内试验等方法获得，具体的确定方法在这里破裂段岩芯的室内试验等方法获得，具体的确定方法在这里 不再详细论述。不再详细论述。 t S p p p pp

58、 s s s s E S s E f p 0 1 2 1 2 2 1 1 me H P 00981.0 me H P 00981. 0 15. 1 200000981. 0 18 3、地层破裂压力当量密度、地层破裂压力当量密度 地层破裂压力的大小，可以用地层破裂压力当量密度来表示。在做地地层破裂压力的大小，可以用地层破裂压力当量密度来表示。在做地 层破裂压力试验时，在套管鞋以上钻井液的静液压力和地面回压的共同作层破裂压力试验时，在套管鞋以上钻井液的静液压力和地面回压的共同作 用下，使地层发生破裂而漏失，所以地层破裂压力当量密度可以按以下公用下，使地层发生破裂而漏失，所以地层破裂压力当量密度可以

59、按以下公 式进行计算：式进行计算： 式中：式中：e地层破裂压力当量钻井液密度，地层破裂压力当量钻井液密度，g/cm3； P地面回压，地面回压，MPa； m井内钻井液密度，井内钻井液密度，g/cm3。 例例5 某井套管鞋井深某井套管鞋井深2000米，破裂压力试验时所用泥浆密度为米，破裂压力试验时所用泥浆密度为1.15g/cm3 ，套压为，套压为18MPa时地层破裂。求地层破裂压力当量密度？时地层破裂。求地层破裂压力当量密度？ 解： = =2.06g/cm3 六、地层坍塌压力六、地层坍塌压力 地层坍塌压力是指井眼形成后井壁周围的岩石应力集中，地层坍塌压力是指井眼形成后井壁周围的岩石应力集中， 当井

60、壁围岩所受的切向应力和径向应力的差达到一定数值后当井壁围岩所受的切向应力和径向应力的差达到一定数值后 ，将形成剪切破坏，造成井眼坍塌，此时的钻井液液柱压力，将形成剪切破坏，造成井眼坍塌，此时的钻井液液柱压力 即为地层坍塌压力。其计算公式如下：即为地层坍塌压力。其计算公式如下： 2 2 123 K KaPK B PPH P 式中：式中：BP为地层坍塌压力，为地层坍塌压力，MPa； H、p为水平最大、最小主应力，为水平最大、最小主应力，MPa； K=tan-1(/4 4/2), 为内摩擦角，一般取为内摩擦角，一般取/6； 岩石粘聚力，岩石粘聚力，MPa； aBiot弹性系数，无量纲；弹性系数，无量