井控培训知识课件

井控培训知识课件1第一部分井控技术第二部分井控设备

第一部分井控技术第二部分井控设备2一、井控的概念1、什么叫井控：简单地说就是实施油气井压力的控制。即：在不同钻井作业中，采用一定的方法控制住地层孔隙中流体的压力，基本上保持井内压力平衡，保证钻井顺利进行的一整套工艺技术。2、井侵：当井底压力小于地层压力时，地层流体（油、气、水）进入井内的现象。3、溢流：井侵发生后，地层流体进入井内，使返出的钻井液比泵入井内的多，停泵后钻井液有自动外溢现象称为溢流。4、井涌：严重的溢流使钻井液涌出井口（一般不超过转盘面）的现象称为井涌。5、井喷：地层流体无控制地涌入井内，使井内钻井液喷出（超过转盘面）的现象称为井喷。6、井喷失控：井喷发生后，无法用常规的方法控制井口而出现敞喷的现象称为井喷失控。第一章：井控及相关概念一、井控的概念第一章：井控及相关概念37、井控的分级人们根据井涌的规模和采取的控制方法之不同，把井控作业分为三级，即初级井控、二级井控和三级井控。初级井控（一级井控）：是依靠适当的钻井液密度来控制住地层孔隙压力使得没有地层流体侵入井内，井涌量为零，自然也无溢流产生。二级井控：是指井内正在使用中的钻井液密度不能控制住地层孔隙压力，因此井内压力失衡，地层流体侵入井内，出现井涌，地面出现溢流，这时要依靠地面设备和适当的井控技术排除气侵钻井液，处理掉井涌，恢复井内压力平衡，使之重新达到初级井控状态。这是目前培训钻井人员掌握井控技术的重点。即：发生溢流关井后建立起来的地面回压和井内液柱压力共同平衡地层压力的控制。三级井控：是指二级井控失败，井涌量大，失去控制，发生了井喷（地面或地下），这时使用适当的技术与设备重新恢复对井的控制，达到初级井控状态。这是平常说的井喷抢险，可能需要灭火、打救援井。7、井控的分级4

“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的硫化氢天然气夺去生命，4000多人受伤，造成直接经济损失达6432.31万元的严重后果。1990年10月11日的王15-33井井喷事故造成直接经济损失368万元。人员伤害和经济损失二、井喷造成的危害“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的52003年12月23日发生的罗家16H井及2004年12月2日发生的曲2井井喷事故，分别造成60000余人和4600余人的紧急疏散。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序人去楼空2003年12月23日发生的罗家16H井及2004年12月26造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏1983年2月,伊朗海岸外的瑙鲁滋油田发生井喷，每天7000桶(111.7万升)原油白白地流入海里；1969年，美国加利福尼亚州圣巴巴拉海湾的海底油田井喷，几天之内，从海底涌出一万多吨原油，油田被迫封闭，每天仍有两吨原油喷入海里。1990年10月11日，王15-33井井喷事故中，1063小时的井喷，造成了严重的油气资源损失。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到7造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染1983年2月,伊朗瑙鲁滋油田和伊拉克一油井井喷，对野生动物的打击是惨重的，受到毁灭性打击的动物是以海藻为食的儒艮。据世界野生动物基金报道，波斯湾的儒艮到1983年7月几乎全部死亡。1979年6月3日，墨西哥石油公司的伊斯托克1号平台，突然发生井喷，井喷造成10毫米厚的原油涌向墨西哥和美国海岸。黑油带长480公里，宽40公里，覆盖1.9万平方公里的海面，使这一带的海洋环境受到严重污染。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到8造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾1984年9月1日，位于印度尼西亚西爪哇的帕西加里笛的PSJ-A探井井喷，几秒中后着火，钻机在10分钟内烧毁，当时的火焰高达130米，在方圆300米内的噪音为100分贝。美国Delta钻井公司承钻的SCB1井发生井喷和引起着火，随之井喷失控，部分钻杆从防喷器中喷出。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到9造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾设备损坏1996年10月25日，长庆油田W24-23井，井喷着火，7分钟后井架倒向泵房，进而烧毁井场部分设备和材料。1990年10月11日，大港油田王15-33井井喷，井架倒塌报废。2003年2月17日，滩海工程公司承钻的中4－72井在起钻过程中发生井喷失控，2月18日1:24左右着火，2:08井架朝大门方向倒塌。井架、绞车及大量钻具工具报废。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到10造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾设备损坏油气井报废1984年印度尼西亚PSJ-A探井因井喷报废。1997年新疆玛扎4井井喷，导致井眼报废。2003年中4－72井井喷导致该井报废。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到11

“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的硫化氢天然气夺去生命，4000多人受伤，6万多人被疏散，9.3万人受灾，造成直接经济损失达6432.31万元的严重后果。损失巨大的灾难性责任事故

1985年至今，据不完全统计国内陆地发生井喷失控事故56起，造成直接经济损失23561万元，直接时间损失41854小时，死亡266人，受伤4047人。“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的12三、井喷的原因

1、井控意识不强，思想麻痹，违章操作。2、地层压力掌握不准，设计钻井密度偏低。3、起钻产生抽吸压力，造成诱喷。（要求钻开油气层起钻前进行短起下钻校对溢流的产生）。4、钻井液柱高度下降。（要求每起三柱钻杆或一柱钻铤向井内灌满一次钻井液）。5、钻井液密度下降。（原因：油气侵入井内；处理事故向井内注原油或解卡剂；向井内混油降低磨阻。6、对浅气层的影响缺乏认识，井身结构不合理。

三、井喷的原因137、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。8、空井时间过长，无人观察井口。9、钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。10、相邻注水井不停注或未减压。11、地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料。12、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地关井，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。三、井喷的原因7、井控设备的安装及试压不符合（石油与天然气钻井井14四、提高井控意识，搞好井控工作

1、提高井控意识

（1）设备安装意识。（2）设备调试与试压意识。（3）油气资源保护意识。（4）井控培训意识。（5）责任意识。2、搞好井控工作

（1）井控工作主要内容：井控设计；井控设备；钻开油气层前的准备工作；钻开油气层和井控工作；井喷失控的处理；防火、防硫化氢的安全措施；井控培训。3、搞好井控工作的措施

（1）各级领导必须高度重视井控工作。（2）必须全面系统地抓好五个环节，即：思想重视；措施正确；严格管理；技术培训；装备配套。四、提高井控意识，搞好井控工作15（3）认真对待浅气层钻井、井控工作。（4）既注意高压油气井防喷，又要注意中低压油气井防喷。（5）要注意各部门密切配合，常抓不懈。（6）严格执行，《石油天然气钻井井控技术规定》。注意：短程起钻法操作，（起钻前先从井内起出5—10柱钻杆，然后在下入井内，开泵循环至少一个迟到时间，观察测量返出的钻井液，如发现有油气，说明发生了抽吸溢流，应调整钻井液性能或降低起钻速度。（3）认真对待浅气层钻井、井控工作。16一、地层压力可能增大的迹象

1、钻屑的尺寸和形状

观察与分析井内返出岩屑的尺寸和形状，同样可以判定地层压力的变化。压力过渡带的页岩岩屑外表尺寸通常要大于正常压力地层的岩屑。过渡带岩屑的边缘锐利且带棱角，而正常压力地层页岩岩屑，通常是平的、小的而且多为圆边。在异常高压地层，地层欠压实，钻遇这类地层时，压差将减少，大块页岩将开始坍塌，而坍塌的“岩屑”有着特殊的尺寸和形状。通常这些岩屑比正常岩屑大一些，且呈长条、锐利、带棱角。第二章：溢流的检查一、地层压力可能增大的迹象第二章：溢流的检查172、温度变化

（1）正常地层的温度随井深的增加，平均每100m温度递增3℃左右。在压力过渡带，地层压力随井深而升高的速度比正常情况要高。在实际中观察到，在压力过渡带和进入异常高压井段时，返出钻井液温度梯度的变化有达到18.2℃/100米的。（2）连续记录出口管温度有助于检测地层压力增加的情况。但是返出泥浆的温度也取决于下列因素：①循环速度增加；②钻井液固相含量变化；③钻井参数变化；④钻头扭矩增加；⑤钻井液化学性质的改变等等。因此单是返出钻井液温度升高并不能完全确定地层压力升高。应结合其它方面的显示，综合分析判断是否进入异常压力地层。2、温度变化18（3）但是在某些地区返出钻井液温度与地层压力的关系是极为明显的，因此，可以用来预报异常压力。

3、含气量钻井液中气体含量的增加是异常压力地层的明显显示。现在有很多的井在施工中用钻井液录井来帮助检测异常地层压力。钻井液中天然气含量是否与地层压力升高有关，这取决于地质环境和钻井技术，这是由于钻井液中存在的天然气有多种来源：（1）钻遇气层：在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被释放出来而侵入钻井液。

（2）背景气：连续少量地进入井内的天然气被称为原始天然气（或背景天然气），原始天然气通常来自低渗透性岩层，如页岩。但是在压力极不平衡的情况下，某些流体可以从井壁周围流入井内。原始天然气的增加表示地层压力的增加或者表示钻井液静液压力的减少。（3）但是在某些地区返出钻井液温度与地层压力的19（3）接单根及起钻导致的天然气侵入：这是由于起钻以及接单根时的抽汲作用能降低有效静液压力，也可使地层流体进入井内。假如钻井液的静液压力比地层压力高得多，侵入体积通常是小的。但是，若在钻具运动前该压差小，那么很容易引起溢流。

4、钻井液返速变化或钻井液性能的变化在排量不变的情况下，若有地层流体进入井内，必然导致流速增加。特别是气体侵入井内，随着气体在井内的逐渐上升，体积也逐渐的膨胀，当气体接近地面时，这种膨胀达到最大，使流速突然增加。一旦钻井液中有地层流体侵入，则从井内返出的钻井液中可以发现有油花、油味或气泡、硫化氢味。而且钻井液性能也会发生变化，如：油侵入钻井液会使钻井液密度和粘度下降，天然气侵入钻井液会使钻井液密度下降，粘度增加等。

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5、机械钻速加快

钻速的增加是最普遍的用来确定地层压力发生改变的方法之一。正常情况下，钻速是随着井深的增加而下降，这种下降是由于岩石的硬度和密度增加的结果。同时也取决于钻井液静液压力和地层压力之差。钻速的改变可以成为地层压力增加的指示器。当钻到异常高压地层时，一方面由于地层压力增加就会使井底的过平衡减少（井底压差减小），机械钻速则加快。另一方面由于异常高压地层欠压实，岩石更容易破碎，因此，机械钻速也会加快。

5、机械钻速加快21二、溢流的发现及关井

1、溢流的发现

钻进过程中溢流的发现：

（1）钻井液罐内液面升高；（2）出口钻井液流速加快；（3）钻速突快或放空；（4）循环泵压下降，泵速增加；（5）钻具悬重发生变化。钻井液严重气侵时悬重增加，溢流在环空高速上返时使悬重减小。（6）钻井液性能发生变化，水侵时密度、粘度下降；油气侵时密度下降、粘度升高。（7）停泵后井口有外溢钻井液现象。二、溢流的发现及关井22起下钻时溢流的发现（1）起钻时，如果灌入钻井液体积小于起出钻具的体积说明发生了溢流。（2）下钻时，如果返出钻井液体积大于下入钻具的体积说明发生了溢流。（3）停灌泥浆、停止下发钻具时井口有外溢钻井液现象。井喷多发生在起钻的钻井作业中。因为在起钻作业时，产生抽吸压力而使井底压力降低，起钻过程中不及时灌满钻井液也会使井底压力降低。起钻时一般每起3柱钻杆或1柱钻铤需灌满一次钻井液。空井时溢流的发现主要根据井口是否有外溢钻井液现象，如有说明发生了溢流。如何及时发现溢流（1）勤观测液面变化、钻井液性能，坚持坐岗观察，干部24小时值。（2）校核dc指数，井底压力与地层压力平衡，起下钻时钻井液体积比较。（3）观察钻速、放空、憋跳、悬重、泵压及钻井液出口温度。起下钻时溢流的发现232、关井及时发现溢流并迅速关井的优点：（1）控制住井口，使井控工作处于主动，有利于实现安全压井。（2）制止溢流继续进入井内。（3）可保持井内较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值。（4）可较准确确定地层压力和压井钻井液密度。关井方法：（1）硬关井：发现溢流后立即关防喷器的关井方法，其优点关井速度快，关井时间短，溢流量小，但井口设备受冲击力大。（2）软关井：发现溢流后，首先打开放喷阀，再关防喷器，再关节流阀的关井方法。2、关井24关井程序：

1．钻进中发生溢流：

（1）发：发出报警信号（时间不少于20秒）。（2）停：停止钻进。（3）抢：抢提钻具，停泵。（4）开：开液动平板阀。（内3号）（5）关：关防喷器（半封闸板）。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。关井程序：252．起下钻杆中发生溢流：

（1）发：发出报警信号。（2）停：停止起下钻杆作业。（3）抢：抢接回压阀（或顶驱）。（4）开：打开液动平板阀（内3号）。（5）关：关防喷器（半封闸板）。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、接方钻杆（顶驱钻机除外）求立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。3．起下钻铤中发生溢流：

（1）发：发出报警信号。（2）停：停止起下钻铤作业。（3）抢：抢接防喷单根及回压阀（顶驱）。（4）开：打开液动平板阀（内3号）。（5）关：关防喷器。

2．起下钻杆中发生溢流：26（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、接方钻杆（顶驱除外）求立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。

4．空井时发生溢流：（1）发：发出报警信号。（2）停：停止其它作业。（3）开：打开液动平板阀（内3号）。（4）关：关防喷器（全封闸板）。（5）关：关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（6）看：读取套压、测量溢流量。向值班干部及甲方监督报告。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。27一、钻井液静液压力

1、定义：由静止钻井液自身质量所产生的压力。2、计算公式：钻井液静液压力=9.8×钻井液密度×液柱的垂直高度。从公式中可以看出，静液压力的大小，只和液体的密度、液柱的垂直高度有关，和截面形状无关。二、压力梯度

（1）定义：每增加单位垂直深度（或高度）压力的增加值称为压力梯度。（2）表达式：压力梯度=压力÷高度=液体密度×9.8第三章：井内压力概念一、钻井液静液压力第三章：井内压力概念28三、地层压力

1、定义：指岩石孔隙中流体所具的压力。

2、地层压力的分类（1）正常地层压力：指从地表到地下该地层处的静液压力。9.8----10.486千帕/米）（2）异常高压：指地层压力梯度高于正常压力梯度时，称为异常高压。（3）异常低压：指压力梯度低于正常压力梯度称异常低压。

3、地层压力的表示方法（1）用压力的具体数值表示。（2）用地层压力梯度表示。（3）用等效钻井液密度表示。（4）用压力系数表示。即：某点地层压力与该深度淡水柱的静液压力之比。三、地层压力29四、地层破裂压力

1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力，换句话说：指某一深度地层发生破裂或裂缝时所能承受的压力。

2、地层破裂压力梯度：指每增加单位垂深度（或高度）地层破裂压力的增加值称为地层破裂压力梯度。3、计算公式地层破裂压力梯度=地层破裂压力÷垂直深度=9.8×地层破裂压力当量钻井液密度。

四、地层破裂压力304、地层破裂压力实验操作步骤钻完水泥塞，再钻进（第一个沙层）3米左右，上提钻具，用地面防喷器关井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井内缓慢注入钻井液(最好用水泥车)记录不同时间的泵入量和井口压力，开始泵入量和压力呈直线关系,当偏离直线的点即为该地层的破裂压力对应的井口压力。即套管鞋处最大允许关井套压。4、地层破裂压力实验操作步骤31五、波动压力

1、抽吸压力：指钻柱向上运动时井内钻井液向下流动使井底压力减小的压力叫抽吸压力。

2、激动压力：指钻柱向下运动时，井内钻井液向上流动时，使井底压力增加的压力。3、波动压力对钻井的危害：由于钻井液密度、粘度、切力，过快的起下钻速度会产生过大的抽吸、激动压力这样会造成井喷或压漏地层。

4、影响抽吸、激动压力的因素：（1）管柱的起下速度；（2）钻井液的密度、粘度、切力；（3）环空间隙；（4）管子截流（钻头泥包）；（5）惯性力。五、波动压力32

5、减小波动压力的措施

（1）控制起下钻速度，钻开油气层后起钻前利用短起下钻法检查井底溢流。（2）起下钻操作要平稳，防止猛提猛刹。（3）调整好钻井液性能，尽量降低、粘度、切力。（4）保持井眼畅通，防止钻头泥包。六、环空流动阻力Pbp

1、定义：循环时钻井液沿环空上返时，产生的使井底压力增加的力，叫环空流动阻力。2、影响环空流动阻力的因素（1）钻井液环空上返速度；（2）环空间隙；（3）井深和钻井液性能（密度、粘度）。5、减小波动压力的措施33七、井底压力Pb

1、定义：指地面和井内各种压力，作用在井底的总压力称为井底压力。2、井内主要包括的力：钻井液静液柱压力；环空流动阻力；抽吸压力；激动压力；地层压力。3、在不同钻井作业中的井底压力的变化。

静止时：井底压力=静液压力

循环泥浆时：井底压力=静液压力+环空流阻

钻进时：井底压力=静液压力+环空流阻+钻屑增加压力

起钻时：井底压力=静液压力-抽吸压力-（液面下降）

下钻时：井底压力=静液压力+激动压力

关井后：井底压力=静液压力+关井套压

平衡钻井----以钻进时的井底压力等于地层压力，

近平衡钻井----以起钻时的井地压力等于地层压力条件下的钻井。

欠平衡钻井----以钻井时的井底压力小于井底压力，允许地层流体进入井内的钻井。七、井底压力Pb34八、钻井液密度的确定

钻井液密度的大小应满足平衡地层压力和不压漏地层两个条件，实现近平衡钻井，所以钻井密度是以起钻时的井底压力等于地层压力设计出钻井液密度的。（1）钻井液密度=Pp/9.8H+(Psp+Pdp)/9.8H=地层压力当量钻井液密度+附加密度（2）附加密度：油井取0.05---0.10克/立方厘米或1.5-3.5MPa气井取0.07---0.15克/立方厘米或3.0-5.0MPa（3）井底压差：指井底压力与地层压力的差值。八、钻井液密度的确定35九、一级井控技术措施

1、掌握井内各种压力。2、合理的井身结构。3、随时检查井底压力与地层压力的平衡（1）合理的钻井密度。（2）根据dc指数及时调整钻井液密度。（3）根据油层活跃程度适当调整钻井液密度。十、合理的操作

1、起下钻操作要平稳，严格控制起下钻速度。2、起钻时要及时灌钻井液，不准空井保养设备。3、井眼要畅通，防止拔活塞。4、打开油气层2米循环一周检查溢流情况。九、一级井控技术措施36十一、特殊施工要保持井内压力平衡

1、油浴井解卡要满足井内压力平衡。2、向井内混油时，应控制速度，保持压力平衡关系。3、采用重浆帽、多凝水泥浆、环空加回压等方法，消除水泥浆失重引起的压力损失。十一、特殊施工要保持井内压力平衡37气体的特点：密度小，重量轻，扩散性强，体积随温度压力的变化而变化。一、天然气进入井内的方式1、破碎（释放）侵入：岩石破碎，孔隙中的天然气释放进入井内。2、置换侵入：钻遇裂缝和溶洞时，由于钻井液的密度大于天然气的密度，天然气被置换进入井内。3、扩散侵入：钻穿高压气层时，由于地层中所含气体的密度大于钻井液中所含气体的密度，天然气通过泥饼扩散进入井内。4、压差侵入：当井底压力小于地层压力时，天然气在压差的作用下大量进入井内。第四章：天然气溢流的特点及活动规律气体的特点：密度小，重量轻，扩散性强，体积随温度压力的变化而38二、天然气进入井内对井内液柱压力的影响1、以微气泡的形式存在钻井液中对液柱压力Pm的影响：天然气侵入钻井液后，常以微小的气泡形式混在钻井液中。随着钻井液循环在环空上升或因其密度小在钻井液中滑脱上升。天然气在井底开始侵入后，受到的压力大，气泡体积很小，对钻井液密度的影响也较小。在上升过程中，由于受到的钻井液柱压力逐渐减小，气泡就逐渐膨胀，体积增大，钻井液中的天然气体积增多，钻井液密度则随着气泡的上升而逐渐减小。当气泡上升至接近地面时，气泡体积膨胀到最大，而钻井液密度降到最小。可见，气侵后，井内钻井液密度是随井深自下而上变小。由于天然气的体积和所受到的压力成反比，发生气侵后，整个井筒的钻井液密度不均匀，自下而上逐渐减小，井口的密度最小，这样不能用测得的钻井液密度来计算。结论1：以气泡的形式存在钻井液中，对井内液柱压力影响不大，但要加强地面除气，防止受污染的钻井液再次进入井内。二、天然气进入井内对井内液柱压力的影响39

2、天然气以气柱的形式存在井底对Pm的影响

（1）、在开井情况由于起钻后静止时间较长或起钻产生抽吸压力，使天然气以气柱的形式存在井底，在密度差的作用下，上升运移，速度一般为150---450米/小时。当气柱在井内上升过程中，由于气柱所受压力减小，体积不断增大。

结论2：发生天然气溢流，在开井情况下，气柱在上升运移过程中，井内液柱压力不断降低，当气柱上升到井口时，液柱压力降低到最小值。

（2）、关井情况下气柱对井内压力的影响在关井情况下气柱沿井筒运移，即滑脱上升，其速度约为270---360米/小时。气柱在上升过程中，体积不能发生变化，保持井底压力上升。

结论3：发生天气溢流，在关井情况下，气柱滑脱上升过程中，井底、井口、井内各部位的压力都逐渐增加，当气柱上升到井口时，达到最大值。

注意：发生溢流关井后，井队一定要派人看井，当井口压力上升到某一数值时，应适当打开节流阀放压，并记录所放出的钻井液体积。2、天然气以气柱的形式存在井底对Pm的影响40井控培训知识课件41第一部分井控技术第二部分井控设备

第一部分井控技术第二部分井控设备42一、井控的概念1、什么叫井控：简单地说就是实施油气井压力的控制。即：在不同钻井作业中，采用一定的方法控制住地层孔隙中流体的压力，基本上保持井内压力平衡，保证钻井顺利进行的一整套工艺技术。2、井侵：当井底压力小于地层压力时，地层流体（油、气、水）进入井内的现象。3、溢流：井侵发生后，地层流体进入井内，使返出的钻井液比泵入井内的多，停泵后钻井液有自动外溢现象称为溢流。4、井涌：严重的溢流使钻井液涌出井口（一般不超过转盘面）的现象称为井涌。5、井喷：地层流体无控制地涌入井内，使井内钻井液喷出（超过转盘面）的现象称为井喷。6、井喷失控：井喷发生后，无法用常规的方法控制井口而出现敞喷的现象称为井喷失控。第一章：井控及相关概念一、井控的概念第一章：井控及相关概念437、井控的分级人们根据井涌的规模和采取的控制方法之不同，把井控作业分为三级，即初级井控、二级井控和三级井控。初级井控（一级井控）：是依靠适当的钻井液密度来控制住地层孔隙压力使得没有地层流体侵入井内，井涌量为零，自然也无溢流产生。二级井控：是指井内正在使用中的钻井液密度不能控制住地层孔隙压力，因此井内压力失衡，地层流体侵入井内，出现井涌，地面出现溢流，这时要依靠地面设备和适当的井控技术排除气侵钻井液，处理掉井涌，恢复井内压力平衡，使之重新达到初级井控状态。这是目前培训钻井人员掌握井控技术的重点。即：发生溢流关井后建立起来的地面回压和井内液柱压力共同平衡地层压力的控制。三级井控：是指二级井控失败，井涌量大，失去控制，发生了井喷（地面或地下），这时使用适当的技术与设备重新恢复对井的控制，达到初级井控状态。这是平常说的井喷抢险，可能需要灭火、打救援井。7、井控的分级44

“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的硫化氢天然气夺去生命，4000多人受伤，造成直接经济损失达6432.31万元的严重后果。1990年10月11日的王15-33井井喷事故造成直接经济损失368万元。人员伤害和经济损失二、井喷造成的危害“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的452003年12月23日发生的罗家16H井及2004年12月2日发生的曲2井井喷事故，分别造成60000余人和4600余人的紧急疏散。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序人去楼空2003年12月23日发生的罗家16H井及2004年12月246造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏1983年2月,伊朗海岸外的瑙鲁滋油田发生井喷，每天7000桶(111.7万升)原油白白地流入海里；1969年，美国加利福尼亚州圣巴巴拉海湾的海底油田井喷，几天之内，从海底涌出一万多吨原油，油田被迫封闭，每天仍有两吨原油喷入海里。1990年10月11日，王15-33井井喷事故中，1063小时的井喷，造成了严重的油气资源损失。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到47造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染1983年2月,伊朗瑙鲁滋油田和伊拉克一油井井喷，对野生动物的打击是惨重的，受到毁灭性打击的动物是以海藻为食的儒艮。据世界野生动物基金报道，波斯湾的儒艮到1983年7月几乎全部死亡。1979年6月3日，墨西哥石油公司的伊斯托克1号平台，突然发生井喷，井喷造成10毫米厚的原油涌向墨西哥和美国海岸。黑油带长480公里，宽40公里，覆盖1.9万平方公里的海面，使这一带的海洋环境受到严重污染。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到48造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾1984年9月1日，位于印度尼西亚西爪哇的帕西加里笛的PSJ-A探井井喷，几秒中后着火，钻机在10分钟内烧毁，当时的火焰高达130米，在方圆300米内的噪音为100分贝。美国Delta钻井公司承钻的SCB1井发生井喷和引起着火，随之井喷失控，部分钻杆从防喷器中喷出。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到49造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾设备损坏1996年10月25日，长庆油田W24-23井，井喷着火，7分钟后井架倒向泵房，进而烧毁井场部分设备和材料。1990年10月11日，大港油田王15-33井井喷，井架倒塌报废。2003年2月17日，滩海工程公司承钻的中4－72井在起钻过程中发生井喷失控，2月18日1:24左右着火，2:08井架朝大门方向倒塌。井架、绞车及大量钻具工具报废。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到50造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到严重破坏造成环境污染酿成火灾设备损坏油气井报废1984年印度尼西亚PSJ-A探井因井喷报废。1997年新疆玛扎4井井喷，导致井眼报废。2003年中4－72井井喷导致该井报废。造成的危害人员伤害和经济损失打乱正常生产生活秩序油气资源受到51

“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的硫化氢天然气夺去生命，4000多人受伤，6万多人被疏散，9.3万人受灾，造成直接经济损失达6432.31万元的严重后果。损失巨大的灾难性责任事故

1985年至今，据不完全统计国内陆地发生井喷失控事故56起，造成直接经济损失23561万元，直接时间损失41854小时，死亡266人，受伤4047人。“12·23”特大井喷责任事故导致243人被高浓度的52三、井喷的原因

1、井控意识不强，思想麻痹，违章操作。2、地层压力掌握不准，设计钻井密度偏低。3、起钻产生抽吸压力，造成诱喷。（要求钻开油气层起钻前进行短起下钻校对溢流的产生）。4、钻井液柱高度下降。（要求每起三柱钻杆或一柱钻铤向井内灌满一次钻井液）。5、钻井液密度下降。（原因：油气侵入井内；处理事故向井内注原油或解卡剂；向井内混油降低磨阻。6、对浅气层的影响缺乏认识，井身结构不合理。

三、井喷的原因537、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。8、空井时间过长，无人观察井口。9、钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。10、相邻注水井不停注或未减压。11、地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料。12、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地关井，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。三、井喷的原因7、井控设备的安装及试压不符合（石油与天然气钻井井54四、提高井控意识，搞好井控工作

1、提高井控意识

（1）设备安装意识。（2）设备调试与试压意识。（3）油气资源保护意识。（4）井控培训意识。（5）责任意识。2、搞好井控工作

（1）井控工作主要内容：井控设计；井控设备；钻开油气层前的准备工作；钻开油气层和井控工作；井喷失控的处理；防火、防硫化氢的安全措施；井控培训。3、搞好井控工作的措施

（1）各级领导必须高度重视井控工作。（2）必须全面系统地抓好五个环节，即：思想重视；措施正确；严格管理；技术培训；装备配套。四、提高井控意识，搞好井控工作55（3）认真对待浅气层钻井、井控工作。（4）既注意高压油气井防喷，又要注意中低压油气井防喷。（5）要注意各部门密切配合，常抓不懈。（6）严格执行，《石油天然气钻井井控技术规定》。注意：短程起钻法操作，（起钻前先从井内起出5—10柱钻杆，然后在下入井内，开泵循环至少一个迟到时间，观察测量返出的钻井液，如发现有油气，说明发生了抽吸溢流，应调整钻井液性能或降低起钻速度。（3）认真对待浅气层钻井、井控工作。56一、地层压力可能增大的迹象

1、钻屑的尺寸和形状

观察与分析井内返出岩屑的尺寸和形状，同样可以判定地层压力的变化。压力过渡带的页岩岩屑外表尺寸通常要大于正常压力地层的岩屑。过渡带岩屑的边缘锐利且带棱角，而正常压力地层页岩岩屑，通常是平的、小的而且多为圆边。在异常高压地层，地层欠压实，钻遇这类地层时，压差将减少，大块页岩将开始坍塌，而坍塌的“岩屑”有着特殊的尺寸和形状。通常这些岩屑比正常岩屑大一些，且呈长条、锐利、带棱角。第二章：溢流的检查一、地层压力可能增大的迹象第二章：溢流的检查572、温度变化

（1）正常地层的温度随井深的增加，平均每100m温度递增3℃左右。在压力过渡带，地层压力随井深而升高的速度比正常情况要高。在实际中观察到，在压力过渡带和进入异常高压井段时，返出钻井液温度梯度的变化有达到18.2℃/100米的。（2）连续记录出口管温度有助于检测地层压力增加的情况。但是返出泥浆的温度也取决于下列因素：①循环速度增加；②钻井液固相含量变化；③钻井参数变化；④钻头扭矩增加；⑤钻井液化学性质的改变等等。因此单是返出钻井液温度升高并不能完全确定地层压力升高。应结合其它方面的显示，综合分析判断是否进入异常压力地层。2、温度变化58（3）但是在某些地区返出钻井液温度与地层压力的关系是极为明显的，因此，可以用来预报异常压力。

3、含气量钻井液中气体含量的增加是异常压力地层的明显显示。现在有很多的井在施工中用钻井液录井来帮助检测异常地层压力。钻井液中天然气含量是否与地层压力升高有关，这取决于地质环境和钻井技术，这是由于钻井液中存在的天然气有多种来源：（1）钻遇气层：在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被释放出来而侵入钻井液。

（2）背景气：连续少量地进入井内的天然气被称为原始天然气（或背景天然气），原始天然气通常来自低渗透性岩层，如页岩。但是在压力极不平衡的情况下，某些流体可以从井壁周围流入井内。原始天然气的增加表示地层压力的增加或者表示钻井液静液压力的减少。（3）但是在某些地区返出钻井液温度与地层压力的59（3）接单根及起钻导致的天然气侵入：这是由于起钻以及接单根时的抽汲作用能降低有效静液压力，也可使地层流体进入井内。假如钻井液的静液压力比地层压力高得多，侵入体积通常是小的。但是，若在钻具运动前该压差小，那么很容易引起溢流。

4、钻井液返速变化或钻井液性能的变化在排量不变的情况下，若有地层流体进入井内，必然导致流速增加。特别是气体侵入井内，随着气体在井内的逐渐上升，体积也逐渐的膨胀，当气体接近地面时，这种膨胀达到最大，使流速突然增加。一旦钻井液中有地层流体侵入，则从井内返出的钻井液中可以发现有油花、油味或气泡、硫化氢味。而且钻井液性能也会发生变化，如：油侵入钻井液会使钻井液密度和粘度下降，天然气侵入钻井液会使钻井液密度下降，粘度增加等。

井控培训知识课件60

5、机械钻速加快

钻速的增加是最普遍的用来确定地层压力发生改变的方法之一。正常情况下，钻速是随着井深的增加而下降，这种下降是由于岩石的硬度和密度增加的结果。同时也取决于钻井液静液压力和地层压力之差。钻速的改变可以成为地层压力增加的指示器。当钻到异常高压地层时，一方面由于地层压力增加就会使井底的过平衡减少（井底压差减小），机械钻速则加快。另一方面由于异常高压地层欠压实，岩石更容易破碎，因此，机械钻速也会加快。

5、机械钻速加快61二、溢流的发现及关井

1、溢流的发现

钻进过程中溢流的发现：

（1）钻井液罐内液面升高；（2）出口钻井液流速加快；（3）钻速突快或放空；（4）循环泵压下降，泵速增加；（5）钻具悬重发生变化。钻井液严重气侵时悬重增加，溢流在环空高速上返时使悬重减小。（6）钻井液性能发生变化，水侵时密度、粘度下降；油气侵时密度下降、粘度升高。（7）停泵后井口有外溢钻井液现象。二、溢流的发现及关井62起下钻时溢流的发现（1）起钻时，如果灌入钻井液体积小于起出钻具的体积说明发生了溢流。（2）下钻时，如果返出钻井液体积大于下入钻具的体积说明发生了溢流。（3）停灌泥浆、停止下发钻具时井口有外溢钻井液现象。井喷多发生在起钻的钻井作业中。因为在起钻作业时，产生抽吸压力而使井底压力降低，起钻过程中不及时灌满钻井液也会使井底压力降低。起钻时一般每起3柱钻杆或1柱钻铤需灌满一次钻井液。空井时溢流的发现主要根据井口是否有外溢钻井液现象，如有说明发生了溢流。如何及时发现溢流（1）勤观测液面变化、钻井液性能，坚持坐岗观察，干部24小时值。（2）校核dc指数，井底压力与地层压力平衡，起下钻时钻井液体积比较。（3）观察钻速、放空、憋跳、悬重、泵压及钻井液出口温度。起下钻时溢流的发现632、关井及时发现溢流并迅速关井的优点：（1）控制住井口，使井控工作处于主动，有利于实现安全压井。（2）制止溢流继续进入井内。（3）可保持井内较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值。（4）可较准确确定地层压力和压井钻井液密度。关井方法：（1）硬关井：发现溢流后立即关防喷器的关井方法，其优点关井速度快，关井时间短，溢流量小，但井口设备受冲击力大。（2）软关井：发现溢流后，首先打开放喷阀，再关防喷器，再关节流阀的关井方法。2、关井64关井程序：

1．钻进中发生溢流：

（1）发：发出报警信号（时间不少于20秒）。（2）停：停止钻进。（3）抢：抢提钻具，停泵。（4）开：开液动平板阀。（内3号）（5）关：关防喷器（半封闸板）。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。关井程序：652．起下钻杆中发生溢流：

（1）发：发出报警信号。（2）停：停止起下钻杆作业。（3）抢：抢接回压阀（或顶驱）。（4）开：打开液动平板阀（内3号）。（5）关：关防喷器（半封闸板）。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、接方钻杆（顶驱钻机除外）求立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。3．起下钻铤中发生溢流：

（1）发：发出报警信号。（2）停：停止起下钻铤作业。（3）抢：抢接防喷单根及回压阀（顶驱）。（4）开：打开液动平板阀（内3号）。（5）关：关防喷器。

2．起下钻杆中发生溢流：66（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（7）看：读取套压、接方钻杆（顶驱除外）求立压、测量溢流量，向值班干部及甲方监督报告。

4．空井时发生溢流：（1）发：发出报警信号。（2）停：停止其它作业。（3）开：打开液动平板阀（内3号）。（4）关：关防喷器（全封闸板）。（5）关：关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。（6）看：读取套压、测量溢流量。向值班干部及甲方监督报告。（6）关：先关节流阀（试关井），再关节流阀上游的平板阀。67一、钻井液静液压力

1、定义：由静止钻井液自身质量所产生的压力。2、计算公式：钻井液静液压力=9.8×钻井液密度×液柱的垂直高度。从公式中可以看出，静液压力的大小，只和液体的密度、液柱的垂直高度有关，和截面形状无关。二、压力梯度

（1）定义：每增加单位垂直深度（或高度）压力的增加值称为压力梯度。（2）表达式：压力梯度=压力÷高度=液体密度×9.8第三章：井内压力概念一、钻井液静液压力第三章：井内压力概念68三、地层压力

1、定义：指岩石孔隙中流体所具的压力。

2、地层压力的分类（1）正常地层压力：指从地表到地下该地层处的静液压力。9.8----10.486千帕/米）（2）异常高压：指地层压力梯度高于正常压力梯度时，称为异常高压。（3）异常低压：指压力梯度低于正常压力梯度称异常低压。

3、地层压力的表示方法（1）用压力的具体数值表示。（2）用地层压力梯度表示。（3）用等效钻井液密度表示。（4）用压力系数表示。即：某点地层压力与该深度淡水柱的静液压力之比。三、地层压力69四、地层破裂压力

1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力，换句话说：指某一深度地层发生破裂或裂缝时所能承受的压力。

2、地层破裂压力梯度：指每增加单位垂深度（或高度）地层破裂压力的增加值称为地层破裂压力梯度。3、计算公式地层破裂压力梯度=地层破裂压力÷垂直深度=9.8×地层破裂压力当量钻井液密度。

四、地层破裂压力704、地层破裂压力实验操作步骤钻完水泥塞，再钻进（第一个沙层）3米左右，上提钻具，用地面防喷器关井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井内缓慢注入钻井液(最好用水泥车)记录不同时间的泵入量和井口压力，开始泵入量和压力呈直线关系,当偏离直线的点即为该地层的破裂压力对应的井口压力。即套管鞋处最大允许关井套压。4、地层破裂压力实验操作步骤71五、波动压力

1、抽吸压力：指钻柱向上运动时井内钻井液向下流动使井底压力减小的压力叫抽吸压力。

2、激动压力：指钻柱向下运动时，井内钻井液向上流动时，使井底压力增加的压力。3、波动压力对钻井的危害：由于钻井液密度、粘度、切力，过快的起下钻速度会产生过大的抽吸、激动压力这样会造成井喷或压漏地层。

4、影响抽吸、激动压力的因素：（1）管柱的起下速度；（2）钻井液的密度、粘度、切力；（3）环空间隙；（4）管子截流（钻头泥包）；（5）惯性力。五、波动压力72

5、减小波动压力的措施

（1）控制起下钻速度，钻开油气层后起钻前利用短起下钻法检查井底溢流。（2）起下钻操作要平稳，防止猛提猛刹。（3）调整好钻井液性能，尽量降低、粘度、切力。（4）保持井眼畅通，防止钻头泥包。六、环空流动阻力Pbp

1、定义：循环时钻井液沿环空上返时，产生的使井底压力增加的力，叫环空流动阻力。2、影响环空流动阻力的因素（1）钻井液环空上返速度；（2）环空间隙；（3）井深和钻井液性能（密度、粘度）。5、减小波动压力的措施73七、井底压力Pb

1、定义：指地面和井内各种压力，作用在井底的总压力称为井底压力。2、井内主要包括的力：钻井液静液柱压力；环空流动阻力；抽吸压力；激动压力；地层压力。3、在不同钻井作业中的井底压力的变化。

静止时：井底压力=静液压力

循环泥浆时：井底压力=静液压力+环空流阻

钻进时：井底压力=静液压力+环空流阻+钻屑增加