井控技术培训教材课件

欢迎参加井控学习！

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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：胡晓芬井控技术一、概述井控技术2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”第一节概述一、井控技术发展回顾3一、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，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。一、井控技术发展回顾4地层压力井底压力地层压力井底压力5

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。

井控技术是科学钻井的重要内容之一，是实施近平衡6二、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。

一级井控（初级井控、主井控）是依靠合理的钻井液密度、正确的技术及操作措施，满足近平衡压力钻井的要求，防止溢流的发生实现,安全生产的井控工艺。实质：近平衡安全钻穿油气层。二级井控是指及早发现溢流，迅速实现对井口的控制，用压井工艺重建井内压力平衡的井控工艺。实质：关井、压井。二、井控及其相关的概念7三级井控

是指井喷失控后，重新恢复对井的控制。

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。三级井控8►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)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。►与井控有关的概念井喷流体自地层经井筒喷出地面叫地面井喷；从9(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。

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。

(5)井喷失控10三、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。三、井喷失控的原因及危害11⑼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。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；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12

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。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。⑵使钻井事故复杂化、恶性化；早关井：在发现溢流或预兆不明13早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应节流循环排出溢流和进行压井作业。早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应节流循环排14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、钻井液密度的确定第二节井眼与地层之间的压力及其平衡关系15一、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/m21kPa=1×103Pa1Mpa=1×106Pa它与过去的工程大气压的换算关系是：

1MPa=10.194kgf/cm2

或1kgf/cm2=98.067kPa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

一、有关压力的基本概念16

2、压力梯度压力梯度指的是每增加单位垂直深度,压力的变化量。Gp=P/Hp=gρ式中Gp：压力梯度MPa/m；

P：压力Mpa；

Hp：深度。公制中g＝0.0098m/s2英制中g=0.052ft/s2

如：钻井液液柱压力P=0.052ρH

3、压力的表示方法（1）用压力的具体数值来表示。如：10.486MPa（2）用地层压力梯度来表示。10.486kPa/m（3）用当量密度来表示。1.0g/cm3

井控技术培训教材课件17

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。ρp＝Pp／gH182、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。2、地层压力Pp19（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＜1.0g/cm33、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。（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20

或G0＝GM+Gp式中G0：上覆岩层压力梯度，kPa/m；平均约为22.625kPa/m；

GM：基体岩石压力梯度，kPa/m；

GM＝12.104kPa/m；

Gp：孔隙压力梯度，kPa/m。（若盐水密度为1.074g/cm3）则为10.516kPa/m。

4、地层破裂压力Pf1)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

或G0＝GM+Gp21

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米新井眼，进行液压试验，检查套管鞋处水泥封闭质量。（2）实测地层破裂压力。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。故以套管从钻井安全角度讲，地层破裂压力越大，地层抗22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：鞋以下第一个砂层为试压地层。230泵入量,L地面立管压力,MPaPfPLPro0泵入量,L地面立管压力,MPaPfPLPro24⑷从图上确定各个压力值。

漏失压力PＬ，即开始偏离直线的点所对应的压力值，此点之后的压力仍然上升；破裂压力Pf，即压力最大值之点，此点之后压力下降；传播压力Pｒｏ，即压力趋于平缓之点。

我们以漏失压力来计算地层的破裂压力。⑸地层破裂压力当量密度（ρf）的计算

ρf＝ρm试+PL/0.0098Hf

式中:ρf—破裂压力当量密度，g／cm3；

ρm试—试验所用的钻井液密度，g／cm3；

PL—地层漏失时的井口压力，MPa；

Hf—套管鞋处垂深，m。⑷从图上确定各个压力值。25⑹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＝0.06g／cm3，技术套管取安全附加压力Sｆ＝0.12g／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／cm3⑹确定最大允许钻井液密度ρｍｍａｘ。考虑安全附加压力，实265、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。5、波动压力27（3）引起波动压力的主要因素

①钻井液静切力；②起下钻速度；③惯性力（4）减小波动压力对井眼影响的措施①严格控制起下钻速度，防止速度过快，尤其是钻头在井底附近时，更应高度重视。②起下钻具时，严禁猛提猛刹，防止产生过大的惯性力和波动压力。③起钻前充分循环钻井液，使其性能均匀，进出口密度差小于0.02g/cm3。同时调整好钻井液性能，因切力、粘度过大产生较大的波动压力。④应保持井眼畅通，防止缩径、泥包等引起严重抽吸。井控技术培训教材课件286、环空流动阻力循环钻井液时，钻井液在环空产生的流动阻力作用于井底，使井底压力增加，停泵后，流动阻力消失。其影响因素有：钻井液上返速度、井深、井径是否规则、环空间隙、钻井液密度、切力等。7、井底压力井底压力是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。在钻一口井的各种作业中，压力始终作用于井底和井壁，且大部分来自于钻井液液柱压力。另外还有泵提供的环空流动阻力，这个值较小。此外还有激动压力、抽吸压力、地面回压等。

井底压力随钻井作业工况不同而变化。井控技术培训教材课件29（1）静止状态井底压力＝环空静液压力（2）正常钻进时井底压力＝环空静液压力＋环空流动阻力（3）起钻时井底压力＝环空静液压力－抽吸压力－起钻时未及时

灌浆而产生静液压力减小值（4）下钻时井底压力＝环空静液压力＋激动压力（5）关井时井底压力＝环空静液压力＋井口回压＋气侵附加压力（6）节流循环出气侵时井底压力＝环空静液压力＋环空流动阻力＋节流阀回压（7）用旋转防喷器循环钻井液时井底压力＝环空静液压力＋环空流动阻力＋旋转防喷器的回压（1）静止状态井底压力＝环空静液压力30

只有在起钻作业时，井底压力会小于静液压力，所以起钻要格外注意。在近平衡钻井中，规定的安全余量就考虑了抽吸压力和起钻时未及时灌浆而产生静液压力减小值的影响。注意!注意!318、井底压差井底压差是指井底压力与地层压力之差。9、压力损失压力损失是由于钻井液循环时与所碰到的物体发生摩擦而引起的。压力损失的大小取决于钻井液密度、粘度、排量和流通面积。大部分的压力损失在钻柱内和钻头喷嘴。10、泵压、液压泵压是克服井内循环系统中摩擦损失所需的压力。正常情况下，摩擦损失发生在地面管汇、钻柱、钻头水眼和环形空间。液压用于驱动大多数的防喷设备，包括防喷器。三、地层与井眼间的压力平衡

1、地层—井眼系统的压力平衡

8、井底压差32

打开地层后，井底压力与地层压力的关系有三种：

（1）井底压力远远大于地层压力，井底为正压差，此种状态下的钻井，我们叫过平衡钻井。（2）井底压力稍大于或等于地层压力，井底压差为零或接近于零，这种情况叫近平衡或平衡钻井。（3）井底压力小于地层压力，井底为负压差，这种情况下的钻井我们叫欠平衡钻井。2、钻井液密度的确定依据：根据全井压力剖面（地层压力剖面、地层破裂压力剖面）及浅气层资料分段设计确定钻井液密度。在考虑地应力和地层破裂压力的情况下，以裸眼井段的最高地层压力为基准，再加一个附加值：

ρm=ρp+ρe

油井：ρe=0.05～0.10g/cm3或控制井底压差1.5～3.5Mpa

打开地层后，井底压力与地层压力的关系有三种：33气井：ρe=0.07～0.15g/cm3或控制井底压差3.0～5.0MPa井控技术培训教材课件34复习题名词解释：井控、溢流、井喷、井喷失控井喷失控的危害有哪些？什么是井控的三个阶段？什么叫地层压力？正常的地层压力是指压力不变的地层吗？地层压力如何分类？地层破裂压力是什么？对钻井有何重大意义？现场如何获得此数据？抽吸压力与什么因素有关？现场如何确定钻井液密度？井底压力大于地层压力时，会不会发生气侵？复习题名词解释：井控、溢流、井喷、井喷失控35

一、溢流的原因与预防二、溢流的发现

第三节溢流及其检测一、溢流的原因与预防第三节溢流及其检测36

一、溢流的原因与预防

产生溢流的最根本的原因:井底压力＜地层压力。1、对地层压力掌握不准，设计的钻井液密度偏低。预防：（1）

提高地层压力预报设备的测量精度与有关地质人员的技术水平，由地质部门较准确地提出正常压力地层和异常高、低压层的地层压力。（2）

钻井队应从异常压力井段前500～1000米开始利用dc指数法进行地层压力监测。按监测的地层压力值重新调整钻井液密度值。（3）

为了进一步提高监测精度，可进行中途电测。利用电测检测地层压力准确度较高，资料来源方便，计算简便可靠。（4）

在钻调整井时，在钻开油气层前，必须首先停止邻井注水并泄压后才能钻开油气层。

一、溢流的原因与预防

产生溢流的最根本的原因:井底压力372、井内钻井液高度下降

井内钻井液高度下降，钻井液静液柱压力减小，是引起溢流的一个重要原因。（1）起钻时没有灌钻井液或灌钻井液不够。预防：

钻井现场一般采用每起3～5柱钻杆或每起一柱钻铤灌满一次钻井液，探井每起2柱钻杆灌满一次。实际灌入井内的钻井液体积可用下列装置进行测量。①泵冲数计数器：根据钢套尺寸和泵的冲程，就可计算出每起1m钻杆或1m钻铤应泵送钻井液需要的冲数。这样就很容易计算出每起3～5柱钻杆或一柱钻铤时灌钻井液所需的泵的冲数。②流量表：用钻井泵向井内灌钻井液时，流量表可以监测泵送到井内的钻井液量。但流量表的精确度受钻井液流变性的影响。2、井内钻井液高度下降38③钻井液补充灌：最普通的形式是重力式灌注罐，也有用一个小离心泵不断地把钻井液从补充灌循环到井里的灌注方式。④自动灌钻井液装置：当起出一定数量的钻柱时，它可以及时自动向井内灌满钻井液。⑤钻井液罐面指示器：现场应单独隔离一个泥浆罐，从而提高计量的灵敏度。（2）井漏。预防：①设计好井身结构、正确确定下套管深度，封隔住易漏地层。②下钻速度不要过快，不猛放、猛刹钻具。在下钻至套管鞋处、易漏层、油气层时，要严格控制下钻速度。（在下套管时也应注意这一点。）

③钻井液补充灌：最普通的形式是重力式灌注罐，也有用一个39③保持钻井液性能处于良好状态，使钻井液密度、粘度、切力维持在最小值附近。钻井液的密度以能平衡地层压力为基础，其值越小越好。钻井液粘度、静切力只要能保证有效地携带、悬浮岩屑即可，其值越小越好。④开泵不要过猛，泵压不要过高。如果井内钻井液静止时间过长，可以分段循环钻井液。下钻到井底后，先用小排量顶通水眼，形成循环，然后再提高到正常钻进排量。⑤在易漏地层，钻速不要过快，防止岩屑过多使井底压力过大。发生井漏后，要及时向井内灌钻井液或清水，并准备向井内注入堵漏物质。（3）井内钻井液柱有效高度下降

井下气柱向上运移时，体积膨胀，使井内钻井液柱有效高度下降。井控技术培训教材课件403、钻井液密度下降

当钻至油、气、水层时，地层流体进入井内使钻井液密度下

降；雨水或向钻井液中加水、加絮凝处理剂；泡油解卡、降低钻井液摩阻时向井内混油等情况也会降低

钻井液密度。预防:①不擅自向井内加水、加絮凝剂。②泡油解卡、调整钻井液性能时所用的原油、柴油用量应校核井底压力，同时还应控制混油速度。③钻井液油侵、盐水侵较严重时，从井内返出的受侵钻井液应改道储存。④钻至较厚的气层时，钻速要缓慢，要分段打开气层，防止造成严重气侵。气侵后要及时除气，否则形成恶性循环而导致井喷。⑤在油气层中下钻时，应分段循环，（可采用节流循环的方式），不可一次将钻具下至井底后再循环钻井液，返出的钻井液若有气，应及时除掉。

3、钻井液密度下降41４、抽吸压力过大

预防：①起钻速度不要过快，不猛提猛刹钻具。②维持钻井液性能处于良好状态，使钻井液密度、粘度、切力维持在最小值附近。③钻进时排量要充足，防止干钻，避免钻头泥包，钻头泥包后一定要缓慢起钻。为避免抽吸压力过大造成的井喷，起钻前应检查抽吸压力，采用短起下钻的方法或校核起出钻具的体积是否等于灌入的泥浆量。若抽吸压力过大，应将钻柱重新下放到井底，调整钻井液性能后再起钻。４、抽吸压力过大42

方法：一般情况下试起5－10柱钻具，再下入井底，开泵循环一周，待井底钻井液从井口返出后，认真进行观察和测量。若钻井液无油气侵，则可正式起钻；否则，应循环并调整钻井液密度后再起钻。

（司钻负责检查，是主要负责人。）短起下钻法目的：检查溢流

方法：一般情况下试起5－10柱钻具，再下入井底，开泵循43

以下情况需进行短起下钻：钻开油气层后第一次起钻前钻开油气层井漏后或尚未完全堵住，起钻前钻井中若严重油气侵，但未溢流，起钻前钻头在井底连续长时间工作后中途需刮井壁需长时间停止循环，进行其它作业（电测前、下套管、下油管、中途测试等）起钻前溢流压井后起钻前以下情况需进行短起下钻：445、循环流动阻力消失

停止循环时，作用在井底的环空流动阻力消失，使井底压力减小。此时，若钻井液密度略小于地层压力，循环时无溢流，但停止循环时发生溢流。6、其它原因

多数情况下，溢流是由上述原因造成的但是还有下列情况也会引起溢流和井涌：中途测试控制不好；射孔时控制不住；固井侯凝水泥浆失重；过快的钻穿含气砂层；钻到邻近井里去了。5、循环流动阻力消失45二、溢流的发现1、钻井中已经发生溢流的显示⑴钻井液返出量增加（出口管流速增加。）⑵钻井液池中钻井液量增加，液面升高。⑶停泵后，井内钻井液外溢。⑷起钻灌入量小于起出钻具体积；下钻返出量大于钻具排替量。

当钻柱内钻井液密度比环空钻井液密度高的多时，井内钻井液也会外溢。当发生这种情况时，司钻应仔细分析原因，采取正确措施，必要时可关井。

二、溢流的发现462、钻井时可能发生溢流的显示

钻进中机械钻速、录井岩屑以及钻井液性能的各种变化，可用来监测井下情况是否正常。⑴机械钻速明显增加或钻时明显加快；转盘转动扭矩增大，蹩跳钻严重，钻压放空。正常情况下，随着井深的增加，机械钻速逐渐下降，但当我们钻到异常高压地层；高孔隙度、高渗透性地层；溶洞、裂缝地层；岩性变化的地层时，钻时都会明显加快，当钻时是正常钻时的1／2～1／3时，我们称为快钻时。此时，应人为控制钻速，快钻时进尺不超过1米。⑵井口返出的岩屑块大、量多，条状，棱角分

明。2、钻井时可能发生溢流的显示钻进中机械钻速、录井47⑶循环泵压下降，泵充数增加。⑷悬重发生变化。⑸钻井液性能发生变化。如果是油侵，钻井液密度、粘度均下降；如果是气侵，钻井液密度下降、粘度增加；少量的盐水侵使钻井液密度、粘度均下降；大量的盐水侵使钻井液密度下降、粘度增加变得很稠，流动困难。钻井液中有油滴、油迹、气泡、硫化氢气味；含烃量增加；氯离子含量增加。⑶循环泵压下降，泵充数增加。48处理方法：

当发生上述显示时，应及时采取措施，停钻、上提钻具、停泵10～15分钟，观察井口是否有溢流，若有溢流，要迅速关井。若无溢流，则至少循环一个迟到时间，观察返出的钻井液情况，然后再停泵观察。若井口有溢流显示则关井，若无溢流，而返出的钻井液有油气显示，则适当调整钻井液密度再继续钻进。处理方法：49⑹钻井液液柱高度降低。监测井漏一般通过钻井液出口流量计和钻井液罐的液面变化来显示。⑺起钻时灌钻井液不正常。起钻引起的静液压力降低的原因有两个。一个是起出钻具使井内钻井液液面降低；二是由于过快的起钻速度，钻柱下部造成的抽吸力将地层流体抽入井内。因此，起钻时应定期校对钻井液的灌入量。⑹钻井液液柱高度降低。50复习题溢流发生的根本原因是什么？如何预防？钻井时已经发生溢流有何显示？可能发生溢流有何显示？如何正确处理？复习题溢流发生的根本原因是什么？如何预防？51

一、为什么要迅速关井？二、关井方法三、关井程序四、关井后注意事项五、关井后数据的录取第四节关井第四节关井52一、为什么迅速关井？

⑴控制住井口，使井控工作处于主动，有利于

实现安全压井。

⑵制止地层流体继续进入井内。

⑶保持井内有较多的原浆，减小关井和压井时的

套压值。

⑷可准确地计算地层压力和压井钻井液密度。

一、为什么迅速关井？53二、关井方法

硬关井是指关防喷器时，节流管汇是关闭的。软关井是指先打开节流管汇，再关防喷器，再关节流管汇的关井方法。二、关井方法54硬关井与软关井的比较

硬关井时，由于关井动作比软关井少，所以关井快；但硬关井时，井控装置受到“水击效应”的作用，特别是高速油气冲向井口时，对井口装置作用力很大，存在一定危险性，故我国一般不采用此方法关井。只有在特殊情况下，如钻井四通两侧平板阀均打不开，溢流量没有超过最大允许溢流量，这时应果断采取硬关井方法实现对井口的控制。

软关井尽管比硬关井动作多，关井慢，但它防止了“水击效应”作用于井口装置，还可在关井过程中试关井。我国各油田均采用软关井方法制定关井程序。硬关井与软关井的比较硬关井时，由于关井动作比软关55三、关井程序1、钻进过程中发生溢流的关井程序：⑴发出警报。⑵停转盘，上提方钻杆使第一个钻杆接头出转盘面0.4～0.5m，

停泵。⑶打开4号平板阀。⑷关防喷器（先关环形防喷器，再关闸板防喷器）。⑸关节流阀，试关井。⑹向井队长或技术员汇报。⑺认真观察、准备记录立管压力和套管压力以及钻井液池钻井液增量。三、关井程序562、起下钻杆时发生溢流的关井程序：⑴发信号。⑵停止作业，抢装钻具内防喷器。⑶打开4号平板阀。⑷关防喷器（先关环形防喷器，再关半封闸板防喷器）。⑸关节流阀，试关井。⑹向井队长或技术员汇报。。⑺接方钻杆，录取套管压力及钻井液增量，测关井立管压力。2、起下钻杆时发生溢流的关井程序：573、起下钻铤发生溢流关井程序：

⑴发信号。⑵抢接钻杆，抢装钻具内防喷器。⑶打开4号平板阀。⑷关防喷器（先关环形防喷器，再关半封闸板防喷器）。⑸关节流阀，试关井。⑹向井队长或技术员汇报。⑺接方钻杆，录取套管压力及钻井液增量，测关井立管压

力。3、起下钻铤发生溢流关井程序：584、空井发生溢流关井程序：⑴发信号。⑵停止作业，根据溢流的严重程度采取相应的措施：如果喷势强烈，则开4号平板阀；关全封闸板防喷器；关节流阀试关井。若喷势不强烈，则抢下一柱钻杆，装钻具内防喷器：⑶打开4号平板阀。⑷关防喷器（先关环形防喷器，再关半封闸板防喷器）。⑸关节流阀，试关井。⑹向井队长或技术员汇报。⑺接方钻杆，录取关井套管压力和钻井液增量，测关井立管

压力。

如测井作业时发生溢流，喷势不大，可起出电缆，再关井；喷势大，来不及起出电缆，则切断电缆，迅速关井。4、空井发生溢流关井程序：595、浅层气或易压裂地层的处理程序：

*

浅层气的特点：

1、体积小、难以预测；层位浅，经常是突然出现；2、压力高，一旦井喷能使油气井突然卸载，导致所有的

钻井液喷出；3、层位浅，报警信号反应时间短，尤其是起钻时；4、表层一般薄弱，容易蹩漏，造成严重后果，5、浅井段钻进时，井口的控制装置少；6、对浅层气的认识不足。

*

处理：分流。（是关井还是分流，取决于最大允许关井套压）

5、浅层气或易压裂地层的处理程序：60程序：⑴发出信号；⑵停转盘，上提钻具使第一根钻杆接头出转盘面0.4～0.5m，停泵；⑶检查井口是否有钻井液流出；⑷开液动平板阀（4＃闸门）,全开节流阀；⑸关闸板封井器；⑹如有油气到井口，则开下风方向放喷阀，关节流阀；

⑺以双泵大排量向井内注入水或一定量的重泥浆。程序：61关井程序的步骤：

一、报警二、为关井创造条件三、软关井四、汇报五、观察记录关井程序的步骤：62四、关井时应注意的问题

1、井内有钻具不能全封闸板；2、合理控制井口压力，井口压力不准超过最大允许关井套压；3、关井后正确活动钻具，活动钻具时，慢起慢放。不准

转动钻具，也不准接头台肩过闸板或环形封井器（我国大部分用平台肩钻杆接头，一旦接头出了胶芯，则不能再入井）；

4、关封井器应果断，一次使封井器实现关闭；5、严禁用封井器泄压；6、长时间关井用锁紧装置锁紧闸板，并把油腔内油压泄

掉；7、完成关井程序后，准备或等待压井阶段，应密切注意关井套压变化。四、关井时应注意的问题63五、关井后立管压力的确定与套管压力的控制

1、关井立压的确定

⑴关井状态压力平衡关系当井内压力达到平衡后有：

Pb=Pp

(4-1)

Pp=Pd+0.0098ρmH(4-2)Pp=Pa+0.0098ρm(H-hw)+0.0098ρwhw(4-3)

式中Pd—关井立管压力，MPa；

ρm—原钻井液密度，g/cm3;H—垂直井深，m;Pp—地层压力，MPa;Pd—关井套管压力，MPa;Hw—溢流高度，m;ρw—溢流密度，g/cm3;

hw=ΔV/Va(4-4)五、关井后立管压力的确定与套管压力的控制64⑵钻具内无回压凡尔时关井立管压力的录取

a、关井后井内压力达到平衡需一定时间。一般关井后10～15分钟后录取。

b、圈闭压力。圈闭压力是指从关井立管压力表及关井套管压力表记录到的超过平衡地层压力的关井压力值。

产生圈闭压力的原因：

①关井先于停泵，圈闭着一部分泵的能量或泵未停稳及泵冲惯性；

②气体在关井状态下滑脱上升，形成圈闭压力。⑵钻具内无回压凡尔时关井立管压力的录取65圈闭压力检查方法：通过节流管汇（打开节流阀）放出少量钻井液(40～80L)，然后关井（关节流阀），观察压力变化。如果立管压力和套管压力均有下降，则有圈闭压力存在。应再次放出少量钻井液，关井。如果立管压力和套管压力仍有下降，重复上述操作，直到立压不下降为止。如果放出少量钻井液后，立压没有变化，只是套压有所上升，说明不存在圈闭压力。圈闭压力检查方法：66⑶钻柱中装有回压阀尔时，关井立管压力的录取。

1)不循环法(泵顶回压阀法）

在不知道压井排量和该排量下的循环压力时采用：

①缓慢启动泵，向钻具内注入少量钻井液，并观察立压及套压的变化。

②当套压开始升高时（超过关井套压0.5－1MPa时），停泵，说明钻具回压阀已被顶开。

③录取此时的立管压力及套管压力。则：

Pd=Pd1-ΔPa

(4-6)ΔPa=Pa1-Pa(4-7)

式中：Pd－关井立管压力，MPa；

Pd1－停泵时记录的立管压力，MPaΔPa—套压升高值，MPa；

Pa1—停泵时记录的套压值，MPa；

Pa—关井套压，MPa。⑶钻柱中装有回压阀尔时，关井立管压力的录取。672）循环法

在知道压井排量和该排量下的循环压力时，采用：

①缓慢启动泵，调节节流阀，保持套压等于关井套压。

②使排量达到压井排量，保持套压始终等于关井套压。

③这时记录循环立管压力PT，停泵，关节流阀及下游的平板阀。

Pd＝PT－Pci(4-8)

式中：Pd－关井立管压力，MPa；

PT－测量的立管压力，MPa；

Pci－压井排量循环时的立管压力，MPa。(Pci及压井排量从预先记录的资料中查出。)2）循环法682、关井套压的控制⑴确定最大允许关井套压的原则：关井后的最高套压值不能超过下面三个极限中的最小值：1)井口装置的额定工作压力；2)套管最小抗内压强度的80％；3)地层破裂压力所允许的关井套压值。

一般情况下，现场以地层破裂压力所允许的关井套压值作为最大允许关井套压。(在钻开油气层前必须确定好）2、关井套压的控制69⑵最大允许关井套压的确定：1)计算法

Pamax=(Gf-Gm)Hf(4-9)式中Pamax－最大允许关井套压，MPa；

Gf－地层破裂压力梯度，MPa／m；

Gm－井内钻井液压力梯度，MPa／m；

Hf－套管以下漏失层井深，m。（一般把套管鞋井深作为Hf）

注:最大允许关井套压与井内泥浆密度成反比关系。⑵最大允许关井套压的确定：702)图解法

以地层破裂压力为纵坐标，以最大破裂压力当量钻井液密度为横坐标，把两点连成一直线，则从图中很快得出新用钻井液密度的最大允许关井套压。0ρmρf2)图解法0ρmρf713)以最大允许溢流量为依据，指导关井操作。最大允许溢流量可由下式计算；

ΔVmax=Vhwmax=Vp(ρf-ρm-Sf)Hf-SkH/ρm-ρw式中:Vamx－最大允许溢流，m3；Vp－溢流所在井段容积系数，m3/m；hwmax－溢流柱最大允许高度，m；ρf－套管鞋处漏失压力当量钻井液密度，g/cm3，ρm－井内钻井液密度，g/cm3，Sf－地层压裂安全增值，中原油田取0.03（美国取0.24），g/cm3，Hf－套管鞋处漏失井深，m；Sk－井涌允许条件，一般美国取值0.06g/cm3，中原取0.06～0.14g/cm3H－产层井深，m；ρw－溢流密度，g/cm3。

关井时，如果钻井液增量小于Δ

Vamx时，关井是安全的,不会超

过最大允许关井套压。3)以最大允许溢流量为依据，指导关井操作。最大允许溢流量可由723、关井后，井口压力分析1.关井立压、套压都等于0。

说明：钻井液液柱压力仍能平衡地层压力，钻井液受油气侵污染并不严重。处理：可打开防喷器，循环除气或节流循环。不需加重泥浆。2.关井立压等于0、套压大于0说明：钻井液液柱压力仍能平衡地层压力，但环空受侵严重。处理：应节流循环。3.关井立压、套压都大于0。

说明：钻井液受侵严重，原浆不能平衡地层压力。处理：压井。3、关井后，井口压力分析73复习题为什么要迅速关井？什么叫软关井？熟悉钻进、起下钻杆、起下钻铤、和空井时的关井程序。关井后如何录取关井立压、套压？圈闭压力是什么？如何产生的？怎样检查？关井后井口立压、套压都为0，怎么办？复习题为什么要迅速关井？74第五节井内气体的膨胀与运移一、天然气的特点及危害二、天然气进入井内的方式三、天然气对井内压力的影响四、关井状态下，天然气对井内压力的影响五、天然气上升到井口的处理第五节井内气体的膨胀与运移一、天然气的特点及危害75一、天然气的特点与危害

1、可压缩

2、密度小，扩散性大

3、易燃，易爆，有剧毒（H2S,CO2）

气体定律：P1V1=P2V2

一、天然气的特点与危害P1V1=P2V276二、天然气侵入井内的方式

1、岩屑气侵2、重力置换气侵3、扩散气侵

4、气体溢流5、抽吸压力

即使在井底压力大于地层压力时，天然气也会侵入井内。二、天然气侵入井内的方式即使在井底压力大于地层压力时，天然77三、气体侵入井内对井内液柱压力的影响

1、天然气在井内存在的形式气泡或气柱2、运动形式

循环上升，滑脱上升。

三、气体侵入井内对井内液柱压力78

3、气侵对钻井液密度的影响天然气侵入井内后，井内钻井液密度随井深自下而上逐渐变小。

3、气侵对钻井液密度的影响79气侵钻井液密度的计算:

-----井深H处气侵钻井液密度------地面气侵钻井业与气侵前钻井液密度之比--------未气侵钻井液密度------地面压力0.098MPa气侵钻井液密度的计算:80

气侵后液柱压力减小值

式中:ΔPm--受侵钻井液柱压力减小值，MPa；

ρh—在井深处气侵钻井液密度，g/cm3；

a—地面气侵钻井液密度与气侵前钻井液密度的比值；

ρm—未气侵钻井液密度，g/cm3；

H—井深，m。

Ps—地面压力（0.098MPa）气侵后液柱压力减小值81四、开井状态下,气柱对井内压力的影响

气柱膨胀上升，井底压力逐渐减小。（体积膨胀）0.26m310m20m40m80m160m320m8.35m335.37831.615四、开井状态下,气柱对井内压力的影响0.26m310m2082123

结论：1、气体在上升过程中，体积一直在膨胀，但体积膨胀增加量较小，只是在靠近地面时，才迅速增加，而在此时，钻井液池增量才比较明显。2、气体体积膨胀上升对井底压力影响很小，只是到靠近地面时，井底压力才明显降低。1体积；2井底压力；3气体所受压力30000体积，m3压力，MPa井深，m102030123结论：1体积；2井底压力；3气体所受压力300083注意的问题：

①密度计算

②对井内压力的影响

③首要措施：地面有效除气

注意的问题：84

五、关井状态下气柱对井内压力的影响

气柱不膨胀，滑脱上升，井底及井口压力逐渐增大L2

L1

P气五、关井状态下气柱对井内压力的影响L2L1P85思考:

某井在井深3600米时发生气柱侵入,泥浆池增量3m3,使用钻井液密度1.70g/cm3,关井立压3.5MPa,关井套压6.5MPa,已知环空容积为14L/m，气柱密度为0.3g/cm3,因等待加重，需长时间关井，求气柱在井底、2400米和井口时的井内压力。

思考:86Pa=P气－0.00981L2Pb=P气＋0.00981

L1结论：1、关井时井口要承受很高的压力，要求井口防喷器要有足够高的承压能力。2、发生气体溢流不应长时间关井，避免超过最大关井套压。3、气体滑脱上升引起井口压力不断升高，不能认为地层压力很高，不能录取这时的井口压力。

Pa=P气－0.00981L2结论：87四、井内气体运移的处理（放压）

关井后天然气上升，会引起井内压力升高，当压力升到一定值时要释放出部分压力以保证安全。1、立管压力法原理：通过节流阀，间断放出一定数量的钻井液，使天然气膨胀，气体压力降低，通过立管压力控制天然气的膨胀和井底压力，使井底压力略大于地层压力，以防止天然气再进入井。

内，又不压漏地层。四、井内气体运移的处理（放压）88操作方法：1)先确定一个比初始关井立管压力高的允许立管压力值Pd1和放压过程中立管压力的变化值ΔPd；国外一般取ΔPd=50～100Psi（0.343～0.686MPa，此值在压力表上不好读出，可取Pd=0.5～1MPa。）；Pd1比初始关井压力Pd大1MPa。2）当关井立管压力Pd增加到(Pd1+ΔPd)时，通过节流阀放钻井液，立管压力下降到Pd1，关节流阀。3）关井后天然气继续上升，立管压力再次升到(Pd1+ΔPd)时，再按上述方法放压，然后关井。这样重复进行，可使天然气上升到井口。

操作方法：89放压过程中，由于环空放出钻井液，环空静液压力减小，因此套压增加一个值，增加的值等于环空静液压力减小值。

不适应立管压力法的情况：

1、钻头水眼堵死

2、钻头位置在气体之上

3、钻具刺坏等

放压过程中，由于环空放出钻井液，环空静液压力减小902、容积法原理

原理：依据井底压力、环空静液压力和井口套压的变化关系，控制井底压力略大于地层压力，让气体上升膨胀。井底压力的变化是由于地面套压的变化或环空静液压力的变化引起的。环空静液压力变化又是由于气体膨胀时钻井液量的减少所致。环空静液压力减小值可通过增加套压来补偿。2、容积法原理91

环空静液压力减小值为：

ΔPm＝0.0098ρm(ΔV/Va)(8-4)式中ΔPm－环空静液压力减小值，MPa；

ρm

－环空钻井液密度，g/cm3；

ΔV－环空钻井液减少值（放出的钻井液量，应放

入计量罐中计量），m3；

Va－每m环空容积，m3/m。

环空静液压力的减小值，也就是套压升高值（补偿静液压力减小值，维持井底压力平衡地层压力）。环空静液压力减小值为：92操作步骤：1）先确定一个大于初始关井套压的允许值Pa1，再确定一个套压变化值ΔPa。2)当关井套压上升到Pa1+ΔPa时，通过节流阀放出钻井液，此时环空静液压力下降为ΔPm1。（气体膨胀使环空静液压力的减少值就是套压的升高值）ΔPa1=ΔPm1=0.0098ρm（ΔV1/Va）（ΔV1通过计量得知）。3)关井后气体继续上升，使套压再次升高到Pa1+ΔPm1+ΔPa时，通过节流阀再次放出钻井液，使套压下降到Pa1+ΔPm1。

ΔPa2=ΔPm2=0.0098ρm（ΔV2/Va）4)关井后气体上升，继续按上述步骤操作，使套压上升到Pa1+ΔPm1+Pm2+…….+Pmn+ΔPa，通过节流阀放出钻井液使套压下降到Pa1+ΔPm1+Pm2+…….+Pmn关井，直到气体一直上升到井口。操作步骤：93五、天然气升到井口的处理

方法：置换法。置换法是从井口注入钻井液置换井内气体，以降低井口压力并保持井底压力略大于地层压力。操作方法：1、通过反循环管线注入一定量的钻井液，允许套压上升某一值（以最大允许值为准），然后停注。2、钻井液在重力作用下沉落后，通过节流阀慢慢释放气体，套压降到某一值后关节流阀。套压降低值应等于注入钻井液的静液压力值。3、重复上述步骤至井内充满钻井液为止。五、天然气升到井口的处理94天然气上升速度的计算

在关井条件下，天然气在环空的上升速度可由套压的升高值来确定。套压升高值就是气上面泥浆的减小值。

Vg＝Pa1-Pa/Gm式中Vg－气柱上升速度，米／小时

Pa1－初始关井套管压力，帕

Pa－关井一小时后的套压，帕

Gm－气柱上面泥浆液柱压力梯度，帕／米通常，天然气在井内的上升速度大致为270～360米。根据天然气上升速度和上升时间可求得上升的距离。

L=Vg*t天然气上升速度的计算95复习题天然气进入井内的方式有哪些？关井后天然气对井内压力有何影响？应怎样操作？某井关井立压4.5MPa,关井套压5MPa，最大允许关井套压10MPa，请设计一放压方案。复习题天然气进入井内的方式有哪些？96第六节压井压井原理及基本计算常规压井非常规压井第六节压井压井原理及基本计算97☞

§1压井原理及基本计算

一、定义

压井是发现溢流关井后，泵入能平衡地层压力的重钻井液，并始终控制井底压力略大于地层孔隙压力，以排除溢流，重建井眼与地层系统的压力平衡关系。二、压井原理压井是以“Ｕ“形管原理为依据，在压井施工过程中，保持井底压力为一恒定值，即略大于地层压力。☞§1压井原理及基本计算一、定义98

“Ｕ”形管原理

U钻具与井眼所建立的循环系统可视为一个“Ｕ形管，钻具和环形空间分别为“Ｕ形管的连通管。“Ｕ形管的基本原理是“Ｕ形管的底部为一个压力平衡点，此处的压力只能有一个值，这个值可以通过分析连通管的任意一条管的压力而获得。

“Ｕ”形管原理

U钻具与井眼所建立的循环系99⑴静止状态井底压力＝钻柱水眼内静液柱压力＝环空静液柱压力⑵静止关井条件井底压力＝关井管压力＋钻柱水眼内静液柱压力＝关井套管压力＋环空静液柱压力⑶动态条件井底压力＝环空静液柱压力＋环空和节流管线压力损失＋套管压力

井内的各种压力平衡关系：以“Ｕ”形管原理分析⑴静止状态井内的各种压力平衡关系：以“Ｕ”形管原理分析100⑴判断溢流类型

Hw=ΔV/Vaρw=ρm-102(Pa-Pd)/Hw式中ρw—溢流密度，g/cm3;ρm—原钻井液密度，g/cm3;Pa—关井套管压力，MPa;Pd—关井立管压力,MPa;Hw—溢流在环空的高度，m;ΔV—钻井液池增量，m3;Va—溢流所在位置的环空截面积，m2。三、压井基本数据计算⑴判断溢流类型三、压井基本数据计算101通常情况下，算出溢流密度后，按如下确定：

0．12～0．36g/cm3为气体；0．36～0．6g/cm3为油与气或水与气的混合物；0．6～0．84g/cm3为油或油水混合物。溢流的密度确定后，钻井液密度的附加值可按下列两种方法之一确定：①油水井为0.05～0.10g/cm3，气井为0.07～0.15g/cm3②油水井为1.5～3.5MPa，气井为3.0～5.0MPa

同时还应考虑地层孔隙预测精度；油、气、水层的埋藏深度；地层油气中硫化氢的含量；井控装置配套情况；工作人员的井控水平等因素。通常情况下，算出溢流密度后，按如下确定：102

Pp=Pd+0.0098ρmH式中Pp—地层压力，MPa;Pd—关井立压，MPa;Pm—原钻井液密度，g/cm3;H—垂直井深，m。⑵计算地层压力⑵计算地层压力103①依据地层压力计算ρm1=102Pp/H式中ρm1—压井钻井液密度，g/cm3;Pp—地层压力，MPa;H—垂直井深,m。②依据关井立管压力计算

ρm1=ρm+102Pd/H式中ρm—原钻井液密度,g/cm3;Pd—关井立管压力,MPa。⑶压井钻井液密度①依据地层压力计算⑶压井钻井液密度104①钻柱内容积

V1=VdL式中V1—钻柱内容积,m3;Vd—钻柱水眼截面积,m2,L—钻柱长度,m。如果是复合钻具，应分段计算后再相加。②环空容积V2

V2=VaL式中V2—环空容积,m3;Va—环空截面积,m2;L—对应Va的井段长度,m。井眼中环空面积不相等时，应分段计算后再相加。③总容积VV=V1+V2所需加重钻井液量一般取总容积的1．5～2倍。⑷计算钻柱内容积、环空容积及加重钻井液量①钻柱内容积⑷计算钻柱内容积、环空容积及加重钻井液量105①注满钻柱内容积的时间

t1=1000V1/60Q式中t1—注满钻柱内容所需时间，min；

V1—钻柱内容积m3；

Q—压井排量L/s。②注满环形空间所需时间，

t２=1000V２/60Q式中t２—钻柱环空所需时间，min；Ｖ２—环空容积m3；

Q—压井排量，L/s。⑸计算注入加重钻井液的时间⑸计算注入加重钻井液的时间106压井排量的选择：

通常压井排量取钻进时排量的取钻进时排量的½~⅓。压