钻井井控技术

第一章井控：采取一定的方法控制地层孔隙压力井侵：地层孔隙压力大于井底压力，地层孔隙中流体侵入井内溢流：井口返处的钻井液大于泵入量，停泵后井口钻井液自动外溢井喷：底层流体无控制地涌入井筒，喷出地面的现象叫井喷井控分为三个级别一级井控（初级井控），二级井控，三级井控做好初级井控关键在于：钻前准确预测地层压力和底层破裂压力，从而确定合理的钻井液密度和完善的井深结构井喷失控原因（大题，出例分析）（1）起钻抽吸，造成诱喷（2）起钻不灌钻井液汉语哦没有灌满（3）不能及时准确的发现溢流（4）发现一流后处理措施不当（5）井口不安装防喷器（6）惊恐设备的安装及试压不符合《是由与天然气钻井井控技术规定》的要求（7）井深设计不合理（8）对浅气层的危害性缺乏足够的认识（9）地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料，导致钻井液密度低于地层压力。（10）空井时间过长，又无人观察井口。（11）钻遇漏失段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。（12）相邻注水井不停注或未减压。（13）钻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。（14）思想麻痹，违章操作。井喷失控其危害可概括为以下6个方面（重点大题）（1） 打乱全面的正常工作秩序影响全局生产；（2） 使钻井事故复杂化；（3） 井喷失控极易造成环境污染，危害周围居民生命安全，影响周围施工建设。（4） 伤害油气层，破坏地下油气资源。（5） 造成机毁人亡，油气井的报废，以及巨大的经济损失。（6） 涉及面广，在国际国内造成不良的社会影响。井侵T溢流T井涌T井喷T井喷失控第二章公式：P=F/SlMpa=10人6pa 1000psi=6.895Mpa静液压力公式：P=Pgh（g=0.00981）地层压力：地下岩石孔隙内的流体压力，即孔隙压力地层压力的四种表示方法。压力单位压力梯度（每米井深压力的变换值）G=P/H当量钻井液密度（为工程方法计算出）P=p/gh压力系数等于该点当量钻井液密度值（单位:g/cm3）地层压力分类：正常地层压力=9.8kpa/m 10.5kpa/m异常高压＞10.5kpa/m异常低压v9.8kpa/m上覆岩层压力：指某深度以上的岩石和其中流体总重量对该深度所形成的压力.上覆岩层压力=岩石压力+地层压力地层破裂压力：指某一深度地层发生破裂或裂缝所能承受的压力.地层压力＜钻井液密度＜地层破裂压力做底层破裂压力试验的目的（大题,必考）实测底层破裂压力确定下部井段钻进时所用的钻井液密度的上限值确定最大关井套压检查套管鞋处水泥封固质量地层破裂压力当量密度公式：Pe=P/0.00981*H+Pme +mH：井内破裂深度 P：地表压力Pm：井内钻井液密度井底压力：地面和井内各种压力作用在井底总压力。下钻时井底压力=钻井液液柱压力+激动压力起钻时井底压力=钻井液液柱压力—抽吸压力激动压力和抽吸压力合称波动压力，它受四个因素的影响：起下钻速度钻井液粘度静切力环形空间打下钻头泥包长度安全附加值（大题）按密度附加，其安全附加值是①油水井：0.05—0.1g/c .②气井cm3按压力附加,其安全附加值为①油水井:油水井:1.5-3.5Mpa.②气井第三章压力检测的目的和意义（大题）夜里检测和定量求值,指导和决定着油气勘探钻井和采油的设计与施工.对钻井来说,它关系找到高速安全,低成本的作业,甚至钻井的成败.正确合理的选择钻井液密度,设计合理的井深结构更有效的开发保护,利用油气资源检查地层压力的方法（重点）钻井前:参考地震资料来预测钻井压力钻井中:①页岩密度法②dc指数法▲（随井深增加，机械钻速（Vm）逐渐降低,de指数变大）钻井后:声波法,电阻率评价法.地层强度试验方法地层破裂压力试验（当泵压＜0时）地层漏失压力地层承压能力试验地层强度试验的目的（重点）了解套管鞋处底层破裂压力值钻开高压油气层浅,了解上不裸眼地层的承压能力第四章溢流（在该阶段控制井喷）发生的两个必要条件井底压力小于地层压力地层具有必要的渗透性，允许流体流动井内液柱不允许下降超过30m溢流产生的最常见的原因井内液柱不允许下降超过30m起钻时井内未灌满钻井液；过大的抽吸压力钻井液密度不够；循环漏失地层压力异常排替量计算公式：排替量m3/m=7.854*10人（-7）提前检查井底压力能否平衡,是否会发生抽吸溢流,检查方法:①短程起下钻:在钻尺超过200m时做此操作,能否检测井底压力能否平衡.②核对灌入井内的钻井液量.溢流显示:地层流体流入精通给钻井参数，泥浆参数,井筒状态等方面带来的变化•（分直接显示和间接显示两种）钻进时的溢流显示：1） 出口管钻井液流速增加,返出两增加（直接显示）2） 停泵后,井口钻井液外溢（直接显示）3） 钻井液罐液面上升（直接显示）4） 钻速突快或放空（间接显示）5） 循环泵压下降,泵速增加（间接显示）6） 钻具悬重发生变化（间接显示）7） 钻井液性能发生变化（密度,塑性,粘度等）（简介显示）8） Dc指数减小（简介显示）9） 岩屑尺寸加大（简介显示）提钻时的溢流显示1） 灌入的钻井液量小于提出的钻具体积（直接显示）2） 停止提钻,出口管外溢（直接显示）3） 灌不进钻井液下钻时的溢流显示1） 返出的钻井液体积大于下入钻具的体积（直接显示）2） 停止下放,井眼仍然外溢（直接显示）空井时的溢流显示1） 出口管外溢（直接显示）2） 钻井液罐液面升高（直接显示）尽可能早的发现溢流显示，并迅速的实现控制，时做好井控工作的关键环节第五章一旦发现溢流，尽可能快的关井，理由在于：1） 防止井喷，保护地面设备、人员2） 制止底层流体继续进入井内3） 保持井内有较多的钻液，减小关井套压值4） 求的关井压力，为组织压井做准备关井动作的快慢机及关井程序是否正确，是井控成败的关键关井方法：1.硬关井：指一旦发生井涌或溢流时，立即关闭防喷器的操作程序发生溢流关井时，先打开节流阀，再关闭防喷器，最后关闭节流阀的操作程序特点：动作少，速度快，有“水击效应”2.软关井：特点：动作多，速度慢，无“水击效应（现场一般采用软关井）关井程序（四。七动作）（四种工况，七种动作）四种工况：钻井工况；起下钻杆工况；起下钻铤工况；空井工况。关井立管压力的确定（重点）公式：P内+P立=卩环空+P套一般情况下，待关井后10-15分钟，井眼周围的地层压力才恢复到原始地层压力，此时读到的立管压力值才是地层压力与钻柱内泥浆静液柱压力之差。即：P立=卩地—P静井眼周围地戻压力恢复时间长短与欠平衡程度、地层流体种类、地层渗透率等因素有关。（填空）在装有钻具回压阀时确定立管压力的方法：不循环法：不知道压井泵速和该泵速下的循环压力时采用。Pd=Pdl-APaPd:关井立管压力值.MpaPdl:停泵时的立管压力值。MpaPa:关井套压升高值。Mpa循环法：在知道压井泵速和该泵速下循环压力时采用。1） 缓慢启动泵，调节节流阀保持套管压等于关井套压；2） 时泵速达到压井泵速，套压始终等于关井套压；3） 读出立管压力值（Pt）,减去循环压力，则差值为立管压力值。公式：Pd=Pt+PciPt：立管总压力。MpaPci：压井泵速下的循环压力。Mpa圈闭压力对关井立管压力的影响圈闭压力：时在立管压力表或套管压力表上记录到的超过平衡地层压力的压力值。圈闭压力产生的原因：1.停泵前关井；2•关井后天然气溢流滑脱上升。关井套压（重点）最大允许关井套压不能超过下面三个值中的最小值：1） .井口装置的额定工作压力；2） .套管最小抗内压的80%3） .地层破裂压力所允许的关井套压值。关井套压值的计算方法：Pmax二（pe-pm）ghPe：地层破裂压力当量钻井液密度Pm：井内当前钻井液密度第六章1天然气的特点1)压缩和膨胀性2)密度低3)扩散性大、易燃、易爆4)含硫化氢的天然气有剧毒2硫化氢的特点（重点，必考）1.剧毒性；2.氢脆腐蚀；3.在水击钻液中会形成冻胶天然气入侵井内的方式（重点）岩屑气侵；2.置换气侵；3.扩散气侵；4.气体溢流。天然气侵入井内呈气液两种流体状态，形成泡沫状段塞流体。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。（填空）在井比较深的情况下，及时钻口返出的钻井液气侵比较严重，井内钻井液液柱压力也不会大幅降低。（判断）压力的影响程度随井深程度不同而不同，井越深影响越小，井越浅影响越大。SY/T5087_2005含硫化氢油气井安全钻井标准钻井推荐作法术语和定义下列术语和定义使用于本标准3.1阈限值：thresholdlimitvalue（TLV）几乎所有工作人员长期暴露都不会产生不利影响的某种有毒物质，在空气中的最大浓度。硫化氢的限值为15mg/MA3（10PPM）,二氧化硫的限值为5.4mg/m3.安全临界浓度safetycriticalconcentration工作人员在露天安全工作8小时可接受的硫化氢最高浓度［参考《海洋石油作业硫化氢防护安全要求》（1989）1.3条硫化氢的安全临界浓度为30毫克每立方米。（20PPM）］危险临界浓度dangerousthresholdlimitvalue达到此浓度时，对生命和健康产生不可逆转的或延迟性的影响［参考《海洋石油作业硫化氢防护安全要求》（1989）中硫化氢的危险临界浓度为150毫克每立方米。（100PPM）］。氢脆hydrogenembitterment化学腐蚀产生的氢原子，在结合成氢分子时，体积增大，致使低强度钢或软钢放生氢鼓泡、高强度钢产生裂纹，使钢材变脆。硫化物应力腐蚀开裂硫化氢分压含硫化氢天然气naturegaswithhydrogensulfide指天然气的总压等于或大于0.4Mpa（60psia）,而且该气体中硫化氢分压等于或高于0.0003Mpa或HS含量大于75毫克每立方米（50PPM）的天然气。4、人员防护4.1培训4.11基本培训A） 课堂培训B） 现场培训 施工场所中和作业应急预备案，特别是紧急集合区的位置、危险区域、风向判断及逃生路线选择。现场监督人员附加培训来访者和其他非定期派遣人员的培训在进入危险区之前，应向来访者和其他非定期派遣人员简要介绍有关出口路线、紧急集合区位置、使用的报警信号和紧急情况下的响应方法和个人防护设备的使用。4.1.4培训时间含硫油气井作业相关人员应进行专门的硫化氢防护培训，首次培训时间不少于15小时，每2年复训一次，复训时间不少于6小时。资质证书4.2硫化氢检测4.2.1硫化氢检测要求含硫油气井钻井过程中的硫化氢监测应符合SY/T6277中的相关规定。监测仪器和设备固定式硫化氢监测系统用于油气井钻井作业的固定式硫化氢监测系统，应能同时发出声光报警，并确保整个作业区域的人员都能看见或听到。监测传感器的位置便携式硫化氢监测仪作业现场应至少配备便携式硫化氢监测仪5台。报警的设置426.1当空气中硫化氢含量超过阈限值［15mg/m3(lOppm)］,监测仪应能自动报警。426.2第一级报警应设置在阈限值［硫化氢含量15毫克每立方米(1OPPM)］,达到浓度时启动警报,提示现场工作人员硫化氢的浓度超过阈限值,应采取8.2.2.1的措施。第二级报警值应设置在安全临界浓度［硫化氢含量30mg/m3(20ppm)］,达到此浓度时，现场作业人员应佩戴正压式安全呼吸器,并采取的措施。第三级报警值应设置在危险临界浓度［硫化氢含量150mg/m3(100ppm)］，报警信号应与第二级报警信号有明显区别,警示立即组织现场人员撤离,并采取的措施。监测设备的检查、校验和鉴定在极端湿度、温度、灰尘和其他有害环境的作业下，检查、校验和测试的周期应缩短。监测的设备应由有资质的机构进行检定。检查、校验和测试应做好记录，并妥善保存，保存期至少1年。设备报警的功能测试至少每天一次。呼吸保护设备钻井作业中，应对硫化氢作业区的硫化氢浓度和作业人员状况进行持续监测。对可能遇有硫化氢的作业井场应有明显、清晰的警示标志，并遵守以下要求：经处于受控状态，但存在对生命健康的潜在或可能的危险，应挂绿牌；对生命健康有影响，应挂黄牌；对生命健康有威胁，应挂红牌。5.1O寒冷地区在冬季施工时，对保温设施可采取相应的通风措施，以保证工作场所空气流通。在钻开含硫地层前50米，将钻井液的PH值调整到9.5以上直至完井。；应急预案的内容应包括但不限于：1)应急组织机构。应急岗位职责。现场监测制度。应急程序：——报告程序——人员撤离程序——点火程序培训与演习当硫化氢浓度达到15mg/mT(10ppm)的阈限值时启动应急程序，现场应：1)立即安排专人观察风向、风速以便确定受侵害的危险区；2）切断危险区的不防爆电器的电源；3）安排专人佩戴正压式空气呼吸器到危险区检查泄漏点；4）非作业人员撤入安全区。发生井喷后应采取措施控制井喷，若井口压力有可能超过允许关井压力，需点火放喷时，井场应先点火后放喷。井喷失控后，在人员的生命受到巨大威胁、人员撤离无望、失控井无希望得到控制的情况下，作为最后手段应按抢险作业程序对油气井井口实施点火。10.2利用钻井液除气器和除硫剂，控制钻井液中硫化氢的含量在50mg/mT（33.3ppm）以下，并随时对钻井液的PH值进行监测。10.4钻头在油气层和油气层顶部以上300m长的井段内的起钻速度应控制在0.5m/s以内。10.5钢材，尤其是钻杆，其使用拉应力需控制在钢材屈服极限的60%以下。管排架与防喷管线及放喷管线的距离不少于1m。发现溢流要及时发出报警信号：报警信号为一长鸣笛，关闭防喷气信号为两短鸣笛，开井信号为三短鸣笛。长鸣笛15s以上，短鸣笛时间2s左右。含硫地区钻井液的PH值要求控制在9.5以上。加强对钻井液中硫化氢浓度的含量，充分发挥硫剂和除氧器的功能，保持钻井液中的硫化氢浓度含量在50mg/m3以下。井控管理的九项制度：1、井控分级责任制度。2、“井控操作证”制度。3、井控装备的安装、检修、试压、现场服务制度。4、钻开油气层的申报、审批制度。5、防喷演习制度。6、“坐岗”制度。7、钻井队干部24小时值班制度。8、井喷事故逐级汇报制度。9、井控例会制度。作业班每月不少于一次的不同工况的防喷演习，钻进作业和空井状态应在3min内控制住井口，起下钻作业状态应在5min控制住井口。发现溢流、井漏及油气显示等异常情况，应立即报告司钻。井深事故分级：1、一级井喷事故（海上油气井发生失控；陆上的油井发生井喷失控，造成超标有毒有害气体逸散，或窜入地下矿产采掘坑道；发生井喷并伴油气爆炸、着火，严重危及现场作业人员和作业现场周边居民生命财产安全。2、二级井喷事故（海上油气井发生井喷；陆上油气井发生井喷失控；陆上含超标有毒气体的油气井发生井喷；井内大量喷出液体对河流、湖泊、海洋和环境造成灾难性污染。3、三级井喷事故陆上油气井发生井喷，经过积极采取压井措施，在24小时没建立井筒压力平衡，集团公司直属企业难以在短时间内完成事故处理的井喷事故。4、四级井喷事故，发生一般性井喷，集团公司直属企业能在24小时内建立井筒压力平衡的事故。井控管汇包括节流管汇、压井管汇、防喷管线和放喷管线在井上安装好后，试验压力在不超过套管抗内压强度80%的前提下，环形放喷器密封钻杆试验压力为额定工作压力的70%；闸板放喷器、方钻杆旋塞阀和压井管汇、放喷管线试验压力为额定工作压力；节流管汇按零部件额定工作压力分别试压；放喷管线试验压力不低于10MPa。下列情况需要进行短程起下钻检查油气侵和溢流a） 钻开油气层后第一次起钻前；b） 溢流压井后其钻前；c） 钻开油气层井漏堵漏后或尚未完全堵住起钻前；d） 钻进中曾发生严重油气侵但未溢流起钻前；e） 钻头在井底连续长时间工作后中途需刮井壁时；f） 需长时间停止循环进行其他作业（电测、下套管、下油管、中途测试等）起钻前。定向井基本术语井斜：该测