井控技术培训

井控技术井控培训中心绪论井控的概念

对井底压力实施控制。即：

控制地层流体侵入井内及排除侵入井内的地层流体，重建井内压力平衡的方法。井控分级：初级井控（初次井控）：

在钻井过程中，依靠钻井液密度来防止地层流体侵入井内。二级井控（二次井控）：

溢流发生后，及时发现溢流、关井，依靠地面设备和适当的井控技术排除溢流，重建井内压力平衡。三级井控（三次井控）：

井喷失控后的处理。一、井控及其相关概念绪论1．油气侵（井侵）

指地层流体侵入井内，泥浆中上有油花或气泡。2．溢流

当井侵发生后，井口返出的钻井液的量比泵入的量多，停泵后井口有钻井液自动外溢。一、井控及其相关概念绪论4．井涌钻井液涌出井口的现象。5．井喷

地层流体无控制地进入井筒，并喷出地面的现象。地下井喷：

高压层流体无控制地进入井筒，通过井筒进入低压地层。一、井控及其相关概念绪论6．井喷失控

井喷后无法用常规方法控制井口而的现象。井侵、溢流、井涌、井喷、井喷失控反映了地层压力与井底压力失去平衡以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。一、井控及其相关概念绪论1．井喷失控原因井口不安装防喷器降低成本；井控装备配套不足；认识错误。

地层压力系数低，不会发生井喷；

井浅，可很快打完，用不着安装防喷器。井控设备的安装及试压不符合要求井身结构不合理思想麻痹，违章操作二、井喷失控的原因及危害绪论2．井喷的危害经济上造成巨大损失油气资源受损污染环境危及人身安全，造成人员伤亡

井喷是钻井施工过程中危害极大地灾难性事故。二、井喷失控的原因及危害绪论3．井底压差太大造成的危害固相颗粒堵塞油气层的缝隙对油气流产生“水锁效应”油气层中泥质吸水膨胀，堵塞油气通道降低机械钻速易形成粘附卡钻易发生井漏二、井喷失控的原因及危害绪论三、做好井控工作的意义有利于发现油气层有利于保护油气层减少甚至杜绝井喷事故的发生保证安全顺利钻井

第一章地下各种压力概念

地下各种压力概念一、压力（Pressure）定义:指物体单位面积上所受到的垂直作用力。式中:压力帕(Pa)垂直作用力牛(N)受力面积米2(m2)地下各种压力概念一、压力（Pressure）单位换算：英制单位：磅／英寸2（PSI）地下各种压力概念二、静液压力（HydrostaticPressure）定义:指由静止液体重量产生的压力。

式中:静液压力兆帕(MPa)液柱垂直高度米(m)流体密度克／厘米3(g／cm3)结论:静液压力仅取决于液体的密度和液柱的垂直高度。地下各种压力概念三、压力梯度（GradientofPressure）定义:指每增加单位垂直高度压力的变化量。

则有：压力梯度深度式中：GHP压力地下各种压力概念由静液压力（梯度）：可得：同理：对于一般情况压力，兆帕（MPa)式中：G压力梯度,兆帕/米（MPa/m）（当量）密度，克/厘米3

（g/cm3）PH深度，米（m）四、当量泥浆密度可见：对于某一深度的一个压力，若等于某一密度的液柱在该深度处所形成的静液压力，则该密度就称为该压力的当量泥浆密度。地各种压力概念五、压力系数定义:某地层的压力系数是该地层的地层压力与对应静水柱压力之比。

某地层的压力系数在数值上等于该地层的地层压力当量泥浆密度。地下各种压力概念六、地层压力（FormationPressure）定义:指地层岩石孔隙中流体所具有的压力。

地层压力又叫地层孔隙压力（PorePressure)。根据地层压力当量密度与地层流体密度的关系，可将地层分为：正常压力地层：或异常高压地层：或异常低压地层：或地层压力当量泥浆密度地层流体密度地下各种压力概念七、上覆岩层压力（OverburdenPressure）定义:某地层受到的上覆岩层压力，等于该地层以上岩石和其中的流体总重量产生的压力。

式中:上覆岩层压力千帕(MPa)基岩密度克／厘米3(g／cm3)流体密度克／厘米3(g／cm3)地下各种压力概念八、上覆岩层压力与地层压力的关系基岩应力正常压力地层：异常高压地层：结论：异常高压地层通常伴随着基岩应力的降低（欠压实效应）。第二章异常高压成因及地层

压力检测

异常高压成因及地层压力检测如果地层岩石的空隙是连通的，那么，地层压力永远等于地层水的静液压力，也就是地层压力当量密度等于地层水密度。即：那么，为什么经常出现地层压力大于地层水静液压力，也就是地层压力当量密度大于地层水密度的情况。即：其原因的根本是：

地层岩石的空隙被阻断，不是连通的。一、异常高压成因异常高压成因及地层压力检测分析：地层空隙连通时，在外力（Po）的作用下，地层压力为正常地层压力，即：地层空隙不连通时，在外力（Po）的作用下，地层压力大于正常地层压力，即：异常高压成因及地层压力检测通过以上分析，形成异常高压的成因为：1、地层有储存流体的空间（孔隙度）2、地层不连通（圏闭）3、外力的作用（沉积、构造运动等）二、异常高压的种类（略）异常高压成因及地层压力检测1、地层压力检测方法分类1．钻前压力预告地震资料法：利用地震波在地层中的传播速度或传播时间的变化邻井资料二、地层压力检测异常高压成因及地层压力检测2．钻井中压力检测（1）钻井参数法机械钻速法dc指数法标准化钻速法页岩密度法。。。。。。。异常高压成因及地层压力检测（2）测井资料法

声波时差法电阻率法密度测井等（3）中途测试法RFT（电缆地层测试器）DST（钻杆地层测试器）3．完井压力检测（1）测井资料法（2）试油求压三、地层压力检测方法1．井底压差对钻速的影响式中：井底压力

地层压力

钻进中，在泥浆密度不变的情况下，当Vm发生改变时，可能为Pp发生了异常变化，即：钻进中可以用Vm的变化来检测异常地层压力。井底压差：井底压力与地层压力的差。三、地层压力检测方法2．机械钻速法如果在除压差因素以外的其他因素保持不变的条件下，机械钻速的变化就反映了压差的变化。特别在泥浆密度不变情况下，机械钻速就反映了地层压力的变化结论：在其它钻进条件不变的条件下，机械钻速增加就是地层压力增高的表现。影响机械钻速的影素并且有；机械钻速↑地层压力↑地层欠压实三、地层压力检测方法机械钻速法检测地层压力的问题：

保持其它条件不变不易做到。解决的办法：排除容易变化的因素的影响具体方法：dc(d)指数法标准化钻速法等等四、dc指数法1．d指数1）宾汉（Binghum）钻速方程1965年，M.G.Binghum在室内试验的基础上建立了钻速方程。

机械钻速钻速系数（岩石可钻性系数）

转速转速指数钻压钻压指数钻头直径上式中：并且：四、dc指数法2）d指数

1966年，J.R.Jorden&O.J.Shirly根据d

指数反映地层特性的这一性质，提出了用d

指数来检测地层压力的方法。假设条件：钻井条件：水力因素和钻头类型一定，岩性不变且为页岩。

取机械钻速与转速呈线性关系

（地层岩石以泥页岩为主）③其它钻井条件不变四、dc指数法则有：故必有：d指数计算式：对比：其实，通过以上假设，已将影响K的因素转给了d指数。四、dc指数法2）d指数计算代入英制单位，并将值调定在0.5～2.5范围内机械钻速英尺／小时

转速转／分

钻压磅

钻头直径英寸

四、dc指数法采用国际单位：机械钻速米／小时转速转／分

钻压千牛钻头直径毫米

四、dc指数法d指数与钻速Vm的变化关系：

米／小时转／分

千牛毫米

∵∴四、dc指数法d指数与钻速Vm的变化关系：

∴∴分析：在基本假设的条件下，有：Vm↑d↓△P↓Pp↑四、dc指数法钻压W、转速n对d指数的影响：

当钻压W、转速n改变

改变不变结论：

d指数不受钻压、转速的影响。在基本假设的条件下，d指数的变化是由地层压力的变化引起的。并且有：d↓Pp↑d↑Pp↓四、dc指数法问题：保持钻井条件不变不完全符合实际情况，其中泥浆密度会经常发生改变。解决办法：

对d指数进行修正。泥浆密度变化对d指数的影响：显然，此时d指数的增大是由于泥浆密度增大而引起的，并不是地层压力减小而引起的。四、dc指数法2．dc

指数

1971年，Rehum＆Mclenden提出了对d指数的修正方法。地层流体密度

泥浆密度

分析：

∴结论：dc指数不受泥浆密度改变的影响。四、dc指数法3．dc正常趋势线分析：在正常压力地层，随井深的增加，岩石的压实性增强，导致Vm减小，从而使dc指数增大；随着井深增加，钻头磨损增加，导致Vm减小，从而使dc指数增大；以上表明：在正常压力地层（Pp＝Ph），dc指数随井深的增加呈线性增加关系，该直线称为正常趋势线。或四、dc指数法4．dc指数检测原理注意：

dc指数正常趋势线，是反映正常地层压力情况下，dc指数随井深的变化趋势，它是dc指数检测地层压力的关键。

dc正常趋势线的应用：若dc指数偏离正常趋势线，表明地层压力发生了异常变化，为异常压力地层。

四、dc指数法求取dc指数正常趋势线：在正常压力地层钻进时，随钻作dc～H散点图，根据散点图用线性回归的方法求得正常趋势线的方程dcn～H，也可以用作图的方法得到正常趋势线。当钻到预计的异常高压层，实际计算的dco值将会明显向左偏离，然后就可以用各个井深的dc指数正常值dcn和实际的dc值dco检测(计算)地层压力。四、dc指数法5．dc指数的应用步骤：按一定段长准确收集所需参数资料，计算dc值。随钻作出dc～H曲线。作正常地层压力井段dc指数正常趋势线，建立正常趋势线方程。找出异常高压地层或压力过渡带。求地层压力。方法：公式法。

四、dc指数法6．公式法计算地层压力1）A.M.Zomara法（诺玛纳法）

此法又叫反算法。地层压力当量泥浆密度

地层流体密度；

实际dc值；

与dco对应的正常地层压力下的dc值，即该深度正常趋势线上的dc值。四、dc指数法2）伊顿法

1976年B.A.Eaton提出上覆岩层压力当量泥浆密度

或其余同前四、dc指数法3）康布法1976年Rehm－McClendon提出。代号意义同前四、dc指数法7．dc指数法应用注意事项检测段岩性均匀；泥、页岩井段。检测段中应保持水力参数（钻头水功率）大致不变；消除水力参数对影响。应以各个钻头行程段为一个检测段，分段作曲线；消除更换钻头的影响。应排除非正常钻进点岩性局部变化（非泥页岩点）；吊打；跑合钻头；非正常钻进（取心，磨鞋钻进）；钻遇裂缝、断层等不整合面；水力参数变化较大；钻头损坏。

四、dc指数法问题：更换钻头后正常趋势线如何作？正常压力地层换钻头：趋势线平移。异常压力地层换钻头：趋势线等距平移。

四、dc指数法dc指数检测地层压力原理小结：宾汉钻速方程d指数dc指数dc指数正常趋势线实际应用基本假设K=1,e=1排除了P、N的影响排除了泥浆密度的影响排除了压实性、钻头磨损的影响第三章地层破裂压力地层破裂压力地层破裂压力（FracturePressure）定义：指某一深度地层发生破碎和裂缝时所受到的压力。液压试验法目的：（1）检查注水泥作业质量；（2）实测地层破裂压力。地层破裂压力方法和原理：用防喷器关井，向井内以小排量泵入钻井液，泵压将直线上升，若泵压偏离直线上升趋势，则表明井下开始井漏。试验层位选择：套管鞋试压：钻开水泥塞后，再钻1米新井眼，然后进行液压试验。测地层破裂压力：钻至套管鞋以下第一个砂岩层，然后进行液压试验。

地层破裂压力试验步骤：循环调节泥浆性能，使全井泥浆密度均匀。然后上提钻头至套管鞋以上，关闭封井器。缓慢启动泵，用小排量（0.7l/s~1.32l/s）向井内注入泥浆。

（排量过大，地层可能被突然压裂，泥浆很快漏失，难以确定漏失压力）作立管压力与泵入量（累计）的关系曲线。地层破裂压力计算地层破裂压力：从曲线上确定漏失压力。漏失压力：开始偏离直线点的立管压力Pl。计算地层破裂压力和地层破裂压力当量泥浆密度。地层破裂压力原则：保证最大井内压力不压漏地层。表层套管以下

技术套管以下

确定最大允许钻井泥浆密度安全系数

地层破裂压力当量泥浆密度地层破裂压力确定最大允许关井套压[Pa]如图，有关系：得到：在发生溢流时关井，应保证关井套压Pa≤[Pa]地层破裂压力几种现场液压试验法及操作步骤：每次泵入泥浆，使立压增加1~2MPa，间隔三分钟，观察立压的变化。若压力没有变化，则重复进行；若压力下降，则停止试验，前一立压就是漏失压力。（1）间隙加压法（2）蹩压法经压井管汇向井内注入泥浆，慢慢关小节流阀，使套压升高，关节流阀的速度应控制井口套压的升高速度为0.35MPa/min，直到套压不再升高为止，最大套压值即为漏失压力。

第四章初次井控初次井控井控的核心问题：正确的保持或重建井底压力之间的压力平衡关系，即：式中：Pb井底压力，液柱压力+回压，可以人为调节。Pp地层压力，客观存在。初次井控初次井控的核心问题：确定合理的泥浆密度，以及相应的技术措施，以满足井底压力的平衡关系Pb>=Pp。一、井底压力及其影响因素钻井中，井底压力取决于钻井的工作情况（工况）1、静止工况井底压力2、钻进工况井底压力Pca环空循环压力降（流动阻力）；与泥浆性能、循环排量、环空流道面积等有关。初次井控3、起钻工况井底压力4、下钻工况井底压力Psw抽汲压力；与起钻速度、加速度、泥浆性能、环空间隙有关。Pdp未灌泥浆引起的液柱压力减小值激动压力;与起钻速度、加速度、泥浆性能、环空间隙有关。Psg初次井控二、泥浆密度的确定原则：在所有工况下满足井底压力的平衡关系，（Pb>=Pp）分析：静止工况钻进工况起钻工况下钻工况可以看出，起钻工况的井底压力最小；所以，应以起钻工况的井底压力平衡关系确定泥浆密度。初次井控由起钻工况的压力平衡关系：有：和：得：规定：油井：气井：令：附加密度初次井控三、溢流发生的原因1.对地层压力掌握不准，设计的钻井液密度偏低。2．井内泥浆柱高度下降原因：⑴起钻未灌泥浆或灌泥浆量不够⑵井漏3.井内泥浆密度下降；原因：

⑴地面水侵入、

⑵地层流体侵入4.起钻抽吸压力过大初次井控短起钻的两种基本作法A）一般情况下试起15柱钻具或起至套管鞋，然后再下回井底，开泵循环钻井液一周半，观察返出钻井液。如发现有油、气侵，则表明存在抽汲现象。若钻井液无气侵，则可正式起钻。若后效严重，不具备起钻条件时，应循环排除受侵污钻井液并适当调整钻井液密度至短程起钻正常后再起钻。B）特殊情况时（需长时间停止循环或井下复杂时），将钻具起至套管鞋内或安全井段，停泵观察一个起下钻周期加上其它空井作业时间，再下回井底循环一周半，观察返出钻井液。初次井控起钻前循环井内钻井液时间不应少于一周半；短程起下钻后的循环观察时间也应达到一周半以上；进出口密度差不超过0.02g／cm3。起钻中严格按规定每起出3～5柱钻杆或1柱钻铤灌满钻井液一次；若钻具水眼堵塞，起钻中应每柱灌满钻井液一次或连续灌注。起、下钻中防止溢流、井喷的主要技术措施初次井控下钻中应控制钻具下放速度，避免因激动压力过大导致井漏。在起下钻过程中，设备检修应安排在下钻至套管鞋进行；若起钻过程中因故不得不检修设备时，检修中应采取相应的防喷措施，检修完后应下钻到井底循环一周半，正常后再起钻。严禁在空井情况下进行设备检修。钻头在油气层中和油气层顶部以上300m井段内起钻速度不应超过0.5m／s，维持钻井液良好的造壁性和流变性，避免起钻中发生严重抽吸。第五章二次井控关键环节：

及时发现立即关井正确压井二次井控1.钻进过程中⑴直接显示：

①出口管钻井液流速加快②泥浆池液面升高③停泵后出口管仍有钻井液流出④钻井液性能发生变化密度降低粘度变化油侵粘度下降气侵粘度上升一、溢流的发现二次井控⑵间接显示①钻速加快；②蹩跳钻，放空，悬重增加；③泵压变化；④岩屑尺寸加大，数量增多；⑤转盘扭矩增大；⑥页岩密度减小。二次井控注意：油气层钻进中遇到钻速突然加快，放空，井漏，蹩跳钻等情况时，应立即停钻，停泵，观察10～15分钟。若发现有溢流，则立即关井；若无溢流，则循环至少一个迟到时间，观察有无油气显示，若有显示，则应适当调整钻井液密度。

二次井控2．起下钻起钻：灌入量＜起出钻具体积

下钻：

排出量＞下入钻具体积

停止下钻后，井口有钻井液流出→有溢流发生→有溢流发生二次井控3．空井井内有钻井液流出注意：空井时应注意井内液面是否有下降

→有溢流发生

泥浆液面是最直接、最准确、最关键的显示。所以，钻井施工中，应坚持对泥浆循环罐的液面的监测。二次井控控制住井口，有利于实现安全压井。制止地层流体继续进入井内，减小溢流量，保持井内有较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值。可准确地计算地层压力和压井时的套压值。及时关井的意义：发现溢流要及时关井。二、关井关井时应该同时：关闭钻柱内，（回压凡尔、旋塞等）关闭环空，（关闭防喷器）二次井控1．关井程序打开节流阀(或液动放喷阀)→关封井器→关节流阀

软关井硬关井直接关封井器

当发生溢流或井喷后，在节流管汇通道开启的情况下关防喷器，然后再缓慢关阻流器。当发生溢流或井喷后，在防喷器和四通等旁侧通道全部关闭的情况下关防喷器。二次井控①发：发出信号；⑴钻进中发生溢流时的关井程序⑤关：关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）；③抢：抢提方钻杆（带顶驱时为：上提钻具）

；④开：开启液动平板阀；

②停：停转盘，停泵（带顶驱时为：停顶驱，停泵）；⑥关：先关节流阀（试关井），再关节流阀前端紧邻的手动平板阀，然后打开环形防喷器；⑦看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井工程师（技术员）及钻井监督报告。二次井控①发：发出信号；⑵起下钻杆中发生溢流的关井程序⑤关：关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）；③抢：抢接钻具止回阀

；④开：开启液动平板阀；

②停：停止起下钻作业；⑥关：先关节流阀（试关井），再关节流阀前端紧邻的手动平板阀，然后打开环形防喷器；⑦看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井工程师（技术员）及钻井监督报告。二次井控①发：发出信号；⑶

起下钻铤中发生溢流的关井程序⑤关：关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）；③抢：抢接钻具止回阀

（或防喷单根）及钻杆；④开：开启液动平板阀；

②停：停止起下钻作业；⑥关：先关节流阀（试关井），再关节流阀前端紧邻的手动平板阀，然后打开环形防喷器；⑦看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井工程师（技术员）及钻井监督报告。二次井控①发：发出信号；⑷

空井时发生溢流的关井程序⑤关：关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器，如果未下入钻具则直接关全闭闸板防喷器）；③抢：抢下钻杆

（电测时为：抢起电缆，危急时割断电缆）；④开：开启液动平板阀；

②停：停止其它作业；⑥关：先关节流阀（试关井），再关节流阀前端紧邻的手动平板阀，然后打开环形防喷器；⑦看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井工程师（技术员）及钻井监督报告。二次井控①发：发出信号；⑸下套管中发生溢流的关井程序⑤关：关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）；③抢：抢接循环头、回压阀和钻杆；④开：开启液动平板阀；

②停：停止作业，将套管坐在转盘上；⑥关：先关节流阀（试关井），再关节流阀前端紧邻的手动平板阀，然后打开环形防喷器；⑦看：认真观察、准确记录立管和套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井工程师（技术员）及钻井监督报告。二次井控①发出报警信号，（根据溢流情况，决定是否起出电缆）；⑹测井时发生溢流的关井程序⑤打开环形防喷器；③关全封；④关节流阀及其前面的平板阀；②打开液动放喷阀（或适当打开节流阀，一般打开3～5圈），关环形防喷器；⑥向有关负责人汇报；⑦记录立压、套压和泥浆池液面升高量(溢流量)。二次井控关井后的处理：

(1)Pd=0;Pa=0

说明泥浆液柱压力大于地层压力，若溢流量很小,可以循环排除溢流即可；但若溢流量较大,应该关井循环排除溢流,循环时调节节流阀保持立压(泵压)不变。

(2)Pd=0;Pa>0

说明钻柱内泥浆液柱压力大于地层压力，但环空泥浆液柱压力小于地层压力，应该关井循环排除溢流,循环时调节节流阀保持立压(泵压)不变.溢流排除后适当提高泥浆密度。

(3)Pd>0;Pa>0

说明钻柱内和环空泥浆液柱压力小于地层压力，也就是说泥浆密度小于地层压力当量密度，应该应该按照正常压井方法压井。二次井控关井后套压的控制⑴井口装置的额定工作能力；关井后最大套压值[Pamax]必须小于：⑶最小地层破裂压力所允许的关井套压值。⑵套管最小抗内压强度；且：井口装置的承压能力井口套管的抗内压强度套管鞋处的允许关井套压二次井控三、天然气溢流的特点

1.气体的特点气体状态方程，（理想气体、等温状态）或：也就是说：气体是可压缩的。例：在3000米的井底，有1m3气体，井内为清水；那么，当该气体上升到井口是为多少体积？可以知道，井底1m3气体，到地面时为300m3。说明气体的膨胀是很大的。二次井控2.

天然气侵入井内方式

⑴随钻屑进入：被破碎岩石孔隙中的天然气进入井内泥浆中；2扩散进入：由于浓度差，地层中天的然气通过泥饼向井内扩散；3置换进入：裂缝或溶洞中的天然气被置换出来而进入井内；⑷失衡进入：井底压力小于地层压力，在压差作用下，大量天然气进入井内。二次井控井底gasmud地面均匀气侵：天然气以微小气泡混在泥浆中气泡运移方式：随循环泥浆上升滑脱上升3.均匀气侵对泥浆柱压力的影响气泡上升过程中，气泡受到的压力减小，气泡体积增大，泥浆密度减小。气泡上升过程中，气泡受到的压力减小，气泡体积增大，泥浆密度减小。

二次井控气泡运移的结果：气侵泥浆在井深H处的密度：未气侵钻井液密度地面压力井深H处压力地面气侵钻井液密度与气侵前钻井液密度的比值二次井控气侵后相对气侵前井底（泥浆液柱）压力减小值△p：计算得：假设：⑷不要盲目加重泥浆。⑶要注意地面除气，防止恶性循环；⑵均匀气侵会使井底压力减小，但减小程度不大,一般不会严重影响井内压力平衡关系；结论：

⑴均匀气侵后，井内泥浆密度随井深自下而上将逐渐减小；

二次井控4.井下积有气柱开井情况下造成泥浆自动外溢的条件

形成气柱的原因：⑴Pb<Pp

,发生溢流；⑵起钻抽汲；⑶长时间静止不循环，井底均匀气侵的气体和地层继续扩散进入的气体积聚形成气柱。气柱的上升方法：⑴不循环时，滑脱上升；⑵循环时，泥浆顶着上升。自动外溢：气体上升时，由气体的膨胀顶出气柱上方的泥浆的现象。二次井控分析：气柱上升作用气柱上的泥浆液柱压力减小气柱膨胀排出气顶多余的泥浆出口流量逐渐增大气柱上升······当气柱上升到一个（一定）临界高度后气柱将气柱上的泥浆顶出以上就是开井情况下造成泥浆自动外溢的过程。该现象在起下钻后，最容易发生，并称为“后效”。问题：⑴在什么条件下气柱顶出上部的泥浆？⑵顶出上部泥浆后，井底压力是否失去平衡？二次井控气柱上升后自动外溢的条件

设气柱顶部上升到距离井口高度为xcr，气柱高度为hcr，此时达到自动外溢条件,气底泥浆柱高度为L。

hcr

XcrLxhwPS

m

m

mHPS经过分析推导得：

hcr

XcrLxhwPS

m

m

mHPS气柱在井底自动外溢前二次井控井底压力失去平衡判断：自动外溢前井底压力失去平衡自动外溢后井底压力失去平衡井底压力不会失去平衡结论：井内积有气柱时，在开井状态下，一定会发生泥浆自动外溢。发生泥浆自动外溢前后，若井内泥浆柱压力小于地层压力，会导致天然气再次进入井内而发生井喷。井内有气柱时，不能敞开井，要有控制地循环排污。二次井控5.关井情况气柱上升对井内压力的影响关井时气柱仍要滑脱上升；（上升速速300/小时左右）上升过程中，气体体积不变，压力不变，保持为地层压力；

结论:关井过程中，井内各处的压力将逐渐增大。PmPmPP由于气柱保持原有压力不变，气柱上升过程中，根据压力平衡的关系，井内各处的压力将逐渐增大。分析：二次井控当气柱上升到井口时，应有：井口压力＝原井底压力（或井内泥浆柱压力）井底压力＝两倍原井底压力72036150030000541836MPa二次井控6.关井后天然气上升的处理方法有控制地进行放浆处理方法:放浆气体膨胀气柱压力降低井内压力降低关井后，如果气柱上升，井口、套管鞋处的压力将升高，为了不压漏地层、压坏井口和井口套管，必须保证关井套压不大于允许的最大关井套压[Pamax]：且：井口装置的承压能力井口套管的抗内压强度套管鞋处的允许关井套压二次井控②当立压增加到Pd1+△P

(或套压增加到Pa1+△P)时，适当打开节流阀进行放泥浆，当立管压力降到Pd1（或套压增加到Pa1）的时，关闭节流阀停止放浆。③重复步骤②，可使天然气安全上升，直到井口。

①确定一个最小立管压力Pd1或最小关井套压值Pa1，以及立、套压变化值

△P;放浆方法:二次井控7.天然气上升速度的计算气柱上升，套压升高；气柱上升越快，套压升高越快。∵关井状态下，气柱上升，体积不变，压力保持不变；原理：∴套压的升高值就是气柱上方泥浆柱压力的减小值。设初始关井套压为Pa，关井1小时后套压为Pa1；气柱上升速度为VrVr

：m／h其余同前第六章压井压井基本要求：1.在整个压井过程中，始终保持井底压力略大于地层压力，防止地层再次侵入井内；2.避免压漏地层和压坏井口及套管。基本原理：井底压力=井内泥浆柱压力+井口回压控制手段：调节节流阀（阻流器）的开度，以调节井口回压，达到控制井底压力的目的。注：井口回压实际上是节流阀的局部流动阻力（压降）。压井一、压井基本原理1．关井状态式中：Pmp钻柱内液柱压力Pma环空内液柱压力Pd关井立压Pa关井套压PpPdPa原浆溢流HhW压井一、压井基本原理⒉

循环状态式中：Pcp钻柱内循环压降Pca环空内循环压降PT循环立压PA循环套压PTPAPp原浆溢流H二、压井基本数据的计算压井1．地层压力Pp关井一段时间后，井底压力Pb等于地层压力Pp

，由压力平衡关系，有：Pw——溢流柱压力MPa其余同前钻柱内：环空内：显然，用钻柱内平衡关系式计算较为方便、准确。压井但是，当钻具内有回压凡尔时，关井立压Pd无法准确读到，是否应该用环空内的压力平衡关系计算地层压力。由于环空中的钻井液由于被污染，环空中的钻井液液柱压力计算不准，不能用环空内的压力平衡关系计算地层压力。钻具内有回压凡尔时确定关井立管压力的具体方法方法1：蹩通法

记录关井套压Pa;小排量泵入或间歇开泵（直到关井套压Pa上升后停泵）;记录蹩通后的套压为Pa1、立压为Pd1。计算Pd压井方法2：循环法缺点：不好操作；计算不准，建议：不采用压井圈闭压力：指关井后获得的立管压力和套压中超过平衡地层压力所应有的立管压力和套压那部分附加压力。此时，井底压力大于地层压力。例如：地层压力为32MPa，井内浆柱压力为30MPa，则平衡地层压力所应有关井立管压力为2MPa。若关井获得的立管压力为2.5MPa，则多出的0.5MPa就称为圈闭压力。压井圈闭压力产生原因：关井时泥浆泵未停稳；检查和消除方法：关井后气体在环空中上升。

开节流阀放出少量泥浆（50～80升），关闭节流阀，观察关井立压、套压的变化。若Pd

↓，Pa

↓若Pd

不变，Pa

↑有圈闭压力

无圈闭压力

压井确定原则：

压井泥浆静液柱压力等于地层压力。

由：即：2．压井泥浆密度计算

可得：压井3．溢流种类的判别

在溢流发生后，关井立管压力的大小只取决于地层压力和井内的浆柱压力的大小。而关井套压的大小不仅与地层压力的大小有关，而且与溢流的种类、溢流量的多少有关。因此，可利用关井立管压力、套压和溢流量来判断溢流的类型。设：关井立管压力为Pd（兆帕）关井套压为Pa

（兆帕）

溢流量为V（米3）环空截面积为A（米2）溢流在环空的高度hW

(米)则：溢流在井底所占高度为

(米)压井由压力平衡方程：

可得：判别：天然气盐水油压井4.压井用排量（小排量）Q1由于循环压耗与排量的关系：所以：为了保证在压井过程中的泥浆泵压（循环压耗）较小，应该采用比钻进排量较小的压井排量。一般要求：式中：QQ1钻进排量压井（小）排量压井5．压井循环时的立管总压力⑴初始循环立管总压力PTi初始循环立管总压力：

用原浆、以压井排量循环时，能够平衡地层压力的立管压力（泵压）。式中：

初始（用原浆、压井小排量）循环压耗初始循环立管总压力

压井⑵终了循环立管总压力

PTf终了循环立管总压力：

用重浆、以压井排量循环时，能够平衡地层压力的立管压力（泵压）。

式中：

终了（用重浆、压井排量）循环压耗终了循环立管总压力

压井初始循环压耗

Pci(1)计算法：根据排量和循环压耗的关系有关系：可得到：式中：Pc钻进时泵压压井(2)试验法：低泵冲试验：在油气层中钻进时，在某次接单根以后，用确定的压井小排量（低泵冲）短时间循环一次，记录泵压（立管压力）即为初始循环压耗Pci

。因为循环压耗与循环管路的长度成正比关系。所以，一般每钻进30~50米进行一次低泵冲试验。试验后，应记录并调表保存，以备在需要压井时使用。压井终了循环压耗

Pcf根据密度和循环压耗的关系有关系：可得到：式中：钻进时密度（1）钻柱内容积的循环时间td：压井6．压井时间其实，钻柱内容积系数就是钻柱氺眼的横截面积m2

。其余同前。钻柱内的容积系数m3/m（2）环空容积的循环时间ta：压井其实，环空容积系数就是环空的横截面积m2

。其余同前。环空容积系数m3/m压井三、压井方法关井后在处置程序上有四种可能性：(1)同步法：立刻开始边加重泥浆边循环压井；(2)工程师法(等待加重法)继续关井先加重泥浆，再循环压井；(3)司钻法（两步法）：先循环排出受侵污的泥浆，再加重泥浆，然后压井；(4)边等边加重法：先循环排出受侵污的泥浆，然后边加重泥浆边循环压井。不同方法各自特点：同步法：时间最短，井口泵压最小，受压时间最短，减少粘卡，最安全，计算最复杂。工程师法：时间较短，井口压力较小，也较安全，关井时间长，对循环不利。司钻法：相对安全，技术上易掌握，需要最长时间，最大程度运用井口设备。边等边加重法：处置不但象第１种那样复杂，而且需要长的时间。压井压井四、司钻法压井1．施工步骤⑴第一循环周：司钻法又叫两步法用原浆循环排污⑵第二循环周：用重浆循环压井压井2．压井过程中的立压和套压变化规律

⑴第一循环周：（循环排污过程）由于该过程钻柱内的液柱压力没有发生变化，所以立压不应该变化；同时，能够保证平衡地层压力的立压（泵压）就是初始循环立管总压力Pti。即：在第一循环周，为保证井底压力的平衡关系，应保持立压（泵压）为Pti不变。1）立压变化规律注意：

研究立压时，只考虑钻柱内的压力平衡关系；研究套压时，只考虑环空内的压力平衡关系。压井⑵第二循环周：（重浆压井过程）

a.重浆在钻柱内下行过程

由于该过程钻柱内的液柱压力逐渐增大，所以立压应该逐渐减小；重浆开始下行时，钻柱内全是原浆，此时能够保证平衡地层压力的立压（泵压）就是初始循环立管总压力Pti

。当重浆达到钻头时，可以近似认为全井为重浆，此时能够保证平衡地层压力的立压（泵压）就是初始循环立管总压力Ptf

。即：在第二循环周的重浆下行过程，立压（泵压）应从Pti

正比下降到Ptf

。压井b.重浆在环空上返过程

由于该过程钻柱内的液柱压力没有发生变化，所以立压不应该变化；同时，用原浆循环，能够保证平衡地层压力的立压（泵压）就是终了循环立管总压力Ptf。即：在第二循环周的重浆上返过程，为保证井底压力的平衡关系，应保持立压（泵压）为Ptf

不变。压井ta第一循环周tdta第二循环周PPtiPtft气体油、水司钻法压井立、套压曲线PaPd压井⑴第一循环周：（循环排污过程）

a.天然气在环空上升（气体从井底上升至气顶到井口）2）套压变化规律由环空压力平衡关系：由气态方程：由压力平衡方程：XhxyHPTPAPp压井联解以上方程组：注意：可得到：显然：当y增大时，PA增大，且PA与y为二次曲线关系。当y=ym时，气顶到井口，PA=PAmax

。压井最大套压PAmax计算：由环空压力平衡关系：由气态方程：由以上分析可以看出：气顶到井口时，套压达到最大值PAmax。hxymHPTPAmaxPp压井联解以上方程组注意：可得到：其中：同时有：该段用时间：压井b.排气过程该过程中，环空内的液柱压力逐渐增大，所以，套压应该逐渐减小。当溢流排完后，则有以下关系：即：该过程中，套压应从PAmax正比下降到Pd

。该过程用时间t2：注意：溢流排完后，井套压=立压=Pd

。压井(2)第二循环周：

a.重浆在钻柱内下行:因为重浆在钻柱内下行时，环空内泥浆液柱压力不变，所以，套压应该不变，且等于关井立管压力Pd。该过程用时间t3：b.重浆在环空内上返：因为重浆在环空内上返时，环空内泥浆液柱压力逐渐增大变，所以，套压应该逐渐减小，当逐渐返到井口时，套压应为0。该过程用时间t4：压井溢流为液体时的立、套压变化规律；1.立压变化规律：因为钻柱内的情况与气体溢流完全相同，所以，立压变化规律与气体溢流相同。2.套压变化规律：因为环空内的情况与气体溢流不同，所以，套压变化规律与气体溢流不同。

(1)第一循环周

(a)溢流上返过程因为环空的液柱压力不变，所以，套压应该不变，且应等于关井套压值Pa

。(b)溢流排除过程因为：环空液柱压力逐渐增大，所以：套压逐渐减小，并且，当溢流排完后，PA=Pd

。

压井ta第一循环周tdta第二循环周PPtiPtft气体油、水司钻法压井立、套压曲线PaPd压井司钻法压井小结：关键：整个过程中，始终保持井底压力大于等于地层压力。控制依据：立压、套压。方法：调节节流阀。为了控制方便：第一循环周，控制立压为PTi；第二循环周：重浆下行过程：控制套压为Pd

；重浆上返过程：控制立压为PTf

。滞后时间：压力在泥浆中的传播速度为300米／秒。控制立压时有滞后时间，可以通过套压变化进行立压的控制。即需要调整立压时，观察套压，套压的变化就是立压在滞后时间以后的立压变化值，以避免滞后时间的干扰。压井开泵开节流阀的操作问题：在关井状态下，压井施工开始的开泵和开节流阀的操作不当，将导致：（1）蹩泵；（2）井底压力小于地层压力，地层流体再次进入井内。为此，应按以下步骤操作：①缓慢启动泵，调节节流阀，使套压保持为关井套压不变；②当排量达到压井排量时，保持排量不变，然后调节节流阀按压井立（套）压的变化规律控制立管压力或套管压力。

压井A.原始数据井深H=

m 钻柱容积系数Vd=

m3/m

原浆密度ρm=

g/cm3 积系数Va=

m3/m

钻进排量Q=

L/s 破裂压力梯度Gf=

MPa/m

压井排量Q1=

L/s 套管鞋处深度h=

m

钻进泵压Pcn=

MPa 压井附加密度ρe=

g/cm3B.溢流时记录数据关井立管压力Pd=

MPa 地面泥浆池增量△V=

m3

关井套管压力Pa=

MPaC.压井计算数据压井泥浆密度

g/cm3

初始循环立压

MPa终了循环立压

MPa

最大允许关井套压

MPaA.原始数据井深H=

m 钻柱容积系数Vd=

m3/m

原浆密度ρm=

g/cm3 积系数Va=

m3/m

钻进排量Q=

L/s 破裂压力梯度Gf=

MPa/m

压井排量Q1=

L/s 套管鞋处深度h=

m

钻进泵压Pcn=

MPa 压井附加密度ρe=

g/cm3B.溢流时记录数据关井立管压力Pd=

MPa 地面泥浆池增量△V=

m3

关井套管压力Pa=

MPaC.压井计算数据压井泥浆密度

g/cm3

初始循环立压

MPa终了循环立压

MPa

最大允许关井套压

MPa压井五、工程师法压井工程师法压井又称等候加重法。它是关井后，加重泥浆密度到压井用泥浆密度，然后直接用重浆入井，排污河压井在一个循环周内完成的压井方法。所以，工程师法又称一步法。1.立压变化规律钻柱内的情况与司钻法压井的第二循环周完全一样，所以，立管压力变化规律与司钻法压井第二循环周相同。1）重浆下行过程立压从PTi正比下降到PTf。2）重浆上返过程立压保持PTf不变。压井2.套压变化规律1）重浆下行过程套压按司钻法第一循环周相同。当重浆到达井底时，气底以下的原浆液柱为原钻柱内的原浆在环空的高度，此时，套压达到第一峰值PAmax1，将yd带入上升的y,得到：其中：压井2）重浆上返到气顶到井口过程由环空压力平衡关系：由气态方程：由压力平衡方程：压井联解以上方程组，得到：气顶到井口时，套压等于第二套压峰值。即：PA=PAmaxy=ymax压井第二套压峰值计算：由环空压力平衡关系：由气态方程：和压井联解以上方程组，得：其中：并且有：注：如果重浆密度没有附加，则：压井工程师法压井立、套压变化曲线tdtaPPtiPtfttd重浆到钻头气顶到井口气体排完Pa压井六、影响压井套压的因素

1．溢流的种类由压井套压变化曲线中可以看出，油、水溢流与天然气溢流比较，套压变化有明显的不同，在相同条件下，天然气溢流的套压较高。2．溢流量溢流量越大，压井套压越高。为了防止套压过高和避免压漏地层，必须严格控制以流量。因此，应尽早发现溢流，并迅速采取正确的操作关井。压井3．环空截面尺寸环空截面尺寸的大小和变化，均会影响溢流在环空所占的高度，从而引起压井过程中套压变化。4．压井方法采用工程师法压井时，套压的变化虽然比司钻法较复杂，但采用工程师法压井可得到较低的套压。5．压井泥浆密度对司钻法压井过程中的套压变化没有影响。

罗家16H井井喷案例分析罗家16H井井喷案例分析1．井喷事故发生经过该井于2003年5月23日开钻，2003年12月23日2：29钻至井深4049.68米，水平段长424米，循环泥浆后起钻。起钻过程中，顶驱滑轨偏移，导致挂吊卡困难，起至井深1948米套管鞋内修顶驱滑轨。12月23日21：51起钻至井深209.31米发现溢流泥浆1.1m3，立即下放钻具，抢接回压凡尔无效，21：55抢接顶驱无效，发生强烈井喷。罗家16H井井喷案例分析1．井喷事故发生经过钻杆内喷高10米，钻具上行2米左右，大方瓦飞出转盘。21：59关球形、半闭防喷器，钻杆内液气同喷达二层台以上。22：01钻杆被井内压力上顶撞击在顶驱上，撞击火花引发钻杆内喷出的天然气着火。22：03关全闭，钻杆未被剪断而发生变形，高速气流将火熄灭，但井口仍喷气。转盘面以上约有14米钻杆倾倒向指重表方向。24日13：30发现因钻具氢脆折断落井，防喷器自动关井，井口停喷，16：00点火成功。12月27日11：00压井成功，罗家16H井井喷解除。罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因①钻具组合中未安装钻具回压阀钻具回压阀是目前最主要的钻具内防喷工具。在气层中钻进钻柱中没有装回压阀，违反了《钻井技术操作规程》“气层钻进中钻柱必须装上钻具回压阀”的规定。罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因②钻进中有明显的异常显示但未采取任何措施

该井在井底9m钻遇快钻时，钻时从34.4分钟降至最低6.2分钟，钻时明显加快，应立即停钻观察。但现有的记录看不到有任何这方面的作为。

罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因③起钻前循环时间严重不够该井4049.68m井深的循环一周需要97分钟，循环迟到时间为62分钟。从录井曲线读值实际循环泥浆时间是35分钟。即使按理想状态的排量计算，连取砂样的迟到时间都还没有到，最后所钻的3米的岩屑气尚未返至地面就起钻，这是造成这次井喷失控事故的一个很重要的原因。罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因④在气层中钻进没有进行短程起下钻《钻井技术井控规定》和《钻井井控规定实施细则》都规定：钻开油气层后，起钻前要进行短程起下钻并循环观察后效。并且应该计算气体上窜速度，以确定每趟起下钻作业的安全时间。罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因⑤发现起钻时一直喷泥浆不作认真分析和处理12月23日白班的司钻接班检查时（7:15）就提出“都起20多柱（实际为29柱）了，钻杆水眼喷泥浆还很严重”的问题，未引起重视。晚上7:30在交接班会上接班的司钻又提出“起钻喷泥浆太凶，起一柱喷一柱”的问题。当时经现场人员合议认为，此状况是“打钻时泥浆上加了料，没循环均匀”所致，其它无影响。就算是打钻时泥浆上加了料，都起了快3000米，钻具内外钻井液面还未自动找平？既然知道泥浆上加了料，为什么不循环均匀了再起钻？这是不是一个缺乏钻井常识的低级错误？罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因⑤发现起钻时一直喷泥浆不作认真分析和处理该班接班后起钻，起钻时发现钻杆母接头内泥浆是满的，后来发展到从钻杆内外溢，仍没有引起重视，到最后就从钻杆内喷出来了。如果发现钻杆内泥浆是满的能够引起警觉，立即抢接回压凡尔，关封井器井口仍是不致以失控的。对整个起钻过程中一直发生钻具喷泥浆这一不正常现象，不分析，不处置，是造成井喷失控的一个很重要的原因。罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因⑥起钻过程中安排修理顶驱，修理完后，又未下至井底循环该井本次起钻中，起钻至井深1849m（而不是95/8″套管鞋2478.89m），修理顶驱设备时间长达4:20，修好后又没有下钻至井底循环排出气侵泥浆，而是直接起钻，延长了停止循环泥浆的时间。加之起钻过程又很长，使井内静止时间长达18:21，这也是导致发生井喷失控的一个原因。

罗家16H井井喷案例分析2．井喷事故发生原因⑦起钻不认真灌泥浆，没有及时发现溢流，是造成井喷失控事故的主要原因之一经查，本次起钻有4次5柱以上才灌一次泥浆，开始起钻就起6柱后才灌一次泥浆，间隙最长的达9柱才灌一次。

第六章硫化氢防护硫化氢防护一、H2S的性质与危害1．硫化氢的特性剧毒：其毒性可与氰化物相比，是一种致命的气体；无色气体，沸点约为－60℃；密度为1.189。比空气重，极易聚集在底凹处；H2S在低浓度时可闻到臭鸡蛋味，当浓度高于4.6PPm时，人的嗅觉迅速钝化而感觉不出H2S的存在；硫化氢防护一、H2S的性质与危害1．硫化氢的特性当H2S浓度在4.3PPm～46PPm时，在空气中形成的混合气体遇火将产生强烈的爆炸；H2S燃点为250℃，燃烧时为蓝色火焰，并生成危及人眼睛和肺部的二氧化硫；H2S可致人眼、喉、和呼吸道发炎；硫化氢防护一、H2S的性质与危害1．硫化氢的特性H2S易溶于水和油，在20℃、1个大气压下，一体积的水可溶解2.9体积的H2S，随温度升高溶解度下降；H2S及其水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，如果溶液中同时含有CO2或O2，其腐蚀作用更快。硫化氢防护一、H2S的性质与危害2．硫化氢的浓度体积比浓度：指H2S在空气中的体积比。常用PPM表示；重量比浓度：指H2S在一立方空气中的重量，单位为mg/m3;kg/m3。10PPM=14.4mg/m3,10mg/m3=7PPM车间空气卫生标准:中国MAC10mg/m3;美国ACGIHTLV-TWA14mg/m3(10ppm)硫化氢防护一、H2S的性质与危害3．硫化氢的浓度与危害程度H2SPPm危害程度0.13～4.6可嗅到臭鸡蛋味，一般对人体不产生危害4.6～10刚接触有刺热感，但会很快消失10～20我国临界浓度规定为20PPm，超过此浓度必须戴防毒面具50允许直接接触10分钟100刺激咽喉，3～10分钟会损伤嗅觉和眼睛，轻微头痛、接触4h以上导致死亡200立即破坏嗅觉系统，时间稍长咽、喉将灼伤，导致死亡500失去理智和平衡，2～15分钟内出现呼吸停止，如不及时抢救，将导致死亡700很快失去知觉，停止呼吸，若不立即抢救将是死亡1000立即失去知觉，造成死亡，或永久性脑损，智力损残2000吸上一口，将立即死亡，难于抢救硫化氢防护作业中接触硫化氢限制时间

（OccupationalExposureLimits)10PPM最长接触时间为每天8小时，在8小时内OEL不超过15和20PPM；15PPM允许接触不超过15分钟——每天8小时内不能超过4次，每次接触硫化氢至少间隔60分钟（不接触任何浓度H2S）；20PPM为最高接触极限浓度—任何情况下不允许作业人员接触超过20PPMH2S。

（加拿大规范）硫化氢防护二、含硫气田的钻井工程设计要求1．井场要求在含H2S地区钻井，布井场前应勘测地形并测定主风向。井场选址应远离人口稠密的村镇1Km以上（H2S在100PPm时的扩散半径为914m）。不能布在H2S不易扩散的低洼地。主风向下方距公路至少30m以上。硫化氢防护二、含硫气田的钻井工程设计要求1．井场要求井场上应有两个以上出入口。便于应急时采取抢救和疏散人员。井场出入口处要有防护设备，以便一旦发生紧急情况时使用，出入口处都安装报警仪器和风向标。硫化氢防护二、含硫气田的钻井工程设计要求1．井场要求井场要准备呼吸防护设备，其软管呼吸接头必须能满足全体人员需要。现场上要有至少可储存能使用30min空气的容器。井场设有三个以上风向标，供现场人员观察H