井控基礎(chǔ)知識及其注解

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上在鉆井進(jìn)入某一地層之前，地層中各種壓力保持著自身的平衡。在鉆進(jìn)進(jìn)入各種地層的過程中，不斷破壞地層中各種壓力的平衡關(guān)系。地層壓力、地層破裂壓力、地層坍塌壓力與井筒壓力之間具有非常重要的關(guān)聯(lián)。當(dāng)井筒壓力小于地層壓力，地層中的流體會進(jìn)入井筒；當(dāng)井筒壓力小于地層坍塌壓力，井壁巖石會發(fā)生坍塌；當(dāng)井筒壓力大于地層破裂壓力，會壓漏地層，導(dǎo)致井漏發(fā)生。鉆井過程中，對井內(nèi)壓力實(shí)施的控制，通常稱為井控。井控的任務(wù)主要有兩方面，第一、通過控制井內(nèi)鉆井液密度，使井底壓力和底層壓力保持在一個相對平衡的狀態(tài)；第二、當(dāng)?shù)貙恿黧w侵入井筒超過一定量后，通過井口裝置的控制及調(diào)整井內(nèi)鉆井液密度，將井內(nèi)侵入

2、的地層流體安全排出，并建立新的適合井底壓力和地層壓力的關(guān)系，確保安全鉆進(jìn)。第一章、井控設(shè)備系統(tǒng)一、井控設(shè)備系統(tǒng)組成1、 井口裝置及控制系統(tǒng)，包括液壓防噴器及控制系統(tǒng)、四通、套管頭法蘭短節(jié)等。2、 井控管匯，包括節(jié)流管匯、壓井管匯、放噴管匯及放噴管線等。3、 鉆柱內(nèi)防噴工具，包括浮閥等。4、 井控儀表，包括綜合錄井儀、液面監(jiān)測儀、溢流報警儀及各種壓力表等。5、 鉆井液凈化、灌注裝置。6、 特殊的專用設(shè)備及工具。二、井控設(shè)備功用1、 及時發(fā)現(xiàn)溢流。在鉆井過程中，能夠?qū)Φ貙訅毫Α@井參數(shù)和鉆井液量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)溢流顯示，盡早采取控制措施。2、 能夠關(guān)閉井口。溢流發(fā)生后，通過操作井控設(shè)備實(shí)

3、現(xiàn)迅速關(guān)機(jī)，及時密封鉆具內(nèi)孔和環(huán)空，防止發(fā)生井噴，并通過建立足夠的井口回壓，實(shí)現(xiàn)對地層的二次控制。3、 井內(nèi)流體可有控制的排放。實(shí)施排污或壓井作業(yè)，在向井內(nèi)泵入鉆井液時能夠維持足夠的井底壓力（與地層壓力保持在一個相對平衡的范圍內(nèi)），同時從井口安全排出受污染的鉆井液。4、 徑向正（反）注液。允許先鉆桿內(nèi)或環(huán)空泵入鉆井液、壓井液或其他流體。5、 允許帶壓操作。必要時，在帶壓情況下，能夠?qū)@具強(qiáng)行下入井中或從井中起出鉆具。三、防噴器型號和規(guī)范防噴器的最大工作壓力是指防噴器安在井口上投入工作后所能承受的最大井口壓力，最大工作壓力反映了防噴器強(qiáng)度指標(biāo)。防噴器工程通徑是指防噴器的上下垂直通孔直徑，通徑是防

4、噴器尺寸的指標(biāo)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，我國防噴器的最大工作壓力共分為6個等級：13.8MPa（2000psi）、20.7 MPa（3000psi）、34.5 MPa（5000psi）、69 MPa（10000psi）、103.5 MPa（15000psi）和138 MPa（20000psi）。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，防噴器公稱通徑有10個等級，目前我國常用的有：9in、11in、13-5/8in、21-1/4in等。防噴器型號由產(chǎn)品代號、通徑尺寸和額定工作壓力組成。例：FH18-34.5表示公稱直徑為179mm、最大工作壓力為34.5 MPa的環(huán)形防噴器。1、防噴器公稱通徑的選擇防噴器公稱通徑的選擇要保證后續(xù)套

5、管和井下工具等能順利通過。2、防噴器壓力等級的選擇防噴器壓力等級的選擇應(yīng)與裸眼井段中最高地層壓力相匹配，確保必要時封井可靠，不至應(yīng)井口承壓不夠而導(dǎo)致井口失控。“三高井”應(yīng)在常規(guī)井控設(shè)計的基礎(chǔ)上提高一個壓力等級。3、組合形式1) 深井、超深水井、高油氣比井及“三高井”，至少要配備一個環(huán)形防噴器、單閘板防噴器、雙閘板防噴器和鉆井四通（水下防噴器無鉆井四通），其中應(yīng)安裝一個剪切閘板防噴器。2) 地層壓力大于35MPa且小于70MPa的開發(fā)井，應(yīng)配備環(huán)形防噴器、兩個單閘板防噴器或一個雙閘板防噴器和鉆井四通。第二章、井控工藝一、溢流產(chǎn)生的主要原因和征兆1、溢流產(chǎn)生的原因溢流產(chǎn)生的根本愿意是井筒液柱壓力小

6、于地層孔隙壓力，其主要表現(xiàn)形式有：1) 鉆井液密度過低；2) 起鉆灌漿不及時；3) 井漏導(dǎo)致井筒液面下降；4) 起鉆抽吸作用；5) 氣侵等。2、溢流的征兆井侵是溢流的前奏，井侵發(fā)生后，在地面上會有相應(yīng)的顯示。1) 直接征兆 鉆井液返出量增加； 循環(huán)池液面增加； 起鉆灌漿量減少； 停泵后鉆井液從返出口自動外溢等。2) 間接征兆 鉆井液密度降低； 鉆速增加； 大鉤懸重增加； 泵壓下降； 其它征兆，如鉆井液性能變化、氣測值升高、返出有油花等。二、溢流的預(yù)防溢流的預(yù)防主要分為五個階段。1、鉆井設(shè)計1) 井位選擇，盡量避開淺層氣；2) 根據(jù)鄰井資料和地震資料，做好地層壓力預(yù)測；3) 根據(jù)三壓力曲線優(yōu)化井

7、身結(jié)構(gòu)；4) 根據(jù)地層壓力，選擇合理的鉆井液密度，并附加安全余量（油水井通常附加0.05-0.10g/cm3，氣井通常附加0.07-0.15g/cm3）；5) 根據(jù)地層孔隙壓力，優(yōu)選井控設(shè)備（油水井防噴器最大工作壓力不低于最大地層孔隙壓力，氣井防噴器最大工作壓力不低于最大地層孔隙壓力的1.2倍）。6) 按要求試壓，并做地層破裂壓力試驗(yàn)。2、日常作業(yè)日常作業(yè)中加強(qiáng)監(jiān)測、設(shè)備保養(yǎng)、定期試壓并舉行放噴演習(xí)等。3、鉆開油氣層前井口裝置試壓，套管試壓等。4、鉆開油氣層中1) 調(diào)整鉆井液性能；2) 鉆入油氣層2-3m應(yīng)停止鉆進(jìn)并循環(huán)，以確認(rèn)井筒內(nèi)鉆井液密度是否合適；每班至少應(yīng)做一次低泵速實(shí)驗(yàn)，如果進(jìn)尺較多

8、、鉆井液性能發(fā)生變化或鉆具組合改變，需及時補(bǔ)做低泵速實(shí)驗(yàn)，低泵速實(shí)驗(yàn)泵速通常為正常鉆進(jìn)排量的1/4-1/3；3) 每班填寫井控原始數(shù)據(jù)和壓井施工單，管線閥門及設(shè)備檢查等。5、鉆開油氣層后此階段除了要做好鉆開油氣層中的各項(xiàng)工作外，還需要遵循安全起下鉆原則。1) 滿足以下條件才能進(jìn)行段起下鉆 調(diào)整鉆井液性能，至少循環(huán)兩周，使鉆井液密度均勻； 氣全量值要小于5%且處于下降趨勢； 停泵觀察，15min無溢流。2) 短起下鉆，測氣體上竄速度短起下鉆作業(yè)時間（包括起鉆、靜止和觀察總時間）不得少于4h，過短的短起下鉆不能反應(yīng)實(shí)際的氣體上竄速度。氣體上竄速度大于50m/h則不能起鉆。3) 起下鉆裸眼起下鉆速度

9、不大于0.5m/s，降低抽吸壓力和激動壓力的影響。三、溢流的處理1、發(fā)生溢流應(yīng)采取的措施1) 鉆臺停止當(dāng)前作業(yè)；2) 發(fā)出井涌信號，按照關(guān)井程序立即關(guān)井；3) 高隊(duì)安排當(dāng)班人員就為；4) 根據(jù)現(xiàn)場情況及井口壓力資料，確定壓井方案及實(shí)施措施；5) 上報等。2、關(guān)井原則1) 關(guān)井要及時，關(guān)井越早，溢流量越少，越容易控制；2) 油水井應(yīng)采取軟關(guān)井，氣井應(yīng)采取硬關(guān)井；3) 情況緊急可關(guān)閉剪切閘板（不要隨便玩奧）；4) 關(guān)井套壓不得大于最大允許關(guān)井套壓。最大關(guān)井套壓不得大于a井口裝置承壓能力，b套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80%，c薄弱地層的破裂壓力，三者中的最小值。3、關(guān)井方式1) 軟關(guān)井當(dāng)溢流發(fā)生后，先打開液動

10、放噴閥，（上提鉆具到何時高度）再關(guān)閉環(huán)形防噴器，再關(guān)閉閘板防噴器，關(guān)閉液動放噴閥，最后打開環(huán)形防噴器。優(yōu)缺點(diǎn)：“液擊”效應(yīng)小，關(guān)井時間長，溢流量大。（適合油水井）2) 硬關(guān)井當(dāng)溢流發(fā)生后，（上提鉆具到合適高度）在節(jié)流管線壓井管線都關(guān)閉的情況下，關(guān)閉環(huán)形防噴器，再關(guān)閉閘板防噴器，再打開環(huán)形防噴器。優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡單，關(guān)井快，以流量小；“液擊”效應(yīng)大，可能損壞井口裝置或憋漏地層。4、關(guān)井程序以半潛式平臺鉆井時關(guān)井程序?yàn)槔?) 停鉆并發(fā)出井涌信號；2) 上提鉆具到合適的關(guān)井位置，調(diào)節(jié)鉆柱補(bǔ)償器到中位；3) 停泵停頂驅(qū)；4) 打開節(jié)流端的水下事故安全閥；5) 關(guān)閉防噴器（先關(guān)環(huán)形，關(guān)閘板，最后打開環(huán)形

11、）；6) 關(guān)閉節(jié)流閥，確認(rèn)已關(guān)井且無回流；7) 報告鉆井總監(jiān)和高隊(duì)；8) 記錄關(guān)井后10-15min的關(guān)井立壓和關(guān)井套壓以及循環(huán)池鉆井液的增量。5、浮閥鉆具關(guān)井立壓的確定由于鉆具內(nèi)有浮閥，關(guān)井立壓無法直接讀取，測定關(guān)井立壓有以下三種方法：1) 關(guān)井后，以盡可能低的泵速開泵，當(dāng)套壓剛開始上升時，立刻停泵，此時的立壓即為關(guān)井立壓；若套壓上升過多，則關(guān)井立壓為立壓減去套壓上升的值。2) 調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持套壓恒定，以盡可能低的泵速開泵，此時立壓不斷上升，當(dāng)立壓停止上升時，立刻停泵關(guān)井，此時的立壓即為關(guān)井立壓。3) 打開節(jié)流閥，一預(yù)定的壓井泵速（低泵速）開泵，調(diào)節(jié)套管壓力等于關(guān)井套壓，記錄此時的立管壓力

12、，此值減去低泵速循環(huán)壓力即為關(guān)井立壓。四、壓井作業(yè)1、壓井基本原理壓井是有異常的二級井控狀態(tài)向一級井控狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，通過控制井口回壓、排除受污染的鉆井液和泵入壓井液重新達(dá)到井筒內(nèi)液柱壓力與地層孔隙壓力平衡的過程。1) 井底常壓法壓井過程中，既要保證能壓住地層流體，又不能壓漏地層，這就需要在壓井過程中，始終保持井底壓力恒定（允許在一個合理的范圍內(nèi)小幅波動）。2) “U”型管原理根據(jù)“U”型管原理，把一口井的循環(huán)系統(tǒng)想象成一個“U”型管，將環(huán)空（到井底）認(rèn)為是“U”型管的一端，鉆柱（到井底）認(rèn)為是“U”型管的另一端，兩端的連接處是井底，“U”型管的底部是一個平衡點(diǎn)。在壓井過程中，一端的壓力存在主

13、動變化時，則通過調(diào)節(jié)“U”型管另一端壓力使其保持恒定，從而達(dá)到保持井底壓力恒定。2、井控計算井涌數(shù)據(jù)有關(guān)井立壓、關(guān)井套壓和泥漿池增量（即溢流量）。壓井液密度=原漿密度+關(guān)井立壓/（垂深*0.052）psi（可以再附加一個安全余量）理解：關(guān)井時，鉆桿內(nèi)原漿未受污染，且鉆桿內(nèi)到井底是一個平衡的壓力體系，鉆桿內(nèi)原漿液柱壓力+立管壓力，與井底壓力相平衡，將壓力轉(zhuǎn)化成密度，即對應(yīng)的壓井液密度。初始循環(huán)壓力=低泵速壓耗+關(guān)井立壓理解：在壓井液出鉆具前，井筒內(nèi)的原漿和一定量（不變的）的地層流體，因而循環(huán)時要保證套壓不變；壓井液出鉆具后，鉆具內(nèi)全是壓井液，因而此時要保持立壓不變。初始循環(huán)時，鉆桿內(nèi)全是原漿，原

14、漿在壓井泵速下的循環(huán)壓力即為低泵速壓耗，關(guān)井時有立壓的存在，故需要附加上關(guān)井立壓終了循環(huán)壓力=低泵速壓耗*（壓井液密度/原漿密度）理解：終了循環(huán)壓力/壓井液密度=gh低泵速壓耗/原漿密度=gh兩式合推處終了循環(huán)壓力。P=gh是指靜態(tài)是的壓力，而此處是循環(huán)時的壓力，兩者是有區(qū)別的，該推導(dǎo)方法并不嚴(yán)謹(jǐn)，只是為了便于理解。100沖壓力降=（初始循環(huán)壓力-終了循環(huán)壓力）/壓井液從地面到鉆頭所需沖數(shù)*1003、壓井方法常規(guī)的壓井方法有工程師法（等待加重法）、司鉆法和邊循環(huán)邊加重法，對于特殊情況還有硬頂法和置換法等壓井方法。溢流或者井噴發(fā)生之后，選取什么樣的壓井方式，要根據(jù)溢流或井噴態(tài)勢、井況和現(xiàn)場條件來

15、決定。選取的原則是能使井底壓力保持恒定，并迅速平衡地層壓力；同時還要考慮井口裝置、套管及地層薄弱處的承壓能力。綜合上述條件，選取作業(yè)時間最短，施工難度最小的方法。有時候雖然發(fā)生了溢流，關(guān)井后，關(guān)井立壓和套壓都為0，如無儀表故障或閥門開關(guān)失誤等非正常情況，則說明溢流不嚴(yán)重或溢流時有抽吸壓力引起的，打開節(jié)流閥，用原漿循環(huán)排除受污染鉆井液就可以了。1) 工程師法工程師法又叫等待加重法，發(fā)生溢流或井噴后，先關(guān)井，等待壓井液配置好后，用一個循環(huán)周完成壓井作業(yè)。其具體施工步驟如下： 發(fā)生溢流后按照正常的關(guān)井程序關(guān)井，記錄關(guān)井立壓、關(guān)井套壓和泥漿池增量，計算所需壓井液密度，并填寫壓井施工單。 配置壓井液，并

16、實(shí)施壓井作業(yè)。 開泵，泵速緩慢提高到壓井泵速（即低泵速實(shí)驗(yàn)泵速），調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套壓等于關(guān)井套壓，此時立壓為初始循環(huán)立壓。 泵入壓井液，保持套壓等于關(guān)井套壓，當(dāng)壓井液到達(dá)鉆頭時，立壓從初始循環(huán)立壓下降到終了循環(huán)立壓。 保持立壓為終了循環(huán)立壓，直至壓井液從節(jié)流管線中返出。 當(dāng)壓井液返出后，停泵，關(guān)節(jié)流閥，若套壓不為零，應(yīng)打開節(jié)流閥繼續(xù)循環(huán)，直至套壓為零為止。 停泵，觀察立壓和套壓都為零時，打開防噴器，恢復(fù)正常作業(yè)，壓井作業(yè)結(jié)束。 若停泵后立壓和套壓仍不為零，應(yīng)重新計算壓井液密度，組織第二次壓井。2) 司鉆法司鉆法壓井通常是兩個循環(huán)周，第一周是用原漿循環(huán)，排除受污染的鉆井液；第二周循環(huán)是泵入壓井液，完成壓井。第一循環(huán)周： （用原漿循環(huán)）開泵，泵速緩慢提高到壓井泵速，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，（開泵至提泵速至壓井泵速期間）使套壓等于關(guān)井套壓，此時立壓為初始循環(huán)立壓。 繼續(xù)用壓井泵速循環(huán)原漿，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持立壓不變，循環(huán)一周，排除受污染的鉆井液。溢流排除后，停泵關(guān)井，（新的）套壓應(yīng)等于立壓（立壓應(yīng)等于原關(guān)井立壓）。 第二循環(huán)周 開泵，緩慢提高泵速至壓井泵速，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套壓保持不變（等于關(guān)井套壓），此時的立壓為初始循環(huán)立壓。 以壓井泵速泵入壓井液，保持套壓不變