井控技术介绍

井控技术第一节与井控有关的压力问题 (2)一．井眼内几个压力的基本概念 (2)二．异常地层压力的预报和监测 (3)三．地层破裂压力 (5)四．地层坍塌压力概念 (6)第二节溢流及其正确控制方法 (6)一．有关溢流和井喷的名词概念 (6)二．地层一井眼系统平衡条件 (6)三．溢流发生的原因 (7)四．气侵的特点 (7)五．溢流信号 (8)六．正确控制溢流的方法 (11)第三节压井方法 (15)一．压井基本数据计算 (15)二．压井方法 (22)三．压井过程中异常情况的判断与处理 (27)四．井控作业中应防止出现的错误 (28)第四节井控设备 (28)一．井控对井口装置的要求及防喷器分类 (28)二．海上油气井井控装置配套标准 (29)三．防喷器 (32)四．防喷器控制系统 (44)五．井控装置的其它主要部件及附件 (49)第五节井控装置试压 (62)一．试压次数要求 (62)二．试验压力规定 (62)三．试压介质 (63)四．试压设备和工具 (63)五．试压程序 (64)附件1井控主要人员的职责 (69)附件2海上井喷失控的应急程序 (70)参考文献 (73)井喷是地层流体（油、气和水）无控制地涌入井筒，喷出地面的现象。

钻井过程中，井喷是危及海上作业安全的恶性事故，井喷失控是重大恶性事故，井喷失控着火更是灾难性的恶性事故。

溢流失控导致井喷或井喷失控，使井下情况复杂，无法进行钻井作业。

如果井喷失控着火将会造成船毁人亡、井眼报废、破坏油气资源、污染自然环境等严重后果，给国家和企业带来巨大损失。

因此，切实加强防喷工作，掌握和实施井控技术，杜绝井喷事故的发生，确保海上钻井作业安全，是我们海上钻井工作者的头等大事。

溢流和井喷的根本原因是地层和井眼系统的压力失去平衡。

当我们对地层孔隙压力掌握不清，或由于某些外力及人为因素造成钻井液柱压力降低，使静液柱压力小于地层孔隙压力较多时，将导致溢流和井喷。

为了保持地层与井眼系统的压力平衡，在现场作业中，应使钻井液柱压力略大于地层孔隙压力，防止地层流体侵入井眼内。

当溢流发生后，则要利用具有不同功能的各种先进的井控设备控制溢流。

在平台上钻井和地质监督、平台经理、高级队长和司钻等高岗位人员是实施井控技术的关键人物，参加平台钻井作业的人员必须了解井喷的征兆和预防措施，熟悉现代井控装置的功能和特性，掌握和井喷作斗争的原理和方法，而且具有在紧急情况下能够制服溢流和井喷的过硬本领，这就是我们研究和掌握井控技术的根本任务。

第一节与井控有关的压力问题一．井眼内几个压力的基本概念1．地层孔隙压力（地层压力）：是指在地下岩石孔隙内流体（油、气和水）聚集的压力。

用符号P P表示，单位用兆帕（MPa）或磅／英寸2（psi）和公斤／厘米2（Kg／cm2）表示。

地层压力梯度：单位深度的地层压力变化。

用符号G P表示，单位用兆帕／米（MPa／m）或磅／英寸2／英尺（psi／f t）和公斤／厘米2／米（kg／cm2／m）表示。

2．静液柱压力：是指在静止液体中的任意一点液柱重量产生的压力，它的大小和液柱单位重量及垂直高度有关，而和液柱的横向尺寸及形状无关。

用符号P h表示，单位用MPa 或psi和kg／cm2表示。

P h＝C1×W×H…………………………………………………（8一l）式中：P h——静液柱压力，MPa（psi）W－一钻井液密度，克／厘米3（磅／加仑）或g／cm3（lb／gal）H－一垂直深度，米（英尺）或m（f t）C l——与采用单位有关的系数。

当采用法定计量单位时，C l＝0.0098；当采用括号内英制单位时，C l＝0.052。

静压梯度：单位垂直深度的静压力变化。

用符号G h表示，单位MPa／m或psi／ft。

现场一般用等效钻井液密度表示为g／cm3（lb／gal）。

G h＝C2×W………………………………………………（8－2）式中：G h――静压梯度，MPa／m（psi／ft）W－－钻井液密度，g／cm3（lb／gal）C2——与采用单位有关的系数。

当采用法定计量单位时，C2＝0.0098；当采用括号内的英制单位时，C2＝0.052。

淡水压力梯度＝0.0098 MPa／m（0.433psi／ft）盐水压力梯度＝0.0105 MPa ／m （0.465psi ／ft ）3．上覆岩层压力：指覆盖在该地层以上地层岩石和孔隙中流体（油、气或水）的总重量造成的压力。

用符号P o 表示，单位MPa 或ps i 或Kg ／cm 2。

4．当量钻井液密度的概念压力可用当量钻井液密度的形式来表示，等于实际钻井液密度与所附加压力钻井液密度之和。

即： HC P W W 3o e ×+= ……………………………………（8－3） 式中：W e ——当量钻井液密度，g ／cm 3（lb ／gal ）W o ——实际密度，g ／cm 3（lb ／gal ）P ——附加压力，MPa （psi ）H －－垂直深度，m （ f t ）C 3——与采用单位有关的系数。

当采用法定计量单位时，C 3＝0.0098；当采用括号内的英制单位时，C 3＝0.052。

5．井底压力：指井眼底部所受的总压力，包括钻井液柱压力和井口所受压力的总和。

6．异常压力：指与正常压力趋势不相符的任何压力。

正常条件下，地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液柱压力。

地层压力梯度在0.0098～0.0105MPa ／m （或0.433～0.465Psi ／ft 或0.l ～0.107kg ／cm 2／m ）之间的为正常地层压力。

地层压力梯度大于0.0105MPa ／m （0.465psi ／ft ）为异常高压。

地层压力梯度小于0.0098MPa ／m （0.433psi ／ft ）的为异常低压。

异常高压的上限大约等于上覆岩层的总重量，即相当于压力梯度为0.02262MPa ／m （lpsi ／ft ）。

但在浅处则要稍小些，也有局部地层超过上覆岩层压力梯度达40％的所谓“压力桥”二．异常地层压力的预报和监测要搞好井控，必须准确掌握地层压力，特别是异常高压地层。

为此就要搞好地层异常压力的预告和检测。

目前异常地层压力的预报和监测方法大致有以下几种：1．钻前预报：包括地震法、重力勘探、磁法勘探、电法勘探等地球物理方法以及利用井底以上的电测资料预报井底以下尚未钻开地层的孔隙压力和对邻井资料的综合分析。

2．随钻监测：（1）根据钻井参数的变化进行监测。

其中有根据机械钻速增加、d 指数下降、d c 指数下降、钻速方程、随钻测井以及扭矩、卡阻增加等现象来判断高压地层的出现。

（2）根据钻井液参数的变化来监测。

钻井液气侵、出口钻井液密度下降、出口钻井液温度上升、钻井液中氯化物含量增加、钻井液的电阻率下降、钻井液性能的突变、泥浆池液面上升、钻井液总量和钻井液出口管流量增加、钻井液灌不进或灌进量减少等现象都可能是异常高压地层出现的征兆。

（3）根据页岩岩屑参数的变化来监测。

页岩密度下降、页岩岩屑中搬土含量增加、岩屑体积、尺寸和形状有变化等现象可能是异常高压地层出现的征兆。

（4）随钻气侵监测。

3．钻后检测：电测井、声波时差测井、中途测试和完井测试等都是最直接的异常高压地层的钻后检测方法。

4．几种具有代表性预报和监测方法的基本原理（l ）地震层速度法这是一种钻前预测方法。

地震层速度是一个重要参数，是地震预测地层压力的主要依据。

正常情况下，地震层速度随着埋深的增加而增加。

岩石埋深增加，压实作用愈强，岩石密度愈大，而孔隙度却下降，地震层速度就会增加。

这就是说地震速度与岩石密度成正比，与地层孔隙度成反比。

当钻遇高压地层，由于地层压力增高，往往孔隙增大，岩石密度变小，使地震波速度降低。

因此如果地震层速度随着深度的增加而明显减低，则有可能是异常高压地层出现的前兆。

据此还可根据地震层速度与地层孔隙压力的关系，预测地层孔隙压力。

（2）d c 指数法d c 指数法是在机械钻速法的基础上建立起来的。

其计算公式是： ）D P 0.0648lg(W )n V 0.0547(W d o m c c ××××=………………………………………（8－4）式中：d c 一一钻压指数，无因次V m 一一机械钻速，米／小时（m ／h ）n －－转速，转／分（r ／min ）P －－钻压，千牛（ kN ）D －－钻头直径，毫米（mm ）W e 一一正常地层压力的当量钻井液密度，（g ／cm 3）W o ——实际用钻井液密度，（g ／cm 3）上式n0.0547V m 中的值总是小于1。

因此d c 指数与机械钻速成反比。

而机械钻速与钻井液柱压力和地层孔隙压力的压差有关。

正常压力地层，对泥岩和页岩而言，随着井深的增加d c 指数也增大。

当钻遇压力过渡带或异常高压地层时，压差减小，机械钻速增大，而d c 指数明显偏小，根据这种机理，可以监测地层异常压力的出现。

（3）声波测井法声波测井法是利用声波时差与地层孔隙度成正比，而孔隙度与地层孔隙压力成正比的关系来检测地层孔隙压力。

正常情况下，随着深度的增加，压实作用愈强，孔隙度减小，声波传播速度增大，而声波时差逐渐减小。

当钻遇压力过渡带或异常压力地层时，地层孔隙增大，导致声波时差也偏大。

因此只要建立起正常地层压力带的地层孔隙压力与声波时差间的关系，就可以计算异常地层压力。

声波时差法是利用钻后的电测资料来检测地层孔隙压力的方法之一。

单靠某一种方法不能比较准确地检测和预报异常地层的出现，只有将几种方法取得的资料进行综合分析和比较才能较准确预报。

三．地层破裂压力1．地层破裂压力的概念由于井内液柱压力过高，会使地层产生拉伸破裂或使地层原有裂缝张开而造成井漏。

使地层原有裂隙张开或形成新裂隙时的井内静液柱压力，称为地层破裂压力。

单位MPa或psi；用符号P f表示。

每单位深度增加的破裂压力值，叫地层破裂压力梯度。

地层破裂压力和上覆岩石压力、地层孔隙压力、岩性、地层年代、地层埋藏深度及该处岩石的应力状态有关。

因此地层破裂压力梯度的大小决定于上覆岩石压力梯度、地层孔隙压力梯度和岩石基岩应力的大小。

地层破裂压力梯度是一个十分重要的地层参数，它对研究地层的稳定性，确定钻井过程中的钻井液密度，保护油气层，确定合理的压井液密度以及正确的井身结构设计都有很大的影响。

为了实现优质、快速和安全钻井，必须保持井内流体压力介于地层孔隙压力和地层破裂压力之间。

2．地层破裂压力漏失试验要知道实际的地层破裂压力，最好的方法是在现场进行漏失试验。

试验方法是通过关闭防喷器并以不变的泵速向钻杆内缓慢泵送流体以迫使泵入流体总量的一部分进入地层使其破裂。

具体步骤和最大允许钻井液密度的计算见第三章第八节。