井控技术及设备管理

井控技术及设备管理（提纲）
井控技术是保证石油天然气钻井安全的关键技术。

做好井控工作，既有利于发现和保护油气层，有可有效地防止井喷、井喷失控或着火事故得发生。

井喷失控是钻井工程中性质严重，损失巨大得灾难性事故。

一旦发生井喷失控，将打乱正常得生产秩序，使油气资源受到严重破坏，造成环境污染，并易酿成火灾、设备损坏、油气井报废，甚至人员重大伤亡。

井控技术分一次井控技术、二次井控技术、三次井控技术。

一、一次井控技术：
一次井控技术的核心是处理好地层孔隙压力与钻井液液柱压力、环空循环压耗、地层破裂压力（漏失压力）和套管压力之间的关系，使得钻井过程中地层流体被有效地控制，不发生溢流和井漏、安全、快速地完成钻井作业。

a.近平衡钻井
钻井液液柱压力>地层孔隙压力（油水井0.05-0.1，气井0.07-0.15或油水井1.5-3.0Mpa，气井3.0-5.0Mpa）。

钻井液液柱压力＋环空压耗<地层破裂压力（或漏失压力）。

如果钻井过程中，在进入油气水层之前，已发生井漏，则需采取堵漏措施。

并经过承压试验，使油气水层上部地层承压能力大于油气水层的地层孔隙压力＋钻进时的环空压耗（下钻过程中的激动压力），否则不能打开油气水层。

b.欠平衡钻井（）
正常钻进时：钻井液液柱压力＋环空压耗＋套压<孔隙压力（2-7Mpa）。

其中环空压耗值估算是关键，也是欠平衡钻井技术中的关键技术之一，需测定地层流体产出量（油、气、水，关键是气体产出量），然后根据气液两相流的理论，用专用软件迅速计算环空压耗值来，并及时调整节流阀的开启度，控制好套压值。

起钻前应调整钻井液密度，满足（装有不压井起钻装置或套管节流阀的井除外）。

钻井液液柱压力－抽汲压力>地层孔隙压力
1、钻井设计
为了有效地实现一次井控技术，必须有一个有针对性的钻井地质工程设计，其中关键是根据地层的孔隙压力、破裂（漏失）压力剖面和流体性质，设计合理的井身结构，套管串结构、分井段的钻井液密度值，以及井控装置。

并满足同一裸眼井段：
破裂压力当量密度>地层孔隙压力＋环空压耗
裂缝性地层漏失压力（裂缝重张压力）当量密度>孔隙压力＋环空压耗
渗透性地层经桥堵以后可以承压的当量密度>孔隙压力＋环空压耗
对含的井，地层温度80℃时，技术套管管材应采用防硫套管，全部地层套管和油管应根据酸性气体和水的含量、压力、温度选用管材。

井控装置应根据裸眼井段最高地层压力来选择（国外选择原则是按环空钻井液排空之后充满天然气条件下套管压力来选择井控装置的压力等级，但我国行标和集团公司规定均为裸眼段最高地层孔隙压力选择）。

对于地层孔隙压力大于105Mpa的井，我个人意见是选用105Mpa的井控装置。

原因：ａ．最高套压值ｂ.套管抗内压值c.陆上在用的最高压力级别井控装置。

对含的井，高压油气井，新区第一口探井，应安装使用剪切闸板。

2.现场一次井控技术的关键
1)钻井液密度的控制
a)密度计的定期校验，现场检查发现，不少井的密度计有误差，一般为±0.01-0.02左右，如不及时校验、调整，则测出的密度值不反映真实的密度值，出了问题还不知原因何在。

b)测量钻井液密度，应排气后测量，如排气困难（粘、切太高时），应用加压密度计测量，以求得真实的钻井液密度。

c)注意观察后效，并计算油气上窜速度。

同时应根据井深，储层物性（孔、渗）来确定允许油气上窜速度值，如超过允许上窜值，则应适当提高钻井液的密度。

d)严格执行钻井液处理规程，补充水、胶液或加重时，均应按小样分析结果所计算需补充量，在一个循环周期内均匀加入，并且有人在旁监护。

（加水无人观察而造成井喷的实例不少）。

2)操作措施：
a)按井段和时间间隔，及时计算环空压耗值，准确掌握环空当量密度并及时调整泥浆泵排量，避免井漏。

b)钻井过程中，当发现钻速突然变快、严屑变粗、密度下降、增加，钻井液气浸、泵压下降、悬重增加等异常情况时，及时停钻循环观察。

发现溢流，马上关井，特别时钻速突然变快。

不能贪图进尺，快钻速最多钻进20－50cm，即应停钻循环观察，如密度偏低，则应及时提高密度。

c)起钻过程中，当发现抽汲，泥浆灌不进或灌入量小于钻具体积，应立即停止起钻作业，如有外溢，及时关井，如无外溢，则排除造成抽汲的因素（可适当下放钻具使钻头处在稍大井眼处，开泵，正常后大排量洗井，同时旋转钻具，上下活动钻具等措施）。

必要时将钻具下至原井深洗井正常后再起钻。

产生抽汲的原因：
钻头泥包；
扶正器泥包；
井壁虚泥饼太厚；
解决办法：
调整钻井液性能，降低滤失量和泥饼厚度，特别是地层温度大于80℃时，应以高温高压失水/泥饼指标为主；降低钻井液的粘、切，改善流变性能。

增大洗井排量；适当控制机械钻速；改善井底流场等。

d)起钻前必须充分洗井，排除钻屑气。

e)严格控制起下钻速度，防止过高的抽汲压力和激动压力。

f)起钻过程中应尽量避免检修设备，如需检修设备，检修期间应有专人观察井口，发现溢流，及时关井；检修后应下钻至井底洗井一周以上再起钻。

g)无论是正常钻进、起下钻，还是空井筒作业，均应有专人坐岗观察。

测量泥浆池液面变化，观察泥浆出口处有无溢流，测量起钻灌浆量是否与起出钻具体积相一致等，并有准确的记录。

要求专人负责；钻开油气层每30分钟（有的油田60分钟）记录一次，钻开油层后每15分钟试卷记录一次如发现油气层浸，应加密测量和记录。

二、二次井控技术
1．钻井队应重点抓好的工作
a)井控装置现场管理，确保发现溢流时能及时实现关井；
b)及时发现溢流；
c)及时关井。

2．井控装置现场管理的重点。

a)防喷器按规定试压。

井控车间：环形闸板，全封剪切压井，节流管汇各阀门等均应试至额定工作压力，同时应做低压试验（0.7-2.1Mpa），稳压不小于10分钟，压降不大于0.7Mpa，密封部位无渗漏为合格，且出具试验报告，随防喷器一起送达井场，井队再接受防喷器时应检查有无试压报告，如没有试压报告，则应拒绝接受。

全套防喷器在井场安装完毕后，逐个进行试压，除环形封钻杆试至额定工作压力的70％以外，其余均应试至额定工作压力，放喷管线试压10Mpa。

对于未安装正规套管头，不能使用试压塞试压的井，各油田应进行安全风险评估，并采取或增加相应的安全保障措施，制定试压规定，然后执行。

钻开油气层之前，也应按上述规定试压。

更换配件和密封件之后，也应按上述规定试压。

钻开油气层之后，按各油田规定试压（15天，30天，45天等）。

b)井控装置的检查、维护和保养，使其始终处于完好状态，特别是远控台的气动泵，电动泵，各部分的压
力及控制阀，司控台，液控台等关键部分，每班至少巡回检查一次，远控台储能器，在不补充液压油的情况下，至少要有关三个（包括环型）防喷器的能力，储能器启动以后，瓶内余油应仍有原来油量的一半，余压至少8.4Mpa，以保证防喷器处于关闭状态。

司控台各液压压力与远控台压力差应控制在1Mpa以内（有的井可达2.5-3Mpa），气源压力应与远控台一致。

一旦发现问题，应及时维修，现场检查经常出现的问题有：
储能器压力不够，管线压力过高；司控台压力与远控台压力差超标；储能器能量不足，只能关环形或一个闸板防喷器；气动泵，电动泵不工作或工作不正常；放喷管线接出长度不够，固定不标准，不密封，存在90°弯头，出口方向对着营房、公路、采油树等；泥浆回收管线固定不牢固；各闸门开关状态不标准；内控管线使用高压软管；泥浆回收管线使用高压软管；液压管线接触处漏油；远控台、司控台换向阀与防喷器开关状态不一致等等。

3．及时发现溢流
溢流监测除仪器监测以外，井队还应有人负责座岗监测，坚持一方报警、2方关井的标准。

有的油田放宽到2方报警、3方关井或三方报警、5方关井；有的油田钻井时、起下钻时、空井筒时座岗不是一个人，记录表也不是一种表格，这些都不利于及时发现溢流。

为落实此项工作，应该是专人，专岗来座岗，无论是钻进、起下钻还是空井筒，均由此人负责这项工作，这样责任才能落实到人，而且座岗人员应经过座岗培训，知道座岗的目的、任务和完成任务应做的工作。

4．及时关井
标准规定2方关井，这是最低要求，从井控技术和井下安全来讲，关井越早越好。

现场不能及时关井的原因：不能及时发现溢流；岗位分工不合理或操作不熟悉，发现溢流后想进一步观察溢流大小或溢流物；井控装置出故障；怕卡钻而抢提钻杆，将钻头提至套管鞋内或所谓的安全井段再关井；怕不好压井而抢下钻杆等等，造成延误了关井时间。

1)几个观点和方法
a)关井越及时越容易处理
因为及时关井，进入井筒的地层流体很少，压井过程中套压较低，不易形成地下井喷；而且进入井筒的地层流体少，需补充的加重料（加重泥浆）量也少，很快即可实施压井，损失时间最少；因进入井筒流体少，对钻井液性能破坏最小，井壁最稳定。

b)地下井喷
井喷分地上井喷和地下井喷两种。

如果进入井筒的地层流体多，压井时无论采用哪种方法，其最高套压均较高，很易压破地层，造成地下井喷；地下井喷处理难度大。

正常钻井时如发生井漏，有时虽经多次堵漏
都不能成功，在压井过程中，无论是从环空还是钻杆内泵入堵漏剂，想先将漏层堵住，再建立循环压井且成功，这一难度可想而知；地下井喷带来的后果可能是将井报废；地下资源严重损失；今后此井附近的井无法施工（柯1井1978年井喷，1992年在其一公里左右打一口井，钻到700m左右发生井喷，因需密度太高，无法压井，被迫注入快干水泥封井报废。

）。

c)浅气层关井后，不能求立压后压井，而应及时放喷泄压。

一般来讲，浅气层能量均有限，经泄压（点火）后很快即排完，恢复正常钻进。

（？线稠油？）
d)井身结构不合理的井，即只有表层，且套管鞋处破裂压力很低（5Mpa以内），关井后应密切观察套压变化，及时泄压，并尽快组织压井，压井时应采用低节流压力法，备用重泥浆量应为井筒容积的2－3倍，套压值任何时候都不能超过套管鞋处的破裂压力。

e)硬关井、软关井问题
硬关井：停泵后立即关井。

其优点是使进入井筒的流体最少。

软关井：停泵之后，先打开节流阀，在放喷管路泄流条件下关防喷器，然后再关节流阀，再关平板阀。

其优点是可避免“水击效应”。

（美国井检专家尼尔.亚当斯（Neal.Adams）在《井检问题与处理》即《现代井控工艺》一书中讲“水击效应迄今尚无实证”）。

国内行标和集团公司井检规定均要求采用软关井方法，有的油田实施细则中，要求浅层气采用硬关井，井深后采用软关井。

f)读取立压时间
并井立压是确定压井密度的决定性参数，故非常重要。

关井后立压上升速度，跟液柱压力与孔隙压力差值、地层孔隙度、渗透率、溢流的种类等有关。

故不应统一读取立压的时间（15分钟、20分钟等），尔应有专人记录立压、套压随时间变化的值，并划出立、套压上升曲线，立压曲线出现拐点时的压力值即为计算压井压井液密度的立压值。

（此值对低渗油气等往往偏低）套压值不得超过套管抗内压的80％，防喷器额定工作压力和地层破裂（漏失压力）三者中最小值。

g)圈闭压力
圈闭压力产生的原因：一是泥浆泵停止运转之前即关井：二是气体上升，体积膨胀；三是钻具内有单流凡尔时，在不泄套压情况下，为求立管压力而开泵等。

释放圈闭压力的方法：以立管压力为依据；开节流阀；每次放40－80升钻井液后关闭节流阀，观察立管压力；如立管压力下降，重复上步动作，直到立压停止下降为止，并记录此时的立压和套压值；如立压值降为需、套压还不降，则可继续重复上述放压动作，或按立压为零条件的方法进行循环洗井，直至正常。

5．钻具中有单流凡尔时，求立压的方法
1)已有低泵冲试验数据时求立压的方法：
开泵，使泵冲与低泵冲实验冲数一致；开泵的同时，用节流阀控制套压，使套压控制在关井套压值；记录立管压力；停泵并关闭节流阀。

立压＝泵压－低泵冲试验时立压（此立压值有误差）
2)未做低泵冲实验时（无此数据或泥浆性能与做低泵冲试验时已有较大变化时）求立压的方法。

用水泥车（或试压泵）与立管连接；
开泵，使钻井液充满地面的管线；
逐渐升高泵压，直至钻井液开始沿钻柱向下流动为止。

立压值就是钻井液开始进入钻具时的泵压（直观显示即是可泵入钻井液而泵压不升时的泵压）。

此方法的条件是泵的排量要小，耐压高。

3)未做低泵冲实验的井求立压的另一种方法。

缓慢开泵；观察立压的变化，当套压开始上升时停泵。

关井立压＝泵压－套压上升值
此方法求得的关井立压仅是近似值。

特别是溢流物为气体时，误差更大（因气体可压缩性好）。

g)关井时间不能太长
地层流体中大部分含气，当气体侵入环空之后，就必然会滑脱上升，而且体积随压力降低而膨胀，特别时气体升至井口附件时，气体积膨胀最大，这样很容易产生地下井喷。

其表现套压变化为：关井后套压随时间延长而上升，当套压加环空液柱力大于地层破裂（漏失）压力时，环空流体进入地层，套压下降；当套压加环空液柱力小于地层闭合压力时，环空流体停止进入地层；高压层的地层流体继续进入环空，套压上升；当套压加环空液柱力大于地层重张压力时，环空流体又一次进入地层，套压又一次下降，如此循环。

如果裸眼段较长，低压段往往在套管鞋附近，出现这种现象后，将给压井作业带来相当大的困难，因此关井时间不能太长。

关井后应立即组织压井。

这也是标准和规定中要求井场储备足够数量的加重材料和重泥浆的原因。

h)防喷单根
备用防喷单根的目的是在起下钻铤发生溢流时，可较快地实现关井，且在关井时将闸板放在距防喷单根公接头附近，可以防止井内压力上顶钻具造成钻铤全部喷出井筒。

因此，我个人观念防喷单根的母机端接方钻杆旋塞，公机端接与钻铤相配的转换接头（如塔式钻具，则应备用相应的转换接头在钻台上），防喷单根应放在坡道上以便随时可用。

i)剪切闸板
是一种特殊结构的全封闸板，当井内有钻杆时，关闭防喷器，可以剪断钻杆而全封井眼。

为防止剪断钻杆落入井底，可在剪切闸板防喷器下面装一个半封防喷器，在剪断前先关半封，下放钻杆，
将钻杆接头座在闸板上，再关剪切闸板，这样钻杆接箍即可挂在下面的半封闭板上，防止钻具落入井底。

海上剪切闸板还可用于暴风雨来临之前剪断钻杆，挂在半封闭闸板上，以便钻井船拖走避风。

如经常使用这种方法，应定购有特殊硬度的剪切闸板。

j)全封闸板
只能空井筒时使用，不能当剪切闸板使用，如井内有钻杆，错关了全封，结果是钻杆挤扁，而不能剪断。

k)关井时的人员分工
关井时的人员分工，各油田都有自己的习惯，不宜强求一致，从现场看到的情况，有几点建议：
一是架工不易安排什么具体操作，因起下钻作业过程中发生井喷的几率最多，此时架工是在二层台，他最重要的任务是迅速将钻杆放回指梁内并档好，然后迅速逃生（如来得及，从梯子下到钻台，如果紧急状态，则从架工逃生滑梯下到场地。

）
二是液控台与司控台操作，不能安排一个人，一般司控台也可司钻操作，液控台由外钳工操作。

三是司控台控制井口时，远控台处应有人值班，观察操作手柄是否到位，如不到位，则应立即将手柄补到位（一般由副钻），同时应有人观察防喷器液缸出露杆是否动作。

（一般由内钳工）这两个岗位主要防止司控台失灵，关不了井。

l)电测作业时发生溢流。

电测射孔作业时发生溢流，Sy/T64267.5条，“电测时发生溢流应尽快起出井内电缆。

若溢流量超过规定值，则立即砍断电缆，按空中溢流处理，不允许用关闭环形防喷器的方法继续起电缆。

”我理解此处的规定溢流量仍是一方，超过一方即应砍断电缆关井（全封）。

m)空井筒发生溢流
在井身结构合理（即技术套管下深符合规范要求）的情况下，宜立即关全封，采用挤压井法或置换法压井；井身结构不合理，只有很浅的表层管时，空井筒发生溢流，宜抢接一带单流阀的防喷单根后关井，关井后应缓慢上提，使钻杆公扣顶至半封闸板下部。

以便后期采用强行下钻的方法下钻采用分段法压井。

5．压井
①工程师法、司钻法、边循环边加重法为压井的三种方法，均可采用。

至于选择哪种方法，根据各油田或压井工程师的习惯来选择。

需考虑的几个问题是：
a完成整个压井作业所需的时间；
b由溢流引起的井口套压值；
c压井方法本身在实施时的复杂程度；
d压井作用于地层的井口压力，是否会造成地下井喷。

②影响压井方法的因素
气体：进入井筒速度快，套压高，长时间关井可形成地下井喷，易燃，可能含H2S、CO2等有毒气体。

油：可能含有伴生气。

盐水：破坏钻井液性能，易引起井壁跨塌。

淡水：破坏钻井液性能，极易引起井壁跨塌。

b溢流量：
进入井内的溢流量，在整个压井过程中对套压起支配作用的变量。

溢流量越大，压井过程中最高套压值越大。

c压井钻井液密度增量的影响：
增量为0.06—0.12g/cm2的井，气体到达井口时套压值比初始关井时套压值高，增量0.18g/cm3以上，则不会增加。

如果压井钻井液密度低于平衡井底压力所需钻井液密度，则需要较高的套压平衡井底压力，；反过来，如果压井钻井液密度高于平衡井底压力所需密度，套压也不会减少。

而过高的密度则会引起地层破裂，因此压井钻井液密度选择应按计算值来定，不宜低，也不要再附加一个值，可待井压住后再继续循环时，适当提高钻井液密度。

d井眼几何形状的影响
在计算压井套压曲线时，应按不同钻具内外径和套管的内外径段来计算需用泥浆量和套压值。

③地下井喷的压井方法
在确定地下井喷压井方法之前，应了解地下井喷发生的原因；漏失层位置与喷层位置，地层压力，所拟方案的优缺点等，然后根据具体情况选择方案。

在漏层以下的裸眼段注入高密度钻井液，使井内下部高密度，漏层以上低密度钻井液柱压力及套压压住喷层压力。

在喷层以上注入重晶石塞。

用桥堵，柴油坂土浆等堵漏方法封堵上部漏失层，提高其承压能力等。

④现场在这部分经常出现的问题
无座岗人员或无固定座岗人员；座岗人员不负责或脱岗，不能及时发现溢流；放宽规定标准如2方报警，3方关井等；发现溢流后抢提钻具至安全井段关井，发现溢流后抢下钻杆，后关井；岗位人员分工不明确，或操作不熟练，延误关井时间。

井控装置有缺陷，不能及时关井；远控台门锁着，找不到钥匙，而关不了井；关井时间过长；关井后因钻具内有单流凡尔，不会求立官压力；压井时套压控制不好，造成地下井喷或多次压井不成功；压井时节流阀刺坏，中途停止压井；压井时缓冲管被刺坏而中途停止压井等。

H2S污染对人身、环境、设备、钻具，套管等的伤害（破坏作用）已经人所共知，因此，钻井工程技术人员应熟悉有关H2S防护的各项标准、规定，并严格执行。

推荐阅读下列标准的相关内容（但不限于）：SY/T6424-1999(2003)《钻井井检技术规程》
SY/T5089-2003《含硫油气重安全钻井推荐作法》
SY/T5225-1994《石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产各项规定》
SY/T5964-2003《钻井井控装置组合、配套、安装、调试与维护》
SY5876-93《石油钻井队安全生产检查规定》
SY/T5272-91《常规钻井安全技术规程》
SY/T5466-1997《钻前工程技术条件》
SY/T5958-94《井场布置原则和技术要求》
SY/T5957-94《井场电气安装技术要求》
SY/T6543.1-2003《欠平衡钻井技术规范第一部分设计方法》
SY6309-1997《钻井井场照明，设备颜色，联络信号安全规范》
SY6277-1997《含硫油气田硫化氢与人身安全防护规定》
SY/T6551-2003《欠平衡钻井安全技术规范》等
强调几点：
（1）含硫地区钻井，应安装使用剪切闸板。

（2）在含硫地区钻井，不能使用经电焊修复或未经正规调质处理过的防喷器；
（3）在钻开油气层2天到完井期间，应撤离距油气井井口500m范围内的居民。

如有特殊情况，应进行专项安全风险评估，并采取或增加相应的安全保障措施，然后调整技术条件。

（4）放喷管线应至少有两条，其夹角为90°～180°,并接出井口100m以外通径不小于78MM。

（5）应装备包括自动点火和手动点火装备和工具
（6）起钻时应控制起钻速度，按规定（钻杆与5柱以内，钻铤每柱）及时灌满钻井液，并做好灌浆记录。

（7）要配备足够数量的强制式呼吸器，井场人员应经过培训，会使用此呼吸器，同时应配备空气压缩机。

（8）井场应按规定配备固定式和便携式H2S监测仪，做到10mg/m3一次报警（预报警），20mg/m3二次报警（报警），二次报警发出后，人员要及时撤离到安去地带，戴上强制式呼吸器后再返回岗位，实施关井作业。

（9）井场要设高低不一的风向标，作业人员要尽量养成经常抬头看风的习惯。

（10）井场应储备足够数量的除硫添加剂（碱式硫酸锌）钻井液PH值应始终保持在9.5以上。

（11）应制定一个完善的、切实可行的应急计划。

至于三次钻井技术，《钻井井控技术规程》和《石油与天然气钻井井控规定》均有原则性的规定。

因每次井喷失控，着火，具体情况均不一样，应根据标准，规定组织抢险小组，抢险小组组织有关专家，针对具体情况，制定抢险方案。

因此，不能作出详细的规定。

要搞好井控工作，关键是:
1．上级领导和设计、施工作业人员要高度重视真正认识到“井喷就是事故，是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故。

”
2．有一个好的钻井地质，工程设计，凡是石油天然气钻井，均应有一个符合地质条件的井身结构设计，均应安装符合标准的井控装置。

3、要严格执行有关井控安全的各项标准、规定。

落实到具体操作岗位上，任何时候，任何人均不能存在麻痹。

侥幸思想。

4、要严格执行井控管理制度，不能因为本油田、本公司十几年、几十年未发生井喷失控或者着火事故，就有什么松懈情绪。

5、现场井控技术或井控工作的重点，应是认真维护、保养好井控装置，严格执行座岗制度，及时发现溢流，及时关井，关井越及时，越容易控制井位，并使井很快恢复正常。

任何时候都不要在发生溢流后敞开井口的情况下，试图强行起下钻。