井控设计

第五节井控设计
一、满足井控安全的钻前工程及合理的井场布置
井控工作应从钻前工程就开始。

在钻前施工前必须考虑当地季节风向、道路的走向位置，进而确定井场、机泵房、循环系统、油罐、水罐、泥浆储备罐、值班房、材料房、地质房的方向位置，放喷管线的走向等等。

从某种意义上说井场的布局合理与否，决定着井控工作的成败。

比如：有的井场布局是倒井场，道路先经过油罐区机泵房，而后进入井场。

一旦发生井喷失控给救援车辆进井场造成了极大的困难（例如四川天东五井）。

在钻前施工时，要把油罐区，机泵房布置在季节风的上风向位置。

放喷管线走向不要对向宿舍区、民房以及其它重要设施。

安全距离：井口应距民房100米以上；井场边缘距铁路、高压线及其他永久性设施不小于50米；值班房、发电房、库房、化验室、油罐区距井口不小于30米，发电房与油罐区相距不小于20米，锅炉房距井口下风侧不小于50米；在苇塘区钻井时，井场周围应有防火隔离带，宽度不小于20米。

二、压力剖面设计
乙方在进行井控设计前，应由甲方提供地层压力剖面（含地层压力和地层破裂压力）、浅气层资料和钻调整井时所需要的注水后分层压力动态变化资料。

1、地质资料与地震资料对比
通常用邻井资料来提示探井将要遇到的钻井复杂问题。

但两口井应在同一断块上，且地层层位相对应，构造位置也相近似。

探井的地层顶部位置也可根据邻井资料进行设计。

若邻井资料很少，可使用地震资料来确定浅气层的位置、地质构造和地层压力的顶界。

2、地层压力的确定
为了精确地掌握井内各层段的预计地层压力可以采用以下四种方法建立地层压力曲线：
（1）邻井的钻井液密度和钻井报告；
（2）邻井电测曲线的评价；
（3）邻井的dc指数曲线；
（4）取自地震层段的传播时间。

3、地层破裂压力的确定
在求出地层压力的基础上，选用第四章提供的方法，求出全井段的地层破裂压力，画在地层压力剖面上。

三、套管设计
为有效地保护地层压力不同的油气产层，避免钻进作业中产生漏、喷、卡等井下复杂事故，套管设计除遵循正常的设计程序外还必须满足井控技术的要求：
1、应避免同一裸眼井段有两个以上不同压力的产层。

2、套管鞋处裸露地层不会被钻下部地层时的钻井液柱压裂，也不会因溢流关井或进行压井作业而被压裂。

3、应杜绝长裸眼井段不下技术套管，造成打开油气层前出现井控复杂情况。

4、超深井、复杂井的套管程序，应在原有的套管程序上增加一层大直径套管。

如：导管。

海上钻井还可下入击入式管或结构管。

5、含硫化氢的井，还要考虑套管抗硫化氢腐蚀能力。

如国产D40和API H-40、K-55、J-55、C-75、
C-90、SOO-90等套管钢级适用于含硫化氢油气井。

国产D55、D75等钢级不宜在含硫化氢油气井中使用。

API N-80、S-95、SOO-95、P-110等钢级只能在井温大于93℃的含硫化氢油气井中使用。

6、天然气井各层套管固井时，水泥浆都应返至地面。

四、钻井液设计
1、钻井液的选择
根据全井地层压力剖面（包括浅层气资料）、地层矿物组份，在已开发地区还要参照地层动态压力数据，选择适合地层特性的钻井液类型，搞好固控工作，钻井液各项性能参数要符合优质钻井液的要求，然后分段设计钻井液密度。

其方法如下：以裸眼井段的最高地层压力为依据再加上一个附加值ρ
ｍ
＝ρ
ｐ＋ρ
e
若按密度附加油井：0.05～0.10g/cm3；气井：0.07～0.15 g/cm3，若按压力附加油井：1.5～3.5MPa；
气井：3.0～5.0MPa
2、估算与检验钻井液材料
在开钻前井场应有足够的钻井液材料，钻进每个井段还应估算各段的钻井液消耗量。

材料的消耗必须根据每天的清单进行检查，以保证材料及时供应。

井场还应储备足够的加重剂、处理剂。

一、二级防喷井现场储备加重料不少于一次压井所需要的量，一级防喷井现场还应储备密度不低于1.20 g/cm3的钻井液。

3、钻井液性能
为了钻井和起下钻安全必须控制好钻井液的密度和粘度。

控制密度是为了减少压裂薄弱地层或引起井涌的可能性。

固体与气体侵入都会影响钻井液密度。

应采用固控设备和除气设备来清洁钻井液。

控制粘度是为了减少抽吸压力和循环流动阻力对井内产生的影响。

粘度可以根据不同的问题采取不同方式进行处理。

4、对硫化氢的考虑
钻硫化氢地层时，无论是水基钻井液还是油基钻井液都应配合中和硫化氢的净化剂一起使用，但要注意的是，水基钻井液与净化剂一起使用时要维持钻井液的PH值至少为10，以便使硫化氢保持破裂状态。

五、井控设备选择
井控设备可分为三大类：压力控制设备、监视设备、固相控制设备。

对于含硫化氢的井还应配备防硫化氢的特殊设备。

详细内容见井控设备部分。

六、应急计划
制定应急计划时主要考虑三个方面的内容：人员安全、防止污染、恢复控制。

1、人员安全
在预计含硫化氢的井区，必须保证钻井人员、附近居民的安全。

H2S是一种剧毒气体，在浓度超过500 mg/m3时，几分钟人员就会死亡，根据2002年9月总公司制定的气井安全技术规程标准，H2S的安全临界含量为10mg/m3。

应当建立一个应急计划，并告知有关人员：H2S与SO2的危害性；有关安全规程；个人的责任与义务；确定安全范围；撤离计划；医务人员及设备清单；附近居民清单。

2、污染控制
在井喷的情况下，数以万计的石油可能会被释放到环境里，污染许多自然区域。

海洋钻井井喷则会
污染海滩、渔场、候鸟栖聚区、养殖场、疗养区以及候鸟迁移地区。

一旦发生事故，有三种级别控制污染的方法：（1）公海回收用撇油器系统固定地截住原油并回收。

（2）浅水回收这种回收具有保护海岸线和从海滩浅水中清除原油的作用。

这种系统是浅水撇油器驳船，一个自驱式浅水撇油器以及一个原油拖把。

拖把是一条聚丙烯绳索。

（3）大气监测它的目的是确定浮油的位置、范围、特征，便于放置撇油装置，使浮油到达海岸之前回收。

3、恢复控制
井喷失控后，应立即制定一个恢复井口控制的计划。

在有些情况下还要打救援井。

详细内容见《井喷失控后的处理》。

含硫化氢的地区，应尽量在钻达硫化氢地层之前完成定向，另外还要考虑钻出的硫化氢是用泵循环出来并烧掉还是压回地层。