井控基础知识及其注解

第一章、井控设备系统 (2)一、井控设备系统组成 (2)二、井控设备功用 (2)三、防喷器型号和规范 (3)1、防喷器公称通径的选择 (3)2、防喷器压力等级的选择 (3)3、组合形式 (3)第二章、井控工艺 (3)一、溢流产生的主要原因和征兆 (3)1、溢流产生的原因 (3)2、溢流的征兆 (4)二、溢流的预防 (4)1、钻井设计 (4)2、日常作业 (5)3、钻开油气层前 (5)4、钻开油气层中 (5)5、钻开油气层后 (5)三、溢流的处理 (5)1、发生溢流应采取的措施 (5)2、关井原则 (6)3、关井方式 (6)4、关井程序 (6)5、浮阀钻具关井立压的确定 (6)四、压井作业 (7)1、压井基本原理 (7)2、井控计算 (7)3、压井方法 (8)4、低泵速磨阻选择 (10)5、深水井控相关概念 (10)在钻井进入某一地层之前，地层中各种压力保持着自身的平衡。

在钻进进入各种地层的过程中，不断破坏地层中各种压力的平衡关系。

地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力与井筒压力之间具有非常重要的关联。

当井筒压力小于地层压力，地层中的流体会进入井筒；当井筒压力小于地层坍塌压力，井壁岩石会发生坍塌；当井筒压力大于地层破裂压力，会压漏地层，导致井漏发生。

钻井过程中，对井内压力实施的控制，通常称为井控。

井控的任务主要有两方面，第一、通过控制井内钻井液密度，使井底压力和底层压力保持在一个相对平衡的状态；第二、当地层流体侵入井筒超过一定量后，通过井口装置的控制及调整井内钻井液密度，将井内侵入的地层流体安全排出，并建立新的适合井底压力和地层压力的关系，确保安全钻进。

第一章、井控设备系统一、井控设备系统组成1、井口装置及控制系统，包括液压防喷器及控制系统、四通、套管头法兰短节等。

2、井控管汇，包括节流管汇、压井管汇、放喷管汇及放喷管线等。

3、钻柱内防喷工具，包括浮阀等。

4、井控仪表，包括综合录井仪、液面监测仪、溢流报警仪及各种压力表等。

5、钻井液净化、灌注装置。

6、特殊的专用设备及工具。

二、井控设备功用1、及时发现溢流。

在钻井过程中，能够对地层压力、钻井参数和钻井液量进行实时监测，以便及时发现溢流显示，尽早采取控制措施。

2、能够关闭井口。

溢流发生后，通过操作井控设备实现迅速关机，及时密封钻具内孔和环空，防止发生井喷，并通过建立足够的井口回压，实现对地层的二次控制。

3、井内流体可有控制的排放。

实施排污或压井作业，在向井内泵入钻井液时能够维持足够的井底压力（与地层压力保持在一个相对平衡的范围内），同时从井口安全排出受污染的钻井液。

4、径向正（反）注液。

允许先钻杆内或环空泵入钻井液、压井液或其他流体。

5、允许带压操作。

必要时，在带压情况下，能够将钻具强行下入井中或从井中起出钻具。

三、防喷器型号和规范防喷器的最大工作压力是指防喷器安在井口上投入工作后所能承受的最大井口压力，最大工作压力反映了防喷器强度指标。

防喷器工程通径是指防喷器的上下垂直通孔直径，通径是防喷器尺寸的指标。

根据相关规定，我国防喷器的最大工作压力共分为6个等级：13.8MPa （2000psi）、20.7 MPa（3000psi）、34.5 MPa（5000psi）、69 MPa（10000psi）、103.5 MPa（15000psi）和138 MPa（20000psi）。

根据相关规定，防喷器公称通径有10个等级，目前我国常用的有：9in、11in、13-5/8in、21-1/4in等。

防喷器型号由产品代号、通径尺寸和额定工作压力组成。

例：FH18-34.5表示公称直径为179mm、最大工作压力为34.5 MPa的环形防喷器。

1、防喷器公称通径的选择防喷器公称通径的选择要保证后续套管和井下工具等能顺利通过。

2、防喷器压力等级的选择防喷器压力等级的选择应与裸眼井段中最高地层压力相匹配，确保必要时封井可靠，不至应井口承压不够而导致井口失控。

“三高井”应在常规井控设计的基础上提高一个压力等级。

3、组合形式1)深井、超深水井、高油气比井及“三高井”，至少要配备一个环形防喷器、单闸板防喷器、双闸板防喷器和钻井四通（水下防喷器无钻井四通），其中应安装一个剪切闸板防喷器。

2)地层压力大于35MPa且小于70MPa的开发井，应配备环形防喷器、两个单闸板防喷器或一个双闸板防喷器和钻井四通。

第二章、井控工艺一、溢流产生的主要原因和征兆1、溢流产生的原因溢流产生的根本愿意是井筒液柱压力小于地层孔隙压力，其主要表现形式有：1)钻井液密度过低；2)起钻灌浆不及时；3)井漏导致井筒液面下降；4)起钻抽吸作用；5)气侵等。

2、溢流的征兆井侵是溢流的前奏，井侵发生后，在地面上会有相应的显示。

1)直接征兆①钻井液返出量增加；②循环池液面增加；③起钻灌浆量减少；④停泵后钻井液从返出口自动外溢等。

2)间接征兆⑤钻井液密度降低；⑥钻速增加；⑦大钩悬重增加；⑧泵压下降；⑨其它征兆，如钻井液性能变化、气测值升高、返出有油花等。

二、溢流的预防溢流的预防主要分为五个阶段。

1、钻井设计1)井位选择，尽量避开浅层气；2)根据邻井资料和地震资料，做好地层压力预测；3)根据三压力曲线优化井身结构；4)根据地层压力，选择合理的钻井液密度，并附加安全余量（油水井通常附加0.05-0.10g/cm3，气井通常附加0.07-0.15g/cm3）；5)根据地层孔隙压力，优选井控设备（油水井防喷器最大工作压力不低于最大地层孔隙压力，气井防喷器最大工作压力不低于最大地层孔隙压力的1.2倍）。

6)按要求试压，并做地层破裂压力试验。

2、日常作业日常作业中加强监测、设备保养、定期试压并举行放喷演习等。

3、钻开油气层前井口装置试压，套管试压等。

4、钻开油气层中1)调整钻井液性能；2)钻入油气层2-3m应停止钻进并循环，以确认井筒内钻井液密度是否合适；每班至少应做一次低泵速实验，如果进尺较多、钻井液性能发生变化或钻具组合改变，需及时补做低泵速实验，低泵速实验泵速通常为正常钻进排量的1/4-1/3；3)每班填写井控原始数据和压井施工单，管线阀门及设备检查等。

5、钻开油气层后此阶段除了要做好钻开油气层中的各项工作外，还需要遵循安全起下钻原则。

1)满足以下条件才能进行段起下钻①调整钻井液性能，至少循环两周，使钻井液密度均匀；②气全量值要小于5%且处于下降趋势；③停泵观察，15min无溢流。

2)短起下钻，测气体上窜速度短起下钻作业时间（包括起钻、静止和观察总时间）不得少于4h，过短的短起下钻不能反应实际的气体上窜速度。

气体上窜速度大于50m/h则不能起钻。

3)起下钻裸眼起下钻速度不大于0.5m/s，降低抽吸压力和激动压力的影响。

三、溢流的处理1、发生溢流应采取的措施1)钻台停止当前作业；2)发出井涌信号，按照关井程序立即关井；3)高队安排当班人员就为；4)根据现场情况及井口压力资料，确定压井方案及实施措施；5)上报等。

2、关井原则1)关井要及时，关井越早，溢流量越少，越容易控制；2)油水井应采取软关井，气井应采取硬关井；3)情况紧急可关闭剪切闸板（不要随便玩奥）；4)关井套压不得大于最大允许关井套压。

最大关井套压不得大于a井口装置承压能力，b套管抗内压强度的80%，c薄弱地层的破裂压力，三者中的最小值。

3、关井方式1)软关井当溢流发生后，先打开液动放喷阀，（上提钻具到何时高度）再关闭环形防喷器，再关闭闸板防喷器，关闭液动放喷阀，最后打开环形防喷器。

优缺点：“液击”效应小，关井时间长，溢流量大。

（适合油水井）2)硬关井当溢流发生后，（上提钻具到合适高度）在节流管线压井管线都关闭的情况下，关闭环形防喷器，再关闭闸板防喷器，再打开环形防喷器。

优缺点：操作简单，关井快，以流量小；“液击”效应大，可能损坏井口装置或憋漏地层。

4、关井程序以半潜式平台钻井时关井程序为例。

1)停钻并发出井涌信号；2)上提钻具到合适的关井位置，调节钻柱补偿器到中位；3)停泵停顶驱；4)打开节流端的水下事故安全阀；5)关闭防喷器（先关环形，关闸板，最后打开环形）；6)关闭节流阀，确认已关井且无回流；7)报告钻井总监和高队；8)记录关井后10-15min的关井立压和关井套压以及循环池钻井液的增量。

5、浮阀钻具关井立压的确定由于钻具内有浮阀，关井立压无法直接读取，测定关井立压有以下三种方法：1)关井后，以尽可能低的泵速开泵，当套压刚开始上升时，立刻停泵，此时的立压即为关井立压；若套压上升过多，则关井立压为立压减去套压上升的值。

2)调节节流阀，保持套压恒定，以尽可能低的泵速开泵，此时立压不断上升，当立压停止上升时，立刻停泵关井，此时的立压即为关井立压。

3)打开节流阀，一预定的压井泵速（低泵速）开泵，调节套管压力等于关井套压，记录此时的立管压力，此值减去低泵速循环压力即为关井立压。

四、压井作业1、压井基本原理压井是有异常的二级井控状态向一级井控状态转化的过程，通过控制井口回压、排除受污染的钻井液和泵入压井液重新达到井筒内液柱压力与地层孔隙压力平衡的过程。

1)井底常压法压井过程中，既要保证能压住地层流体，又不能压漏地层，这就需要在压井过程中，始终保持井底压力恒定（允许在一个合理的范围内小幅波动）。

2)“U”型管原理根据“U”型管原理，把一口井的循环系统想象成一个“U”型管，将环空（到井底）认为是“U”型管的一端，钻柱（到井底）认为是“U”型管的另一端，两端的连接处是井底，“U”型管的底部是一个平衡点。

在压井过程中，一端的压力存在主动变化时，则通过调节“U”型管另一端压力使其保持恒定，从而达到保持井底压力恒定。

2、井控计算井涌数据有关井立压、关井套压和泥浆池增量（即溢流量）。

压井液密度=原浆密度+关井立压/（垂深*0.052）psi（可以再附加一个安全余量）理解：关井时，钻杆内原浆未受污染，且钻杆内到井底是一个平衡的压力体系，钻杆内原浆液柱压力+立管压力，与井底压力相平衡，将压力转化成密度，即对应的压井液密度。

初始循环压力=低泵速压耗+关井立压理解：在压井液出钻具前，井筒内的原浆和一定量（不变的）的地层流体，因而循环时要保证套压不变；压井液出钻具后，钻具内全是压井液，因而此时要保持立压不变。

初始循环时，钻杆内全是原浆，原浆在压井泵速下的循环压力即为低泵速压耗，关井时有立压的存在，故需要附加上关井立压终了循环压力=低泵速压耗*（压井液密度/原浆密度）理解：终了循环压力/压井液密度=gh低泵速压耗/原浆密度=gh两式合推处终了循环压力。

P=ρgh是指静态是的压力，而此处是循环时的压力，两者是有区别的，该推导方法并不严谨，只是为了便于理解。

100冲压力降=（初始循环压力-终了循环压力）/压井液从地面到钻头所需冲数*1003、压井方法常规的压井方法有工程师法（等待加重法）、司钻法和边循环边加重法，对于特殊情况还有硬顶法和置换法等压井方法。