02 第二章钻井工程

第二章溢流的检测尽早发现溢流显示是井控技术的关键环节。

从打开油气层到完井，要注重观察井口和钻井液罐液面的变化.”因此，准确、有效地进行溢流的检测是实施井控的首要前提。

在现场施工中，溢流的检测通常分三步进行。

第一，在钻井设计时进行的溢流检测，即对邻近井的资料进行分析对比，表明可能遇到的异常压力地层、含酸性气体（H2S）地层、地质情况复杂的地层或漏失层。

第二，钻井过程中根据井上的直接或间接显示，判断井内地层压力增加或者钻井液静液压力减少，可能发生溢流。

第三，钻井过程中通过观察或判断溢流的显示，表明地层流体侵入井内，已发生溢流。

溢流的发生、发展是有一个过程的，对于潜在的或即将发生的溢流。

钻井人员应密切监控井下的情况，并且考虑和预测可能出现井控问题。

有准备的钻井人员应能够迅速发现井内异常情况，有效地把溢流、地面压力及井控的各种困难减到最小程度。

地层压力的增加或静液压力的减少，必然导致地层压力大于钻井液静液压力，这是溢流的最直接的警告信号，地层流体向井内流动及各种显示也就是溢流的具体显示。

认识与判断这些显示通常需要用关井或把流体从井场分流排出的办法。

若溢流预兆或显示没有及时发现和有效的控制，就可能出现溢流和井喷事故。

因此，钻井人员应做到以下几点：①熟悉各种溢流的原因；②认识溢流的发生、发展过程；③使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减少；④使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增加；⑤能够正确识别静液压力与地层压力之间失衡的各种显示；⑥能够对溢流采取有效控制措施。

第一节溢流的迹象地层流体进入井内，在地面上会从各个方面显示出来。

认真观察和监视这些显示，就能及时的发现溢流。

一、钻井液量的增加地层流体侵入井内，而且变成钻井液循环系统中的一部分时，钻井液量就会增加。

这是发现井内侵入流体的一个可靠、确切的信号，通常需用钻井液罐液面指示器或流量检查来加以确认。

对于不同地层，地层流体进入井内的情况有所不同，钻井液量的增加速度也有所不同。

１、钻开高渗透性的高压油、气层时，地层压力未被钻井液静液压力所平衡，这是最危险的溢流。

其显示是钻井液从井内快速流出，钻井液罐液面迅速升高，从井内返出大量钻井液以前，钻井液中并无明显的油、气显示，通常在钻井液流出开始时伴有钻进放空现象。

２、另一种情况是钻开高渗透地层的压力比钻井液静液压力稍高，地层流体进入井内的速度开始很小，钻井液罐液面升高也很缓慢，但随着井内侵入流体量的增加，欠平衡量的增大，钻井液快速从井内流出，钻井液罐液面迅速升高。

当天然气接近地面时，体积迅速膨胀，钻井液快速返出，这时钻井液罐液面有较明显的升高。

３、钻开低渗透性的高压层时，虽然地层压力未被钻井液静液压力所平衡，地层流体向井内流动时，受到的阻力大，因而钻井液罐液面升高较缓慢。

如果压差很小，常常有气侵显示。

为了能及时发现溢流，每台钻机均应有钻井液罐液面指示装置、记录仪表和报警装置，以便及时检测、报告钻井液罐液面的变化，显示仪表应装在钻台上司钻能看到的位置，便于司钻能随时了解钻井液罐液面的变化情况。

钻井的其他作业也可以导致钻井液量的变化，从而使钻井液罐液面指示器不能反应真实情况，这在确认钻井液量增加时要加以排除。

通常引起钻井液量增加的情况有：①加入钻井液处理剂，特别是重晶石和水；②钻井液倒罐；二、钻井液出口流量突然增加（泵冲不变）当泵在固定转速下运行时，每分钟泵入井内的钻井液量是一定的。

在排量不变的情况下，地层流体进入井内后，帮助泵把环形空间中的钻井液向上推动，并排出井口，就造成排出管线的钻井液排量超过泵入排量。

应当用流量显示表或装在排出管线上的相对流量表来检测流量的增加。

有时候，在钻井液里有少量天然气会错误地显示溢流正在发生。

气体到井口就会膨胀。

会把钻井液很快地推出井口，从而也就增加了排出管线里的流出量。

即使这种情况不是连续的发展，也要对这种情况保持怀疑，钻进时应当停止并对井进行流量检查与分析。

三、停泵时，井口有钻井液返出无论什么时候，当遇到钻进放空或地层破裂时司钻应停止钻进，进行流量检查。

当检查排量时，必须停泵，观察钻井液返出情况。

如果井口没有钻井液返出，就可以继续钻进。

如果钻井液仍从排出管线流出，说明地层流体已进入井内了。

这是由于侵入井内的地层流体推动环形空间中的钻井液向上并使得钻井液继续排出。

下列情况不是因为溢流而引起的流体从井内溢出。

1、当泵停止后，灌注泵没停。

2、重钻井液的“U”型管现象。

当气侵发生时这种现象经常出现。

3、钻井液里有少量气体的膨胀。

四、起下钻时，井筒注入或流出的钻井液与钻具的体积不符起钻时，向井内灌钻井液来保持井内液面，起出钻具的体积应等于灌入井内的钻井液量。

如果起钻时有地层流体进入井内，在环空中占有一定的高度就会造成灌入井内的钻井液量小于起出钻具的体积，则说明有溢流发生。

下钻时，则是看井口返出的钻井液量是否等于下入井内钻具的体积。

如返出的钻井液体积大于下入钻具的体积，说明有溢流发生。

可以看出，起钻过程中灌钻井液，下钻时核对返出钻井液体积，不仅仅是为了保持井底压力平衡，它也是现场发现溢流的一种最直接、有效的检测方法。

五、井的监测与报警设备1、钻井液罐中钻井液体积累加器。

钻井液罐液面指示器即钻井液罐体积累加器，是用来测量钻井液量变化的。

钻井液罐液面指示器是放在每个钻井液罐里的一串浮子。

浮子随钻井液罐液面的变化而上下浮动，从而连续传输电动或气动信号。

由于每个钻井液罐装有不同的钻井液量，而我们测量的是总容积量，所以还需要把许多个单个信号进行“总和”。

这样就给钻井液罐液面指示器另外一个名称即钻井液罐体积累加器。

然后将这个总计信号传送到司钻很容易看到的两块表和一个记录器上。

其中一块表显示正在使用的钻井液罐的容积，另一块表的刻度指示钻井液罐液面微小变化。

记录仪对钻井液罐容积变化提供永久性记录。

可以使司钻观察到容积变化的趋势。

这对了解钻井液罐液面变化快慢的情况是很有价值的。

2、流量或流速增加。

流量计是一个垂直悬挂在排出管线里的一个叶片，钻井液流过时，推动叶片向水平位置，装在排出管线顶部的传感器能检测出叶片运动，并且发出相应的信号，送到司钻控制台上的流量表和记录仪。

流量表能显示流量变化，这种表的刻度只能指示流量的相对变化。

如果没有液体流动，表的读数应当是0%，如果是满流，表的读数是100%。

相对流量计与钻井液罐液面变化指示器都应装有发声警报器，表上的读数超出所规定范围时，警报器就会发出报警声音，会立即引起司钻对可能出现情况的注意。

第二节可能发生溢流或将要发生溢流的信号一、钻速发生变化钻速的增加是最普遍用来确定地层压力改变的方法之一。

正常情况下，钻速是随着深度的增加而下降，这种下降是岩石的硬度和密度增加的结果。

同时也取决于钻井液静液压力和地层压力之差。

钻速的改变可以成为地层压力增加的指示器。

当钻到异常压力地层时，由于地层中含有较多的地层流体且地层较软，因此，钻速发生改变。

地层压力增加会使井底的过平衡减少，也就是说钻头下面的岩石会以松散的方式更容易被破碎。

对存在着欠平衡压力条件下的软地层，机械钻速的增加有时是很高的。

但大多数钻速只有少量变化。

如怀疑钻到异常压力，应停钻检查井口流量情况。

如果在停泵时井口有流体继续流出，说明溢流在发展，必须立即关井。

二、起下钻、接单根时发生变化在起下钻、接单根时，由于上提钻柱时的抽汲作用，或者是由于停止循环时环形空间总回压的降低，使地层中的气体和地层流体进入井内，一般把它称为起钻气或接单根气。

当井内气体增加时，气层中的气体会进一步进入井内或使井底压差发生改变。

这种情况与钻井过程中的操作有很大关系。

要求采用标准的操作规程接单根和起下钻操作，以尽量减少操作带来的影响。

三、气侵入当钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被释放出来而侵入井内。

当这些岩屑从井内向上循环的过程中，岩屑中的气体膨胀并释放进入钻井液中而影响钻井液的密度。

在这种情况下增加钻井液密度并不能阻止气体侵入钻井液，可通过停止钻进，循环钻井液而被确认。

循环后气体的量将会明显减小或排除。

四、水侵或氯根离子有变化钻井液中盐或氯离子含量的改变是有效的预测地层压力的方法。

如果井内的钻井液静液压力低，地层流体就会进入井内与钻井液混合后，就会改变钻井液中氯离子的含量。

少量的盐水污染是不易看见的，也不容易检测到。

但是较大量的污染则可以改变钻井液的流变性和化学性能，盐水不仅可以使钻井液“起泡”，而且将导致钻井液的粘度、静切力与氯化物含量增加。

钻井操作人员决不能忽视氯化物含量，应对钻井液中的氯化物含量进行定时检验，定期对氯化物含量的变化进行比较，可以提出预告或证实孔隙压力增加的信号。

五、泵压减少或泵冲数增加地层流体侵入井内后，通常会降低井内的钻井液密度，钻井液的液柱压力也会降低。

特别是气体侵入将使环空静液柱压力明显降低。

根据“Ｕ”型管效应原理，当环空受侵时，钻杆内的钻井液密度比环空的钻井液密度相对高一些，钻杆内的钻井液将流向环形空间，这样就无形中降低了泥浆泵的负荷，从而使泵压降低，泵冲数就要增加。

第三节地层压力可能增大的迹象一、钻屑的尺寸和形状岩屑是由钻头在井底通过切削、剪切或破碎作用而形成的岩石碎片。

它的尺寸、形状和数量很大程度上取决于地层类型、钻头类型、钻压、钻头的磨钝程度和井底压差。

在钻进时，若钻压、地层类型和井底压差不变，则岩屑尺寸通常随钻头的磨钝而减小，可能会出现粉末状。

然而，如果压差发生了改变（地层压力增加）即使钻头磨钝，也会使其破岩效率提高。

使岩屑的尺寸和形状发生变化，数量增加。

观察与分析井内返出岩屑的尺寸和形状，同样可以判定地层压力的变化。

压力过渡带的页岩岩屑外表尺寸通常要大于正常压力地层的岩屑。

过渡带岩屑的边缘锐利且带棱角，而正常压力地层页岩岩屑，通常是平的、小的而且多为圆边。

在异常高压地层，地层欠压实，钻遇这类地层时，压差将减少，大块页岩将开始坍塌，而坍塌的“岩屑”有着特殊的尺寸和形状。

通常这些岩屑比正常岩屑大一些，且呈长条、锐利、带棱角或者像一只开口凹形的手掌。

如果钻井液不能悬浮并清除大量的大岩屑，坍塌的页岩将下沉，积聚在井底，结果是增加井底填充物，钻井时扭矩增大，起下钻增大阻力。

录井人员所做的页岩岩屑的详细化学与物理分析，可以提供附加资料。

页岩单位体积重量的减少或页岩矿物成份的某些变化都可能与地层压力的增加有关系。

二、温度变化正常地层的温度随井深的增加，平均每100m温度递增3℃左右。

在压力过渡带，地层压力随井深而升高的速度比正常情况要高。

这是由于地温取决于地层的导热性，导热率低则地温高。

由于油、气、水的导热率均比岩石的导热率低得多，所以地温升高得快。

在实际中观察到，在压力过渡带和进入异常高压井段时，返出钻井液温度梯度的变化有达到18.2℃/100米的。