防止钻具内井喷的方法——已发表

预防管内井喷失控的技术研究

慕武

作者简介：

慕武 1962年2月生，1981年7月毕业于重庆石油学校钻井专业，钻井工程师，长期从事于钻井现场工作。

主题词：管内井喷失控预防研究

内容提要：因起、下钻过程中操作不当或起钻中因钻头泥包等原因，引起起、下钻过程中的井漏，甚至井喷时。因种种原因会发生管内回压凡尔等内防喷工具失效或方钻杆接不上，导致管内井喷失控事故的发生。该文就怎样预防和处理这样的失控事故进行了技术方法研究与探讨。

管内发生外溢，甚至井喷失控事故

起下钻过程中因钻具内防喷工具未装或使用不当或内防喷工具失效时，有时会发生环空不溢泥浆，而管内却会发生外溢、甚至井喷的事故；或在井喷后因没有抢接回压凡尔及方钻杆（方钻杆上提前安装了上、下球阀），关闭环空后导致管内井喷；或井喷后同时从环空和管内井喷，因没有安装剪切闸板封井器，导致管内井喷失控事故。就怎样避免或杜绝类似管内井喷失控事故的发生，对我们现有的井控安全工艺提出了新的更高的要求。

现有内防喷工具的使用原则及弊端

管内防喷工具是装在钻具或油管管柱上的专用工具，用来封闭钻具或油管的中心通孔，与井口防喷器组配套使用。下面以某井使用5//×9.19钻杆为例来说明此问题。

现场常用的方钻杆球阀、钻杆回压凡尔（威德福回压阀、箭形回压阀等）、投入式单向阀、旁通阀等皆属管内防喷工具。

内防喷工具的作用是当发生井喷时，一方面用井口防喷器组封闭井口环形空间，内防喷工具藉以保护水龙头冲管、水龙带与立管管线，防止管内井喷失控。因此，在生产井即将打开油气层前及以后的钻进过程中或在探井的整个钻进过程中，提前安装和使用管内防喷工具以确保安全作业。

在方钻杆上安装方钻杆上、下球阀（旋塞）以确保安全作业。

旁通阀是为了避免在整个钻进过程中钻头喷嘴因各种原因被堵死而无法建立循环时，使用旁通阀。在钻进油、气、水层前此阀接在投入式单向阀之上，如果没有接投入式单向阀，最好把此阀直接与钻头相接。

当井涌压井过程或井漏堵漏时发生堵水眼等事故时，卸掉方钻杆，投入∮50.8的钢球（或尼龙球），再接上方钻杆，循环泥浆，将球送至阀座锥孔处，封闭水眼，泵压上升5～15Mpa（可根据钻井需要设计）时销钉剪断，阀座受压继续下移，甚至排泄孔全部打开为止，这时可进行压井或堵漏作业。

在钻进过程中通常并不装设钻杆回压凡尔，因为在钻井液的长期冲蚀下易使回压凡尔受到冲蚀损坏，丧失封隔钻具中孔的作用。而且一旦发生井喷，由于钻杆回压凡尔的障碍，很难获得关井立管压力的真实数据，从而影响压井作业的实效。再者因钻具内回压凡尔的阻挡，钻进过程中测不到近井底处的井斜数据；或发生卡钻、堵水眼等复杂事故时，如果带有旁通阀，可进行压力骤变法进行解卡或堵漏。但要进行近钻头爆炸松扣、炸开钻头水眼进行泡油解卡及堵漏等措施

时一切都将难以或无法实施。

或在钻具内发生井涌甚至井喷时抢接回压凡尔或威德福回压凡尔，以防止钻具内发生井喷失控事故。

目前用的投入式单向阀只能装在钻杆与钻铤之间的连接处，允许钻井液自上而下流动但不允许井液向上窜流。投入式单向阀（海德里投入式止回阀）由外部工作筒与内部心轴件构成。其作用与钻杆回压凡尔类似。在生产井即将打开油气层前及以后的钻进过程中或在探井的整个钻进过程中，投入式单向阀的工作筒预先安装在钻具管串的钻铤柱顶部，此时阀内并无心轴组件，钻井液循环畅通无阻。只是当根据作业需要封闭钻具中孔时才将心轴组件投入钻柱管串内，使心轴组件坐落在工作筒上，封堵井液上窜（橡胶密封圈被地层压力向上顶胀，和工作筒内壁实现密封）。

当发生井涌、井喷和进行不压井起下钻作业或起钻前将投入式单向阀的心轴组件从地面投入钻柱中孔后再接方钻杆，开泵循环钻井液将心轴组件输送至工作筒固定座上形成可靠密封，以防起钻过程中管内井喷失控。投入式单向阀在正常钻进过程中没投入心轴组件前，井涌关井后并不妨碍关井立管压力真实数据的获取。

管内发生外溢，甚至井喷失控的原因分析

假设某井在进行短起下钻作业，没有投入投入式回压凡尔的心轴；或起钻中投入式回压凡尔损坏；或未使用投入式回压凡尔。

因井眼缩径或钻头泥包等原因，起钻中在钻头位置会造成抽吸作用，严重时会造成类似注射器似的抽吸作用（柴达木盆地的涩北一号、涩北二号、台南三个第四系气田的钻井起钻作业中有时会看到井筒内钻井液随着钻具的上升而上升）。环空泥浆无法及时的填充到被抽成真空的井筒之中。此时如果钻头水眼畅通，管内的泥浆通过钻头水眼填充到被抽成真空的井眼内。随着起钻的进行，管内的泥浆不断地填充到井眼内。因钻具水眼的体积远远小于井眼环空同高度的体积（其121/4//井眼中的体积比为1：7；81/2//井眼中的体积比为1：3），管内泥浆液柱的下降高度远远大于填充井眼内液柱的高度。校核井眼内泥浆吞吐量时不易发现管内钻井液液柱补充到井眼内的泥浆量（尤其柴达木三湖第四系地区的地层因渗漏等原因其吞吐量更难以按理论吞吐量来计算校核，某些井起钻中的实际灌入量较理论灌入量高达近2倍）。当管内的泥浆液柱压力降低到平衡不了钻头所在及以下某个地层流体的压力时，地层流体（尤其是天然气体）通过钻头水眼很快从钻杆内溢出，进而导致管内外溢，甚至井喷事故的发生。

起钻中因未及时的灌满钻井液导致井喷，井喷后又没有抢接回压凡尔及方钻杆，关井后地层流体通过钻头水眼从管内喷出，导致管内井喷并失控；或因刚刚钻遇压力异常、地层还没有任何地面显示、进行接单根等作业时发生井喷后同时从环空和钻具内发生井喷，导致钻具内井喷甚至失控事故；

如果因种种原因在钻具内一旦发生溢流甚至井喷时，在地层流体（或称为井液）压力的作用下，大部分情况下回压凡尔及提前安装了上、下球阀的方钻杆难以对接到钻具上。

假设钻具内井涌时的井液压力为0.098MPa（1a t）时，要抢接内径完全封闭的箭形回压凡尔，其截面直径为∮127毫米。现仅以5//钻杆母扣端内径以∮80毫米计算，井液对回压凡尔的上举力＝8×8×0.785×1＝50（kg）。因井液压力如此大的上举力的作用，完全封闭的箭形回压凡尔很难或根本对接不到钻具上，