井下作业井控管理培训.ppt
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1、井下作业井控技术井下作业井控技术二二九年二月九年二月井下作业井控工作:井下作业井控工作:是一项要求严密的系统工程,涉及诸多部门、诸是一项要求严密的系统工程,涉及诸多部门、诸多专业。多专业。井下作业井控技术:井下作业井控技术:是确保油、气井试油(气)作业、压裂酸化作业是确保油、气井试油(气)作业、压裂酸化作业和修井作业完成的必备技术。和修井作业完成的必备技术。做好井控工作:做好井控工作:既可以有效防止和避免井喷及其失控事故,实现作业既可以有效防止和避免井喷及其失控事故,实现作业过程的安全生产,又有利于试油(气)、修井中发现和保护好油气层,过程的安全生产,又有利于试油(气)、修井中发现和保护好油气
2、层,顺利完成井下作业施工,同时也是保证人身和财产安全,保护环境和顺利完成井下作业施工,同时也是保证人身和财产安全,保护环境和油气资源的必要条件。油气资源的必要条件。长庆油田井控工作:长庆油田井控工作:原则:原则:是立足一次井控,搞好二次井控,杜绝三次井控。是立足一次井控,搞好二次井控,杜绝三次井控。指导方针:指导方针:是是“以人为本、安全第一、预防为主、环保优先、综合治以人为本、安全第一、预防为主、环保优先、综合治理理”,牢固树立,牢固树立“井喷就是事故井喷就是事故”和和“井喷是可防可控的井喷是可防可控的”工作理念。工作理念。井控安全管理的目标:井控安全管理的目标:是杜绝井喷失控和井喷着火爆炸
3、事故,杜绝有是杜绝井喷失控和井喷着火爆炸事故,杜绝有毒有害气体伤害事故。毒有害气体伤害事故。一)井控基本知识一)井控基本知识(一)井控的概念:(一)井控的概念:井控(井涌控制、压力控制)就是要采取一定的方法控制住地井控(井涌控制、压力控制)就是要采取一定的方法控制住地层孔隙压力,基本保持井内压力平衡,保证修井的顺利进行。总而层孔隙压力,基本保持井内压力平衡,保证修井的顺利进行。总而言之,井控就是实施油气井压力的控制(就是用井眼系统的压力控言之,井控就是实施油气井压力的控制(就是用井眼系统的压力控制地层压力)。制地层压力)。(二)与井控相关的概念(二)与井控相关的概念 1 1井侵:当地层压力大于
4、井底压力时,地层中的流体(油、气、井侵:当地层压力大于井底压力时,地层中的流体(油、气、水)就会侵入井内,通常称之为井侵。常见有气侵、油侵等。水)就会侵入井内,通常称之为井侵。常见有气侵、油侵等。2 2溢流:当井侵发生后,井口返出的修井液的量比泵入的修井溢流:当井侵发生后,井口返出的修井液的量比泵入的修井液的量多,停泵后井口修井液有外溢现象,这种现象就称之为溢流。液的量多,停泵后井口修井液有外溢现象,这种现象就称之为溢流。3 3井涌:严重的溢流使井内修井液涌出井口。井涌:严重的溢流使井内修井液涌出井口。4 4井喷:井喷是指地层流体(天然气、石油、地层水)无控制井喷:井喷是指地层流体(天然气、石
5、油、地层水)无控制的进入井内,使井内修井液喷出井口。(这里所说的井喷指的是地的进入井内,使井内修井液喷出井口。(这里所说的井喷指的是地上井喷)。上井喷)。5 5井喷失控:井喷发生后,无法用常规方法控制井口而出现敞井喷失控:井喷发生后,无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象。这就是修井作业中的恶性事故。喷的现象。这就是修井作业中的恶性事故。(三)井控分级(三)井控分级 人们根据井涌的规模和采取的控制方法之不同,把井控作业分为人们根据井涌的规模和采取的控制方法之不同,把井控作业分为三级,即一级井控、二级井控和三级井控。三级,即一级井控、二级井控和三级井控。1 1初级井控(一级井控)就是仅用修井液液
6、柱压力就能平衡(控初级井控(一级井控)就是仅用修井液液柱压力就能平衡(控制)地层压力的控制。没有地层流体侵入井内,井涌量为零,自然也制)地层压力的控制。没有地层流体侵入井内,井涌量为零,自然也无溢流产生。无溢流产生。2 2二级井控二级井控是指仅靠井内修井液液柱压力不能控制住地层压力,是指仅靠井内修井液液柱压力不能控制住地层压力,井内压力失去平衡,地层流体侵入井内,出现井涌,地面出现溢流,井内压力失去平衡,地层流体侵入井内,出现井涌,地面出现溢流,这时候要依靠关井地面设备建立的回压和井内液柱压力共同平衡地层这时候要依靠关井地面设备建立的回压和井内液柱压力共同平衡地层压力,依靠井控技术排除气侵修井
7、液,处理掉井涌,恢复井内压力平压力,依靠井控技术排除气侵修井液,处理掉井涌,恢复井内压力平衡,使之重新达到初级井控状态。衡,使之重新达到初级井控状态。二级井控是目前培训井下作业有关人员掌握井控技术的重点,也二级井控是目前培训井下作业有关人员掌握井控技术的重点,也是防喷的重点。是防喷的重点。3 3三级井控是指二级井控失败后,井涌量大,且失去控制,发三级井控是指二级井控失败后,井涌量大,且失去控制,发生了井喷,这时候要利用专门的设备和技术重新恢复对井的控制,使生了井喷,这时候要利用专门的设备和技术重新恢复对井的控制,使其达到二级井控状态,进一步恢复到初级井控状态。其达到二级井控状态,进一步恢复到初
8、级井控状态。三级井控就是平常说的井喷抢险,可能需要灭火、邻近注水井三级井控就是平常说的井喷抢险,可能需要灭火、邻近注水井停注等各种具体技术措施。停注等各种具体技术措施。一般地说,在修井时要力求使一口井经常处于初级井控状态,一般地说,在修井时要力求使一口井经常处于初级井控状态,同时做好一切应急准备,一旦发生溢流、井涌、井喷能迅速地作出反同时做好一切应急准备,一旦发生溢流、井涌、井喷能迅速地作出反应,加以解决,恢复正常修井作业。应,加以解决,恢复正常修井作业。(四)溢流和井喷的条件(四)溢流和井喷的条件井内积聚有气柱时,可能造成修井液自动外溢和井喷。井内积聚有气柱时,可能造成修井液自动外溢和井喷。
9、1 1、气柱在井中上升或者被循环的修井液推着上行时体积会大大膨胀。、气柱在井中上升或者被循环的修井液推着上行时体积会大大膨胀。2 2、关井时,气侵修井液对作用在井筒(从井底到井口)的压力的影响。、关井时,气侵修井液对作用在井筒(从井底到井口)的压力的影响。(1)(1)考虑到关井时井口将作用有相当高的压力,因此要求井口装置必须具考虑到关井时井口将作用有相当高的压力,因此要求井口装置必须具有足够高的工作压力。有足够高的工作压力。(2)(2)不应该使井长时间关闭而不循环。因为长期关井将使井口、井底作用不应该使井长时间关闭而不循环。因为长期关井将使井口、井底作用有极高的压力。这就有可能,或者超过井口装
10、置的耐压能力,或者超过井中有极高的压力。这就有可能,或者超过井口装置的耐压能力,或者超过井中套管柱或地层所能承受的压力,造成井口失去控制,套管憋破,地层憋漏,套管柱或地层所能承受的压力,造成井口失去控制,套管憋破,地层憋漏,以致发生井喷井漏等严重复杂情况。以致发生井喷井漏等严重复杂情况。(3)(3)在将井内气侵修井液循环出井时,为了不使井口和井内发生过在将井内气侵修井液循环出井时,为了不使井口和井内发生过高的压力,必须允许天然气膨胀。高的压力,必须允许天然气膨胀。(4)(4)在较长期的关井以后,由于天然气在井内上升而不能膨胀,井在较长期的关井以后,由于天然气在井内上升而不能膨胀,井口压力不断上
11、升。这时容易产生的误解是,认为地层压力非常高,口压力不断上升。这时容易产生的误解是,认为地层压力非常高,等于井口压力再加上修井液柱压力,并且想据此算出所需的修井液等于井口压力再加上修井液柱压力,并且想据此算出所需的修井液密度。实际上,这是完全错误的。这时井口压力的增加是由于天然密度。实际上,这是完全错误的。这时井口压力的增加是由于天然气不能膨胀(扩散)的结果,因此,在天然气上升而不能膨胀(扩气不能膨胀(扩散)的结果,因此,在天然气上升而不能膨胀(扩散)的情况下,地层压力并不等于井口压力加修井液柱压力,也不散)的情况下,地层压力并不等于井口压力加修井液柱压力,也不应这样来计算所需的修井液密度。应
12、这样来计算所需的修井液密度。3 3、溢流的发现、溢流的发现 尽早发现溢流显示是井控技术的关键环节。井喷通常很少突然发生,尽早发现溢流显示是井控技术的关键环节。井喷通常很少突然发生,大多数井在井喷前都有一些先兆,只要观察及时,准备充分,加以有效大多数井在井喷前都有一些先兆,只要观察及时,准备充分,加以有效的预防措施,绝大多数是可以避免的。的预防措施,绝大多数是可以避免的。(1 1)虽然异常高压地层是对修井的真正危险,但是许多井喷却是发生)虽然异常高压地层是对修井的真正危险,但是许多井喷却是发生在有着正常压力的情况下。其中大多数发生在起油管的时候。当起出一在有着正常压力的情况下。其中大多数发生在起
13、油管的时候。当起出一批油管时,由于循环停止又加上抽汲作用,井底压力降低,地层中的流批油管时,由于循环停止又加上抽汲作用,井底压力降低,地层中的流体就企图流入井内。体就企图流入井内。(2 2)地层流体流入井内修井液中会带来各方面的变化,及时注意到这)地层流体流入井内修井液中会带来各方面的变化,及时注意到这些变化就可以迅速发现地层流体的流入。这些变化有:修井液池液面升些变化就可以迅速发现地层流体的流入。这些变化有:修井液池液面升高;修井液从井中流出;钻速突快(侧钻时);循环压力下降;天然气、高;修井液从井中流出;钻速突快(侧钻时);循环压力下降;天然气、油、或盐水显示。油、或盐水显示。(一)井喷事
14、故分级(一)井喷事故分级1 1、一级井喷事故:海上油(气)井发生井喷失控;陆上油(气)井、一级井喷事故:海上油(气)井发生井喷失控;陆上油(气)井发生井喷失控,造成超标有毒有害气体逸散,或窜入地下矿产采掘坑发生井喷失控,造成超标有毒有害气体逸散,或窜入地下矿产采掘坑道;发生井喷并伴有油气爆炸、着火,严重危及现场作业人员和作业道;发生井喷并伴有油气爆炸、着火,严重危及现场作业人员和作业现场周边居民的生命财产安全。现场周边居民的生命财产安全。2.2.二级井喷事故(二级井喷事故(级):海上油(气)井发生井喷;陆上油(气)级):海上油(气)井发生井喷;陆上油(气)井发生井喷失控;陆上含超标有毒有害气体
15、的油(气)井发生井喷;井发生井喷失控;陆上含超标有毒有害气体的油(气)井发生井喷;井内大量喷出流体造成对江河、湖泊、海洋和环境造成灾难性污染。井内大量喷出流体造成对江河、湖泊、海洋和环境造成灾难性污染。3.3.三级井喷事故(三级井喷事故(级):陆上油气井发生井喷,经过积极采取级):陆上油气井发生井喷,经过积极采取压井措施,在压井措施,在2424小时内仍未建立井筒压力平衡,集团公司直属企业小时内仍未建立井筒压力平衡,集团公司直属企业难以短时间内完成事故处理的井喷事故。难以短时间内完成事故处理的井喷事故。4.4.四级井喷事故(四级井喷事故(级):发生一般性井喷,集团公司直属企业级):发生一般性井喷
16、,集团公司直属企业能在能在2424小时内建立井筒压力平衡的井喷事故。小时内建立井筒压力平衡的井喷事故。二)井控设备二)井控设备(一)井控设备的概念(一)井控设备的概念 实施油气井压力控制技术的一整套专用设备、仪表与工具。实施油气井压力控制技术的一整套专用设备、仪表与工具。(二)井控设备的功用(二)井控设备的功用 预防井喷;及时发现溢流;迅速控制井喷;处理复杂情况。预防井喷;及时发现溢流;迅速控制井喷;处理复杂情况。(三)主要井控设备的组成(三)主要井控设备的组成 井控设备包括防喷器、射孔闸门、简易防喷装置、采油树、内井控设备包括防喷器、射孔闸门、简易防喷装置、采油树、内防喷工具、防喷器控制台、
17、压井与节流管汇及相匹配的闸门。防喷工具、防喷器控制台、压井与节流管汇及相匹配的闸门。1 1、机械式井口防喷器:自封封井器、半封封井器、全封封井器、两用、机械式井口防喷器:自封封井器、半封封井器、全封封井器、两用轻便封井器。轻便封井器。简易封井器简易封井器自封封井器自封封井器2 2、手动防喷器:、手动防喷器:手动单闸板防喷器手动单闸板防喷器、手动双闸板防喷器、手动、手动双闸板防喷器、手动三闸板防喷器。三闸板防喷器。手动单闸板防喷器手动单闸板防喷器3 3、液压防喷器:环形防喷器、闸板防喷器。、液压防喷器:环形防喷器、闸板防喷器。(我国液压防喷器的最大工作压力分为六级:(我国液压防喷器的最大工作压力
18、分为六级:14MPa14MPa、21MPa21MPa、35MPa35MPa、70MPa70MPa,105MPa105MPa。我国液压防喷器的公称通径分为九种:我国液压防喷器的公称通径分为九种:179.4mm179.4mm、228.6mm228.6mm、279.4mm279.4mm、346.1mm346.1mm、425.5mm425.5mm、476.3mm476.3mm、527.1mm527.1mm、539.8mm539.8mm、679.5mm679.5mm)。)。液压控制双闸板防喷器液压控制双闸板防喷器液压控制环型防喷器液压控制环型防喷器4 4、控制装置:蓄能器装、控制装置:蓄能器装置、遥控装
19、置。置、遥控装置。5 5、节流与压井管汇。、节流与压井管汇。6 6、井下管柱内防喷工具:、井下管柱内防喷工具:单向阀、回压凡尔、工单向阀、回压凡尔、工作筒和堵塞器、旋塞。作筒和堵塞器、旋塞。7 7、抽油杆防喷工具。、抽油杆防喷工具。油管旋塞油管旋塞抽油杆防喷器抽油杆防喷器远程液控紧急关井系统远程液控紧急关井系统压井管汇压井管汇节流管汇节流管汇(四)防喷器的型号:(四)防喷器的型号:例如:例如:2SFZ18-352SFZ18-35表示通径为表示通径为179.4mm179.4mm,额定工作压力为,额定工作压力为35 35 MPaMPa的手动双闸板封井器。的手动双闸板封井器。(五)防喷器压力等级的选
20、择(五)防喷器压力等级的选择 防喷器压力等级的选用原则上应大于施工层位目前最高地层压力、防喷器压力等级的选用原则上应大于施工层位目前最高地层压力、所使用套管抗内压强度及套管四通额定压力中最小者。一般情况下:浅所使用套管抗内压强度及套管四通额定压力中最小者。一般情况下:浅井应选井应选1414兆帕;井深兆帕;井深20002000米至米至40004000米的中深井应选米的中深井应选2121兆帕至兆帕至3535兆帕;井兆帕;井深深40004000米至米至70007000米的深井预计井口最高压力可能达到米的深井预计井口最高压力可能达到7070兆帕至兆帕至105105兆帕,兆帕,液压防喷器的压力等级应选液
21、压防喷器的压力等级应选3535兆帕或兆帕或7070兆帕。兆帕。(二)井喷失控的危害(二)井喷失控的危害大量的事实告诉我们,井喷失控是钻井、修井工程中性质严重、大量的事实告诉我们,井喷失控是钻井、修井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故,其造成的危害可概括为以下几方面:损失巨大的灾难性事故,其造成的危害可概括为以下几方面:1 1井喷失控危害之一就是打乱全面的正常工作秩序,影响全局井喷失控危害之一就是打乱全面的正常工作秩序,影响全局生产。生产。2 2井喷失控危害之二是使修井事故复杂化。井喷失控危害之二是使修井事故复杂化。3 3井喷失控极易引起火灾和地层塌陷,造成机械设备毁坏、人井喷失控极易引起火灾
22、和地层塌陷,造成机械设备毁坏、人员伤亡、油气井报废,带来巨大的经济损失。员伤亡、油气井报废,带来巨大的经济损失。4 4井喷失控还会严重伤害油气层、破坏地下油气资源。井喷失控还会严重伤害油气层、破坏地下油气资源。5 5井喷失控使油气无控制的喷出井口进入空中,造成环境污染,井喷失控使油气无控制的喷出井口进入空中,造成环境污染,影响周围千家万户的命安全,影响农田水利、渔场、牧场、林场建设。影响周围千家万户的命安全,影响农田水利、渔场、牧场、林场建设。6 6井喷失控涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响;影井喷失控涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响;影响修井作业队伍的形象,对该企业的生存和发展
23、不利。响修井作业队伍的形象,对该企业的生存和发展不利。(三)井喷失控的原因(三)井喷失控的原因 从以上的实例和井喷失控的危害可知弄清井喷失控的原因及防止井喷从以上的实例和井喷失控的危害可知弄清井喷失控的原因及防止井喷失控是非常重要的,也是必须要搞明白的;因此,作业人员首先要深失控是非常重要的,也是必须要搞明白的;因此,作业人员首先要深刻分析以往的事故案例,从中吸取经验教训;纵观各油气田井喷失控刻分析以往的事故案例,从中吸取经验教训;纵观各油气田井喷失控的实例,分析井喷失控的直接原因,大致可归结为以下几点:的实例,分析井喷失控的直接原因,大致可归结为以下几点:1 1井控意识不强,违章操作。井控意
24、识不强,违章操作。2 2起管柱产生过大的抽吸力。起管柱产生过大的抽吸力。3 3起管柱不灌或没有灌满修井液。起管柱不灌或没有灌满修井液。4 4施工设计方案中偏面强调保护油气层而使用的修井液密度偏小,导施工设计方案中偏面强调保护油气层而使用的修井液密度偏小,导致井筒液柱压力不能平衡地层压力。致井筒液柱压力不能平衡地层压力。5 5井身结构设计不合理及完好程度不够。井身结构设计不合理及完好程度不够。6 6地质设计方案未能提供准确的地层压力资料,造成使用的修井地质设计方案未能提供准确的地层压力资料,造成使用的修井液密度低于地层压力,致使井筒液柱压力不能平衡地层压力,导致液密度低于地层压力,致使井筒液柱压
25、力不能平衡地层压力,导致地层流体侵入井内。地层流体侵入井内。7 7发生井漏后,液柱压力降低,当液柱压力低于地层压力时就会发生井漏后,液柱压力降低,当液柱压力低于地层压力时就会发生井侵、井涌乃至井喷。发生井侵、井涌乃至井喷。8 8周围注水井不停注水或未减压。周围注水井不停注水或未减压。四)井控工作的重要性四)井控工作的重要性(一)对井控工作的认识(一)对井控工作的认识 采用先进的井控技术和井控设备才是发现油气层,保采用先进的井控技术和井控设备才是发现油气层,保护油气层的唯一正确途径。做到既不污染地层,也不发生护油气层的唯一正确途径。做到既不污染地层,也不发生井喷;一旦一次控制未能准确实施,出现溢
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