《钻井井控教材》PPT课件.ppt
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1、钻井井控培训教材钻井井控培训教材 自二十世纪初开始,由于钻井技术的不断成熟,自二十世纪初开始,由于钻井技术的不断成熟,世界石油、天然气勘探开发活动日益活跃,勘探领域世界石油、天然气勘探开发活动日益活跃,勘探领域从陆上到海上,从浅部地层到深部地层,从老区到新从陆上到海上,从浅部地层到深部地层,从老区到新区迅速延伸。在这个钻井数量不断增加,勘探领域逐区迅速延伸。在这个钻井数量不断增加,勘探领域逐渐扩大的过程中,井喷失控日益成为威胁钻井安全的渐扩大的过程中,井喷失控日益成为威胁钻井安全的关键因素。关键因素。世界上第一例公开报道的井喷失控发生在世界上第一例公开报道的井喷失控发生在1901年年1月月10
2、日,日,美国德克萨斯州东南部的博蒙特,一口油井在起钻过程中发美国德克萨斯州东南部的博蒙特,一口油井在起钻过程中发生井喷,巨大的压力把井内还未起出的生井喷,巨大的压力把井内还未起出的700英尺钻具冲出井口,英尺钻具冲出井口,油气柱喷高达油气柱喷高达100英尺,最终喷出原油英尺,最终喷出原油50万桶并引发着火。我万桶并引发着火。我国解放后发生的比较严重的天然气井的井喷失控是在国解放后发生的比较严重的天然气井的井喷失控是在1957年年2月月2日,重庆巴日,重庆巴9井,起钻未灌钻井液引发强烈井喷,井内井,起钻未灌钻井液引发强烈井喷,井内216m钻具全部冲出,与井架撞击着火,火焰高达钻具全部冲出,与井架
3、撞击着火,火焰高达120余米,余米,先后经过先后经过3次空中爆炸才将大火扑灭。次空中爆炸才将大火扑灭。实践证明,单纯靠经验来处理井控问题已无法避免和减少因实践证明,单纯靠经验来处理井控问题已无法避免和减少因井喷和井喷失控造成的巨大损失。因此,油气井的压力控制井喷和井喷失控造成的巨大损失。因此,油气井的压力控制引起人们的极大关注,随着现代钻井工艺技术的不断发展,引起人们的极大关注,随着现代钻井工艺技术的不断发展,逐渐形成了较系统的井控理论和压力控制技术。逐渐形成了较系统的井控理论和压力控制技术。返回井控,就是采用一定的方法井控,就是采用一定的方法井控,就是采用一定的方法井控,就是采用一定的方法平
4、衡地层孔隙压力,即油气井的平衡地层孔隙压力,即油气井的平衡地层孔隙压力,即油气井的平衡地层孔隙压力,即油气井的压力控制。压力控制。压力控制。压力控制。在钻井过程中,通过在钻井过程中,通过维持足够的井筒内的压力以平衡维持足够的井筒内的压力以平衡或控制地层压力,防止地层流体或控制地层压力,防止地层流体进入井内,保证钻井作业安全顺进入井内,保证钻井作业安全顺利地实施。利地实施。井控技术井控技术一次井控一次井控 l 是井内采用适当的钻是井内采用适当的钻井液密度来控制地层孔隙井液密度来控制地层孔隙压力,使得没有地层流体压力,使得没有地层流体进入井内,溢流量为零。进入井内,溢流量为零。返回二次井控二次井控
5、 l 井内使用的钻井液密度井内使用的钻井液密度不能平衡地层压力,地层不能平衡地层压力,地层流体流入井内,地面出现流体流入井内,地面出现溢流,这时要依靠地面设溢流,这时要依靠地面设备和适当的井控技术来处备和适当的井控技术来处理和排除地层流体的侵入,理和排除地层流体的侵入,使井重新恢复压力平衡。使井重新恢复压力平衡。返回 三次井控三次井控 l 是指二次井控失败,溢流是指二次井控失败,溢流量持续增大,发生了地面或量持续增大,发生了地面或地下井喷,且失去了控制。地下井喷,且失去了控制。这时要使用适当的技术和设这时要使用适当的技术和设备重新恢复对井的控制,达备重新恢复对井的控制,达到一次井控状态。到一次
6、井控状态。井侵当地层孔隙压力大于井底压力时,地层孔隙中的流体(油、气、水)将侵入井内,通常称之为井侵。井口返出的钻井液量井口返出的钻井液量大于泵入量,或停泵后井大于泵入量,或停泵后井口钻井液自动外溢,这种口钻井液自动外溢,这种现象称之为溢流。现象称之为溢流。溢流溢流返回图图2-5 井内循环压力损失井内循环压力损失溢流进一步发展,钻井液涌出井口的现象称之为井涌。溢流进一步发展,钻井液涌出井口的现象称之为井涌。井涌井涌返回1)决定溢流严重程度的主要因素(1)地层允许流体流动的条件地层的渗透率、孔隙度以及裂缝的大小和连通情况是决定地层流体流动条件好坏的主要因素。地层的渗透率说明地层流体的流动能力;地
7、层的孔隙度及裂缝大小表明地层容纳流体的空间的量。高渗透率和孔隙度或裂缝大,连通好的地层发生严重溢流的可能性比较大。3、与溢流有关的概念(2)钻井液液柱压力与地层压力的差值若钻井液液柱压力比地层压力小得很多,就存在较大的负压差。这种负压差,再遇到高渗透率、高孔隙度或裂缝大、连通好的地层,就可能发生严重溢流。2)溢流的分类)溢流的分类 (1)根据流入井筒的地层流体种类分,常见的)根据流入井筒的地层流体种类分,常见的溢流流体有:天然气、石油、盐水、硫化氢、二氧溢流流体有:天然气、石油、盐水、硫化氢、二氧化碳。若气体进入井内,就称为气体溢流,若是化碳。若气体进入井内,就称为气体溢流,若是2m3气体进入
8、井内,则称气体进入井内,则称2m3气体溢流。气体溢流。(2)根据井控技术要求,排除溢流所需的钻井)根据井控技术要求,排除溢流所需的钻井液密度增量来分,如排除溢流所需的钻井液密度增液密度增量来分,如排除溢流所需的钻井液密度增量为量为0.1g/cm3,则称为,则称为0.1g/cm3的溢流。的溢流。据不完全统计,据不完全统计,19491988年间,我国累计发生井年间,我国累计发生井喷失控喷失控230口,其中井喷失控后又着火的井口,其中井喷失控后又着火的井78口,占井口,占井喷失控井的喷失控井的34%,因井喷失控着火和井喷后地层塌陷,因井喷失控着火和井喷后地层塌陷损坏钻机损坏钻机59台。其中台。其中1
9、9781988年的年的11年间发生井喷年间发生井喷失控井失控井133口,因井喷失控导致死亡口,因井喷失控导致死亡5人,伤人,伤41人。人。1994年年2004年发生年发生16次严重井喷失控事故,尤其是次严重井喷失控事故,尤其是罗家罗家16H井,因喷出大量井,因喷出大量H2S气体造成附近居民大量伤气体造成附近居民大量伤亡和转移,在社会上造成了严重影响。亡和转移,在社会上造成了严重影响。综观各油气田发生井喷失控的实例,分析井综观各油气田发生井喷失控的实例,分析井喷失控的直接原因,大致可归纳为以下几个方面。喷失控的直接原因,大致可归纳为以下几个方面。1、地质设计与工程设计缺陷。、地质设计与工程设计缺
10、陷。1)地质设计缺陷)地质设计缺陷 (1)地质设计未提供三个压力剖面,特别是)地质设计未提供三个压力剖面,特别是准确的地层压力资料。准确的地层压力资料。(2)地质设计未提供施工井周边注水井的压力、)地质设计未提供施工井周边注水井的压力、注水量等资料。注水量等资料。(3)地质设计未提示施工井所在区块(地区)地质设计未提示施工井所在区块(地区)浅气层和过去所钻井发生井喷事故的资料。浅气层和过去所钻井发生井喷事故的资料。(4)地质设计未提供施工井周边的情况,居民、)地质设计未提供施工井周边的情况,居民、道路、河流等资料。道路、河流等资料。2)工程设计缺陷)工程设计缺陷 (1)井身结构设计不合理。表层
11、套管下的深度)井身结构设计不合理。表层套管下的深度不够,当钻遇异常压力地层关井时,在表层套管鞋处不够,当钻遇异常压力地层关井时,在表层套管鞋处蹩漏,钻井液窜至地表,无法实施有效关井;有的井蹩漏,钻井液窜至地表,无法实施有效关井;有的井设计不下技套,长裸眼钻进,同一裸眼段同时存在漏、设计不下技套,长裸眼钻进,同一裸眼段同时存在漏、喷层,更增加了井控工作的难度。喷层,更增加了井控工作的难度。(2)钻井液密度设计不合适。)钻井液密度设计不合适。(3)防喷装置设计不合适。防喷装置的压力)防喷装置设计不合适。防喷装置的压力等级要与地层压力相匹配;在深井、高压井、高含等级要与地层压力相匹配;在深井、高压井
12、、高含硫井等复杂井要配备环形防喷器、单闸板防喷器和硫井等复杂井要配备环形防喷器、单闸板防喷器和双闸板防喷器,并要配备剪切闸板;储能器的控制双闸板防喷器,并要配备剪切闸板;储能器的控制能力要与井口防喷器相匹配;内防喷工具、井控管能力要与井口防喷器相匹配;内防喷工具、井控管汇、辅助井控装备的选择与安装不合适等。汇、辅助井控装备的选择与安装不合适等。(4)加重料储备及加重能力不能满足井控要求。)加重料储备及加重能力不能满足井控要求。(5)井控技术措施针对性、可操作性差。)井控技术措施针对性、可操作性差。2、井控装置安装、使用及维护不符合要求。、井控装置安装、使用及维护不符合要求。1)井口不安装防喷器
13、。井口不安装防喷器主要是认识)井口不安装防喷器。井口不安装防喷器主要是认识上的片面性:其一,认为地层压力系数低,不会发生井喷,上的片面性:其一,认为地层压力系数低,不会发生井喷,用不着安装防喷器;其二,井控装备配套数量不足,现有的用不着安装防喷器;其二,井控装备配套数量不足,现有的防喷器只能保证重点探井和特殊工艺井;其三,认为几百米防喷器只能保证重点探井和特殊工艺井;其三,认为几百米的浅井几天就打完了,用不着安装防喷器;其四,由于前三的浅井几天就打完了,用不着安装防喷器;其四,由于前三种情况,加之实行口井大承包后,片面追求节省钻井成本,种情况,加之实行口井大承包后,片面追求节省钻井成本,想尽量
14、少地投入钻井设备,少占用设备折旧。想尽量少地投入钻井设备,少占用设备折旧。2)井控设备的安装及试压不符合石油与天然气钻井井)井控设备的安装及试压不符合石油与天然气钻井井控技术规定的要求。比如:控技术规定的要求。比如:(1)内控管线要使用专用管线并采用标准法兰连接,而现场内控管线要使用专用管线并采用标准法兰连接,而现场有部分为低质量的焊接。有部分为低质量的焊接。(2)连接管线的尺寸、壁厚、钢级不合要求;弯头不是专连接管线的尺寸、壁厚、钢级不合要求;弯头不是专用的铸钢件,弯头小于用的铸钢件,弯头小于120。(3)放喷管线不用基墩固定,或固定间隔太远。放喷管线不用基墩固定,或固定间隔太远。(4)放喷
15、管线没有接出井场,管线长度不够。放喷管线没有接出井场,管线长度不够。(5)防喷器、节流管汇及各部件、液控管线等没有按规定防喷器、节流管汇及各部件、液控管线等没有按规定的标准进行试压,各部件的阀门出现问题最多,有的打不开,的标准进行试压,各部件的阀门出现问题最多,有的打不开,有的关不上,有的刺漏。有的关不上,有的刺漏。(6)防喷器不安装手动操纵杆;不安装专用钻井液灌)防喷器不安装手动操纵杆;不安装专用钻井液灌注管线,而是把压井管线当作灌钻井液管线使用。注管线,而是把压井管线当作灌钻井液管线使用。(7)井口安装不水平,关井时闸板关不严,造成刺漏。)井口安装不水平,关井时闸板关不严,造成刺漏。(8)
16、深井阶段,关井时先将吊卡座在转盘,后关井,)深井阶段,关井时先将吊卡座在转盘,后关井,使得钻具不能居中,闸板关不严,造成刺漏。使得钻具不能居中,闸板关不严,造成刺漏。(9)防喷器橡胶件老化,不能承受额定压力;控制)防喷器橡胶件老化,不能承受额定压力;控制系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范,漏油等。系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范,漏油等。(10)控制系统摆放位置不符合要求或未按要求进行)控制系统摆放位置不符合要求或未按要求进行试压。试压。(11)不按要求安装除气器、液气分离器,或液气分)不按要求安装除气器、液气分离器,或液气分离器排气管线内径不符合要求,不是法兰连接。离器排气管线
17、内径不符合要求,不是法兰连接。(12)钻井液回收管线现场焊接、固定不牢靠、弯角)钻井液回收管线现场焊接、固定不牢靠、弯角过多等。过多等。3)井口套管接箍上面的双公短节丝扣不符合要求,不)井口套管接箍上面的双公短节丝扣不符合要求,不试压。试压。4)钻具内防喷工具未安装或失效。)钻具内防喷工具未安装或失效。钻进过程中发生井喷,钻具内防喷工具不能有效关闭钻进过程中发生井喷,钻具内防喷工具不能有效关闭并实现密封,或由于钻井液的冲蚀引起密封失效,导致钻具并实现密封,或由于钻井液的冲蚀引起密封失效,导致钻具内失控。内失控。起下钻过程中发生井喷,来不及安装旋塞等内防喷工起下钻过程中发生井喷,来不及安装旋塞等
18、内防喷工具;或因井内流体从钻具水眼高速喷出,导致旋塞不能正常具;或因井内流体从钻具水眼高速喷出,导致旋塞不能正常关闭。关闭。当内防喷工具无法安装或无法关闭时,若防喷器组合中有当内防喷工具无法安装或无法关闭时,若防喷器组合中有剪切闸板,可以剪断钻具,全封井口。但这样会显著增加地剪切闸板,可以剪断钻具,全封井口。但这样会显著增加地面控制井喷的难度,甚至失去地面控制的机会;即使成功的面控制井喷的难度,甚至失去地面控制的机会;即使成功的控制了井喷后,也需要花费很多的时间来处理落井钻具。控制了井喷后,也需要花费很多的时间来处理落井钻具。3、井控技术措施不完善、未落实。、井控技术措施不完善、未落实。1)对
19、浅气层的危害性缺乏足够的认识,无针对性的技术)对浅气层的危害性缺乏足够的认识,无针对性的技术措施或未落实。例如,不做表层套管鞋处的地层破裂压力;不措施或未落实。例如,不做表层套管鞋处的地层破裂压力;不做低泵冲试验;钻完浅气层不求上窜速度;循环时无人观察井做低泵冲试验;钻完浅气层不求上窜速度;循环时无人观察井口返出量、油气显示情况;不及时调整钻井液密度;发现异常口返出量、油气显示情况;不及时调整钻井液密度;发现异常情况后不关井,反复检查判断溢流;节流放喷时井口压力过高,情况后不关井,反复检查判断溢流;节流放喷时井口压力过高,大于地层破裂压力;压井钻井液密度过高等。大于地层破裂压力;压井钻井液密度
20、过高等。2)未采取措施预防抽汲压力。例如,原地大幅度反复活)未采取措施预防抽汲压力。例如,原地大幅度反复活动钻具;开泵循环时未观察油气显示、返出量;未关井直接循动钻具;开泵循环时未观察油气显示、返出量;未关井直接循环观察;钻头泥包未解除强行起钻。环观察;钻头泥包未解除强行起钻。3)起钻不灌钻井液或没有及时灌满。)起钻不灌钻井液或没有及时灌满。4)空井时间过长,又无人观察井口。空井时间过长一般)空井时间过长,又无人观察井口。空井时间过长一般都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间不循都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间不循环钻井液,造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当气体
21、运移环钻井液,造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当气体运移到井口时迅速膨胀,引发井喷,往往造成井喷失控。到井口时迅速膨胀,引发井喷,往往造成井喷失控。5)相邻注水井不停注或未减压。在注水开发区,由于油)相邻注水井不停注或未减压。在注水开发区,由于油田经过多年的开发注水,地层压力已不是原始的地层压力,尤田经过多年的开发注水,地层压力已不是原始的地层压力,尤其是遇到高压封闭区块,其压力往往大大高于原始的地层压力。其是遇到高压封闭区块,其压力往往大大高于原始的地层压力。如果不按要求停掉相邻的注水井,或是停注但未泄压,很容易如果不按要求停掉相邻的注水井,或是停注但未泄压,很容易引发井侵、井涌,甚至井喷
22、。引发井侵、井涌,甚至井喷。6)钻井液中混油过量或混油不均匀,造成井内液柱压力)钻井液中混油过量或混油不均匀,造成井内液柱压力低于地层孔隙压力。低于地层孔隙压力。这种情况多发生在深井、水平井,由于钻井工艺的需这种情况多发生在深井、水平井,由于钻井工艺的需要,往往要在钻井液中混入一定比例的原油。在混油过程中,要,往往要在钻井液中混入一定比例的原油。在混油过程中,混油不均匀,或是总量过多,都会造成井筒压力失去平衡。混油不均匀,或是总量过多,都会造成井筒压力失去平衡。当卡钻发生后,由于需要泡原油、柴油、煤油解卡,当卡钻发生后,由于需要泡原油、柴油、煤油解卡,从而破坏了井筒内的压力平衡,此时如果不注意
23、二次井控,常从而破坏了井筒内的压力平衡,此时如果不注意二次井控,常常会造成井涌、井喷,酿成更重大的事故。常会造成井涌、井喷,酿成更重大的事故。7)钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。)钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。发生井漏以后,要及时堵漏提高井眼承压能力,否则,会导致发生井漏以后,要及时堵漏提高井眼承压能力,否则,会导致钻井液液柱压力降低,当液柱压力低于未漏地层孔隙压力时就钻井液液柱压力降低,当液柱压力低于未漏地层孔隙压力时就会发生井侵、井涌乃至井喷。会发生井侵、井涌乃至井喷。4、未及时关井,关井后复杂情况处置失误。、未及时关井,关井后复杂情况处置失误。1)未能及
24、时准确地发现溢流。)未能及时准确地发现溢流。2)未能及时关井。未能及时关井的原因包括:)未能及时关井。未能及时关井的原因包括:发现溢流后想进一步观察溢流速度或溢流性质;发现溢流后想进一步观察溢流速度或溢流性质;担心发生卡钻,抢起钻具至套管鞋或安全井段;担心发生卡钻,抢起钻具至套管鞋或安全井段;担心压井困难,抢下钻具;担心压井困难,抢下钻具;反复核实溢流的真伪;反复核实溢流的真伪;与相关方无事前明确规定,现场协商决断难,延误时间;与相关方无事前明确规定,现场协商决断难,延误时间;分工不合理,操作不熟练;分工不合理,操作不熟练;井控装置出现故障;井控装置出现故障;错误认为可以边循环边加重等。错误认
25、为可以边循环边加重等。3)未及时组织压井,井口回压过高导致井口失控或地下)未及时组织压井,井口回压过高导致井口失控或地下井喷,或因硫化氢腐蚀引起钻具断裂导致井口失控。井喷,或因硫化氢腐蚀引起钻具断裂导致井口失控。4)压井方法选择不当,排除溢流措施不当。)压井方法选择不当,排除溢流措施不当。5、思想麻痹,存在侥幸心理,作业过程中违章操作。、思想麻痹,存在侥幸心理,作业过程中违章操作。由于思想上不重视井控工作,未严格执行设计,或在一些由于思想上不重视井控工作,未严格执行设计,或在一些大型施工前未制订详细的井控措施或措施不当,针对性不强,大型施工前未制订详细的井控措施或措施不当,针对性不强,从而导致
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