井控培训.ppt
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1、井控培训 欠平衡压力钻井 发生井喷的失控的原因 井眼与地层压力系统 井涌的原因、征兆与检测方法 关井方式与关井程序 侵入流体性质的判别 压井恢复井内压力平衡方法,概述 油气井压力控制在钻井过程中对地层压力进行控制。 井控的基本要求: 1、有效地控制地层压力,防止井喷。 2、防止井漏、井塌和缩径等复杂情况的发生 3、有效的保护油气层 井控的技术内容: 1、地层压力的预测和监测 2、钻井液密度的控制 3、合理井身结构的设计 4、防喷器装置的配置 5、溢流后的正确处理, 起钻抽吸,起钻过程中不及时灌泥浆。 起完钻后空井时间过长; 未及时发现溢流,或发现溢流后处理措施不当; 井口未安装防喷器,或承压能
2、力太低; 防喷器及管汇安装不符合要求 井身结构设计不合理 对浅气层缺乏足够的认识 地层压力预测不准,泥浆密度偏低 在发生井漏后,没有预防可能发生的井喷 思想麻痹,违章操作。,消防人员在事故现场抢救,调查组专家认为,事故原因是由于对复杂油层认识不够,射孔后由于油气比高,能量迅速释放导致;井喷发生后,来不及关闭封井器,井内电缆和枪身被油气冲出,撞击抽油机产生火花造成着火。因此,初步认定井喷着火系突发性意外事故。,井 喷 的 危 害,1打乱全局的正常工作程序,影响全局生产; 2使钻井事故复杂化、恶性化; 3极易引起火灾(如井场、苇地及森林); 4影响井场周围居民的正常生活,甚至生命安全; 5污染环境
3、,影响农田、水利和渔牧业生产以及交通、 通讯的正常运行等; 6伤害油气层,毁坏地下油气资源; 7造成人力及物力上的巨大损失,严重时造成机毁人亡 和油气井报废; 8降低企业形象,造成不良的社会影响。,重庆开县井喷,点火车,启动装置,喷嘴,点火车启动点火装置,点火枪,1、重庆罗家16H井 井喷,3、新疆油田井喷:1977年新疆某井发生井喷,从1977年5月17日至1979年2月24日共井喷951天,井内喷出物总液量805万立方米,该井抢险费、喷出原油和天然气及救险井的钻井费用累计经济损失1亿元以上。,2、四川油田:1958年四川长恒坝气田某井发生井喷,气量超过每天1000万立方米,损失天然气量达4
4、.61亿立方米,占该气田总储量的52%, 致使该气藏几乎失去了开采价值。,井喷案例分析,1、重庆罗家16H井 井喷,3、新疆油田井喷:1977年新疆某井发生井喷,从1977年5月17日至1979年2月24日共井喷951天,井内喷出物总液量805万立方米,该井抢险费、喷出原油和天然气及救险井的钻井费用累计经济损失1亿元以上。,2、四川油田:1958年四川长恒坝其田某井发生井喷,气量超过每天1000万立方米,损失天然气量达4.61亿立方米,占该气田总储量的52%, 致使该气藏几乎失去了开采价值。,4、胜利油田井喷: (1)井喷时间:1986年5月5日,井深1169米。 施工单位:胜利油田钻井三公司
5、32141队。 设计井深:1470米 井喷过程:1986年5月5日16:00钻达1169米时,循环起钻,当起第2柱时因有遇阻现象,为了顺利电测,便又下钻到井底,开双泵循环钻井液。再起钻时由队长操作刹把,技术员观察井口,前3柱正常,第4、5柱和6柱有轻微遇阻(20-40KN),起第7柱时队长发现环空液面下降,一直连续灌钻井液,第8、9、10柱仍 连续遇阻(40-50KN),当起至第10柱时,司钻发现井口外溢钻井液,就将第10柱钻杆放下,立即挂水龙头座到转盘上。 23:50水龙头挂上后还没有来得及提起方钻杆,井口已发生强烈井喷,喷高到二层台。,20分钟后井架底座开始下沉,井架倾斜,6日0:45井架
6、向左前方倒塌,天车砸在发电房上。在这个过程中,三台12V190柴油机、联动机、钻机、二台钻井液泵、井架、一台发电机和井场的钻杆、套管全部陷入地下,地面仅能见到天车人字架。 井喷持续到5:30分,因井壁垮塌停喷。 损失时间14小时,经济损失88.58万元。 原因及教训: 1、对地层认识不清,设计依据的临井没有浅气层,对浅气层缺乏足够的认识,准备不足,设计密度与实际有差别;井深结构级配不合理,因为是油井,应用小一级套管下深些,并安装井口。,2、起钻拔活塞没有及时采取正确的措施,抽吸加剧了地层流体侵入井筒的速度。 3、起钻虽然在连续灌浆,但没有核对起出钻具体积与灌入量是否相等,即未落实坐岗观察制度,
7、造成发现溢流不及时,处理不及时。,(2)井喷时间:1993、2、27 井深:1133M,设计垂深:1340M(斜深1400) 施工单位:原钻井六公司32339队 表层下深204米,放喷管线接出一条。 井喷过程: 93、2、27钻至井深1133米是,测完斜,14:00开始起钻,起至第四柱遇阻多提80100KN,当班司钻把刹把交给副,队长,起第5、6柱均遇阻,第7柱发现拔活塞,接方钻杆罐 钻井液,然后循环30分钟误认为正常,卸方钻杆继续起钻, 16:00起至第九柱时发生强烈井涌,立即抢接方钻杆,关 防喷器(钻头位置874米),打开左侧放喷管线放喷,喷出物为气、沙子和泥浆。16:30用密为1.211
8、.23的钻井液单泵压井。泥浆罐内25方泥浆打完,18:30放喷管线停喷(实际被堵),误认为井塌停喷。19:30地表周围200米范围内多处憋开冒气,被迫打开防喷器,将从循环池回收的钻井液,开双泵打入井内约40方,19:40喷势增大,井口周围25米内气流窜出地面,被迫停柴油机、发电机,人员撤离现场。20:20井架1号大腿被喷出物撞击着火,10分钟井架被烧倒,火势迅速蔓延到整个井场。28日8:30井眼垮塌停喷熄火。事故中除抢出一台拖拉机和4栋材料房外,井架及全部设备均被烧毁埋入地下。,损失时间16小时,直接经济损失187、3万元。 原因及教训: 1、起钻拔活塞处理不当,造成诱喷是该井发生井喷最 直接
9、原因。 2、放喷管线只接出一条,另一条被发电房挡住没采取措 施,造成一条放喷管线被堵,无法进行二次井控。 3、该井平原组厚320米,表层只下204米,当关闭防喷器 后,造成井口地表被憋开,全井场地表喷气,造成无 法控制的复杂局面。为何不用表层封住平原组?,5、四川天东5井 井喷时间:1990年1月16日 井深:3570.72米 本井是四川局川东钻探公司60122队在明达构造上钻的 一口探井。 井喷过程: 天东5井于1990年1月16日15:30和1990年2月26日22:45先后发生两次强烈井喷,两名职工以身殉职,最后该井暂闭,损失巨大。,第一次井喷简况: 1月15日17:02用密度1.33的
10、钻井液钻至井深3502.72米,进飞三178米井漏,漏速11m3/h,18:45活动钻具观察,灌钻井液15m3满,19:50起至井深970米灌2.3m3钻井液,液面在井口,21:25单泵循环漏速2m3/h。16日3:30下到底循环漏21m3,14:00起钻完灌满钻井液发现出口管呈线流,15:15下钻至第11根(158.8米)钻铤时钻井液涌出钻铤水眼,因扣型不符,抢接回压凡尔和方钻杆未成功,喷势增大,15:30在继续开1 #、10 #时一声巨响,井内重150KN的钻具飞出(215.9mm未装喷嘴的钻头0.25 m+215.9mm捞杆0.85m+177.8mm钻铤3柱81.04m+411 410A
11、 0.37m+158.8mm钻铤2根17.17m),1#、3#放喷管线出口附近爆炸, 1#闸门外的90弯管两端从法兰电焊外蹩脱,15:40关全闭防喷器,开4#闸门放喷,至24:00四条管线放喷,套压1MPa,15:52喷纯气,H2S味浓。,井喷当时,正在循环罐上配堵漏钻井液的实习员和在机房作紧急停车操作的司机向后奔跑过程中遇难,冲出的钻铤断成9截,最远处距井口91.4米,把方钻杆顶弯,井架两大块之间的横梁碰掉下落时一端挂在水龙带上,另一端卡在方钻杆与快绳交叉处,井架第三节五处碰伤,凹处最长600mm,最深15 mm,二层台骨架撞裂两处,放喷管线炸裂成6截,最远的飞向井场右侧距井口91.3米。
12、第二次井喷简况: 2月22日钻水泥塞至井深3093m ,钻井液密度为1.47,粘度46s,25日通井至3569.30m,漏速48m3/h,在井深3412m 注桥浆堵漏,共堵漏两次,注入量分别为25m3和21m3,第一次起至井深2854m 正挤压力13MPa,5分钟后降为0,挤入密度为1.43的钻井液19m3,第二次起至井深2986m灌入钻井液16m3未满,16:2524:00观察,套压,升到5.3MPa,26日到22:44关井,抢配钻井液,套压最高升至18.2MPa,开1#管线间断泄压,保持Pc=12.713.2MPa,于22:45井口发出巨响,瞬间强烈井喷,井场立即停电,井口失控喷高至天车,
13、2967.84m 钻具落井,人员紧急撤离现场,次日晨发现从方钻杆下的127mm钻杆母接头台肩下0.03m 处折断落井,水龙头提环与游车脱钩和方钻杆一起倒在井口大门右前场,鹅颈管油壬对焊处折断,水龙带一端甩在司钻操作台前,纯气柱高15m,固定方钻杆的8股19mm 钢绳绷断6根。27日,7:407:50增开2#、3#、4#管线放喷,Pc=0,井口气柱高度降至67m ,8:05开1#管放喷,Pc=2.1MPa。 时间损失93天。直接经济损失1000万元以上。,经验及教训: 1、发现井漏后对井下情况不果断处理失误; 2、堵漏应下光钻杆,但现场错误地决定下原钻具堵漏; 3、起钻中未认真灌钻井液,数量不清
14、; 4、井控关井动作不熟练; 5、放喷管线安装不合标准; 6、天然气中H2S含量高,给处理增大了难度; 7、队伍素质差,职工纪律涣散; 8、本井情况相当复杂,暂闭是明智的。,压力是井控的最主要的基本概念之一,了解压力的概念及各种压力之间的关系对于掌握井控技术和防止井喷是十分常重要的。,第一节 井眼地层系统的压力平衡 一、井眼内的各种压力 1、 地层孔隙压力 2、地层破裂压力 3、钻井液静液柱压力 4、环空循环压降 5、井内波动压力 抽吸压力: 激动压力:,井底有效压力: 正常钻进时: 起钻时: 下钻时: 最大井底压力: 最小井底压力: 安全钻井的压力平衡条件:,地层流体侵入井眼; 平衡压力钻井
15、; 压裂地层,发生井漏; 过平衡压力钻井, 地层流体有控制的入井眼,欠平衡压力钻井,二、井眼地层系统压力基本关系,安全附加压力; 安全附加密度; 油井: = 1.53.5 Mpa = 0.05 0.1 气井: = 3.55.0 Mpa = 0.070.15,三、平衡与欠平衡压力钻井 1、平衡压力钻井 (1)概念: 在有效的控制地层压力和维持井壁稳定的前提下,尽可能降低钻井液密度,使钻井液液柱压力刚好等于或略大于地层压力,达到解放钻速和保护油气层的目的,这种钻井方法称为平衡压力钻井。 (2)技术关键: 地层压力的准确预测 合理钻井液密度的确定,2、欠平衡压力钻井 (1)概念: 所谓欠平衡压力钻井
16、,即在钻井过程中允许地层流体进入井内,循环出井,并在地面得到控制。 在井底有效压力低于地层 压力的条件下进行钻井作业。在井下,允许地层流体进入井内,在井口,利用专门的井控装置对循环出的流体进行控制和处理,这样可及时发现和有效的保护油气层,同时可显著提高钻进速度。 (2)技术关键: 1)地层孔隙压力和破裂压力的准确预测 2)钻井液类型选择和密度等性能的控制 3)井口压力控制和循环出井流体的处理 4)起下钻过程的欠平衡 5)井底有效压力的计算与监测 6)井壁稳定 7)完井,(3)欠平衡钻井适用的储层: 1、高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏 2、裂缝性油气藏 3、致密性(低孔低渗)油气藏 4、压力衰竭的
17、低压油气藏 (4)欠平衡钻井方式( 欠平衡产生条件) 1、流钻:常规钻井液密度,边喷边钻 2、气体钻井:人工诱导产生欠平衡, 包括:(1)空气钻井; (2)雾化钻井; (3)泡沫钻井; (4)充气钻井。,基本工序:用大功率压缩机将压缩空气经钻柱打入井内,从钻头喷嘴喷出。高速气流冲洗井底并携带岩屑返到井口。井口配置旋转控制头(旋转防喷器),用以封闭环形空间,携带岩屑的气流从旋转控制头下面的排放管线排出。,(1)空气钻井 采用空气作为循环介质;,空气钻井的优缺点: 优点: 显著提高机械钻速; 保护油气层; 解决井漏问题。 缺点: 井壁稳定; 地层出水; 井下着火、爆炸; 随钻测量困难; 钻具损坏。
18、 (2)雾化钻井 主要特点:在空气中掺入水或轻质钻井液,自钻头喷嘴喷出后形成雾状流体,冲洗井底和携带岩屑。 主要优点:不易着火和爆炸;有少量地层水进入井眼也能有效携带岩屑。,(3)泡沫钻井 主要特点:采用稳定泡沫作为循环介质进行钻井。稳定泡沫由气体(氮气或co2)、液体和表面活性剂配制。 主要优点:密度低,粘度和切力高,携岩能力强。 (4)充气钻井 主要特点:在钻井液中掺入气体,从而降低钻井液密度。充气钻井液密度可控制在0.45 1.20g/cm3范围内。 主要优点:密度可调范围大;能消除空气钻井可能引起得井下爆炸;较一次性的泡沫钻井经济;可用于易出水地层。 (5)边喷边钻 主要特点:采用低密
19、度钻井液,控制井底有效压力低于地层孔隙压力。 主要优点:适用于地层压力较高的油气藏。,欠平衡压力钻井的技术难点 主要设备-旋转防喷器的质量及可靠性; 地层孔隙压力预测的精度; 井底有效压力的计算及检测; 井口压力的控制技术; 井壁稳定性保证; 固井和完井; 起下钻及接单根过程中的欠平衡; 欠平衡钻井适用的油气藏; 欠平衡钻井液技术。,第二节 地层流体的侵入及其检测 一、有关溢流和井喷的概念 溢流(又称为井涌、静侵): 地层流体(油、气、水 )侵入井内,井口返出的钻井液量大于泵入量,或停泵后钻井液从井口自动外溢的现象。 井喷:地层流体失去控制地喷出地面。 二、地层流体侵入井内的原因 1、地层压力
20、掌握不准,使设计的钻井液密度偏低 2、地层流体(油、气、水)侵入,使钻井液密度降低 3、起钻未按规定灌泥浆,或井漏井内液面降低 4、起钻速度过快,引起抽过大,地层流体侵入井内 5、停止循环时,环空循环压降消失,使井底压力减小。 统计表明,近70% 的井涌或井喷发生在起钻(起完钻)过程中。,三、气侵的特点 1、气侵的途径与方式 岩石孔隙内的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液 气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散 当井底压力小于地层压力时,气层中的气体大量流入或深入井内 2、气侵的特点及危害 (1)侵入井内的气体由井底向井口运移,体积逐渐膨胀,越接近地面,膨胀越快,因此,在地面看起来气侵很严重的钻
21、井液,在井底只有少量气体侵入。 (2)一般情况下,气体侵入钻井液呈分散状态,井底泥桨液柱压力的降低是非常有限的,只要及时有效的除气,就能有效的避免井喷。,(3)当井底气体形成气柱时,随着气柱的 上升(滑脱上升或循环上升),在井口未关闭的情况下,环境压力降低,体积膨胀 变大,替代的钻井液液量越来越多,使井底压力大大降低,更多的气体以更快的速度侵入井内,最终导致井喷。,(4)在井口关闭的情况下,气体在滑脱上升中保持体积不变,因此,其压力亦保持不变,此情况下,井口和井底压力都会逐渐增加,当气体达到井口时,井口承受的压力为地层压力,井底的压力为2倍地层压力,此情况下可能压漏地层,发生井下井喷。 因此,
22、在井内气体上升过程中,应逐渐有效控制地放压,使套压小于允许套压。,3、 的危害 属剧毒性气体,对人体有极强的损害和设备有较强的腐蚀性,在含 地层进行施工作业时,为了确保人身和设备的安全,井控要求具有一定的特殊性 。 (1) 的物理化学性质 硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫化氢有臭蛋味,其相对密度为 1.176 ,硫化氢燃点 250 摄氏度,燃烧时呈蓝色火焰,产生有毒的二氧化硫,硫化氢与空气混合,浓度达4.3%46%时就形成一种爆炸性混合物。 硫化氢的毒性较一氧化碳大五六倍,几乎与氰化物同样的毒性,是一种剧毒性气体。 正常条件下, 对人的安全临界浓度是 14 PPm (国外标准 1
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