IWCF井控工艺

dDwtNjU0MzcyMT490D4763IWCF井控工艺第一章介绍井控是什么？在钻井工作中井控的意思是明显的。井控的过程很复杂，不仅仅是关环行防喷器，加重泥浆并利用节流阀循环它。钻井前景评价良好且井位选定后，井控就开始了。浅气层调查可以指明浅层气的存在。最好的做法是钻机要避开这些地方。钻井工程师设计钻井程序。他所用的资料的多少及怎样努力搞好套管设计直接影响钻井及井控能力。选择的钻机和它的适用性对钻井也有影响。如果钻机不能安全固定，导管可能从井口扭断或脱落。这很容易造成井口失控。钻井设备如泥浆泵对井控操作也是很重要的。如果他们坏的不是时候，会导致严重的井控问题。BOP显然是井控的中心部件。BOP组合是复杂的设备组，需要适当的检查、维护、修理和测试。确定BOP的真实状态可能很困难并且花费时间。许多钻机经常维修而不记录。什么时候某个过分受力的部件将失效对钻机来说是至关重要的如果一个吊环使用低标准程序进行维修，它的连接随时都会失效。BOP不是静止的，他们受到弯曲、振动和一般的磨损、撕裂而使一个月前刚测试过的密封失效。例如在海上钻井中，如果下部闸板防喷器与下部升高短节之间漏失，不能控制井口，则钻机就不能进行井控。井控工作也要求井队人员知道怎么做并对他们自己和井队充满信心，能做自己认为正确的事。公司监督必须信任现场监督，现场监督必须信任他的司钻。如果司钻停泵检查溢流，操作钻机的人们必须支持他。司钻应该知道如果溢流他必须尽快关井。他无需请示批准关封井器。对整个操作来讲司钻是关键。石油公司必须有鼓励安全操作的政策。钻井工程师必须起草良好的钻井程序。现场监督必须知道良好的油田作业惯例并认真遵守。这对井架工和钻共也是一样的。溢流是钻井的一部分，井喷是不应该的。压井的人应具有这种观点：所有的重大井控问题都是在溢流的初试阶段不正确的操作造成的正确处理溢流可以防止井喷第二章基本井控概念地层压力地层压力是给定深度的地层内的流体施加的力。静液压力钻井时，井内的液柱的静液压力平衡地层压力。如果地层压力高于液柱压力，地层流体将进入井内，溢流就发生了。无控制的溢流将变成井喷。地层压力和液柱压力之间的平衡是井控中的重要方面。地壳中的一些地层结构中含有油气。勘探钻井的目的就是发现这些构造和油气。我们常常忘记石油工业就是为了发现会燃烧的油气。当沉积层不断沉积时，这些沉积层的重量－上覆岩层重量压缩沉积物成层。流体被压入渗透性地层，例如砂岩层。如果该层的露头在地表，不会形成异常高压。然而，如果该层的流体由于断层或其他地质活动而圈闭，则将形成异常高压。岩石的这种长期的运动是形成油藏的原因。孔隙性地层被圈闭在非渗透性地层之下。钻井中常见的构造类型有断层、背斜、向斜、页岩和盐岩。这些是已经发现有油气的地层。断层是地壳深处岩石上移的结果，它们可能圈闭油气或将在深处的地层压力代到地表。当钻遇断层时，地层压力会快速增加。背斜和岩丘是两个最常见的储积构造。通常很大。油气被圈闭在这些地层的顶部。当钻遇这些地层时，司钻会发现高的地层压力。在页岩中也遇到过异常高压。大多数页岩层渗透性不好而限制流体的流动。当越来越多的沉积物在地表沉积，页岩就要承受这些上覆压力。由于不能很快地流出，流体被圈闭在页岩中。流体也承受上覆压力。结果是流体被限制且具有比通常高的压力。当钻遇页岩时，异常高压可能遇到并作好准备。另一种司钻要注意的地层是所谓的充压砂岩。这是由于与邻井连通而充压的地层。这可能是地下井喷或生产井固井质量差、套管不密封造成的结果。应该在深层遇到的压力突然在浅层遇到，会使井队人员毫无准备。静液压力泥浆液柱的静液压力随液柱高度（井深）和流体密度变化。流体的压力取决于垂直井深，它可能小于测量井深。不同的流体体积相同时重量不同。就象我们加重钻井泥浆，不同的流体如盐水和淡水密度不同。计量流体密度的方法很多。最常用的是PPG和压力梯度。为了使这两种方法相互转化，可以引入不同的换算常数。如果边长一英尺的容器装满1PPG的液体，容器将重7.48磅。1立方英尺＝7.48加仑容器底面积为144平方英寸。压力将为PSI=7.48/144=0.05194=0.052,有时简称为换算系数.0520.052是一吋X一吋X一英尺具有1PPG比重的流体的重量，或者说这样的体积的容器充满1PPG的流体将重.052磅。另一种方法看这个问题也很有用。一个一英尺深充满1PPG流体的井将在井底施加0.05194磅/平方英寸，这就是流体的重量。如果这种1PPG的流体换成10PPG的流体，井底的压力将变为0.52磅/平方英寸.如果井深变成10英尺，井底压力将变成5.2PSI。一个10000英尺深10PPG泥浆的井具有5200PSI的井底压力。液柱静液压力也可以用泥浆压力梯度来表示和计算。泥浆压力梯度指每英尺泥浆施加的液柱压力。如果泥浆压力梯度已知，那么压力的计算只需要知道液柱的高度即可。压力梯度为1.0的泥浆在1英尺深处产生的液柱压力为1PSI。在10英尺深处为10PSI，而在10000英尺深处为10000PSI。这大约是上例中10PPG泥浆液柱压力的两倍，相当于20PPG――超重泥浆的压力。1PPG的泥浆的压力梯度为多少？我们知道1英尺液柱的压力为.052PSI，所以这种流体的压力梯度为.052。我们知道没有比重1PPG的泥浆，但是比重10PPG的泥浆的压力梯度为0.5212PPG的泥浆的压力梯度为12X.052=.624如果我们比较同样两个10000英尺的井，一个是比重12PPG的泥浆，一个是压力梯度为.624的泥浆，我们会发现井底压力是相同的。都是.052X12X10000=.624X10000=6420PSI压力梯度简单地说就是泥浆比重PPG乘以.052.静态压力当泥浆泵停止循环时，泥浆施加于井底的压力为静液压力。环空摩阻为了使泥浆循环，必须施加相当大的力，这些力的一部分就是用来克服所谓的环空摩阻。环空摩阻是由泥浆循环引起的。泥浆同钻杆、井壁之间、泥浆内部的摩擦构成了环空摩阻。环空摩阻是很重要的。该压力作用于井底，停泵时井底压力的这一组成部分将消失。静液压力和环空摩阻的合成也称为当量循环密度。当量循环密度是原浆密度加上密度增量，该增量等于环空阻力。举例来说，假设一口深10000FT泥浆比重10PPG的井。如果环空循环阻力200PSI，那么泥浆循环时井底压力为5400PSI。当泥浆泵停泵后，井底压力下降至5200PSI。如果地层压力稍高于5200PSI，停泵时将发生井侵。在该井深下能获得200PSI井底压力的泥浆密度为0.385PPG，当量泥浆循环密度为10.39PPG。这种状况通常不是不很常见。许多井是在近平衡状态钻进的，当停泵接单根时，当量循环密度消失，这是发生溢流的关键时刻。小井眼钻井时环空循环阻力远高于普通钻井，其主要精力放在溢流的及早发现和接单根时的井眼监控。司钻必须了解当量循环密度和近平衡钻井时发生溢流的可能性。溢流的基本原因溢流就是地层流体侵入井内。地层压力大于井底压力时就发生溢流。换句话说，泥浆液柱压力加上环空摩阻小于地层压力。然而仅仅由于地层压力大于井底压力并不意味一定会发生溢流。它也受到其他因素的影响。也许地层流体很稠难以流动，即使地层压力大于井底压力也不足于使地层流体进入井筒，地层流体在地层内流动的难易程度叫做渗透性。地层空隙度指组成地层岩石颗粒之间的空间。间隙越大，空隙度也越大。如果井要发生溢流，必须钻穿空隙度和渗透率较高、地层压力大于井底压力的地层。因此，几个对井底压力和地层压力相对关系有根本影响的因素可以引起溢流。如果泥浆密度在某一井深不足以平衡地层压力，溢流将会发生。如果泥浆液面下降，地层压力也下降。抽汲如果起钻太快，地层流体将被吸入井内。抽汲是由于钻头上行时活塞效应产生的。泥浆性能、井底钻具组合和环空间隙也影响抽汲。如果溢流被抽汲入井，必须通过节流关汇循环出来。然而，如果溢流纯粹是由于抽吸引起的，泥浆就不必加重。有些操作者在起钻前稍微加重泥浆作为一个安全系数帮助阻止抽汲效应，这通常叫做起下安全区，虽然安全系数也是这个意思。起下安全区根据井深和井眼状况通常在50~250PSI之间。有几个因素增加抽汲的可能性。司钻应该了解并在起钻和接单根时采取额外的措施减少抽汲效果。这些因素有：起钻速度过快泥浆粘度切力过高钻头泥包钻柱堵塞泥饼太厚环空间隙太小压力激动与抽汲作用相反，压力激动也可以导致溢流。如果下钻太快，超过泥浆从钻头周围流动速度，钻头下面的泥浆压力将增加。加在地层上的压力将引起地层破裂而导致泥浆漏失。从而导致泥浆液面和井底压力下降。漏失漏失是钻井常见的问题。钻井泥浆密度会超过地层破裂强度而引起地层破裂。泥浆流入地层引起液面下降。异常地层压力异常地层压力也能引起溢流。前面已经说过，异常地层压力可由于断层、盐丘和充压砂层。如果钻遇了这些地层就可能发生溢流。预测异常压力地层的方法有几种。各种各样的录井工具、钻井中的测量技术和钻井参数变化通常用于预测异常压力地层。第四章溢流的警示信号油气井压力控制的基本原理并不复杂，当发生溢流的时候，如果遵循油田良好的做法，都不会演化为井喷失控。有许多因素影响油井的状态，所以也有许多东西我们可以确切了解并加以控制。正常钻进时，泥浆由钻柱内向下到钻头，经环空上返到井口，再经过振动筛回到泥浆池。是一个封闭的体积固定的系统。如果体积发生任何我们可以探测到的变化，我们必须找出原因。记住，计量泥浆体积的任何努力都是不为过的。泥浆池液面上升如果泥浆池内泥浆体积增加，增加量可能来自地层或加入了新泥浆。如果溢流入井，它推动泥浆上返至泥浆池。这就是为什么溢流的大小通常计量为20桶溢流或40桶溢流。泥浆池内泥浆体积的增量等于井底溢流的体积。在实际操作中，准确确定溢流的体积可能是困难的。有些因素如停泵时的泥浆回返使问题变得复杂。在租用的钻机上这个问题更突出。机组人员必须知道他们钻机的返出量。这对不同的泵速是不同的。必须从泥浆池的总增量中减去返出的量才是真正的泥浆增量。返速增加由于溢流推动泥浆上返，泥浆流动速度开始增加。这可以从返出管上观察到。流速增加早于泥浆池液面上升。能注意到的第一件事情是泥浆流动声音的增加。返速增加是一个最重要的信号，发现后应该立即进行溢流检查。返速仪必须随时处于可靠工作状态。对于陆上钻机，返速仪是司钻的主要防线。钻进放空当钻头钻入高压层时，司钻会发现钻进更容易。钻速在很大程度上取决于地层压力和泥浆液柱之间的压差。如果压差过大（泥浆密度超过过多），机械钻速就低；当压差低时，在同样情况下，机械钻速就提高。地层压力的增加会减小压差进而提高钻速。钻速的突然增加必须要监察原因。基本做法是钻进放空2~4英尺必须停钻检查溢流。实际上，大多数放空只要一发现就要进行检查。钻进放空也有相反的情况――钻速降低。PDC钻头在钻遇沙砾岩时将会下降。溢流检查要检查溢流，司钻停泵并观察井内泥浆。如果泥浆流动，说明溢流已经发生，井正在涌。对于水基泥浆来说通常观察2~3分钟。对于油基泥浆观察起来就比较困难，即使已经停泵。气体溶解于泥浆中只在接近地表时才析出，对油基泥浆也许需要观察30分钟以上。如果发现井涌，司钻应尽快关井以减少溢流量。井队的队长、监督、钻井代表等应该采取措施确认刹把操作者了解及时关井的意义。司钻只能先关上井，然后再打电话、接水管线、检查阀门泄漏等。泵压下降或泵速提高当溢流进入井内后将推动环空泥浆上行，这种额外的帮助意味着泥浆泵不再需要如此努力的工作。在气体溢流的情况下，泥浆将变轻因此需要更小的循环泵压。泵压升高也可能意味着溢流，地层流体可能使泥浆变稠而难以泵送，从而泵压上升。扭矩增加通常扭矩随井深增加。当钻头进入过渡带－钻进放空－岩屑的量将增加，这些岩屑堆积在钻头周围引起扭矩增加。钻头吃入深度也增加。这一合成的效果是地层改变的很好信号，也许溢流就要发生。拉力增加及下不到底当遇到高压地层时，拉力增加及下钻不到底现象在接单根和起下钻时明显。这也许是由于水敏性地层引起的；当这些地层遇水时膨胀并坍塌，更多的情况是由于地层压力增高引起的，因此是可能发生溢流的信号。岩屑尺寸改变岩