井喷事故的预防与处理

井喷事故的预防与处理井喷事故的危害井喷失控是损失巨大、影响恶劣的灾难性事故。①损坏设备。如大庆油田的喇83井、杏5井都是因井喷失控将整套设备陷人地壳，四川气田从1957年到1981年因井喷着火烧毁钻机18台，如果把全国自建国以来各油田发生的这类事故做一个统计，其损失是相当惊人的。②死伤人员。这类事在四川、华北、胜利、中原等各个油田都发生过，教训是非常惨痛的。③浪费油气资源。无控制的井喷，不仅喷出了大量的油气，而且对油气藏的能量的损失是难以计算的，可以说是对油气藏的灾难性的破坏。④污染环境。喷出的油气随风飘扬，对周围环境造成严重的污染，特别是喷出物含有硫化氢的时候，搅得四邻不安，人心惶惶，影响极坏。⑤报废井。井喷失控到了无法处理的时候，最后不得不把井眼报废。如新疆柯克亚地区的几口高产深井，胜利油田的罗5井、新罗5井等。⑤造成大量资金损失。除上述五项都和资金有关的因素外，在处理井喷事故时，如灭火、压井、钻救援井等都需要投入大量的人力、物力、财力。还要赔偿因井喷而造成的其他一切经济损失。一、溢流产生的原因造成井喷必须有三个基本条件：第一，要有连通性好的地层；第二，要有流体（油、气、水）存在；第三，要有一定的能量，也就是说，要有一定的地层压力。地层异常高压的原因1．流体压头的存在。储集层与一个异常高的区域性侧压水头相通，由于液体的连通作用，使储层形成高压。2．封闭环境下的快速沉积，形不成连通管作用，水份不能完全挤压出去，流体压力大于静水柱压力，甚至等于上覆岩层压力。3．构造作用。地壳的上升、下降、折皱、断裂等地质构造运动，使岩层受到很大的挤压力，岩石孔隙内的流体在侧向挤压力的作用下压力升高。4古压力高。在被致密块状以及渗透性差的岩石完全封闭的古老岩石里、或是上升到浅处完全被封闭的地居里，才能存在这样的异常地层高压。5．水热增压作用。如地层是一个封闭系统，随着沉积的加深，地温的升高，孔隙中的流体将随温度的升高而膨胀，形成高压。6.地化作用。在封闭系统中，沉积物内的蒙脱石向伊泥石转化，石膏向硬石膏转化，都要脱出过量的水，增加了地层压力。7．块状的区域性盐岩沉积体往往使其下伏岩层丧失液体逸散的可能性，因而在盐岩层下面经常存在异常高压。8．储集层重新加压。本来是低压或常压储集层，由于注水注气使其变成高压。本来是浅部的正常压力储集层，由于和深部地层连通，将深部地层压力传递到浅部地层，这种沟通的道路可能是：老井套管损坏；老井固井质量不好；末下套管的报废井；漏失断裂带。只要在渗透性好的地层中有流体存在，不论其压力高低，只要它的压力高于钻井液液柱压力就能产生溢流。由于溢流的发生，使环空液柱压力越来越低，势必导致井涌甚至井喷。井底压力为什么会小于地层压力呢？1．地层压力掌握不准，设计的钻井液密度过低。没有准确的地层压力资料，也没有进行及时的地层压力检测，设计的钻井液密度低于地层压力的当量钻井液密度，这是在新探区经常碰到的事。即使已经开发的老油田，由于注水开发的结果，地下的压力系统，已不是原来的压力系统，有的开发层地层压力已经降到静水柱压力以下，但有的地层或个别区域由于注入水能量集中，形成了异常高压。这些情况用现有的压力检测方法是不能解决问题的，所以在钻井时往往要打遭遇战。2．钻井液液柱高度降低。这是因为：起钻时没有灌入钻井液，或灌入量不足，使液面降低；钻遇溶洞、裂缝性地层，发生大量漏失，使液面降低；钻井液液柱压力超过某些地层的破裂压力，发生漏失，使液面降低。液面降低之后，液柱压力也就自然降低了。3．钻井液密度降低。这是因为：钻开油、气、水层后，地层内流体侵入井内，造成钻井液密度下降，如果循环至地面未能及时清除，被污染的钻井液又被注入井内，将加剧油气侵，使密度进一步降低；地面水的混入，如处理钻井液时加水过多，下雨时不加防护，搞卫生时把大量清水冲入循环系统，都足以使钻井液密度下降；钻具或套管带有回压阀时，在下钻的过程中，不向管内灌钻并液，或灌入量很少，在循环钻井液时把大量空气混人，造成人为的气侵，也降低了钻井液密度。4．起钻时的抽吸压力。在起钻过程中，由于钻具在井内的向上运动，将引起井内液压降低，所降低的压力叫抽吸压力。抽吸压力和钻井液性能、环空大小、钻具结构、起钻速度有直接关系，许多井喷发生在起钻过程，就是抽吸压力起了促喷作用。5．停泵时环空压耗消失。循环钻井液时，泵压主要消耗在两个方面：一方面是循环系统的摩阻损耗。通常称为压耗；一方面是作用在钻头水眼上的压降，它转变为水力功能用以破碎地层和携带岩屑。压耗部分的绝大部分损失在钻柱内的流动摩阻，只有一小部分损失在环空流动摩阻，在近平衡压力钻进时，正是这一部分压耗对地层压力起着平衡作用，一旦停止循环，便失去了这部分环空压耗，导致井底压力小于地层压力。作业施工过程中发生井喷的主要原因引起作业施工过程中井喷的原因主要有以下几个方面。客观原因人为原因不可预见因素1．客观原因（1）多数油、气井中有高压层和漏失层。作业施工时，井筒内压井液受油、气层高压液体的影响其密度逐步降低，以及漏失层的严重漏失，造成井筒液柱压力小于地层压力，致使液柱与地层压力失去平衡，又无及时的补救措施，而引起井喷。（2）井口设备装置、井身结构、油层套管、技术套管等内在质量问题，完井固井质量问题，以及受地面、地下流体的侵蚀和长期生产维护不及时等诸多因素的影响，造成设备损坏，破裂渗漏，也能引起井喷。（3）井下工具、封隔器胶皮失灵，解封不开，起钻时造成抽汲油层，同样会引起井喷。2。人为责任原因（1）由于地质、工程设计的失误，导致施工的盲目性。（2）无预防措施或措施不当。（3）规章制度不健全或执行不严。（4）误操作以及在施工中使用的压井液质量不合格，不按设计施工。（5）防喷设备、工具不配套，设备故障等。3。不可预见原因（1）由于电测解释等技术问题，造成资料分析失误。（2）压井液体受高压气流的影响，气侵速度加快，预防措施及手段满足不了地层突发变化的需要。（3）自然灾害等人们不可预见的因素。二、井喷前的预兆凡是油层、油气同层或水层由溢流而发展为井喷总有一个渐变过程，只要安装有井控装置，完全有时间可以做好井控工作。但是气层则不然，从溢流到井喷是一个暂短的过程，有时只有几分钟的时间。因为气体遵守以下规律：P1V1／T1=P2V2／T2假定P1、V1、T1为天然气在井底时的压力、体积和温度，P2、V2、T2为天然气运移到井口时的压力、体积和温度。可以看出，天然气在向上运移的过程中，随着温度的下降，体积要有些许收缩，但随着压力的下降，体积要大量的膨胀，在井底的1m3天然气到井口时要膨胀数百倍甚至数千倍，其速度之快，能量之大，可想而知。所以及时发现溢流是搞好井控工作的前提。井喷前的征兆1．钻井液返出量增大。返出量与注入量之差值就是地层流体的侵入量。2．钻井液池液面上升。液面上升越快，说明侵入量越多。3．循环系统压力上升或下降。若地层压力高于井底压力，打开高压层时，泵压会上升。但由于油、气、水的侵入，环空液柱压力下降，又可使循环系统泵压下降。4．钻进时悬重增加或减少。当钻开高压层时，井底压力增加，悬重要下降。钻井液油气侵后，密度降低，悬重又会增加。若钻遇高压盐水层，盐水密度大于钻井液密度时，则悬重下降，盐水密度小于钻井液密度时则悬重增加。5．返出的钻井液密度下降，粘度上升，温度增高。6．返出的钻井液中有油花、气泡出现，这是进入油气层的直接标志。7．若地层中有硫化氢溢出，钻井液会变成暗色，同时可嗅到臭鸡蛋味。8.若钻遇盐水层，则钻井液中氯离子含量增加。若钻遇油气层，则气测时的烃类含量增加。9．起钻时灌不进钻井液，或灌入量少于起出的钻具体积。10．停止循环时，井口钻井液不间断的外溢。11．下钻时返出的钻井液量多于下入钻具应排出的体积，井口外溢间隔时间缩短或不间断的外溢。12．钻进时放空，或钻入低压层，会发生井漏，当液面下降到一定程度时，同层或其它层的井底压力小于地层压力时，就转漏为喷。发现以上情况时，应立即停钻，循环观察，看看是否真正发生了溢流，要防止产生错误的判断.如泵压下降，可能是钻具刺漏；泵压上升，可能是钻头水眼堵塞；悬重下降，可能是钻具折断；钻井液中有气泡，可能是钻井液处理剂所致；井口外溢，可能是钻井液加重不匀所致；钻速加快，不一定是进入高压层，有时可能是进入低压层。总之，要根据各种情况，综合分析，去粗取精，去伪存真，既要尽早地发现溢流，又不要被假象所蒙蔽。三、井喷的预防预防井喷的措施包括工程措施和钻井液技术措施两个方面。主要的工程措施包括：控制在油气层钻进时的机械钻速，以防因钻速过快而造成油气进入井筒；依据三个地层压力剖面设计合理的井身结构，防止上喷下漏或下喷上漏造成液柱压力下降而引起井喷；按井的类别正确选用井控装置，发现溢流应及时使用井控装备，以防止井喷的发生等。下面重点介绍预防井喷的钻井液技术措施。预防井喷的钻井液技术1．选用合理的钻井液密度使其所形成的液柱压力高于裸眼井段最高地层孔隙压力，低于地层漏失压力和裸眼井段最低的地层破裂压力。对于油层或水层，钻井液密度一般应附加0.05～0.10g／cm3，对于气层则应附加0.07～0.15g／cm3。对于探井应依据随钻地层压力监测的结果，及时调整钻井液密度，始终保持井筒中液柱压力高于裸眼井段最高地层孔隙压力。2．进入油、气、水层前，调整好钻井液性能除调整钻井液密度，使其达到设计要求之外，在保证钻屑正常携带的前题下，应尽可能采用较低的钻井液粘度与切力，特别是终切力随时间变化幅度不宜过大，以降低起下钻过程中的抽吸压力或激动压力。3严防井漏在钻进过程中需要加重时，应控制加重速度，防止因加重速度过快而压漏地层。应注意控制开泵泵压，防止憋漏地层。此外，对于裸眼井段存在不同压力系统的地层，当下部存在高压油、气、水层的压力系数超过上部裸眼井段地层的漏失压力系数或破裂压力系数时，应在进入高压层之前进行堵漏，提高上部地层的承压能力，防止钻至高压油、气、水层时因井漏而诱发井喷。4及时排除气侵气体钻遇到高压油气层时，钻井液往往不可避免地会受到气侵而造成密度下降。因此，此时应注意随时监测钻井液密度。一旦发现气侵，应立即开动除气器，并使用消泡剂除气，以及时恢复钻井液密度。5．注意观测钻井液的体积钻开油、气、水层后，钻进过程中应随时用肉眼观测泥浆池中钻井液的体积总量。起钻时应灌满钻井液，并监测灌入钻井液的量；下钻时，应观测泥浆池液面和从井筒中所返出钻井液的量。6．储备一定数量的加重钻井液凡钻遇高压油、气、水层的井，应储备高于井筒内钻井液密度的加重钻井液，其数量应接近井筒中钻井液的量。7．分段循环钻井液油气活跃的井，下钻时应分段循环钻井液，以避免大量气体因上返时膨胀而形成井涌（WellKick）。循环时要计算油气上窜速度，用以判断油气活跃程度和钻井液密度是否适当。处理井喷过程中对压井钻井液的要求溢流往往是井喷征兆的第一信号。因而一旦发现溢流，必须立即关闭防喷器，用一定密度的加重钻井液进行压井，以迅速恢复液柱压力，重新建立压力平衡，制止溢流。正确选用压井钻井液是缩短处理溢流、井喷的时间，防止处理过程中再出现井漏、卡钻等井下复杂情况与事故的重要技术措施之一。四、井喷事故的处理（一）正确的关井方式（二）压井数据计算（三）选择压井方法（四）压井过程中异常情况的检测与处理（五）井控中容易出现的错误操作（六）失控井喷的处理（一）正确的关井方式关井有“硬关井”和“软关井”两种方式。所谓“硬关井”就是在发生溢流或井喷之后，在防喷器和四通的旁侧通道全部关闭的情况下关闭防喷器。由于液流通道的突然关闭，使液流速度急剧变化，将会引起系统中液体动量的迅速变化，其动能几乎全部转化为压力能，产生液击现象，使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加，有可能超出允许压力，导致发生其它问题。所谓“软关井”就是在发生溢流或井喷时，在节流阀通道开启而其他旁侧通道关闭的情况下关闭防