井控技術(shù)氣侵與溢流培訓(xùn)教材_第1頁(yè)
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井控技術(shù)氣侵與溢流培訓(xùn)教材1、溢流的原因與預(yù)防當(dāng)由于各種因素的影響造成底壓力小于地層壓力時(shí),將會(huì)產(chǎn)生井侵與溢流。溢流井噴發(fā)生的原因可以概括為14個(gè)方面:(1)起鉆抽吸,造成誘噴。(2)起鉆不灌鉆井液或沒(méi)有灌滿。(3)不能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)溢流。(4)發(fā)現(xiàn)溢流后處理措施不當(dāng)。比如,有的井發(fā)現(xiàn)溢流后不是及時(shí)正確地關(guān)井,而是繼續(xù)循環(huán)觀察,致使氣侵段鉆井液或氣柱迅速上移,再想關(guān)井,為時(shí)已晚。(5)井口不安裝防噴器。井口不安裝防噴器主要是認(rèn)識(shí)上的片面性:其一,實(shí)行口井大承包后,片面追求節(jié)省鉆井成本,想盡量少地投入鉆井設(shè)備,少占用設(shè)備折舊;其二,認(rèn)為地層壓力系數(shù)低,不會(huì)發(fā)生井噴,用不著安裝防噴器;其三,井控裝備配套數(shù)量不足,配有的防噴器只能保證重點(diǎn)探井和特殊工藝井;其四,認(rèn)為幾百米的淺井幾天就打完了,用不著安裝防噴器。(6)井控設(shè)備的安裝及試壓不符合《石油與天然氣鉆井井控技術(shù)規(guī)定》的要求。比如:放噴管線、鉆井液回收管線、內(nèi)控管線各部位的連接不是法蘭絲扣連接,而是現(xiàn)場(chǎng)低質(zhì)量的焊接;連接管線的尺寸、壁厚、鋼級(jí)不合要求。彎頭不是專用的鑄鋼件,彎頭小于90度;放噴管線不用水泥基墩固定,或是雖然固定了但間隔太遠(yuǎn);放噴管線沒(méi)有接出井場(chǎng),管線長(zhǎng)度不夠;防噴器及節(jié)流管匯各部件沒(méi)有按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試壓,各部件的閥門出現(xiàn)問(wèn)題最多,有的打不開,有的關(guān)不上,有的刺漏;防噴器不安裝手動(dòng)操縱桿,不安裝灌鉆井液管線,而是把高壓內(nèi)控管線當(dāng)作灌鉆井液管線使用;井口套管接箍上面的雙公升高短節(jié)絲扣不規(guī)范,造成刺漏;防噴器與井口安裝不正、關(guān)并時(shí)閘板推不嚴(yán),造成刺漏;防噴器橡膠件老化,不能承受額定壓力;控制系統(tǒng)儲(chǔ)能器至防噴器的液壓油管線安裝不規(guī)范,漏油;儲(chǔ)能裝置控制系統(tǒng)擺放位置不合要求等。(7)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。表層套管下的深度不夠,技術(shù)套管下的深度又靠后,當(dāng)鉆到下部地層遇有異常壓力而關(guān)井時(shí),在表層套管鞋外憋漏,鉆井液竄至井場(chǎng)地表,無(wú)法實(shí)施有效關(guān)井。還有的井應(yīng)該在打開油氣層前實(shí)施先期完成,可往往設(shè)計(jì)上卻是后期完成,給井控工作帶來(lái)了麻煩。(8)對(duì)淺氣層的危害性缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。許多人認(rèn)為淺氣層井淺,最多幾百米深,地層壓力低,不會(huì)惹麻煩。而實(shí)際上,井越淺,平衡地層壓力的鉆井液柱壓力也越小,一但失去平衡,淺層的油氣上竄速度很快,時(shí)間很短就能到達(dá)井口,很容易讓人措手不及。而且淺氣層發(fā)生井涌井噴,多是在沒(méi)有下技術(shù)套管的井,即使關(guān)上井,很容易在上部淺層或表層套管鞋處憋漏。所以,淺氣層的危害性必須引起人們的重視,要從井身結(jié)構(gòu)和一次控制上下功夫。(9)地質(zhì)設(shè)計(jì)未能提供準(zhǔn)確的地層孔隙壓力資料,造成使用的鉆井液密度低于地層孔隙壓力。(10)空井時(shí)間過(guò)長(zhǎng),又無(wú)人觀察井口。空井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)一般都是由于起完鉆后修理設(shè)備或是等技術(shù)措施。由于長(zhǎng)時(shí)間空井不能循環(huán)鉆井液,造成氣體有足夠的時(shí)間向上滑脫運(yùn)移。當(dāng)運(yùn)移到井口時(shí)已來(lái)不及下鉆,此種情況下關(guān)閘板防噴器不起作用,關(guān)環(huán)形防噴器要么沒(méi)有安裝,要么膠芯失效,往往造成井噴失控。(11)鉆遇漏失層段發(fā)生井漏未能及時(shí)處理或處理措施不當(dāng)。發(fā)生井漏以后,鉆井液液柱壓力降低,當(dāng)液柱壓力低于地層孔隙壓力時(shí)就會(huì)發(fā)生井侵、井涌乃至井噴。(12)相鄰注水井不停注或未減壓。這種情況多發(fā)生在老油田、老油區(qū)打調(diào)整井的情況。由于油田經(jīng)過(guò)多年的開發(fā)注水,地層壓力已不是原始的地層壓力,尤其是遇到高壓封閉區(qū)塊,它的壓力往往大大高于原始的地層壓力。如果采油廠考慮原油產(chǎn)量,不愿意停掉相鄰的注水井,或是停注但不泄壓,往往造成鉆井的復(fù)雜情況發(fā)生。(13)鉆井液中混油過(guò)量或混油不均勻,造成液柱壓力低于地層孔隙壓力。這種情況多發(fā)生在深井、探井、復(fù)雜井,出于減少摩阻、改善鉆井液性能、穩(wěn)定井壁、鉆井工藝的需要,往往要在鉆井液中握入一定比例的原油。但在混油過(guò)程中,加量過(guò)猛導(dǎo)致不均勻,或是總量過(guò)多,都會(huì)造成井筒壓力失去平衡。此外,當(dāng)卡鉆發(fā)生后,由于需要泡原油、柴油、煤油解卡,從而破壞了井筒內(nèi)的壓力平衡,此時(shí)如果不注意二次井控,常常會(huì)造成井涌、井噴,釀成更重大的事故。(14)思想麻痹,違章操作。由于思想麻痹、違章操作而導(dǎo)致的井噴失控在這類事故中占有一定的比例,解決這個(gè)問(wèn)題主要要從嚴(yán)格管理和技術(shù)培訓(xùn)兩個(gè)方面入手,做好基礎(chǔ)工作。下面針對(duì)溢流發(fā)生的原因提出一些預(yù)防溢流的具體措施。1.1起鉆時(shí)灌鉆井液?jiǎn)栴}起鉆時(shí),灌入鉆井液體積小于起出鉆柱體積,會(huì)使井內(nèi)液柱高度下降,從而引起井底壓力降低,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致溢流與井噴。1.1.1起鉆時(shí)灌鉆井液的原則起鉆時(shí)灌鉆井液的原則如下:(1)至少每起出35個(gè)立根的鉆桿,或起出一個(gè)立根的鉆鋌時(shí),就需要檢查一次灌入的鉆井液量。灌鉆井液前決不能讓井內(nèi)的液面下降超過(guò)30m。(2)應(yīng)當(dāng)通過(guò)灌鉆井液的管線向井內(nèi)灌鉆井液,不能用壓井管線灌鉆井液。使用壓井管線可能會(huì)使管線和閥門腐蝕,這樣在應(yīng)急的情況下就不能發(fā)揮其作用。(3)灌鉆井液管線在防溢管上的位置不能與井口防溢管的出口管同一高度,如果兩管同一高度則經(jīng)過(guò)灌鉆井液管線灌入可能直接從出口管流出,從而誤認(rèn)為井筒已灌滿。(4)保證灌入鉆井液體積等于起出鉆柱的體積,以滿足井底壓力與地層壓力的平衡。1.1.2灌入鉆井液體積的測(cè)量在起鉆時(shí)必須清楚地知道起出鉆柱的體積、并及時(shí)測(cè)量實(shí)際灌入井內(nèi)的鉆井液體積。起出鉆柱的體積取決于其長(zhǎng)度、外徑、內(nèi)徑。大多數(shù)普通尺寸的鉆桿與鉆鋌,其尺寸可由鉆具體積表查出。盡管體積的數(shù)值很容易計(jì)算,但是由于鉆桿接頭的影響,給鉆具體積的計(jì)算增加了許多困難。因此鉆具體積表對(duì)于知道起出鉆柱的體積是特別有用的。實(shí)際灌入鉆井液的體積可用下列裝置中的一種進(jìn)行測(cè)量:(1)鉆井液補(bǔ)充灌;(2)泵沖數(shù)計(jì)數(shù)器;(3)流量表;(4)鉆井液池液面指示器。鉆井液補(bǔ)充罐是最可靠的測(cè)量設(shè)備。從井內(nèi)起出一定數(shù)量的立根之后,它可以顯示出需要灌多少鉆井液來(lái)充滿井眼。鉆井液補(bǔ)充罐是一個(gè)高而細(xì)的鉆井液罐(容積為1.66.4m3),0.2m3的鉆井液進(jìn)入井中后,罐內(nèi)的鉆井液面高度可顯示出十幾厘米的變化。鉆井液補(bǔ)充罐通常用50L或100L的增量來(lái)刻度。容積的測(cè)量可以使用這種刻度或者使用與正規(guī)鉆井液池上裝的類似的氣動(dòng)浮子傳感器來(lái)進(jìn)行。最普通形式的鉆井液補(bǔ)充罐是重力式灌注罐。鉆具從井內(nèi)起出,鉆井液依靠重力從罐里流入井內(nèi)。其他類型的補(bǔ)充罐使用一個(gè)小離心泵不斷地把鉆井液從補(bǔ)充罐循環(huán)到井里,溢流返回到鉆井液補(bǔ)充罐。不論用那一種補(bǔ)充罐,都要從主鉆井液罐定期地泵送鉆井液,裝滿鉆井液補(bǔ)充罐。鉆井液補(bǔ)充罐在井控作業(yè)中還有其它用途,一方面可以用來(lái)測(cè)量泵的效率,另一方面也是強(qiáng)行起、下鉆作業(yè)的一個(gè)組成設(shè)備。若井場(chǎng)沒(méi)有鉆井液補(bǔ)充罐,可以用鉆井泵向井內(nèi)灌鉆井液,由泵的沖數(shù)計(jì)來(lái)計(jì)量泵入鉆井液的體積。根據(jù)泵缸套尺寸和泵的沖程,就可以知道泵送一方鉆井液需要多少?zèng)_數(shù),只有精確知道泵的效率才能計(jì)算出精確的排量。泵的排量表不適合這項(xiàng)工作,如果使用泵沖數(shù)計(jì)數(shù)器,就需要定期地校驗(yàn)泵效率。流量表可以用來(lái)監(jiān)控泵送到井內(nèi)的鉆井液量,但是只有少數(shù)鉆機(jī)上裝有這種表。大多數(shù)流量表的精確度也受鉆井液流變性的影響,如果沒(méi)有校正和適當(dāng)保養(yǎng)就可能得不到準(zhǔn)確的數(shù)值。鉆井液池液面指示器反應(yīng)鉆具起出井筒后的鉆井液應(yīng)灌入量,但是大鉆井液池里這種液面的變化不易檢測(cè)出。起鉆時(shí),在主鉆井液池上使用傳感器,也不是一種計(jì)量灌注鉆井液量的好辦法。而有些鉆機(jī)安裝幾個(gè)鉆井液池,并可單獨(dú)隔離一個(gè)小鉆井液池,這樣就大大地提高了計(jì)量的靈敏度,常常是一種可取的計(jì)量灌漿量的方法。不論使用哪種灌鉆井液的設(shè)備,灌入的鉆井液量必須與起出鉆具的體積進(jìn)行比較,使之相等?,F(xiàn)已有專門設(shè)備可以自動(dòng)地進(jìn)行上述這種比較,但大多數(shù)鉆機(jī)上還沒(méi)有配這種設(shè)備。在一定條件下,井隊(duì)人員中增加一人專門負(fù)責(zé)控制灌入鉆井液是完全必要的。在核對(duì)對(duì)灌入井內(nèi)的鉆井液體積是否等于起出鉆柱的體積時(shí),還應(yīng)考慮起鉆時(shí)鉆臺(tái)上噴鉆井液而引起的損耗,有時(shí)此值較大。如果井眼不能充滿適當(dāng)?shù)你@井液量,起鉆作業(yè)就要停止,并采取安全措施。這需要重新下鉆到井底,進(jìn)行循環(huán)。1.2過(guò)大的抽吸壓力1.2.1過(guò)大的抽吸壓力引起溢流的原因引起過(guò)大抽吸壓力的原因是:(1)起鉆時(shí)加速度或速度過(guò)大;(2)鉆井液粘度、切力過(guò)大;(3)井徑不規(guī)則;(4)環(huán)空間隙過(guò)?。唬?)下放鉆柱時(shí)減速過(guò)快;(6)鉆頭、扶正器泥包;(7)井壁虛泥餅太厚。1.2.2減小過(guò)大的抽吸壓力的方法根據(jù)影響抽吸壓力的因素,確定減小過(guò)大抽吸壓力的方法如下:(1)起鉆速度不要過(guò)快,不猛提猛剎鉆具。在起鉆后期,鉆頭進(jìn)入技術(shù)套管或表層套管后,因?yàn)榄h(huán)空間隙減小,抽吸作用會(huì)相應(yīng)增大,所以在起鉆后期,不能僅根據(jù)鉆機(jī)的起升能力而高速起鉆,而應(yīng)根據(jù)允許的抽吸壓力值來(lái)決定起升鉆柱的速度。在一般情況下,起鉆前期特別是在油氣層附近起鉆應(yīng)用一檔,起出油氣層頂面10柱以上,才能用二檔,一般不用三檔起鉆,在鉆至油氣水層后的全部起鉆過(guò)程中,絕不準(zhǔn)用高速起鉆。(2)改善鉆井液性能,使其粘度、切力、屈服值保持在適宜的數(shù)值上,降低濾失量。(3)鉆進(jìn)時(shí)排量要充足,防止干鉆,避免出現(xiàn)泥包,出現(xiàn)泥包后,一定要緩慢起鉆。(4)環(huán)形空間間隙要適當(dāng)。起鉆過(guò)程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有“拔活塞”現(xiàn)象時(shí),應(yīng)立即停止起鉆作業(yè),排除“拔活塞”的原因,必要時(shí)將鉆具下至原井深洗井正常后再起鉆。產(chǎn)生“拔活塞”的原因:鉆頭泥包;扶正器泥包;井壁虛泥餅太厚等。解決方法:調(diào)整鉆井液性能,降低濾失量和泥餅厚度,特別地層溫度大于80℃時(shí),濾失量/泥餅指標(biāo)應(yīng)以高溫高壓失水/泥餅指標(biāo)為主;降低鉆井液的粘、切,改善流變性能;增大洗井排量;適當(dāng)控制機(jī)械鉆速;改善井底流場(chǎng)等。1.3鉆井液密度偏小1.3.1引起鉆井液密度偏小的原因引起鉆井液密度偏小的原因主要有:(1)地層壓力估計(jì)不準(zhǔn);(2)片面追求高的機(jī)械鉆速和低成本而使用最低的鉆井液密度;(3)向鉆井液中加水或雨水通過(guò)鉆井液池或鉆井液罐進(jìn)入了鉆井液中;(4)鉆井液中加入絮凝處理劑,固相顆粒在鉆井液罐等地面設(shè)備中絮凝沉淀,并被有關(guān)設(shè)備排除出去,使鉆井液密度減小。(5)發(fā)生油氣水侵后的鉆井液未經(jīng)處理而重新泵入井內(nèi)。1.3.2防止鉆井液密度偏小的原則防止鉆井液密度偏小的原則是:(1)采用合理的方法,準(zhǔn)確估計(jì)地層壓力。(2)在井底壓力略大于地層壓力的情況下,不得向鉆井液中放水、鉆井液罐要密閉,防止雨水進(jìn)入鉆井液中。(3)向鉆井液中加入絮凝處理劑之前,鉆井液人員要首先通知鉆井工程技術(shù)人員,只有在保證井底壓力大于地層壓力的條件下,才能加入絮凝處理劑。(4)鉆井液中油侵、鹽水侵較嚴(yán)重時(shí),從井內(nèi)返出的油、鹽水侵鉆井液必須改道,離開主循環(huán)罐加以儲(chǔ)存、不要將油、鹽水侵鉆井液重新泵入井內(nèi)。(5)鉆至較厚的氣層時(shí),鉆速要緩慢、要分段打開氣層,防止造成嚴(yán)重氣侵。(6)在油氣中下鉆時(shí),應(yīng)分段循環(huán),循環(huán)鉆井液時(shí),可采用節(jié)流循環(huán)的方式,不可一次將鉆具下至井底后再循環(huán)鉆井液,返出的鉆井液中若有油氣,應(yīng)及時(shí)除掉。(7)鉆井液氣侵后,必須及時(shí)除氣。如果不采取措施及時(shí)除氣,氣侵鉆井液就會(huì)被重新泵入井內(nèi),氣侵就會(huì)更加嚴(yán)重,鉆井液密度則進(jìn)一步下降,形成惡性循環(huán)。1.4循環(huán)井漏1.4.1引起循環(huán)井漏的原因循環(huán)漏失是指井內(nèi)的鉆井液漏入地層,這就引起井內(nèi)液柱和靜液壓力下降。下降到一定程度時(shí),井涌就可能發(fā)生。當(dāng)?shù)貙恿芽p足夠大,并且井內(nèi)環(huán)形空間的靜液壓力超過(guò)裂縫地層壓力時(shí),就要發(fā)生循環(huán)漏失。地層裂縫可能是天然的,也可能是由鉆井液柱壓力過(guò)大把地層壓裂而次生的。由于鉆井液密度過(guò)高和下鉆時(shí)的壓力激動(dòng),使得作用于地層上的壓力過(guò)大。在有些情況下,特別是在深井、小井眼里使用高粘度鉆井液鉆進(jìn),環(huán)形空間摩擦壓力損失(當(dāng)量循環(huán)密度CEO)可能高到足以引起循環(huán)漏失。以很快的鉆速鉆粘土頁(yè)巖時(shí)也可能出現(xiàn)類似的情況。環(huán)形空間增加阻礙和增加鉆井液密度會(huì)大大地增加井筒的壓力。1.4.2減少循環(huán)井漏的原則(1)設(shè)計(jì)好井身結(jié)構(gòu)、正確確定下套管深度,封隔住易漏地層。(2)下鉆速度不要過(guò)快,不猛放、猛剎鉆具。在下鉆至套管鞋處、易漏層、油氣層時(shí),要嚴(yán)格控制下鉆速度。在下套管時(shí)也應(yīng)注意這一點(diǎn)。(3)保持鉆井液性能處于良好狀態(tài),使鉆井液密度、粘度、切力維持在最小值附近。鉆井液的密度以能平衡地層壓力為基礎(chǔ),其值越小越好。鉆井液粘度、靜切力只要能保證有效地?cái)y帶、懸浮巖屑即可,其值越小越好。(4)開泵不要過(guò)猛,泵壓不能過(guò)高。如果井內(nèi)鉆井液靜止時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可以分段循環(huán)鉆井液。下鉆到井底后,先用小排量頂通水眼,形成循環(huán),然后再提高到正常鉆進(jìn)排量。(5)在易漏地層,鉆速不要過(guò)快,防止巖屑過(guò)多使井底壓力過(guò)大。(6)發(fā)生井漏后,要及時(shí)向井內(nèi)灌鉆井液或清水,并準(zhǔn)備向井內(nèi)注入堵漏物質(zhì)。1.5地層壓力異常1.5.1引起地層壓力異常的原因可能鉆遇異常壓力地層的高壓井時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使用更好的設(shè)備,而且更密切的注意防止可能發(fā)生的井涌。1.5.2如何做好地層壓力預(yù)報(bào)工作(1)提高地層壓力預(yù)報(bào)設(shè)備的測(cè)量精度與有關(guān)地質(zhì)人員的技術(shù)水平,由地質(zhì)部門較準(zhǔn)確地提出正常壓力地層和異常高、低壓層的地層壓力。(2)鉆井隊(duì)?wèi)?yīng)從異常壓力井段前5001000m開始利用dc指數(shù)法進(jìn)行地層壓力監(jiān)測(cè)。首先確定出dc指數(shù)的正常趨勢(shì)線,若發(fā)現(xiàn)dc指數(shù)偏離正常趨勢(shì)線后要加密認(rèn)真監(jiān)測(cè)。要按監(jiān)測(cè)的地層壓力值重新調(diào)整鉆井液密度值。(3)當(dāng)利用dc指數(shù)法監(jiān)測(cè)出異常地層壓力時(shí),為了進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)精度,可進(jìn)行中途電測(cè)。利用電測(cè)檢測(cè)地層壓力準(zhǔn)確度較高,資料來(lái)源方便,計(jì)算簡(jiǎn)便可靠。(4)在調(diào)整井的鉆井中,在鉆開油氣層前,必須首先停止注水井泄壓后才能鉆開油氣層。16其他原因(1)中途測(cè)試,控制不好。(2)射孔時(shí),控制不住。(3)固井時(shí),灌注設(shè)備損壞。2、氣侵2.1井侵的方式當(dāng)鉆至油氣水層后,如果預(yù)防措施不當(dāng),便會(huì)使井底壓力小于地層壓力,油、氣。水侵入井眼內(nèi)的鉆井液中,即造成井侵。2.1.1巖屑?xì)馇衷阢@開油氣水層的過(guò)程中,隨著巖石的破碎,巖石孔隙中的石油天然氣、鹽水或淡水便會(huì)不斷地釋放出來(lái)而侵入井內(nèi)的鉆井液之中。侵入井內(nèi)鉆井液中的油、氣、水量與巖石的孔隙度、井徑、機(jī)械鉆速和油、氣、水層厚度有關(guān)。如果油、氣、水層薄,巖石孔隙度小,機(jī)械鉆速又較慢時(shí),就不會(huì)有多少油、氣、水侵入鉆井液中。少量的天然氣以小氣泡的形式混在鉆井液中,少量的石油、鹽水或淡水以小油滴、小水滴的形式混在鉆井液中。如果油、氣、水層厚,巖石孔隙度大,機(jī)械鉆速又較快時(shí),就會(huì)有較多的油、氣、水侵入鉆井液中。天然氣在鉆井液中形成較大的氣泡,石油、鹽水或淡水在鉆井液中形成較大的油滴、水滴。鉆進(jìn)中的油氣顯示就是指鉆頭破碎的巖石中的油、氣在鉆井液中的顯示。2.1.2擴(kuò)散氣侵在鉆過(guò)的氣層中的天然氣會(huì)通過(guò)泥餅向井內(nèi)鉆井液中擴(kuò)散。侵入井內(nèi)的氣體量與鉆開氣層的表面積、泥餅的致密程度有關(guān),鉆開氣層較小,泥餅較致密時(shí),只會(huì)有一些小氣泡侵入井中;當(dāng)鉆開氣層較多,泥餅又較疏松時(shí),就會(huì)有一些大氣泡侵入井中。當(dāng)泥餅受到破壞氣侵量會(huì)更加增多。如果起下鉆、電測(cè)井、檢修設(shè)備等作業(yè)導(dǎo)致井內(nèi)鉆井液停止時(shí)間較長(zhǎng),就會(huì)有許多氣體通過(guò)泥餅擴(kuò)散到井內(nèi),在井底積聚成氣柱。在鉆過(guò)的油、水層中,油、水通過(guò)泥餅向井內(nèi)鉆井液中擴(kuò)散程度很小。2.1.3置換氣侵鉆遇大裂縫、溶洞時(shí),鉆頭經(jīng)過(guò)的裂縫、溶洞中的氣體侵入井內(nèi),另外由于鉆井液的密度比氣體的密度高,裂縫,溶洞中的氣體還會(huì)被鉆井液從裂縫、溶洞中置換出來(lái),侵入井內(nèi)。由于上述兩種侵入方式比較嚴(yán)重,所以,氣體在井底會(huì)很快積聚成氣柱。鉆頭經(jīng)過(guò)的裂縫、溶洞中的油、水也會(huì)侵入井內(nèi),但它們與鉆井液的置換程度較小,油、水會(huì)在鉆井液中形成一縷縷油跡、水跡。以上三種侵入方式,即使在井底壓力大于地層壓力的情況下,油、氣、水也會(huì)侵入井內(nèi)。2.1.4溢流氣侵在鉆井過(guò)程中,如果突然鉆至比預(yù)報(bào)壓力高的地層時(shí),或者鉆井液靜液柱壓力接近地層壓力時(shí),在停泵、接單根、起鉆上提鉆具的過(guò)程中,就會(huì)造成井底壓力低于地層壓力的現(xiàn)象,這時(shí),天然氣會(huì)大量侵入井內(nèi),形成氣柱,油水也會(huì)大量侵入井內(nèi)與井內(nèi)上返鉆井液不斷混合,形成較多的油跡。較多的鹽水侵會(huì)使鉆井液起泡,粘度、切力增加,導(dǎo)致流動(dòng)困難。2.2天然氣泡侵圖3-1天然氣泡在井內(nèi)上升的特點(diǎn)2.2.1天然氣泡侵的特點(diǎn)(1)天然氣泡向上運(yùn)移。天然氣以微小氣泡形式侵入井底后,會(huì)因其密度小于鉆井液密度而與鉆井液發(fā)生重力置換,而在鉆井液中逐漸滑脫上升運(yùn)移,就象潛水員呼出氣泡向上運(yùn)動(dòng)一樣。(2)天然氣泡向上運(yùn)移時(shí)體積會(huì)膨脹。天然氣泡在井底時(shí),受到整個(gè)井眼的鉆井液液柱的壓力,氣泡的體積是很小的,對(duì)鉆井液密度的影響也較小。在氣泡滑脫上升的過(guò)程中,氣泡上面的鉆井液液柱高度越來(lái)越小。這樣氣泡所受到的鉆井液液柱的壓力就越來(lái)越小,由于天然氣泡的體積與其所承受的壓力成反比,這樣就引起了氣泡的體積逐漸膨脹。如圖3-1所示。當(dāng)氣泡上升至接近地面時(shí),氣泡體積膨脹到最大。2.2.2天然氣泡侵的注意事項(xiàng)(1)天然氣以氣泡形式侵入鉆井液后,環(huán)空氣侵鉆井液的密度隨井深自下而上逐漸變小。因此,我們從返至鉆井液槽中的鉆井液測(cè)得的鉆井液密度不是整個(gè)井眼的鉆井液密度,不能用其值計(jì)算環(huán)空的鉆井液液柱壓力或井底壓力。(2)鉆井液氣侵后,一般不會(huì)使井底壓力小于地層壓力。但必須及時(shí)除氣,保證泵入井內(nèi)的鉆井液密度始終為原漿密度。如果不及時(shí)除氣,氣侵鉆井液就會(huì)被重新泵入井內(nèi),使井底壓力進(jìn)一步減小,導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力,使地層中的天然氣大量侵入井內(nèi),引起井噴。(3)在鉆至淺氣層時(shí),氣侵使井底壓力的減小程度比深井大。其原因是井淺時(shí),侵入井內(nèi)的氣體所受到的鉆井液液柱壓力小。氣泡體積大,隨著氣泡向上運(yùn)移,氣泡會(huì)越來(lái)越大,這種增大趨勢(shì)比深井快,這就使淺井氣侵后的平均鉆井液密度比深井小,因而容易降低井底壓力,使井底壓力小于地層壓力。較快地造成溢流與井涌。因此,在鉆開淺氣層時(shí),應(yīng)密切注視鉆井液槽面的氣泡現(xiàn)象。及時(shí)停鉆觀察溢流情況或關(guān)井觀察立管壓力與套管壓力,根據(jù)井口壓力情況進(jìn)行壓井或除氣等工作。2.3天然氣柱侵2.3.1天然氣柱侵的特點(diǎn)天然氣柱侵與天然氣泡侵一樣具有向上運(yùn)移和體積膨脹兩個(gè)特點(diǎn)。天然氣柱上升到井深的一半,氣柱所受到的鉆井液液柱壓力就減小一半,氣柱體積就增加一倍,當(dāng)氣柱再向上運(yùn)移一半,氣柱體積又增加一倍。每上升到余下路程的一半,氣柱體積就增加一倍,當(dāng)氣柱接近地面時(shí),氣柱體積增加到最大。如圖3-2所示。氣柱的上升膨脹,會(huì)使接近井口處的鉆井液排出地面,排出的鉆井液體積等于氣柱膨脹的體積。氣柱在井底時(shí),氣柱體積小,被排出的鉆井液體積小,可能使人們檢測(cè)不出來(lái)。隨著氣柱的逐漸上升膨脹,被排出的鉆井液體積就越來(lái)越多,溢流流速會(huì)越來(lái)越快,當(dāng)氣柱快到地面時(shí),被排出的鉆井液體積會(huì)迅速增加,溢流流速會(huì)大大增加。2.3.2天然氣柱侵的注意事項(xiàng)(1)氣柱在井底或者在井的深部時(shí),對(duì)井底壓力影響甚微,可以忽略。但是,隨著氣柱的上升膨脹,井底壓力會(huì)逐漸減小;當(dāng)氣柱上升到一定高度時(shí),井底壓力就會(huì)小于地層壓力,使井底又發(fā)生更大的氣侵;當(dāng)氣柱快到井口時(shí),氣柱的膨脹力就會(huì)大于氣柱上面的鉆井液液柱壓力。這時(shí),膨脹的氣柱就會(huì)推動(dòng)其上面的鉆井液自動(dòng)外溢。發(fā)生鉆井液自動(dòng)外溢后,氣柱上面的鉆井液將會(huì)很快地全部溢完,造成井噴。圖3-2天然氣柱侵在井內(nèi)上升的特點(diǎn)(2)氣侵后,如果開泵循環(huán)鉆井液,氣柱上升膨脹得更快,更易造成井噴。下面我們來(lái)看一下某井氣柱侵后的溢流情況:某井井深4000m,氣侵量為1m3,循環(huán)鉆井液時(shí)鉆井液在環(huán)空的上返速度為0.8m/s。當(dāng)氣柱由4000m上升到2000m時(shí),氣柱體積由1m3增大為2m3,所需的時(shí)間為38.2min;當(dāng)氣柱由2000m上升到1000m時(shí),氣住體積由2m3增大為4m3,所需的時(shí)間為20.3min;當(dāng)氣柱由1000m上升到392m時(shí),氣柱體積由4m3增加到9.8m3,所需時(shí)間只有7.7min這時(shí),氣柱的膨脹力就會(huì)推動(dòng)氣柱上面的鉆井液自動(dòng)外溢。因此,不到1min就會(huì)發(fā)生井噴了。氣柱侵引起的井侵與井噴來(lái)勢(shì)較猛,在鉆開氣層的過(guò)程中,尤其是井下停止循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng),而又開始循環(huán)鉆井液時(shí)更應(yīng)密切注視氣侵,溢流情況,更盡早發(fā)現(xiàn)溢流,盡快關(guān)井,萬(wàn)萬(wàn)拖延不得。在上述的例子中,如果氣柱體積增大為2m3時(shí),能在地面及時(shí)發(fā)現(xiàn)2m3的溢流量,那么,從發(fā)現(xiàn)溢流到井噴還有28min的時(shí)間。雖然這28min的時(shí)間不太長(zhǎng)、但卻能保證有足夠的關(guān)井時(shí)間。如果在氣柱體積為4m3時(shí)才發(fā)現(xiàn)地面的4m3的溢流量,這時(shí)離井噴只有8min了,而關(guān)井也需要8min左右的時(shí)間,有時(shí)關(guān)井時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),這就會(huì)使我們感到十分緊張,措手不及,稍慢就會(huì)造成嚴(yán)重的井噴。(3)鉆至淺氣層(1000~1500m)后的氣柱侵會(huì)使井涌來(lái)勢(shì)迅猛,稍不注意,就會(huì)造成嚴(yán)重的井噴。因?yàn)樵诰至枯^小的情況下,地面不易發(fā)現(xiàn)溢流,而當(dāng)發(fā)現(xiàn)地面有一些溢流顯示后,井噴又很快來(lái)臨。因此,在鉆至淺氣層后,要特別小心謹(jǐn)慎,要充分保證井底壓力大于地層壓力、鉆速要特別緩慢,要分段打開氣層。打開氣層2m后、應(yīng)停止鉆進(jìn),循環(huán)一周,若發(fā)現(xiàn)溢流,應(yīng)迅速關(guān)井,并進(jìn)行壓井,再鉆進(jìn)一段之后,又應(yīng)該用充分的時(shí)間把侵入井內(nèi)的天然氣循環(huán)到地面上來(lái),及時(shí)清除,再繼續(xù)鉆進(jìn),并仔細(xì)觀察溢流顯示。3、溢流的征兆與檢測(cè)3.1溢流時(shí)的征兆在鉆井各種作業(yè)中,當(dāng)發(fā)生氣侵或者油水侵后,侵入井內(nèi)的油氣水便推動(dòng)井內(nèi)鉆井液從井口向外溢出,我們可以在地面以上發(fā)現(xiàn)從井內(nèi)溢出的鉆井液液流的各種顯示即溢流顯示。通過(guò)這些溢流顯示,就可以使我們正確判斷井侵情況。及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流,并采取正確的操作迅速控制井口,是防止發(fā)生井噴的關(guān)鍵。鉆井人員要能夠識(shí)別溢流的各種顯示,及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流,并能在各自的崗位上采取正確的行動(dòng),迅速控制井口,這是鉆井隊(duì)每個(gè)工人的重要職責(zé)。在鉆井的不同作業(yè)中,溢流顯示是不同的、現(xiàn)分別介紹如下。3.1.1下鉆時(shí)溢流的征兆(1)返出的鉆井液體積大于下入鉆具的體積正常情況下,每一根鉆柱下入井眼內(nèi),都會(huì)有相當(dāng)該鉆柱體積的鉆井液向外返出,如果返出的鉆井液體積大于下入鉆柱的體積,就證明有一定數(shù)量的流體侵入井內(nèi);從井口返出的鉆井液可以流到鉆井液罐,鉆井液池中,我們可以通過(guò)鉆井液罐返出鉆井液體積大于下入鉆具體積的增量來(lái)判斷井侵情況。(2)下放停止接立柱時(shí)井眼仍外溢鉆井液如果下放停止,帶負(fù)荷吊卡坐在轉(zhuǎn)盤面上時(shí),井口仍向外溢出鉆井液,就說(shuō)明井底發(fā)生了井侵。隨著井侵的增加和氣體的上升,溢流量會(huì)越來(lái)越大,有時(shí)還會(huì)發(fā)生井眼不停地外溢鉆井液的現(xiàn)象。下鉆中下放停止觀察溢流是最直觀、最有效地方法。因此,下鉆中應(yīng)有專人觀察下放停止時(shí)的溢流狀況,下放停止后,一般需要觀察10~15min。(3)井口不返鉆井液井口液面下降如果下鉆速度太快,就會(huì)產(chǎn)生較大的激動(dòng)壓力,而造成井漏,使鉆井液外溢量減小。井漏嚴(yán)重時(shí),井口液面會(huì)下降,使井內(nèi)鉆井液柱高度降低,井底壓力減小,當(dāng)井底壓力小于地層壓力時(shí),就會(huì)發(fā)生井涌。井漏是井涌的前兆,當(dāng)發(fā)現(xiàn)井漏后,必須立即采取措施制止井漏,防止井涌的發(fā)生。3.1.2鉆進(jìn)時(shí)溢流的征兆※間接顯示(1)機(jī)械鉆速增加。機(jī)械鉆速主要取決于井底壓力(大部分是靜液壓力)與地層壓力的差值。在地層壓力增加而井底壓力維持不變的條件下,壓差是會(huì)減少的。在這種情況下,可以得到較高的機(jī)械鉆速。機(jī)械鉆速的迅速增加是一種鉆速突變。鉆速突變表明鉆頭已鉆到地層壓力超過(guò)井內(nèi)壓力的地層。如懷疑鉆到異常壓力,應(yīng)停鉆檢查井的流量情況。如果在停泵時(shí)井內(nèi)流體繼續(xù)流出,說(shuō)明井涌在發(fā)展。在危急情況下,即使沒(méi)有流體流出也應(yīng)當(dāng)自上而下地進(jìn)行循環(huán)。這樣可調(diào)整好鉆井液性能,以保證井內(nèi)沒(méi)有地層流體進(jìn)入。地層巖性改變時(shí)可以同樣發(fā)現(xiàn)機(jī)械鉆速的顯著變化。有時(shí),機(jī)械鉆速劇烈下降。這同樣是一種鉆速突變,而且應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行檢查。(2)dc指數(shù)值減小。(3)頁(yè)巖密度減小。(4)巖屑尺寸加大,多為長(zhǎng)條帶棱角形狀,巖屑數(shù)量增多。這是由于井底壓差減小,頁(yè)巖坍塌與巖石容易破碎,鉆速增快的結(jié)果。(5)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩增大,起下鉆柱阻力增大。如果鉆井液不能懸浮并清除大量尺寸較大的坍塌巖屑,這些巖屑就會(huì)下沉到井底,并在井底形成積聚,這就會(huì)增大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的扭矩和起下鉆柱時(shí)的阻力。(6)蹩跳鉆,放空,懸重增加。在裂縫地層中鉆進(jìn)時(shí),由于鉆頭忽而接觸巖石,忽而又不接觸巖石和井底不平等原因引起了鉆具的蹩跳。當(dāng)鉆至溶洞時(shí),鉆頭會(huì)突然放空,引起懸重突然增加。(7)循環(huán)泵壓下降,泵沖數(shù)增加。天然氣侵入井內(nèi)后,隨鉆井液上返并不斷膨脹,環(huán)空中的鉆井液量將逐漸減少,使環(huán)空內(nèi)的鉆井液液柱壓力小于鉆柱內(nèi)的鉆井液液柱壓力,這就使鉆柱內(nèi)的鉆井液會(huì)自動(dòng)地流向環(huán)形空間,從而降低了鉆井泵的負(fù)荷,使泵壓逐漸下降;地層流體侵入井內(nèi)后,環(huán)空中的鉆井液密度下降,流動(dòng)阻力下降。也會(huì)引起泵壓下降。當(dāng)循環(huán)泵壓逐漸下降時(shí),如果不關(guān)小帶泵柴油機(jī)的油門,鉆井液泵的沖數(shù)就會(huì)緩慢增加。井下鉆具被刺壞,形成鉆井液流動(dòng)短路時(shí),也會(huì)使泵壓下降,沖數(shù)增加。在判斷是否溢流的間接顯示時(shí),要排除這一點(diǎn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述間接顯示時(shí),就說(shuō)明可能鉆至高壓油氣層,并可能會(huì)發(fā)生溢流,這時(shí),應(yīng)停泵10~15min,觀察井口是否有溢流現(xiàn)象,若有溢流現(xiàn)象,要迅速關(guān)井,若無(wú)溢流現(xiàn)象,可以停止鉆進(jìn),循環(huán)至少一個(gè)遲到時(shí)間,認(rèn)真觀察返出的鉆井液中有否油氣顯示,若有油氣顯示,要適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度。(8)當(dāng)鉆至滲透性較大的地層時(shí),就會(huì)發(fā)生井漏,井漏時(shí),井口鉆井液液面就會(huì)下降,使井底壓力降底,當(dāng)井底壓力低于地層壓力時(shí),就會(huì)發(fā)生溢流。當(dāng)發(fā)生井漏時(shí),應(yīng)立即停止循環(huán),間歇定時(shí)定量反灌鉆井液,維持一定液面,保持井內(nèi)壓力平衡,然后堵漏,再根據(jù)井內(nèi)情況重建平衡或先期完井。※直接顯示(1)出口管鉆井液流速的變化在排量不變的情況下,地層流體侵入井內(nèi)后,鉆井液返出量增多。另外,若為天然氣井侵,鉆井液出口管流速會(huì)越來(lái)越大。應(yīng)該用裝在鉆井液出口處的流速測(cè)量?jī)x表及時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井液返出流速的變化情況。鉆井液出口流速增加是溢流的第一個(gè)顯示,當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆井液出口流速增加時(shí)應(yīng)立即停鉆、停泵,并認(rèn)真觀察鉆井液靜止時(shí)井口是否有外溢現(xiàn)象,如果有外溢,則應(yīng)立即關(guān)井。在淺氣層的鉆井中,如果發(fā)生了氣侵,首先是出口流速的增加,鉆井液池液面升高的顯示要滯后于流速變化很長(zhǎng)時(shí)間,這是由于鉆井液需流到鉆井液池里后鉆井液液面才會(huì)升高,這對(duì)于迅速控制溢流是不允許的。鉆井液流速測(cè)量?jī)x表是實(shí)現(xiàn)井控制的第一個(gè)重要工具,應(yīng)保證其靈敏可靠。(2)鉆井液池鉆井液液面的變化在鉆井過(guò)程中,由于地層流體侵入井內(nèi),變成了鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的一部分,當(dāng)整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的容積不變時(shí),鉆井液池內(nèi)的鉆井液體積就會(huì)增加,使鉆井液池液面升高。鉆井液氣侵后,鉆井液池液面升高速度逐漸加快。當(dāng)天然氣接近地面時(shí),鉆井液池液面有較明顯的升高。井噴會(huì)很快來(lái)臨,我們應(yīng)該在鉆井液池液面緩慢升高時(shí),就應(yīng)該判斷出溢流的存在,可以利用鉆井液流速增加和停止循環(huán)鉆井液井口仍向外溢流來(lái)確證溢流的存在。如果存在溢流,則應(yīng)立即關(guān)井。鉆井的其他作業(yè)也可以使鉆井液池液面發(fā)生變化,例如:a、向鉆井液中加入鉆井液添加劑,特別是重晶石和水。b、鉆井液罐的鉆井液放進(jìn)鉆井液池。c、鉆井液固控設(shè)備的啟動(dòng)與停止。d、鉆井液除氣設(shè)備的啟動(dòng)與停止。在判斷是否有溢流時(shí),應(yīng)排除上述原因。(3)停泵后出口管鉆井液的外溢在鉆進(jìn)過(guò)程中,因接單根、檢修設(shè)備等工作而停泵后,如果出口管仍然不停地外溢鉆井液,則說(shuō)明地層流體正在侵入井內(nèi),應(yīng)立即關(guān)井。在開泵鉆進(jìn)時(shí),如果懷疑可能有溢流現(xiàn)象,可以停鉆、停泵,并檢查出口管是否有向外溢流鉆井液現(xiàn)象,停泵會(huì)導(dǎo)致井底壓力降低,溢流更容易發(fā)生。如果停泵5~15min后沒(méi)有溢流現(xiàn)象,則表明沒(méi)有發(fā)生井侵;如果有溢流現(xiàn)象,就應(yīng)立即關(guān)井。在停泵以后,觀察出口管是否有鉆井液外溢現(xiàn)象時(shí),應(yīng)排除下述情況:a、因鉆柱內(nèi)鉆井液比環(huán)空鉆井液重所產(chǎn)生的鉆井液外溢現(xiàn)象。起鉆之前,向井內(nèi)打入一段重鉆井液塞以后,這種現(xiàn)象很明顯。b、停泵以后,有時(shí)鉆井液會(huì)繼續(xù)流出一段時(shí)間,這是由于隨鉆井液被泵入井內(nèi)的少量空氣上升膨脹的結(jié)果,如果一點(diǎn)空氣也未泵入井中則沒(méi)有上述現(xiàn)象。c、停泵以后,水基鉆井液繼續(xù)流動(dòng)的時(shí)間很短,油基鉆井液比水基鉆井液繼續(xù)流動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)一些,但不會(huì)不停地外溢鉆井液(一般不超過(guò)3min)。其原因有可能是油基鉆井液比水基鉆井液的可壓縮性大。(4)鉆井液的變化a、井內(nèi)返出的鉆井液中有油滴、油跡、氣泡、硫化氫味。烴類含量增多、氯離子含量增高。井侵量大時(shí),地面顯示比較明顯,可以發(fā)現(xiàn)有一縷縷黑色油跡,一堆堆泡沫或者是鉆井液變稠;而井侵量小時(shí),就不易發(fā)現(xiàn),只有借助儀器才能測(cè)量出油、氣、水的存在。用氣測(cè)儀器測(cè)出烴類增加時(shí)就證明鉆井液中有油侵,用氯根測(cè)量?jī)x器測(cè)量出氯根含量增加時(shí)就證明鉆井液中有鹽水侵。硫化氫氣體侵入井內(nèi)并隨鉆井液返至地面時(shí),人們會(huì)聞到很刺鼻的硫化氫味。b、鉆井液密度下降。當(dāng)鉆井液中侵入油氣水后,鉆井液密度均會(huì)下降,氣侵使鉆井液密度下降得多,油侵使鉆井液密度下降得較少,水侵使鉆井液密度下降得最少。c、鉆井液粘度的變化。油侵會(huì)使粘度下降,氣侵會(huì)使粘度上升,少量的鹽水使鉆井液粘度變化很小,較大量的鹽水侵使鉆井液粘度大大增加,會(huì)使鉆井液變稠,流動(dòng)困難。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆井液中有上述顯示后,應(yīng)停泵檢查溢流情況。3.1.3起鉆時(shí)的溢流征兆(1)灌入井內(nèi)的鉆井液體積小于起出鉆柱的體積如果地層流體侵入井內(nèi),地層流體就會(huì)占據(jù)一部分井眼空間,而使灌鉆井液量減小。(2)停止起鉆時(shí),出口管外溢鉆井液管外溢鉆井液表明井侵流體能夠很快地將鉆井液排至井口,并推動(dòng)鉆井液向外溢出,這時(shí)可能馬上就要井涌,應(yīng)立即關(guān)井。(3)鉆井液灌不進(jìn)井內(nèi),鉆井液池液面不減少或者升高在起鉆時(shí),由于鉆柱不斷地從井眼起出而不斷地向井眼灌入鉆井液,鉆井液池的鉆井液量應(yīng)逐漸減少,如果井口總是充滿鉆井液,使鉆井液灌不進(jìn)井內(nèi),鉆井液池內(nèi)的鉆井液體積也不減少,或者起鉆中鉆井液池液面升高,這就說(shuō)明地層流體已大量侵入井內(nèi),應(yīng)立即關(guān)井。(4)井漏如果在起鉆時(shí)發(fā)生灌入井內(nèi)的鉆井液體積大于起出鉆柱體積的現(xiàn)象,就說(shuō)明發(fā)生了井漏,應(yīng)采取堵漏措施,防止下漏上噴。3.1.4空井時(shí)的溢流征兆(1)出口管外溢鉆井液(2)鉆井液池液面升高(3)井口液面下降在空井時(shí),如果發(fā)現(xiàn)井口液面逐漸下降,就應(yīng)立即實(shí)施堵漏措施,防止發(fā)生井噴。3.2溢流的檢測(cè)與判斷方法3.2.1溢流檢測(cè)的方法與原理圖3-3液位計(jì)1、泥漿池液面檢測(cè)法(液位計(jì)指示)從理論上講,當(dāng)?shù)貙恿黧w侵入井眼后,泥漿池液面將會(huì)增高。對(duì)于油水侵入情況,如果忽略其在環(huán)空中壓縮性,地層油水侵入多少,在泥漿池應(yīng)增加多少。但對(duì)氣侵情況,由于其壓縮性,必須等氣體上升到井眼中上部有明顯膨脹時(shí),泥漿池液面才有較明顯變化。目前,泥漿池液面檢測(cè)是地層流體侵入檢測(cè)的主要方法。圖3-3液位計(jì)測(cè)量精度偏低。但由于其簡(jiǎn)單結(jié)實(shí),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較廣

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