井下作業(yè)井控基本知識和案例

井下作業(yè)井控技術(shù)第一部分井控技術(shù)概述

隨著油田不斷開發(fā)，井下作業(yè)的工作量不斷加大（包括試油、大修、小修、側(cè)鉆），在井下作業(yè)過程中，由于井下的情況非常復(fù)雜，不確定因素很多，在維修油氣井過程中，不管油井還是水井無論壓力高低都有發(fā)生井噴的可能性。井噴是井下作業(yè)（鉆進）施工過程中的一種工程事故，只要預(yù)防準備工作充分，措施得當，及時組織搶險加以控制，是可以避免的。所以學習掌握好井控技術(shù)是預(yù)防井噴的關(guān)鍵。井控的基本知識一.井控及其相關(guān)的概念

1.井控的概念：井控—即井涌控制，就是要采取一定的方法控制住地層孔隙壓力，基本上保持井內(nèi)壓力平衡，保證施工順利進行。井控的基本知識

人們根據(jù)井涌的規(guī)模和采取的控制方法之不同，把井控作業(yè)分為三級，即初級井控、二級井控和三級井控。井控初級井控

二級井控

三級井控

井控的基本知識初級井控(一級井控)：是依靠適當?shù)你@井液密度來控制住地層孔隙壓力使得沒有地層流體侵入井內(nèi)，井涌量為零，自然也無溢流產(chǎn)生。P井底=p地層井控的基本知識二級井控：是指依靠內(nèi)正在使用中的壓井液密度不能控制住地層孔隙壓力，因此井內(nèi)壓力失衡，地層流體侵入井內(nèi)，出現(xiàn)井涌，地面出現(xiàn)溢流，這時要依靠地面設(shè)備和適當?shù)木丶夹g(shù)排除氣侵壓井液，處理掉井涌，恢復(fù)井內(nèi)壓力平衡，使之重新達到初級井控狀態(tài)。井控的基本知識三級井控：是指二級井控失敗，井涌量加大，終于失去控制，發(fā)生了井噴(地面或地下)，這時使用適當?shù)募夹g(shù)與設(shè)備重新恢復(fù)對井的控制，達到初級井控狀態(tài)。這是平常說的井噴搶險，可能需要滅火、打救援井等各種具體技術(shù)措施。P井底＜p地層井控的基本知識2、與井控有關(guān)的概念

1)井侵：當?shù)貙涌紫秹毫Υ笥诰讐毫r，地層孔隙中的流體(油、氣、水)將侵入井內(nèi)，通常稱之為井侵。井控的基本知識2)溢流：當井侵發(fā)生后，井口返出的鉆井液的量比泵入的鉆井液的量多，停泵后井口鉆井液自動外溢，這種現(xiàn)象稱之為溢流。如不及時控制將導(dǎo)致井涌發(fā)生，發(fā)現(xiàn)控制溢流是關(guān)鍵井控的基本知識

3)井涌：溢流進一步發(fā)展，壓井液涌出井口的現(xiàn)象稱之為井涌。如不及時控制將導(dǎo)致井噴事故發(fā)生井控的基本知識

4)井噴：地層流體(油、氣、水)無控制地涌入井筒，噴出地面的現(xiàn)象稱為井噴。

井噴流體自地層經(jīng)井筒噴出地面叫地上井噴，從井噴地層流入其它低壓層叫地下井噴。井控的基本知識

5)井噴失控：井噴發(fā)生后，無法用常規(guī)方法控制井口而出現(xiàn)敞噴的現(xiàn)象稱為井噴失控。井控的基本知識

總之，井侵、溢流、井涌、井噴、井噴失控反映了地層壓力與井底壓力失去平衡以后井下和井口所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象及事故發(fā)展變化的不同嚴重程度。井控的基本知識

6）一級風險井：在發(fā)生過井噴區(qū)塊、環(huán)境敏感區(qū)塊、含超標有毒有害氣體區(qū)塊施工的井；水平井、大位移井；氣井、超深井、探井；氣油比高的井、具有自噴能力的井；老井新層補射孔作業(yè)的井；高壓井或氣井酸化壓裂后起下管柱作業(yè)的井；井內(nèi)套管腐蝕嚴重的井、地層壓力系數(shù)大于1.0的井等。井控的基本知識7）二級風險井：發(fā)生過溢流井涌區(qū)塊的井；含不超標硫化氫等有毒有害氣體區(qū)塊的油水井；氣油比較低的油井；地層壓力系數(shù)在0.8－1.0區(qū)間的井。8）三級風險井：未發(fā)生過溢流區(qū)塊的生產(chǎn)井；不含硫化氫或其他有毒有害氣體區(qū)塊的低壓低產(chǎn)油水井；地層壓力系數(shù)在

0.8以下且單井單層的井；枯竭井。井控的基本知識9）“三高”油氣井定義：

①高壓油氣井是指以地質(zhì)設(shè)計提供的地層壓力為依據(jù)，當?shù)貙恿黧w充滿井筒時，預(yù)測井口關(guān)井壓力可能達到或超過35MPa的井。②

高含硫油氣井是指地層天然氣中硫化氫含量高于150mg/m3(100ppm)的井。

井控的基本知識

③高危地區(qū)油氣井是指在井口周圍500m范圍內(nèi)有村莊、學校、醫(yī)院、工廠、集市等人員集聚場所，油庫、炸藥庫等易燃易爆物品存放點，地面水資源及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防設(shè)施（包括開采地下資源的作業(yè)坑道），或位于江河、湖泊、灘海和海上的含有硫化氫（地層天然氣中硫化氫含量高于15mg/m3(10ppm）一氧化碳等有毒有害氣體的井。井控的基本知識

10）一級井噴事故(Ⅰ級)：海上油(氣)井發(fā)生井噴失控；陸上油(氣)

井發(fā)生井噴失控，造成超標有毒有害氣體逸散，或竄入地下礦產(chǎn)采掘坑道；發(fā)生井噴并伴有油氣爆炸、著火，嚴重危及現(xiàn)場作業(yè)人員和作業(yè)現(xiàn)場周邊居民的生命財產(chǎn)安全。

11）二級井噴事故(Ⅱ級)：海上油(氣)井發(fā)生井噴；陸上油(氣)井發(fā)生井噴失控；陸上含超標有毒有害氣體的油

(氣)井發(fā)生井噴；井內(nèi)大量噴出流體造成對江河、湖泊、海洋和環(huán)境造成災(zāi)難性污染。井控的基本知識12）三級井噴事故(Ⅲ級):

陸上油氣井發(fā)生井噴，經(jīng)過積極采取壓井措施，在24小時內(nèi)仍未建立井筒壓力平衡，集團公司直屬企業(yè)難以短時間內(nèi)完成事故處理的井噴事故。13)四級井噴事故(Ⅳ級):

發(fā)生一般性井噴，集團公司直屬企業(yè)能在24

小時內(nèi)建立井筒壓力平衡的井噴事故。第二部分井噴失控的危害及原因

一.近年來井噴案例：

1.2003年12月23日，川東鉆探公司12隊,羅家16H井井噴失控，導(dǎo)致硫化氫大量外泄，造成243人死亡，4000多人受傷，六萬多人轉(zhuǎn)移，直接經(jīng)濟損失60000多萬。井噴失控的危害及原因

2.2003年2月18日，大港油田灘海工程公司承鉆的中4－72井在起鉆過程中發(fā)生井噴失控，40分鐘后井架朝大門方向倒塌。井架、絞車及大量鉆具工具報廢。釀成火災(zāi)井噴失控的危害及原因

3.2001年4月，塔里木迪那2井井噴失控事故，

在鉆進過程中發(fā)生溢流，壓井處理過程中，手動節(jié)流閥一側(cè)爆裂起火，火勢最后漫延至鉆臺，絞車鋼絲繩燒斷，大鉤游車砸斷壓井管線，天然氣從鉆具內(nèi)直噴著火。4∶00井架從半腰中燒倒。井噴失控的危害及原因

4.

2000年12月19日，玉門窿5井，在測井過程中發(fā)生井噴著火事故，井場設(shè)備全部燒毀。造成輕重傷員17人，其中1人搶救無效死亡，1人失蹤（滅火清理井場時在泥漿加重臺處發(fā)現(xiàn)已死亡）。井噴失控的危害及原因

5.2005年12月30日20:30

左右，冀東油田某大修隊在M101－P10井進行封層補孔下防落物管柱作業(yè)過程中，由于處置措施不當，造成該井井內(nèi)油管上竄致使該井發(fā)生井噴事故。油管頂起、彎頭油壬刺壞井噴失控的危害及原因

6.2006年2月4日3時05

分，遼河油田某隊在黃26-34井調(diào)層作業(yè)施工時，在電纜輸送射孔中發(fā)生一起井噴著火事故，造成設(shè)備燒毀.設(shè)備燒毀井噴失控的危害及原因

7.塔里木油田：塔中

823井在2005年12

月24日卸下采油樹，換成防噴器組,過程中發(fā)生井噴失控事故。井噴失控的危害及原因

8.吉林紅G+4－52井2007年6月5日,在鉆進過程中發(fā)生井漏,在處理過程中發(fā)生井噴失控,后來井眼噴塌，井噴停止。但隨后從距事故井5m遠的紅G4-052井（直井）的簡易套管頭處噴出氣、水、砂混合物。事故井周圍約100m范圍內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)三處地表（水源井）冒出水、氣。井噴失控的危害及原因9.2007年9月9日13時30

分左右，大港油田集團有限責任公司第二鉆井工程公司20508隊承鉆的大港油田公司西60－8井在起鉆過程中發(fā)生井噴失控著火事故，造成1人死亡，鉆機及井場主要設(shè)備、設(shè)施燒毀。造成巨大經(jīng)濟損失井噴失控的危害及原因二.井噴失控的危害:

大量的實例告訴我們，井噴失控是鉆井工程和井下作業(yè)過程中性質(zhì)嚴重、損失巨大的災(zāi)難性事故，其危害可概括為以下6個方面：

1.打亂全面的正常工作秩序，影響全局生產(chǎn)；

2.使鉆井事故復(fù)雜化；

3.井噴失控極易引起火災(zāi)和地層塌陷，影響周圍千家萬戶的生命安全，造成環(huán)境污，影響農(nóng)田水利、漁場、牧場、林場建設(shè)。

4.傷害油氣層、破壞地下油氣資源。

5.造成機毀人亡和油氣井報廢，帶來巨大的經(jīng)濟損失。

6.涉及面廣，在國際、國內(nèi)造成不良的社會影響。井噴失控的危害及原因

三.井噴失控事故的主要原因

①.工程方面人為因素:

井控意識淡薄，有關(guān)井控的管理規(guī)定或?qū)嵤┘殑t沒有落實或落實不到位。具體表現(xiàn)如下：未按要求安裝井控設(shè)備，或井控裝備的安裝和試壓不符合相應(yīng)的行業(yè)標準。現(xiàn)場操作中，沒有嚴格執(zhí)行井控技術(shù)要求。比如在起管柱中沒有及時灌滿井筒導(dǎo)致井底壓力降低或因抽吸壓力過大造成誘噴；作業(yè)過程中沒有嚴格座崗監(jiān)測溢流或發(fā)現(xiàn)溢流后的處理措施不當。井噴失控的危害及原因②.設(shè)備方面人為因素:

井口不安裝防噴器或封井器井口防噴設(shè)備試壓不合格③.地質(zhì)或其它方面因素地質(zhì)或其它方面因素、對淺氣層缺乏認識、地層壓力掌握不準、相臨注水井不停注或未減壓，由于老油田的開發(fā)，尤其是開發(fā)井、調(diào)整井壓力系數(shù)難以掌握，采油與井下作業(yè)的矛盾日益突出，注水井網(wǎng)的影響越來越大，尤其是對低滲低壓地層，人們抱有太大的僥幸心理。井噴失控的危害及原因

四.如何做好井控工作:

井控工作包括井控設(shè)計、井控裝置、打開油氣層前的準備工作、防火、防爆、防硫化氫等安全措施、井噴失控的處理、井控技術(shù)培訓和井控管理等八個方面。做好井控工作，要注意以下幾個問題：

1.正確認識井控工作：

要充分認識井噴失控性質(zhì)嚴重，損失巨大的災(zāi)難性事故，在施工中應(yīng)積極做好預(yù)防措施，搞好一級井控，防止井噴和井噴失控的發(fā)生，因此各級領(lǐng)導(dǎo)必須在思想上統(tǒng)一認識，高度重視井控工作。

井噴失控的危害及原因

2.做好井控工作的原則

各油氣田要結(jié)合本地區(qū)的特點，按照《石油與天然氣井下作業(yè)井控技術(shù)規(guī)定》有關(guān)要求，制定符合本油田特點的井控細則和各項行之有效的制度，一絲不茍貫徹執(zhí)行，必須思想重視、措施正確、嚴格管理。

3.嚴格履行職責和義務(wù)

必須認識到井控工作是多方面組成的系統(tǒng)工程，需要各部門通力合作，密切配合，相互協(xié)調(diào)，才能發(fā)揮整體作用。同時井控工作是一項十分細致的工作，需要堅持不懈，毫不放松的嚴格管理來保證。井噴失控的危害及原因

4.加強井控培訓工作施工人員要按時參加井控培訓，作用隊伍的素質(zhì)達到標準。從事井下作業(yè)施工人員及相關(guān)的輔助人員，應(yīng)按照中國石油天然氣集團公司與石油與天然氣井下作業(yè)井控規(guī)定及井控培訓管理辦法要求，參加井控培訓，領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員無證無權(quán)指揮生產(chǎn)，工人無證不得上崗操作。井噴失控的危害及原因

5.現(xiàn)場工作井控工作中“三早”的內(nèi)容：

早發(fā)現(xiàn)、早關(guān)井和早處理。（1）早發(fā)現(xiàn)：溢流被發(fā)現(xiàn)得越早越便于關(guān)井控制，越安全。國內(nèi)現(xiàn)場一般將溢流量控制在1～2m3之前發(fā)現(xiàn)。這是安全、順利關(guān)井的前提。

（2）早關(guān)并：在發(fā)現(xiàn)溢流或預(yù)兆不明顯、懷疑有溢流時，應(yīng)停止一切其它作業(yè)，立即按關(guān)井程序關(guān)井。（3）早處理：在準確錄取溢流數(shù)據(jù)和填寫壓井施工單后，就應(yīng)節(jié)流循環(huán)排出溢流和進行壓井作業(yè)。第三部分壓力一.井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

壓力是井控工作中最要的概念之一。正確理解井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系是正確掌握和靈活運用井控技術(shù)、防止井噴的重要基礎(chǔ)。

在物理學上，把垂直作用在物體表面上的力稱為壓力。壓力大小用單位牛頓表示，方向總是與物體的接觸面垂直，且指向被作用的物體，壓力的作用點在接觸面上。

壓強是指物體單位面積上所受的壓力。壓強是用來衡量壓力作用效果的物理量，其大小不僅與壓力的大小有關(guān)，還與受力面積有關(guān)。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系在作業(yè)現(xiàn)場，習慣把壓強稱為壓力。1、壓力的定義：壓力也稱壓強，是指物體單位面積上所受的垂直力。2、壓力的數(shù)學表達式：

F（Ｎ）

P=————Ｎ／Ｍ2（１牛頓）=1帕

S（Ｍ2）式中：P—壓力，N/m2F—作用于面積S上的垂直力，NS—面積，m2井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系3、壓力的單位：壓力的國際標準制單位是帕斯卡，簡稱帕，符號是Pa。1帕就是1m2

面積上受到1N的垂直力時形成的壓力，即1Pa=1N/m24、單位換算：1N的力在數(shù)值上等于質(zhì)量是102克的物體的重力，即一個質(zhì)量是102克物體垂直放置在一個面積是1m2的平面上，該平面所受到的壓力即為1Pa。由此可見，壓力的單位帕是一個相對較小的單位。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

為了現(xiàn)場應(yīng)用的方便，常使用千帕(KPa)和兆帕(MPa)兩個單位，即1MPa=1000KPa=106Pa與常用的工程大氣壓(kgf/cm2)的換算關(guān)系是:

1MPa=10.194kgf/cm2

1kgf/cm2=98.067KPa粗略計算時，可認為1kgf/cm2=100KPa=0.1MPa另外，壓力的國際工程單位是巴(bar)，可近似認為1bar=1kgf/cm2

英制中，壓力的單位是psi,1psi即1平方英寸面積上受到1磅的垂直力，與兆帕的換算關(guān)系是1000psi=6.895MPa井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

例1.某人體重60Kg，站在邊長為600×600mm的磁磚上，求磁磚所受的壓力?

解：P=mg/f=60×9.8/0.6×0.6=1633.3Pa換算成英制：P=1633.3÷6.896=241.7psi即：106帕=1兆帕或1MPa=106Pa井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

二.靜液壓力

1、靜液壓力的定義：靜液壓力是由靜止液體的重力產(chǎn)生的壓力。其大小取決于液體的密度和液體的垂直高度，與液體的斷面形狀無關(guān)。

2、靜液壓力的計算:

P=ρgH

式中：P--靜液壓力，MPaρ--液體密度，g/cm3g--重力加速度，0.00981H--液柱的垂直高度，m井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

注：在陸上鉆井作業(yè)中，H為井眼的垂直深度，起始點自轉(zhuǎn)盤平面算起，液體的密度為井內(nèi)流體的密度。

例2：某井鉆至井深2000米處，所用鉆井液密度為1.2g/cm3,求井底處的靜液壓力。解：P=ρgH=1.2×0.00981×2000=23.5MPa

現(xiàn)場常用：修井液靜液柱壓力：是井內(nèi)修井液液柱重量所產(chǎn)生的壓力。靜水柱壓力：指油氣層中地層水液柱重量所產(chǎn)生的壓力。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系三.地層壓力：

1.地層壓力的定義：地層壓力是指地下巖石孔隙內(nèi)流體的壓力，也稱孔隙壓力。

2.地層壓力的分類：

1）正常地層壓力：正常情況下，地下某一深度的地層壓力等于地層流體作用于該處的靜液壓力，這個壓力就是由該深度以上地層流體的靜液壓力所形成的。清水和鹽水是兩種常見的地層流體，水的密度是1g/cm3，形成的壓力梯為9.8KPa/m，地層鹽水的密度大約為1.07g/cm3，形成的壓力梯度為10.5KPa/m。按習慣，壓力梯度在9.8KPa/m～

10.5KPa/m為正常地層壓力。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系2）異常高壓：地層壓力梯度大于正常壓力梯度時，稱為異常高壓。地層壓力正常或者接近正常靜液柱壓力，則地層流體必須一直與地面連通。這種通道常常被封閉層或隔層截斷。在這種情況下，隔層下部的地層流體必須支撐上部巖層。巖石重于地層流體，所以地層壓力可能超過靜液壓力，形成異常高壓地層。（壓力梯度大于9.8KPa/m～10.5KPa/m）井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系3）異常低壓：地層壓力梯度小于正常壓力梯度時稱為異常低壓。這種情況多發(fā)生于衰竭產(chǎn)層和大孔隙的老地層。（壓力梯度小于9.8KPa/m～10.5KPa/m）

4）上覆巖層壓力：上覆巖層壓力是指某深度以上的巖石和其中的流體的總重量對該深度所形成的壓力。地下巖石平均密度大約為2.16～

2.64g/cm3,于是平均上覆巖層壓力梯度大約為22.62KPa/m。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

5）地層破裂壓力：地層破裂壓力是指某一深度的地層發(fā)生破碎或裂縫時所能承受的壓力。當?shù)孛嬉后w泵入井內(nèi)壓力過大時會使地層破碎生成裂縫造成大量壓井液或鉆井液漏入地層。破裂梯度一般隨井深增大而增大。較深處的地層因地層受高壓及高溫作用，成巖的巖層致密堅硬，同樣巖性下不易破碎。注意：在作業(yè)時，井內(nèi)流體形成的液柱壓力的下限，要保持與地層壓力相平衡，既不污染油氣層，又能實現(xiàn)壓力控制，而其上限則不能超過地層的破裂壓力，以避免壓裂地層造成井壓漏。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

6）泵壓、液壓、油壓、套壓：

泵壓：泵壓為克服井內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中的磨擦損失的需要的壓力。洗壓井時在地面進口處可形成數(shù)十兆帕的壓力，（就是泵壓）才能循環(huán)通。這時的泵壓為克服油管內(nèi)外流動阻力的消耗，它是維護流體循環(huán)需要的壓力，出口壓力通常為零。這種磨擦損失發(fā)生與地面管匯，單流閥，管壁，井下工具、水眼、環(huán)空及地面針形筏等處。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系油壓（油管壓力）：井底壓力超過油管內(nèi)液柱壓力后在井口的剩余壓力簡稱油壓。油管壓力=井底壓力—油管內(nèi)液柱壓力套壓（套管壓力）：井底壓力超過套管內(nèi)液柱壓力（包括氣柱壓力）后在套管處的剩余壓力，簡稱套壓。

套管壓力=井底壓力—油套環(huán)空內(nèi)（液柱壓力

+氣柱壓力）井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

由上可知：

井底壓力=油管壓力+油管內(nèi)液柱壓力

=套管壓力+環(huán)空內(nèi)（液柱壓力+氣柱壓力）油管液柱壓力與油套環(huán)空內(nèi)（液柱壓力+氣柱壓力）不同，所以平時生產(chǎn)或關(guān)井的都有：油管壓力≠套管壓力油套壓不同反映油管內(nèi)外流體性質(zhì)不同。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系7）井底壓差：是井底壓力和地層壓力之間的差值。壓差(ΔP)=井底壓力—地層壓力當:1.井底壓力=地層壓力ΔP=0平衡

2.井底壓力＞地層壓力ΔP＞0稱為正壓差超平衡

3.井底壓力＜地層壓力ΔP＜0稱為負壓差欠平衡

4.井底壓力稍大于地層壓力近平衡井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

壓差及在作業(yè)中的應(yīng)用：壓差是指井底壓力與地層壓力之差。這個差值為正時，井底壓力大于地層壓力為超平衡，差值為負時地層壓力大于井底壓力稱為欠平衡。井下作業(yè)就需平進平衡或超平衡，油田生產(chǎn)時欠平衡。為了及時發(fā)現(xiàn)油氣藏或減少鉆井液或修井液對地層的污染，許多情況下都采用欠平衡法。在試油過程中，必須在欠平衡狀態(tài)時地層才能有流體流出，才能搞清地層的液性及產(chǎn)能。在酸化或壓裂后也只有讓地層處于欠平衡狀態(tài)，才能將酸液及壓裂液排出地面，才能知道措施效果如何。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系8）井底壓力：地面和井內(nèi)各種壓力作用在井底的總壓力。井底壓力大部分來自井筒液柱靜液壓力且隨作業(yè)不同而變化。（正常生產(chǎn)需要負壓差，鉆進、修井作業(yè)需要近平衡或平衡。）

各種工況下的井底壓力：①空井時：井底壓力=環(huán)形空間靜液壓力；②循環(huán)時：井底壓力=環(huán)形空間靜液壓力+環(huán)形空間壓力損失井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系③起管柱時：井底壓力=環(huán)空靜液壓力－抽吸壓力；④下管柱時：井底壓力=環(huán)空靜液壓力+激動壓力；⑤溢流關(guān)井時：井底壓力=環(huán)空靜液壓力+井口回壓+

氣侵附加壓力；⑥節(jié)流循環(huán)時：井底壓力=環(huán)形空間靜液壓力+環(huán)形空間阻力+節(jié)流套壓；

所以通過以上幾種情況總結(jié)，起管作業(yè)井底壓力最小，發(fā)生井噴的可能性最大；尤其是起管柱不及時向井內(nèi)灌壓井液的情況最危險。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系9）地層漏失壓力：是指某一深度的地層產(chǎn)生漏失壓井液時的壓力。

P液柱＞P地層（漏失壓井液)10）激動壓力和抽吸壓力：激動壓力和抽吸壓力是兩個類似的概念，一般情況下我們認為激動壓力是正值，抽吸壓力是負值。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

①抽吸壓力：抽吸壓力發(fā)生在井內(nèi)上提管柱時，管柱下端因上升而空出來的井眼空間，以及井內(nèi)流體因粘滯性附于管柱上，隨管柱上行而空出來的空間將由其上面的流體填充，引起井內(nèi)流體向下流動，由于流動阻力的影響，其流動總是滯后于管柱的上提，這樣實際上在管柱下方造成一個抽吸空間，其結(jié)果是降低了有效的井底壓力。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系②激動壓力：激動壓力產(chǎn)生于下管柱時，因為管柱下行擠壓其下方的井內(nèi)流體，使其產(chǎn)生向上的流動，流動時受到的阻力便是激動壓力，其結(jié)果是增大有效井底壓力。③影響因素：激動壓力和抽吸壓力主要受以下因素影響：起下管柱的速度、井內(nèi)流體的粘度、靜切力、環(huán)行空間的大小管柱長度，大直徑井下工具。

＊因此，在起下管柱時，要控制起下速度，不要過快，在打開高壓油氣層和井內(nèi)流體性能不好時，更應(yīng)注意。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

四.地層壓力的表示方法：

⑴.用壓力單位表示。這是一種直接表示法。

⑵.用壓力梯度：壓力梯度指的是每增加單位垂直深度壓力的變化量，即每米垂直井深壓力的變化值，或每

10米、100米垂直井深壓力的變化值。礦場上壓力梯度的概念為深度變化1米時，其流體液柱內(nèi)壓力的變化量，如密度為γ的壓力梯度位為：△P=P（h+1）-Ph井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

壓力梯度的計算：根據(jù)壓力梯度的定義，可知其計算公式為：G=P/H=ρg式中：G—壓力梯度，KPa/m(MPa/m)P--靜液壓力，KPa(MPa)H--液柱的垂直高度，mρ--液體密度，g/cm3g--重力加速度，9.81(0.00981)根據(jù)用壓力梯度的定義，靜液柱壓力的公式也可以寫成：靜液壓力=壓力梯度×垂深

P=G×H井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系例3：已知鉆井液密度1.24g/cm3，井深3353米，求壓力梯度和井底靜液壓力？解：G=ρg=9.81×1.24=12.164KPa/mP=G×H=12.164×3353=40787KPa=40.8MPa井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

⑶.用當量壓井液密度表示。當量壓井液密的定義：工程上為了方便起見，常使用當量流體密度這一概念。地層某一位置的當量流體密度是這一點以上各種壓力之和（靜液壓力、回壓、環(huán)空壓力損失等）折算成流體密度，稱為這一點的當量流體密度。

井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

地層壓力當量壓井液密度計算：

當量密度的計算公式：

ρe=

式中：P—作用于該點的總壓力，MPa用當量流體密度表示：這個壓力表示方法，與壓力梯度類似，也可以在對比不同深度壓力時消除深度帶來的不方便。修井時可以用修井液密度的對比表示壓力的對比，非常直觀方便。井下各種壓力的概念及其相互關(guān)系

例4.某井油層中部深2000米，壓力為24MPa，求地層壓力當量密度是多少？解：ρe==24÷0.0098×2000=1.22g/cm34）用壓力系數(shù)表示：壓力系數(shù)是某點壓力與該點水柱壓力之比，其數(shù)值等于該點的當量鉆井液密度。

第四部分溢流的主要原因及預(yù)防

作業(yè)施工中及時發(fā)現(xiàn)溢流或者疑似溢流是井控技術(shù)的關(guān)鍵，井噴事故通常很少突然發(fā)生，大多數(shù)井在井噴前都有一些先兆，只要細心觀察準備充分，采取有效措施絕大數(shù)井噴式可以避免的。

造成溢流的主要原因有以下這幾方面：

（1）起管柱時未灌或未灌滿壓井液；

原因：起管柱時井筒內(nèi)會減少所起管柱體積的壓井液，引起井筒內(nèi)液面下降，靜液柱壓力降低，地層壓力超過靜液柱壓力時，地層中流體就可能大量地涌入井筒，即形成井涌。溢流的主要原因及預(yù)防

預(yù)防：如果在起管柱時向井內(nèi)隨時灌入同樣性能的壓井液，井底壓力會與地層壓力保持相對平衡或近平衡，地層流體會不或很少流入井筒，這樣也就預(yù)防了井涌。做好這項工作的關(guān)鍵是準確地計算起出管柱體積并準確地計量需向井內(nèi)所灌泥漿的數(shù)量，遇到二者有矛盾或矛盾較大時立即分析原因采取措施。溢流的主要原因及預(yù)防

管柱體積的計算公式為（需灌入量不含管柱接頭）：

V=3.14(D2-d2)h/4

V:管柱體積，單位：方m3D：管柱外徑，單位：米，md:管柱內(nèi)徑，單位：米，mH:管柱長度，單位：米，m注意：以上計算要考慮管柱接頭的影響，所以現(xiàn)場將常用的管柱體積以表的形式列出，同時消除管柱接箍的影響，以方便查用。查表時要注意到管柱的規(guī)格會有變化，如：油管有直徑73毫米和89毫米,內(nèi)徑也有較大變化如:同是外徑73毫米,鉆桿與平式油管壁厚分別為9毫米和5.5毫米,其計算結(jié)果相差很大.溢流的主要原因及預(yù)防操作：灌入壓井液的計量也很重要,要做到準確計量注意以下幾點:

（1）選好基準點：距罐出口較遠、容易站立、有特征、操作方便之處為基準點，每次測量都要在該處。（2）罐口處基準點要做出標志，測量時尺子要垂直。（3）注意測量用尺子的零點及起始點字跡要清楚，直尺本身不變形不彎曲。（4）讀數(shù)時要在尺子上做記號，尺子刻度與眼睛在同一水平面內(nèi)。（5）注意罐內(nèi)液體可能是動蕩的，要多測幾個點，取平均數(shù)。（6）注意循還洗井時，氣體可能已經(jīng)侵入到了泥漿或修井液中，要排除氣侵的影響，如充分攪拌或加入消泡擠。（7）有專人用專門設(shè)備來計量壓井液的灌入情況。溢流的主要原因及預(yù)防

（2）起管柱時所產(chǎn)生的過大的抽吸壓力原因：起管柱時，尤其是管柱底部裝有泵、封隔器、磨鞋、套洗筒、鉛膜、通井規(guī)等大直徑井下工具時，管柱上提就意味著管柱底部裝了一個活塞，該活塞上提時在管柱底部形成真空，致使地層流體吸入或涌入井筒，這樣就很容易發(fā)生井涌。顯然上提管柱快乃造成抽吸壓力的最主要原因。其它還有：泥漿或修井液粘度、靜切力大、側(cè)鉆時鉆頭泥包、管柱或井下工具與井筒內(nèi)徑間隙過小、地層壓力高，滲透性好。溢流的主要原因及預(yù)防

預(yù)防或減小抽吸作用造成井涌的原則是：

①.起管柱時上提速度按標準執(zhí)行，不能只抓進度。②.起管柱前保證井筒內(nèi)靜液柱壓力高于地層壓力。③.嚴格做到“邊起邊灌”，隨時發(fā)現(xiàn)有地層流體產(chǎn)出或流入井內(nèi)，必要時可向井內(nèi)正注壓井液以維持井內(nèi)壓井液數(shù)量或?qū)⒉糠忠堰M入井內(nèi)的流體擠回地層。

④.向井內(nèi)灌入壓井液數(shù)量計量要準確。

⑤.起管柱前要適當降低尤其是泥漿的粘度及靜切力。溢流的主要原因及預(yù)防（3）壓井液性能不當：壓井液性能尤其是密度，選擇不當會發(fā)生井漏或井涌。

其原因主要有以下幾方面原因：

①.側(cè)鉆時為了提高鉆速使用最低密度的鉆井液。②.試油時對高壓油氣層重視不夠。發(fā)生了井涌后管柱還未下到設(shè)計深度，而設(shè)計壓井液密度時是按油層中部深度與壓力計算的，其結(jié)果是壓井液密度不夠。③.修井液氣侵未及時發(fā)現(xiàn)，又按未氣侵修井液替入井內(nèi)。④.設(shè)計修井液密度時使用的折算壓力與實際壓力相比較誤差較大。溢流的主要原因及預(yù)防

⑤.使用了過時的壓力資料來設(shè)計壓井液密度：開發(fā)或投入開發(fā)相當長的時間后有些地層已虧空；另外一些地層會因注水使當前地層壓力比原始地層壓力高很多。以后的修井作業(yè)中再按此資料設(shè)計修井液密度顯然會有偏差，偏差較大則發(fā)生井漏或井涌。

⑥.側(cè)鉆或裸眼井取換套作業(yè)：因為是在老油田內(nèi)進行的作業(yè)，壓力與液性資料比較了解有把握，但這些井欠缺目前開發(fā)層以外的資料，此時參考當年的鉆井資料顯然太老了，因為其它井的注水可能已經(jīng)對該井的一些層位的壓力有了影響，遇到其它意想不到的高壓油水層就可能發(fā)生井涌。溢流的主要原因及預(yù)防

⑦.現(xiàn)場壓井液調(diào)配時（尤其是需加重泥漿密度時）往往未按設(shè)計完成。

預(yù)防：1.寫施工設(shè)計前要搜集到最可靠的壓力資料。包括最新的壓力資料、液性資料、臨近井生產(chǎn)及注水資料、地層連通情況等。

2.細心研究審核資料的可信度及精確度。

3.設(shè)計壓井液密度時計算準確要配制的壓井液密度，加完設(shè)計的加重劑并充分循環(huán)攪拌。溢流的主要原因及預(yù)防4.使用前要測量加重劑的真實密度，不同廠家的添加擠產(chǎn)品其密度可能不一樣。

5.現(xiàn)場備有充足的修井液及各種添加劑以便應(yīng)付現(xiàn)場隨時都可能出現(xiàn)的井涌或井漏。

6.不要將氣侵后的泥漿再打入井內(nèi)，應(yīng)將氣侵的泥漿攪拌或加入一定量的消泡劑消泡后再用。

7.作業(yè)時加密修井液測量次數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)修井液是否以氣侵或有其他變化及早采取果斷措施。溢流的主要原因及預(yù)防

（4）循環(huán)時壓井液漏失：循環(huán)洗井時有漏失現(xiàn)象會造成井底壓力降低，降到一定程度地層流體會流入井內(nèi)，又因多數(shù)滲透性好、產(chǎn)量高，一旦地層流體進入井內(nèi)就會發(fā)生嚴重井涌造成惡性井噴。類似的經(jīng)驗教訓在井下作業(yè)中以有多次，而低壓井也能有井噴現(xiàn)象，這種情況為給以足夠重視。

循環(huán)漏失的主要原因有：

①當靜液壓力超過地層壓力或地層裂縫壓力時作業(yè)井會嚴重漏失。

溢流的主要原因及預(yù)防

②.同一層內(nèi)可能存在“邊漏邊吐”現(xiàn)象，所以就是用很重的泥漿也很難把井壓住。井可能存在兩個以上的壓力系統(tǒng)，此時可能有井下吞吐現(xiàn)象。高壓層油氣流進入井筒其中一部分加入到循環(huán)的壓井液中去，另一部分隨一定比例的壓井液進入低壓層。其結(jié)果是漏失了一部分壓井液，同時循環(huán)系統(tǒng)中的修井液亦被氣侵，進一步發(fā)展就是井涌或井噴。溢流的主要原因及預(yù)防

③.由于油田開采與注水的進行，按原來的舊壓力資料設(shè)計的修井液同樣會造成井漏這，進一步發(fā)展就是井涌或井噴（在裸眼井取換套或側(cè)鉆作業(yè)施工中常見）。

④.下部有裸眼或射孔井段、管柱下部帶有大直徑工具時，在下放管柱過程中會造成井的激動使井底壓力過高將壓井液擠回地層嚴重時地層被擠破造成更為嚴重的漏失。同時可能激活高壓地層造成井涌。溢流的主要原因及預(yù)防

預(yù)防：（1）合理地選擇壓井液密度,必須使用精確的壓力資料。（2）洗壓井或循環(huán)洗井時嚴格監(jiān)視壓井液數(shù)量及性能變化，隨時掌握地層是產(chǎn)出流體還是有漏失及時發(fā)現(xiàn)問題。（3）現(xiàn)場備好充足的壓井液調(diào)劑節(jié)，如：加重劑和堵漏劑。（4）在下管柱尤其是井下有大直徑工具時要限制起下速度。（5）井下工具與井眼間留有6毫米以上的間隙。溢流的主要原因及預(yù)防（5）地層異常壓力：原因：新探區(qū)可能遇到壓力異常高情況，尤其是鉆淺井、側(cè)鉆或裸眼井取換套作業(yè)。

尤其是在老開發(fā)區(qū)取換套或側(cè)鉆作業(yè)中還要注意高壓水層，層間串通等可能造成高壓異常的意外因素，注水見效應(yīng)全面考慮影響壓井液密度的各種因素。預(yù)防：施工前充分了解該井周邊地區(qū)生產(chǎn)動態(tài)，注水情況、地下連同情況等，制定詳細的地質(zhì)、工藝、施工設(shè)計，確保施工安全。第五部分井下作業(yè)施工中的井涌檢測

井涌檢測應(yīng)貫穿于從接到井號到施工結(jié)束的整個過程中。施工前施工設(shè)計人員就應(yīng)該著手收集作業(yè)井的壓力資料、地層液性資料、地層孔隙及滲透性資料、巖性資料，把井控，預(yù)防，檢測及應(yīng)付手段考慮周全。設(shè)計中應(yīng)包括可能發(fā)生井涌的具體井段、如果有井噴歷史要注明情況，以便在施工中作好井涌的檢測及井噴的預(yù)防工作。作為現(xiàn)場工作人員要知道:

發(fā)生溢流的原因是地層壓力高于井內(nèi)液柱壓力。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

如何判斷可能發(fā)生了溢流或已經(jīng)發(fā)生了溢流；發(fā)生溢流時應(yīng)如何應(yīng)付處理，也是井控技術(shù)的關(guān)鍵下面就井下作業(yè)中的射孔、起下管柱、井筒解壓及側(cè)鉆對可能發(fā)生了溢流及已經(jīng)發(fā)生了溢流作一些討論：

1.射孔時的井涌檢測：

普通射孔時井涌發(fā)生的跡象：點火后井口有泥漿外溢且有氣泡；上提槍身時外溢液帶油花；射孔后溢流量雖然不大，但無停溢現(xiàn)象；射孔后溢流逐漸加大表示井下一定發(fā)生了井涌。井下作業(yè)施工中的井涌檢測油管輸送負壓射孔時井涌發(fā)生的跡象：點火后套管壓力有上升跡象。

2.下管柱時的井涌檢測：發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：外溢修井液量大于所下管柱體體積數(shù)值；外溢修井液中有氣泡或氣味；外溢修井液帶油花；指重計數(shù)值顯示低于井中管柱重力。停止起下時，井口外溢修井液。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

3．起管柱時的井涌檢測：發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：灌入修井液量小于起出管柱體積數(shù)值；井口有天然氣味兒或味兒變濃；井口有外溢現(xiàn)象；起初的管柱壁上帶油花或原油；指重計數(shù)值顯示低于井中管柱重力。

4.空井時的井涌檢測：發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：關(guān)井時井口壓力有上升情況；開井或井口敞開時有溢流、氣味兒或溢流帶油花。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

5.循環(huán)洗井（包括沖砂）時的井涌檢測：發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：出口液量大于進口液量；出口液中有油花火、氣味兒；進口泵壓或出口壓力升高；出口液密度降低；進出口液性不一致；停泵后出口仍有溢流。

6.施工井解封時的井涌檢測：封隔器解封后發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：套管壓力上升；開井后套管有溢流或氣味。井下作業(yè)施工中的井涌檢測7.鉆水泥塞井筒解壓過程中可能發(fā)生的井涌檢測：

水泥塞如果封堵得是高壓層，則發(fā)生下列跡象時說明已發(fā)生井涌：

①循環(huán)進出口的流體物理性質(zhì)有變化，如粘度降低，密度下降等。

②機械鉆速變大時，可能是高壓流體層已解封。

③負荷變小，說明井底壓力增大，高壓流體層已解封。

④循環(huán)出口氯根變化大，說明高壓水層已打開，地層水已涌如井筒。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

⑤循環(huán)修井液出口反出量明顯大于進口頂入量。

⑥停止循環(huán)后，出口仍有溢流。

8.側(cè)鉆時可能已發(fā)生井涌的情況：側(cè)鉆施工時，發(fā)生下列跡象時說明可能已發(fā)生井涌：

①鉆速迅速加快。這是鉆遇高壓流體層，這是地層壓力與井筒液柱壓力之差變化大的原因。出現(xiàn)這種變化說明可能已發(fā)生井涌，但也可能是地層巖性變化的原因。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

②巖屑變化：錄井時見到巖屑帶棱角狀，說明每費太大力巖層已被鉆穿，同時說明鉆遇了高壓層。這些巖屑未經(jīng)過充分研磨被返至地面說明井底可能已發(fā)生井涌。

③鉆井液性能變化：

a.地層流體中有天然氣溢出，地面顯示泥漿會有氣侵現(xiàn)象，密度降低。

b.重烴含量增加或鉆井液中有油花出現(xiàn)，說明油氣已涌入井筒侵入到鉆井液中。

c.鉆井液粘度下降表示地層水已進入壓井液中。

d.鉆井液中氯根含量降低說明比較淡的水已進入鉆井液中。

e.如果是淡水泥漿為鉆井液則氯根有升高現(xiàn)象。

f.其它如硫化氫含量及PH值變化。井下作業(yè)施工中的井涌檢測

④泥漿池內(nèi)鉆井液體積增加：

a.有氣侵或地層流體流出會有這種現(xiàn)象，但要排除下列因素：其一，新添了水、重晶石或粘土；其二，泥漿密度增加可能是地層粘土已加入到泥漿中；其三，倒罐或更換設(shè)備所致。

b.泵壓下降：可以認為泵壓下降的原因是有了另外的壓力源—地下高壓層在起作用。是它將環(huán)空流體推向地面,減輕了地面循環(huán)泵壓，實際上是出現(xiàn)了井涌。第六部分井內(nèi)氣體的運移與膨脹

一、天然氣的特點及危害：

天然氣是可壓縮的流體，其體積取決于其上所加的壓力。壓力增加，體積減小；壓力降低，體積增大。天然氣的壓力與體積變化情況，近似于“反比例”。這意思是，當壓力增加一倍，其體積減小一半；反之，當壓力減小一半，其體積增大一倍。天然氣密度（0.000603g/cm3）比鉆井液小得多，鉆井液中的天然氣，在密度差的作用下，不論是開著井還是關(guān)著井、氣體向井口的運移總是要產(chǎn)生的。天然氣還具有擴散性大、易燃、易爆的特點。井內(nèi)氣體的運移與膨脹部分

天然氣的這兩個特性使井控工作復(fù)雜化，可膨脹氣體的運動，造成靜液壓力和井眼壓力的改變，必須了解和預(yù)計到這個變化，以便控制氣侵。天然氣中的H2S有劇毒，對人身安全造成威脅，對鉆具和井控裝置有很強的腐蝕，使它們造成氫脆破壞；硫化氫能加速非金屬材料的老化，使鉆具中、井控裝置中的密封件失效；H2S水基鉆井液具有較大污染，甚至形成流不動的凍膠。井內(nèi)氣體的運移與膨脹部分

天然氣侵入井內(nèi)后，造成靜液壓力和井眼壓力改變，特別是天然氣在上升膨脹過程中。接近井口的迅速膨脹，極易誘發(fā)井噴，因此，使井控更復(fù)雜，更難處理。必須研究和掌握天然氣溢流的特點，避免和減小它對鉆井、井下作業(yè)的危害。

二、天然氣侵入井內(nèi)的方式

1、巖屑氣侵：

在鉆開氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。侵入天然氣量與巖石的孔隙度、井徑、機械鉆速和氣層的厚度成正比。

井內(nèi)氣體的運移與膨脹部分

2、重力置換氣侵鉆遇大裂縫或溶洞時，由于鉆井液密度比天然氣密度大，產(chǎn)生重力置換。天然氣被鉆井液從裂縫或溶洞中置換出來進入井內(nèi)，并在井內(nèi)積聚成氣柱。

3、擴散氣侵氣層中的天然氣穿過泥餅向井內(nèi)擴散，侵入鉆井液。侵入井內(nèi)的天然氣量與鉆開氣層表面積、濾餅的質(zhì)量等因素有關(guān)。一般通過濾餅侵入井內(nèi)的天然氣量不大。但當濾餅受到破壞或