钻井井控教材课件.ppt
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1、钻井井控培训教材,1,PPT课件,自二十世纪初开始,由于钻井技术的不断成熟,世界石油、天然气勘探开发活动日益活跃,勘探领域从陆上到海上,从浅部地层到深部地层,从老区到新区迅速延伸。在这个钻井数量不断增加,勘探领域逐渐扩大的过程中,井喷失控日益成为威胁钻井安全的关键因素。,2,PPT课件,世界上第一例公开报道的井喷失控发生在1901年1月10日,美国德克萨斯州东南部的博蒙特,一口油井在起钻过程中发生井喷,巨大的压力把井内还未起出的700英尺钻具冲出井口,油气柱喷高达100英尺,最终喷出原油50万桶并引发着火。我国解放后发生的比较严重的天然气井的井喷失控是在1957年2月2日,重庆巴9井,起钻未灌
2、钻井液引发强烈井喷,井内216m钻具全部冲出,与井架撞击着火,火焰高达120余米,先后经过3次空中爆炸才将大火扑灭。,3,PPT课件,实践证明,单纯靠经验来处理井控问题已无法避免和减少因井喷和井喷失控造成的巨大损失。因此,油气井的压力控制引起人们的极大关注,随着现代钻井工艺技术的不断发展,逐渐形成了较系统的井控理论和压力控制技术。,4,PPT课件,返回,井控,就是采用一定的方法平衡地层孔隙压力,即油气井的压力控制。在钻井过程中,通过维持足够的井筒内的压力以平衡或控制地层压力,防止地层流体进入井内,保证钻井作业安全顺利地实施。,井控技术,5,PPT课件,一次井控,是井内采用适当的钻井液密度来控制
3、地层孔隙压力,使得没有地层流体进入井内,溢流量为零。,返回,6,PPT课件,二次井控,井内使用的钻井液密度不能平衡地层压力,地层流体流入井内,地面出现溢流,这时要依靠地面设备和适当的井控技术来处理和排除地层流体的侵入,使井重新恢复压力平衡。,返回,7,PPT课件,三次井控,是指二次井控失败,溢流量持续增大,发生了地面或地下井喷,且失去了控制。这时要使用适当的技术和设备重新恢复对井的控制,达到一次井控状态。,8,PPT课件,井侵,当地层孔隙压力大于井底压力时,地层孔隙中的流体(油、气、水)将侵入井内,通常称之为井侵。,9,PPT课件,井口返出的钻井液量大于泵入量,或停泵后井口钻井液自动外溢,这种
4、现象称之为溢流。,溢流,返回,图2-5 井内循环压力损失,10,PPT课件,溢流进一步发展,钻井液涌出井口的现象称之为井涌。,井涌,返回,11,PPT课件,1)决定溢流严重程度的主要因素 (1)地层允许流体流动的条件 地层的渗透率、孔隙度以及裂缝的大小和连通情况是决定地层流体流动条件好坏的主要因素。地层的渗透率说明地层流体的流动能力;地层的孔隙度及裂缝大小表明地层容纳流体的空间的量。高渗透率和孔隙度或裂缝大,连通好的地层发生严重溢流的可能性比较大。,3、与溢流有关的概念,12,PPT课件,(2)钻井液液柱压力与地层压力的差值 若钻井液液柱压力比地层压力小得很多,就存在较大的负压差。这种负压差,
5、再遇到高渗透率、高孔隙度或裂缝大、连通好的地层,就可能发生严重溢流。,13,PPT课件,2)溢流的分类 (1)根据流入井筒的地层流体种类分,常见的溢流流体有:天然气、石油、盐水、硫化氢、二氧化碳。若气体进入井内,就称为气体溢流,若是2m3气体进入井内,则称2m3气体溢流。 (2)根据井控技术要求,排除溢流所需的钻井液密度增量来分,如排除溢流所需的钻井液密度增量为0.1g/cm3,则称为0.1g/cm3的溢流。,14,PPT课件,据不完全统计,19491988年间,我国累计发生井喷失控230口,其中井喷失控后又着火的井78口,占井喷失控井的34%,因井喷失控着火和井喷后地层塌陷损坏钻机59台。其
6、中19781988年的11年间发生井喷失控井133口,因井喷失控导致死亡5人,伤41人。1994年2004年发生16次严重井喷失控事故,尤其是罗家16H井,因喷出大量H2S气体造成附近居民大量伤亡和转移,在社会上造成了严重影响。,15,PPT课件,综观各油气田发生井喷失控的实例,分析井喷失控的直接原因,大致可归纳为以下几个方面。 1、地质设计与工程设计缺陷。 1)地质设计缺陷 (1)地质设计未提供三个压力剖面,特别是准确的地层压力资料。 (2)地质设计未提供施工井周边注水井的压力、注水量等资料。 (3)地质设计未提示施工井所在区块(地区)浅气层和过去所钻井发生井喷事故的资料。 (4)地质设计未
7、提供施工井周边的情况,居民、道路、河流等资料。,16,PPT课件,2)工程设计缺陷 (1)井身结构设计不合理。表层套管下的深度不够,当钻遇异常压力地层关井时,在表层套管鞋处蹩漏,钻井液窜至地表,无法实施有效关井;有的井设计不下技套,长裸眼钻进,同一裸眼段同时存在漏、喷层,更增加了井控工作的难度。 (2)钻井液密度设计不合适。,17,PPT课件,(3)防喷装置设计不合适。防喷装置的压力等级要与地层压力相匹配;在深井、高压井、高含硫井等复杂井要配备环形防喷器、单闸板防喷器和双闸板防喷器,并要配备剪切闸板;储能器的控制能力要与井口防喷器相匹配;内防喷工具、井控管汇、辅助井控装备的选择与安装不合适等。
8、 (4)加重料储备及加重能力不能满足井控要求。 (5)井控技术措施针对性、可操作性差。,18,PPT课件,2、井控装置安装、使用及维护不符合要求。 1)井口不安装防喷器。井口不安装防喷器主要是认识上的片面性:其一,认为地层压力系数低,不会发生井喷,用不着安装防喷器;其二,井控装备配套数量不足,现有的防喷器只能保证重点探井和特殊工艺井;其三,认为几百米的浅井几天就打完了,用不着安装防喷器;其四,由于前三种情况,加之实行口井大承包后,片面追求节省钻井成本,想尽量少地投入钻井设备,少占用设备折旧。,19,PPT课件,2)井控设备的安装及试压不符合石油与天然气钻井井控技术规定的要求。比如: (1)内控
9、管线要使用专用管线并采用标准法兰连接,而现场有部分为低质量的焊接。 (2)连接管线的尺寸、壁厚、钢级不合要求;弯头不是专用的铸钢件,弯头小于120。 (3)放喷管线不用基墩固定,或固定间隔太远。 (4)放喷管线没有接出井场,管线长度不够。 (5)防喷器、节流管汇及各部件、液控管线等没有按规定的标准进行试压,各部件的阀门出现问题最多,有的打不开,有的关不上,有的刺漏。,20,PPT课件,(6)防喷器不安装手动操纵杆;不安装专用钻井液灌注管线,而是把压井管线当作灌钻井液管线使用。 (7)井口安装不水平,关井时闸板关不严,造成刺漏。 (8)深井阶段,关井时先将吊卡座在转盘,后关井,使得钻具不能居中,
10、闸板关不严,造成刺漏。 (9)防喷器橡胶件老化,不能承受额定压力;控制系统储能器至防喷器的液压油管线安装不规范,漏油等。 (10)控制系统摆放位置不符合要求或未按要求进行试压。 (11)不按要求安装除气器、液气分离器,或液气分离器排气管线内径不符合要求,不是法兰连接。 (12)钻井液回收管线现场焊接、固定不牢靠、弯角过多等。,21,PPT课件,3)井口套管接箍上面的双公短节丝扣不符合要求,不试压。 4)钻具内防喷工具未安装或失效。 钻进过程中发生井喷,钻具内防喷工具不能有效关闭并实现密封,或由于钻井液的冲蚀引起密封失效,导致钻具内失控。 起下钻过程中发生井喷,来不及安装旋塞等内防喷工具;或因井
11、内流体从钻具水眼高速喷出,导致旋塞不能正常关闭。当内防喷工具无法安装或无法关闭时,若防喷器组合中有剪切闸板,可以剪断钻具,全封井口。但这样会显著增加地面控制井喷的难度,甚至失去地面控制的机会;即使成功的控制了井喷后,也需要花费很多的时间来处理落井钻具。,22,PPT课件,3、井控技术措施不完善、未落实。 1)对浅气层的危害性缺乏足够的认识,无针对性的技术措施或未落实。例如,不做表层套管鞋处的地层破裂压力;不做低泵冲试验;钻完浅气层不求上窜速度;循环时无人观察井口返出量、油气显示情况;不及时调整钻井液密度;发现异常情况后不关井,反复检查判断溢流;节流放喷时井口压力过高,大于地层破裂压力;压井钻井
12、液密度过高等。 2)未采取措施预防抽汲压力。例如,原地大幅度反复活动钻具;开泵循环时未观察油气显示、返出量;未关井直接循环观察;钻头泥包未解除强行起钻。 3)起钻不灌钻井液或没有及时灌满。,23,PPT课件,4)空井时间过长,又无人观察井口。空井时间过长一般都是由于起完钻后修理设备或是等技术措施。由于长时间不循环钻井液,造成气体有足够的时间向上滑脱运移。当气体运移到井口时迅速膨胀,引发井喷,往往造成井喷失控。 5)相邻注水井不停注或未减压。在注水开发区,由于油田经过多年的开发注水,地层压力已不是原始的地层压力,尤其是遇到高压封闭区块,其压力往往大大高于原始的地层压力。如果不按要求停掉相邻的注水
13、井,或是停注但未泄压,很容易引发井侵、井涌,甚至井喷。,24,PPT课件,6)钻井液中混油过量或混油不均匀,造成井内液柱压力低于地层孔隙压力。 这种情况多发生在深井、水平井,由于钻井工艺的需要,往往要在钻井液中混入一定比例的原油。在混油过程中,混油不均匀,或是总量过多,都会造成井筒压力失去平衡。 当卡钻发生后,由于需要泡原油、柴油、煤油解卡,从而破坏了井筒内的压力平衡,此时如果不注意二次井控,常常会造成井涌、井喷,酿成更重大的事故。 7)钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当。发生井漏以后,要及时堵漏提高井眼承压能力,否则,会导致钻井液液柱压力降低,当液柱压力低于未漏地层孔隙压力时就会
14、发生井侵、井涌乃至井喷。,25,PPT课件,4、未及时关井,关井后复杂情况处置失误。1)未能及时准确地发现溢流。2)未能及时关井。未能及时关井的原因包括:发现溢流后想进一步观察溢流速度或溢流性质;担心发生卡钻,抢起钻具至套管鞋或安全井段;担心压井困难,抢下钻具;反复核实溢流的真伪;与相关方无事前明确规定,现场协商决断难,延误时间;分工不合理,操作不熟练;井控装置出现故障;错误认为可以边循环边加重等。3)未及时组织压井,井口回压过高导致井口失控或地下井喷,或因硫化氢腐蚀引起钻具断裂导致井口失控。4)压井方法选择不当,排除溢流措施不当。,26,PPT课件,5、思想麻痹,存在侥幸心理,作业过程中违章
15、操作。 由于思想上不重视井控工作,未严格执行设计,或在一些大型施工前未制订详细的井控措施或措施不当,针对性不强,从而导致的井喷失控也占有一定的比例。因此,要从严格管理、技术培训和规范岗位操作等方面入手,做好基础工作。大量的实例告诉我们,井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故,其危害可概括为以下6个方面: (1)打乱全面的正常工作秩序,影响全局生产; (2)井喷失控极易造成环境污染,影响井场周围居民的生命安全,影响农田水利、渔场、牧场、林场建设; (3)伤害油气层、破坏地下油气资源; (4)造成机毁人亡和油气井报废,带来巨大的经济损失; (5)涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响
16、。,27,PPT课件,三、如何做好井控工作,井控不仅是井眼压力控制,还包括环境保护,次生事故的预防和职工群众的安全,因此,井控工作既是技术工作,也是管理工作和一项系统工程,包括井控设计、井控装置、钻开油气层前的准备工作、钻开油气层和井控作业、防火防爆防硫化氢的安全措施、井喷失控的处理、井控技术培训和井控管理制度等方面。做好井控工作,要注意以下几个问题:,28,PPT课件,1、提高井控工作认识,强化全员井控意识。 要充分认识井喷失控是钻井工程中后果最为严重、损失最为巨大、影响最为深远的灾难性事故。井控工作是油气田安全生产的重中之重,事关地区安定和社会和谐,影响企业健康发展。因此,各级领导必须在思
17、想上统一认识,高度重视井控工作,同时加强基层队伍建设,着力培养“班自为战、队自为战”的技术能力的同时,采取多种形式,加强全员井控安全意识教育和管理人员社会责任教育,充分调动人人参与井控安全管理的主观能动性,积极培养企业安全文化,使职工自觉把各项井控规章制度落实到实际工作中。,29,PPT课件,2、完善井控管理网络,强化井控监管体系。 为了进一步加强井控管理工作,强化井控管理工作的系统性和科学性,要继续完善井控管理网络建设,明确主管领导是本单位井控安全第一责任人,设立井控管理办公室,由专职人员进行井控工作的系统化管理,并对各项井控规定、规程和标准的执行负有监督、检查和执行责任。确保井控工作的每个
18、环节有人管,每个岗位尽责任。进一步强化井控安全监督网络建设,成立监督中心或HSE监督站,配备足够的监督人员,强化监督制度,实行异体监督。采取全天候甲方监察、集中巡视、对重点井派驻工作组、在基层队派驻HSE监督等多种形式强化监督效果。,30,PPT课件,3、加强制度体系建设,实现规范化管理。 国家发展和改革委员会发布实施的石油天然气行业标准是基础性标准;集团公司颁发的钻井和井下作业井控管理规定是在国家标准基础上的提高和延伸;各油田要依据国家标准、集团公司相关规定和本油田具体情况进一步制定适合本油田的、具有较强操作性的实施细则,并在集团公司备案,集团公司则要审核各油田的实施细则。 监管部门要积极采
19、用国际先进的技术标准,坚持制订和完善防井喷失控的规章制度。施工单位要认真贯彻落实相关的法律、法规和标准,严格执行钻井和井下作业各项井控规定和规程。根据新的国家标准和行业标准重新审定本企业的勘探开发技术规范和相关标准,从技术上遏制井喷失控。,31,PPT课件,4、提高井控工作针对性,逐级削减井控风险。 对不同区域、不同井型进行风险评估,根据井控风险级别区别管理,针对不同风险的井,采用不同的标准。要细化、量化井控设计、装备配套和技术措施,提高井控设计、装备和措施的针对性、实用性和可操作性,削减井控风险。对于井控风险高的井要强化设计源头的井控管理,设计要严格依据有关规定和标准,不能为效益而丧失安全,
20、不能为速度而放弃井控,严禁以降低成本为由,冒着井喷失控的风险简化井身结构,降低配套标准。加强施工过程中的井控管理工作,加大井控检查和巡查力度,消除隐患,确保井控安全。,32,PPT课件,5、根治隐患,强化施工现场的井控管理和技术支持。 要严格执行井控问题整改“销项制”,要对井控检查存在的问题采取“回头看”的办法,在下次检查时首先检查上次检查存在问题的整改。对重复出现的问题要具体分析,查找深层次原因,及时制定整改方案,明确责任人,彻底整改落实。同时,要加强基层建设,提高基层执行力,巩固销项制成果,夯实井控安全基础。通过常抓不懈,持续改进,使井控工作达到系统无缺陷、设备无故障、管理无漏洞、岗位无违
21、章,实现井控本质安全。,33,PPT课件,将井控工作贯穿于钻井、地质、测井、录井、修井等作业的设计和施工全过程,建立和执行严格的技术管理制度和施工设计审批程序,对井控风险大的施工环节事先要制订详细的井控技术措施并实行严格的技术论证和审批程序。重大技术措施、关键技术或工艺环节实施之前,建设方应对施工单位的准备工作进行检查和验收;在实施过程中,施工队伍的上级主管部门和技术支持部门应有技术人员在场进行指导和监督。施工队伍坚持干部24小时值班制度,采取切实可行的措施,强化对现场的技术支撑和管理。,34,PPT课件,6、进一步完善井控应急体系,强化应急管理工作。 高度重视井控应急工作,坚持“预防为主、减
22、少危害”的方针,建立简单明了、科学合理、适用现场的应急预案。要强化应急体系中相关方的融合性,实现互动,紧密配合,各负其责。要强化预案的演练,让每个相关人熟悉预案,达到遇喷不慌,应急自如。建立区域性井喷失控事故应急救援中心,融入到集团公司总的应急体系中,为井控应急处置奠定基础。,35,PPT课件,7、要进一步重视井控装备的投入,满足井控安全需求。 装备是实现本质安全的基础,没有最基础的投入,本质安全就没有物质保证。必须通过积极采用先进的安全装备,形成有安全保障的生产能力。因此,施工单位还需要进一步加大投入,加强井控装备的更新配套,切实满足井控需求。,36,PPT课件,8、加强人员培训,提高井控操
23、作技能。 加强人员培训,首先要加强培训的针对性。从事钻井和井下作业设计、管理、指挥、操作的各岗位、各层次人员,均应参加相应的培训。未经相关专业知识培训和操作技能培训的人员或培训后未取得合格证的人员,均不得上岗工作。其次,要强化井控培训的全面性。从事钻井和井下作业设计、指挥、管理(监督)和操作的各层次、各岗位人员应参加井控培训,包括在现场从事录井、测井、固井、定向井等服务的人员也应参加相应的井控知识和技能培训,做到持证上岗。,37,PPT课件,9、加大对井控仪器、井控装置的研发力度,提高质量。 在井控仪器、井控装置方面,不但要引进、制造,而且要加大研发力度,提高产品质量。把适应现场实际的质量更高
24、的井控仪器、井控装置的研发,作为科技发展研究的一项内容,促进井控仪器、井控装置质量水平的提高。同时,要对井控仪器、井控装置的生产厂家实行市场准入制度,由各油田相关专家组成市场准入审核组,根据各厂家产品在现场的实际使用情况,进行产品的市场准入审核,促使各厂家提高产品质量。,38,PPT课件,复习思考题1、井控、一次井控、二次井控的定义。2、溢流、井喷、井喷失控的定义。3、简述井喷失控的危害。,39,PPT课件,第二章 井下各种压力概念及相互关系,一、静液压力 1、静液压力和静液压力梯度的定义 静液压力是由静止液体的重力产生的压力。其大小取决于液体的密度和液体的垂直高度,与液柱的横向尺寸及形状无关
25、。静液压力梯度是指每增加单位垂直深度静液压力的变化量。静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及温度梯度的影响。含盐浓度高会使静液压力梯度增大,溶解气体量增加和温度增高则会使静液压力梯度减小。,40,PPT课件,2、静液压力的计算 P=gH 式中:P-静液压力,MPa -液体密度,g/cm3 g-重力加速度,0.00981 H-液柱的垂直高度,m 在陆上钻井作业中,H为井眼的垂直深度,起始点自转盘面算起,液体的密度为钻井液的密度。 例1 某井钻至井深3000米处,所用钻井液密1.3g/cm3,求井底处的静液压力。 解:P=gH=1.30.009813000=38.26MPa,41,
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