1、窗體頂端IWCF井控工藝第一章 介紹井控是什么？在鉆井工作中井控的意思是明顯的。井控的過程很復雜，不僅僅是關環行防噴器，加重泥漿并利用節流閥循環它。鉆井前景評價良好且井位選定后，井控就開始了。淺氣層調查可以指明淺層氣的存在。最好的做法是鉆機要避開這些地方。鉆井工程師設計鉆井程序。他所用的資料的多少及怎樣努力搞好套管設計直接影響鉆井及井控能力。選擇的鉆機和它的適用性對鉆井也有影響。如果鉆機不能安全固定，導管可能從井口扭斷或脫落。這很容易造成井口失控。鉆井設備如泥漿泵對井控操作也是很重要的。如果他們壞的不是時候，會導致嚴重的井控問題。BOP顯然是井控的中心部件。BOP組合是復雜的設備組，需要適當的

2、檢查、維護、修理和測試。確定BOP的真實狀態可能很困難并且花費時間。許多鉆機經常維修而不記錄。什么時候某個過分受力的部件將失效對鉆機來說是至關重要的如果一個吊環使用低標準程序進行維修，它的連接隨時都會失效。BOP不是靜止的，他們受到彎曲、振動和一般的磨損、撕裂而使一個月前剛測試過的密封失效。例如在海上鉆井中，如果下部閘板防噴器與下部升高短節之間漏失，不能控制井口，則鉆機就不能進行井控。井控工作也要求井隊人員知道怎么做并對他們自己和井隊充滿信心，能做自己認為正確的事。公司監督必須信任現場監督，現場監督必須信任他的司鉆。如果司鉆停泵檢查溢流，操作鉆機的人們必須支持他。司鉆應該知道如果溢流他必須盡快

3、關井。他無需請示批準關封井器。對整個操作來講司鉆是關鍵。石油公司必須有鼓勵安全操作的政策。鉆井工程師必須起草良好的鉆井程序。現場監督必須知道良好的油田作業慣例并認真遵守。這對井架工和鉆共也是一樣的。溢流是鉆井的一部分，井噴是不應該的。壓井的人應具有這種觀點：所有的重大井控問題都是在溢流的初試階段不正確的操作造成的正確處理溢流可以防止井噴第二章 基本井控概念地層壓力地層壓力是給定深度的地層內的流體施加的力。靜液壓力鉆井時，井內的液柱的靜液壓力平衡地層壓力。如果地層壓力高于液柱壓力，地層流體將進入井內，溢流就發生了。無控制的溢流將變成井噴。地層壓力和液柱壓力之間的平衡是井控中的重要方面。地殼中的一

4、些地層結構中含有油氣。勘探鉆井的目的就是發現這些構造和油氣。我們常常忘記石油工業就是為了發現會燃燒的油氣。當沉積層不斷沉積時，這些沉積層的重量上覆巖層重量壓縮沉積物成層。流體被壓入滲透性地層，例如砂巖層。如果該層的露頭在地表，不會形成異常高壓。然而，如果該層的流體由于斷層或其他地質活動而圈閉，則將形成異常高壓。巖石的這種長期的運動是形成油藏的原因。孔隙性地層被圈閉在非滲透性地層之下。鉆井中常見的構造類型有斷層、背斜、向斜、頁巖和鹽巖。這些是已經發現有油氣的地層。斷層是地殼深處巖石上移的結果，它們可能圈閉油氣或將在深處的地層壓力代到地表。當鉆遇斷層時，地層壓力會快速增加。背斜和巖丘是兩個最常見的

5、儲積構造。通常很大。油氣被圈閉在這些地層的頂部。當鉆遇這些地層時，司鉆會發現高的地層壓力。在頁巖中也遇到過異常高壓。大多數頁巖層滲透性不好而限制流體的流動。當越來越多的沉積物在地表沉積，頁巖就要承受這些上覆壓力。由于不能很快地流出，流體被圈閉在頁巖中。流體也承受上覆壓力。結果是流體被限制且具有比通常高的壓力。當鉆遇頁巖時，異常高壓可能遇到并作好準備。另一種司鉆要注意的地層是所謂的充壓砂巖。這是由于與鄰井連通而充壓的地層。這可能是地下井噴或生產井固井質量差、套管不密封造成的結果。應該在深層遇到的壓力突然在淺層遇到，會使井隊人員毫無準備。靜液壓力泥漿液柱的靜液壓力隨液柱高度（井深）和流體密度變化。

6、流體的壓力取決于垂直井深，它可能小于測量井深。不同的流體體積相同時重量不同。就象我們加重鉆井泥漿，不同的流體如鹽水和淡水密度不同。計量流體密度的方法很多。最常用的是PPG和壓力梯度。為了使這兩種方法相互轉化，可以引入不同的換算常數。如果邊長一英尺的容器裝滿1PPG的液體，容器將重7.48磅。1立方英尺7.48加侖容器底面積為144平方英寸。壓力將為PSI=7.48/144=0.05194=0.052,有時簡稱為換算系數.0520. 052是一吋X一吋X一英尺具有1PPG比重的流體的重量，或者說這樣的體積的容器充滿1PPG的流體將重.052磅。另一種方法看這個問題也很有用。一個一英尺深充滿1PP

7、G流體的井將在井底施加0.05194磅/平方英寸，這就是流體的重量。如果這種1PPG的流體換成10PPG的流體，井底的壓力將變為0.52磅/平方英寸.如果井深變成10英尺，井底壓力將變成5.2PSI。一個10000英尺深10PPG泥漿的井具有5200PSI的井底壓力。液柱靜液壓力也可以用泥漿壓力梯度來表示和計算。泥漿壓力梯度指每英尺泥漿施加的液柱壓力。如果泥漿壓力梯度已知，那么壓力的計算只需要知道液柱的高度即可。壓力梯度為1.0的泥漿在1英尺深處產生的液柱壓力為1PSI。在10英尺深處為10PSI，而在10000英尺深處為10000PSI。這大約是上例中10PPG泥漿液柱壓力的兩倍，相當于20

8、PPG超重泥漿的壓力。1PPG的泥漿的壓力梯度為多少？我們知道1英尺液柱的壓力為.052PSI，所以這種流體的壓力梯度為.052。我們知道沒有比重1PPG的泥漿，但是比重10PPG的泥漿的壓力梯度為0.5212PPG的泥漿的壓力梯度為12X.052=.624如果我們比較同樣兩個10000英尺的井，一個是比重12PPG的泥漿，一個是壓力梯度為.624的泥漿，我們會發現井底壓力是相同的。都是.052X12X10000=.624X10000=6420PSI壓力梯度簡單地說就是泥漿比重PPG乘以.052.靜態壓力當泥漿泵停止循環時，泥漿施加于井底的壓力為靜液壓力。環空摩阻為了使泥漿循環，必須施加相當大

9、的力，這些力的一部分就是用來克服所謂的環空摩阻。環空摩阻是由泥漿循環引起的。泥漿同鉆桿、井壁之間、泥漿內部的摩擦構成了環空摩阻。環空摩阻是很重要的。該壓力作用于井底，停泵時井底壓力的這一組成部分將消失。靜液壓力和環空摩阻的合成也稱為當量循環密度。當量循環密度是原漿密度加上密度增量，該增量等于環空阻力。舉例來說，假設一口深10000FT泥漿比重10PPG的井。如果環空循環阻力200PSI，那么泥漿循環時井底壓力為5400PSI。當泥漿泵停泵后，井底壓力下降至5200PSI。如果地層壓力稍高于5200PSI，停泵時將發生井侵。在該井深下能獲得200PSI井底壓力的泥漿密度為0.385PPG，當量泥

10、漿循環密度為10.39PPG。這種狀況通常不是不很常見。許多井是在近平衡狀態鉆進的，當停泵接單根時，當量循環密度消失，這是發生溢流的關鍵時刻。小井眼鉆井時環空循環阻力遠高于普通鉆井，其主要精力放在溢流的及早發現和接單根時的井眼監控。司鉆必須了解當量循環密度和近平衡鉆井時發生溢流的可能性。溢流的基本原因溢流就是地層流體侵入井內。地層壓力大于井底壓力時就發生溢流。換句話說，泥漿液柱壓力加上環空摩阻小于地層壓力。然而僅僅由于地層壓力大于井底壓力并不意味一定會發生溢流。它也受到其他因素的影響。也許地層流體很稠難以流動，即使地層壓力大于井底壓力也不足于使地層流體進入井筒，地層流體在地層內流動的難易程度叫

11、做滲透性。地層空隙度指組成地層巖石顆粒之間的空間。間隙越大，空隙度也越大。如果井要發生溢流，必須鉆穿空隙度和滲透率較高、地層壓力大于井底壓力的地層。因此，幾個對井底壓力和地層壓力相對關系有根本影響的因素可以引起溢流。如果泥漿密度在某一井深不足以平衡地層壓力，溢流將會發生。如果泥漿液面下降，地層壓力也下降。抽汲如果起鉆太快，地層流體將被吸入井內。抽汲是由于鉆頭上行時活塞效應產生的。泥漿性能、井底鉆具組合和環空間隙也影響抽汲。如果溢流被抽汲入井，必須通過節流關匯循環出來。然而，如果溢流純粹是由于抽吸引起的，泥漿就不必加重。有些操作者在起鉆前稍微加重泥漿作為一個安全系數幫助阻止抽汲效應，這通常叫做起

12、下安全區，雖然安全系數也是這個意思。起下安全區根據井深和井眼狀況通常在50250PSI之間。有幾個因素增加抽汲的可能性。司鉆應該了解并在起鉆和接單根時采取額外的措施減少抽汲效果。這些因素有：l 起鉆速度過快l 泥漿粘度切力過高l 鉆頭泥包l 鉆柱堵塞l 泥餅太厚l 環空間隙太小壓力激動與抽汲作用相反，壓力激動也可以導致溢流。如果下鉆太快，超過泥漿從鉆頭周圍流動速度，鉆頭下面的泥漿壓力將增加。加在地層上的壓力將引起地層破裂而導致泥漿漏失。從而導致泥漿液面和井底壓力下降。漏失漏失是鉆井常見的問題。鉆井泥漿密度會超過地層破裂強度而引起地層破裂。泥漿流入地層引起液面下降。異常地層壓力異常地層壓力也能引

13、起溢流。前面已經說過，異常地層壓力可由于斷層、鹽丘和充壓砂層。如果鉆遇了這些地層就可能發生溢流。預測異常壓力地層的方法有幾種。各種各樣的錄井工具、鉆井中的測量技術和鉆井參數變化通常用于預測異常壓力地層。 第四章 溢流的警示信號油氣井壓力控制的基本原理并不復雜，當發生溢流的時候，如果遵循油田良好的做法，都不會演化為井噴失控。有許多因素影響油井的狀態，所以也有許多東西我們可以確切了解并加以控制。正常鉆進時，泥漿由鉆柱內向下到鉆頭，經環空上返到井口，再經過振動篩回到泥漿池。是一個封閉的體積固定的系統。如果體積發生任何我們可以探測到的變化，我們必須找出原因。記住，計量泥漿體積的任何努力都是不為過的。泥

14、漿池液面上升如果泥漿池內泥漿體積增加，增加量可能來自地層或加入了新泥漿。如果溢流入井，它推動泥漿上返至泥漿池。這就是為什么溢流的大小通常計量為20桶溢流或40桶溢流。泥漿池內泥漿體積的增量等于井底溢流的體積。在實際操作中，準確確定溢流的體積可能是困難的。有些因素如停泵時的泥漿回返使問題變得復雜。在租用的鉆機上這個問題更突出。機組人員必須知道他們鉆機的返出量。這對不同的泵速是不同的。必須從泥漿池的總增量中減去返出的量才是真正的泥漿增量。返速增加由于溢流推動泥漿上返，泥漿流動速度開始增加。這可以從返出管上觀察到。流速增加早于泥漿池液面上升。能注意到的第一件事情是泥漿流動聲音的增加。返速增加是一個最

15、重要的信號，發現后應該立即進行溢流檢查。返速儀必須隨時處于可靠工作狀態。對于陸上鉆機，返速儀是司鉆的主要防線。鉆進放空當鉆頭鉆入高壓層時，司鉆會發現鉆進更容易。鉆速在很大程度上取決于地層壓力和泥漿液柱之間的壓差。如果壓差過大（泥漿密度超過過多），機械鉆速就低；當壓差低時，在同樣情況下，機械鉆速就提高。地層壓力的增加會減小壓差進而提高鉆速。鉆速的突然增加必須要監察原因。基本做法是鉆進放空24英尺必須停鉆檢查溢流。實際上，大多數放空只要一發現就要進行檢查。鉆進放空也有相反的情況鉆速降低。PDC鉆頭在鉆遇沙礫巖時將會下降。溢流檢查要檢查溢流，司鉆停泵并觀察井內泥漿。如果泥漿流動，說明溢流已經發生，井

16、正在涌。對于水基泥漿來說通常觀察23分鐘。對于油基泥漿觀察起來就比較困難，即使已經停泵。氣體溶解于泥漿中只在接近地表時才析出，對油基泥漿也許需要觀察30分鐘以上。如果發現井涌，司鉆應盡快關井以減少溢流量。井隊的隊長、監督、鉆井代表等應該采取措施確認剎把操作者了解及時關井的意義。司鉆只能先關上井，然后再打電話、接水管線、檢查閥門泄漏等。泵壓下降或泵速提高當溢流進入井內后將推動環空泥漿上行，這種額外的幫助意味著泥漿泵不再需要如此努力的工作。在氣體溢流的情況下，泥漿將變輕因此需要更小的循環泵壓。泵壓升高也可能意味著溢流，地層流體可能使泥漿變稠而難以泵送，從而泵壓上升。扭矩增加通常扭矩隨井深增加。當鉆

17、頭進入過渡帶鉆進放空巖屑的量將增加，這些巖屑堆積在鉆頭周圍引起扭矩增加。鉆頭吃入深度也增加。這一合成的效果是地層改變的很好信號，也許溢流就要發生。拉力增加及下不到底當遇到高壓地層時，拉力增加及下鉆不到底現象在接單根和起下鉆時明顯。這也許是由于水敏性地層引起的；當這些地層遇水時膨脹并坍塌，更多的情況是由于地層壓力增高引起的，因此是可能發生溢流的信號。巖屑尺寸改變巖屑尺寸在鉆遇過渡帶時會變大、變小或者改變形狀。重要的是要注意巖屑形狀的變化，這是井底情況發生變化的信號。泥漿性能變化泥漿性能的任何變化的原因必須搞清楚，如果這種改變是常規鉆進和巖屑引起的也應該搞清楚。地層壓力的增加會引起更多的地層坍塌從

18、而使更多的巖屑進入泥漿（也伴隨著鉆進放空），含鹽量的增加也表現在泥漿礦化度上，這可以引起泥漿粘度增加，失水增加。關鍵是發現泥漿性能的變化并確定原因。鉆柱重量增加溢流發生時，由于氣侵泥漿浮力的減小，可以觀察到鉆柱重量增加。鉆柱重量更多的施加在大鉤上。返流槽溫度增加一個基本的地質現象是地層壓力增高時溫度也增高，這反映在泥漿返流槽溫度增加上。氯根含量增加礦化度的增加是井下情況改變的一個信號。在高壓帶更多的地層水被擠進井筒，使泥漿礦化度增加。當地層壓力接近井底壓力時，地層水大量進入，這也可以由泥漿工程師通過測量氯根值來發現。背景氣、單根氣、起下后效增加用今天的鉆井儀表，可以測量不同的氣體并跟蹤其運動情

19、況：背景氣在正常鉆進時，鉆屑中有少量的氣體存在。這就是背景氣。背景氣可以測量并設置濃度底線。如果此值增加說明將要溢流。背景氣通常量很小，對溢流探測的關鍵是值的變化及偏離底線值的趨勢。單根氣當停泵接單根時，井底壓力將減小。損失了環空循環阻力，如果這種阻力喪失足以使井底壓力小于地層壓力，井侵就會發生。如果井侵是氣體，只有它被循環到地面才能發現。通過氣體分析儀跟蹤接單根時井底泥漿到地面的時間，就可以發現接單根氣侵。上體方鉆桿接單根時，鉆頭自然也被提離井底，如果此時發生抽汲，也叫做接單根氣體。起鉆氣起鉆氣與結單根氣沒有區別，都是由于停泵和抽汲引起的。但是起鉆氣比單根氣更危險，因為它的時間長且溢流量大，

20、當氣體在井內膨脹時，上推井內泥漿造成井下欠平衡。泥漿氣侵泥漿氣侵不是溢流的重要信號，這是因為氣侵不足以減少井底壓力到導致溢流的程度。氣體可以壓縮，因此，氣體上面的泥漿重量很快壓縮氣體，少量氣體只能少量減少井底壓力。主要的膨脹發生在井眼的上部，下不的大量泥漿段不受影響，重要的是氣侵泥漿會使井底壓力下降。由于氣親泥漿實際上減少井底壓力，氣體會占據泥漿體積，引起泥漿池液面上升。這種上升可以用于計算井底壓力的減少。井底壓力的減少量P等于泥漿壓力梯度（PSI/FT）除以環空容積（BBL/FT），乘以泥漿池液面增量(BBL).也可以把泥漿池液面增量換算為高度再乘以泥漿壓力梯度。氣侵通常不足以引起溢流，如果

21、有懷疑，可以進行溢流觀察。D指數變化D指數的概念基于鉆速與壓差的關系。壓差減小鉆速增高，換句話說，井下越接近平衡，甚至欠平衡，鉆速越高。標準鉆速通常被記錄。當D指數偏向減小時可以認為是溢流的信號。通常D指數隨井深增加直到鉆遇壓力過渡帶，D指數減小。第五章 關井程序一旦發現溢流，司鉆的職責是盡快關井。在井控中井隊人員能做的最大貢獻是減小溢流量。井隊人員無法控制鉆井設計和地層壓力。他們能做到的是減小溢流量從而減小井控過程中的各種壓力。許多年來一直爭論的軟關井和硬關井的問題最后歸結為硬關井。研究證明，硬關井引起的水擊壓力小于關井遲緩增大溢流量引起的壓力增加。一些操作者在某些情況下也許仍然喜歡軟關井。

22、確切的關井情況和程序應該在班前會上確定并張貼在鉆臺上。關井程序在不同情況下會有變化。硬關井的節流閥應該全關，軟關井的節流閥應保持全開或半開。在實際操作中，大多數井隊用平板閥關井，而不是節流閥。用那個閥取決于節流管匯的布置。陸上鉆井鉆進時的關井程序（硬關井）1. 停轉盤2. 起方鉆桿直至保護接頭出轉盤面3. 停泵4. 檢查溢流5. 關防噴器。大多數情況下關環形6. 通知監督7. 開液動閥8. 記錄和監控關井立壓和套壓9. 記錄泥漿池液面增量和關井時間10. 檢查地面和防噴器是否有漏失11. 關泵入閥隔離泥漿泵有幾個因素影響首先關哪個防噴器：l 環形防噴器的使用不要求確定鉆具位置l 環形防噴器的使

23、用允許關井時活動鉆具，防止卡鉆l 閘板防噴器關井迅速可以較少關井時間，從而減少溢流量關井立套壓應該監控并每隔幾分鐘記錄一次。要特別關注壓力的變化情況和任何突然意想不到的變化。要特別關注套壓！如果套壓增加很快，則溢流是氣體并且正在滑脫！立即用司鉆法循環溢流出井。不要浪費時間計算溢流上竄速度或者為工程師法加重泥漿。任何認定的工程師法的優點隨著溢流滑脫到井口和壓力上升而喪失殆盡。如果鉆柱上有回壓閥，初始關井壓力讀數必須用頂開法獲得。有幾種頂開方法。切記，你正在向關閉的井里打泥漿，泵入要慢！一種方法是緩慢泵入并記錄壓力和泵入泥漿體積的關系，當立壓不再上升甚至下降，通常的原因是回壓閥打開時其上下壓力平衡

24、了。這種方法要求良好的判斷和經驗。大多數操作者使用帶孔眼的浮閥。它可以阻止大量流體通過鉆柱上噴而足以傳遞壓力。另一種方法是向井內打泥漿直到套壓有微小的增量，停泵并記錄壓力。切記，你正在向關閉的井里打泥漿，泵入要慢！起鉆時的關井程序1. 把鉆具放入吊卡2. 搶裝全開閥3. 關閉全開閥4. 關防噴器。大多數情況下關環形5. 通知監督6. 開液動閥7. 接方鉆桿8. 開全開閥9. 記錄和監控關井立壓和套壓記錄泥漿池液面增量和關井時間10. 檢查地面設備漏失注意優先使用全開安全閥，因為如果鉆柱內正在井涌，它比回壓閥阻力小易于安裝。而且如果需要電纜操作，全開閥也能實現。如果需要強行下鉆到井底，應該在全開

25、安全閥上面再接回壓閥。重要的是全開安全閥必須在關防噴器前安裝。否則由于泥漿從鉆桿內的流動使全開安全閥難以安裝。鉆柱內部必須關閉才能控制井口。連接方鉆桿之后要打開全開安全閥，先開泵慢慢望全開閥上面泵入泥漿，每1/4桶泵入泥漿量記錄一次立壓。立壓的增量每次記錄應該相同直到壓力相等把閥打開。圈閉壓力圈閉壓力就是反映在立壓或套壓上平衡地層壓力多余的壓力。最常見的圈閉壓力是由于泵沒停穩就關井形成的。圈閉壓力必須放掉以獲得壓井計算有效的壓力數據。要檢查圈閉壓力：1 只從套管處釋放。這可以避免污染鉆柱內的泥漿以及堵塞鉆頭水眼的可能性。節流閥也裝在套管處易于控制該過程。2 使用立壓作為指導3 少量排放每次1/

26、41/2桶4 每次排放后關閉節流閥并記錄立管壓力5 繼續排放并觀察立管壓力直到立壓不再降低6 記錄真實關井立壓套壓也許當鉆柱內充滿壓井泥漿而壓力仍然是關井立壓，要重復檢查圈閉壓力的存在。注意 檢查圈閉壓力會引起更多溢流和更高壓力。如果關井前進行了適當的井涌檢查，就不會有圈閉壓力。你要在乎每個PSI的壓力，不要敞開節流閥放掉井底壓力。任何情況下也不能在環形防噴器開啟，井涌的情況下下鉆到井底。這就是所謂的要試圖超過溢流，這是最壞的做法。關井程序和導流導流是最基本的 過程知道淺層氣的危害而故意把它引到鉆臺是危險的做法。應努力避開淺層氣，這些努力包括淺層氣地質勘探、導眼鉆井和無導管鉆井。一些操作者現在

27、擠注表層套管鞋以期能承受關井壓力而不發生管外冒油冒氣現象。導流只能認為是為鉆機的撤退贏得時間。在鉆表層的時候，導流系統相當于BOP的作用，如果發生了淺層氣，流體被引導到井場以外。導流系統是否使用應該在開鉆前定好。書面的導流程序應該貼在鉆臺上。如果套管鞋處的地層強度不足以承受溢流的關井壓力，需要使用導流系統。對于淺井來說，許多溢流就發生在地表。在這種情況下，我們試圖通過允許流體放噴防止套管鞋的破裂，并期望淺層氣自己很快噴完停止。導流是一項極其有害的操作，設備的失效是經常的。導流器的設計通常不能承受實際導流條件。高速流動的泥漿和砂子將很快沖蝕任何設備，重型鉆井四通在幾分鐘內就被淺層氣的流體損壞。導

28、流系統是鉆機安裝的最后工作，鉆臺下面已經充滿各種管線、閥和其他設備。因此導流管線通常不是直通鉆機外。任何一個轉彎處都是一個潛在的失效點，管線的內徑通常也比較小。大尺寸的管線用于處理大量的物質。對于陸地鉆機，通常有一個大通徑的環形防噴器在表層套管頂部。下面是兩條大尺寸的管線，設備和控制系統有不同的安置方法。如果有一個不能關井的溢流，導流設備關閉，井內流體通過一條或兩條管線放噴。導流系統只是贏得時間撤離鉆機，我們希望在系統失效之前井噴會自己停止。另一個與鉆表層有關的設備是緊急灌漿泵。這是一個緊急情況下可以開啟用以往井內灌注清水的泵。這主要用于大量漏失的情況，該泵也可以幫助保持井內氣體為潮濕減少著火

29、的機會。第六章 關井立壓和關井套壓一旦關井，立管壓力表和套管壓力表可用于確定井的狀態。當泥漿液柱靜液壓力等于地層壓力，立壓套壓等于零。發生溢流時，情況就改變了。泥漿液柱靜液壓力不再等于地層壓力，關井后，立管壓力反映泥漿液柱壓力和新的地層壓力的差值。假設鉆柱內充滿“好的泥漿”，立壓加上泥漿液柱壓力等于新的地層壓力。立壓表相當于有一個長柄的壓力表，柄長等于鉆柱長度。只要鉆柱內泥漿的密度知道，井底壓力就可以計算出來。利用立管壓力求取井底壓力是井控的一個基本步驟。一個井深10000英尺泥漿比重10PPG的井眼，井底壓力是5200psi。如果關井立壓為400psi,井底壓力為5600psi.如果泥漿比重

30、增加一個值使之在10000英尺的液柱內產生400psi的壓力，關井立壓將降至零；井底壓力和地層壓力將平衡。BHP=.052X10000X10.0=5200psi5600=.052x10000x?=10.7ppg壓井泥漿比重即可得到在套管一側我們也有一個長柄壓力表，這時柄是鉆柱的外面、套管的里面和裸眼段。雖然形狀不同也算是柄。和鉆柱內一樣停泵后10ppg的泥漿10000英尺的井眼，套壓也為零（設地層壓力為5200psi）發生溢流后，套壓變成了組合壓力。我們仍然有10ppg的泥漿在井內，只是不知道有多少泥漿被溢流頂出。第七章 UUU型管概念有時可用U型管作為井的模型來理解，U型管的一端代表鉆柱而另

31、一端代表環形空間。如果U型管充滿水，它將保持靜止，什么事情也不會發生，因為兩邊是同樣的高度和同樣的流體淡水，因而具有同樣的流柱壓力。如果一邊充滿較重的流體比如鹽水，而另一邊仍然是淡水會發生什么？鹽水一邊向下施加更大的靜流力，只要U型管的兩邊連通，鹽水邊和淡水邊會自已平衡。鹽水的液面將下降，把部分淡水頂出來，直到U型管底部的壓力對兩邊來說是相等的。U型管原理對模擬各種井控程序都是有用的，清除防噴器組內的圈閉氣體和從導管內清除原漿是兩個使用U型管原理的常見操作，使用節流和原井管匯在深水井控中循環溢流出井時如果兩條管線的靜液壓力不相等將是很復雜的。如果我們把地層壓力的概念加在U型管上，就形成了一口完

32、整的井，只要U型管內的液柱壓力等于或稍大于地層壓力，兩邊都充滿良好泥漿的話，什么事情都不會發生。當具有比井內液注壓力更高的地層壓力的地層被鉆穿時，溢流將發生，地層流體進入井內。本未尾的圖表明了一個典型的10000英尺、泥漿比重10ppg的井的情況，溢流關井，關井立壓500psi，關井套壓1000psi，假設溢流為氣體沒有靜液壓力，顯示的計算很容易進行。作為氣體運移和對井底壓煙囪的影響的描述，最后一張圖表示如果氣體溢流在不膨脹的情況下運移至節流閥處井底壓力將會怎樣變化，井底壓力被帶到了地面。U型管也可用于表示泥漿循環過程，泥漿從泥漿泵，經過立管、方鉆桿、鉆頭，經環空上返，推動泥漿運動的力可以在立

33、壓表上讀出。如果提高泵速，立壓升高。泥漿泵需要更大的功率使泥漿流動更快。如果泥漿比重增加，泵速將下降，否則功率要提高來維持泥漿保持不變的流動速度。這個關系是線性的，如果對10ppg的泥漿立壓為100psi，那么11ppg的泥漿要求110 psi，增加10%。上邊的例子不是太真實，假設10ppg的泥漿循環泵壓2800 psi，如果泥漿比重同樣增加10%，變成11ppg，泵壓增加10%將成為3080 psi。假設泥漿通過節流閥循環，節流閥可以關小以增加額外的壓力在循環系統，假設節流閥全部關閉增加200 psi的壓力至循環系統，立管壓力和泵壓表也將增加200psi，現在循環壓3280 psi。由于節

34、流閥的調節引起的壓力變化的影響在整個系統都可以感覺到，這是在循環溢流出井時使用節流閥維持井底壓力不變的基本原理。第八章 低泵速實驗和基本計算泥漿泵是鉆機能夠實現井控的關鍵部件，能夠泵入定量的泥漿，保持精確壓力控制對井控操作是基本要求。壓井泵速（也叫低泵速實驗）司鉆上班的首要事情是做低泵速實驗，有時也稱為壓井泵速。這是對已知的泥漿比重、井眼形狀和井下鉆具合而進行的低泵速實驗，如果這些參數發生了變化，應重新進行實驗。每臺泵通常作不止一個低泵速試驗，例如，司鉆調整泵速為通常速度的1/4或1/2，20沖或40沖，泵壓從節流面板讀取并記錄。低泵速壓井的好處：*較低泵速降低空摩阻，這樣可以降低套管鞋處的壓

35、力，減少地層破裂和井涌的可能性。*如果發生問題班組人員有較長的反應時間事情發展變慢了。*班組長人員有更多的時間加重。*泵的泵荷減少。*節流閥調節更容易。根本原因是低泵速使班組人員更容易保持井眼的控制狀態，低泵速用于循環受侵泥漿出井并用新泵控制地層壓力。低泵速實驗給班組人員提供了一個已知的初始狀態。精確的泥漿流動和壓力控制對井控是十分重要的。初始循環壓力低泵速壓力是為計算初始循環壓力而試驗的，初始循環壓力是循環泥漿和控制溢流所需要的壓力，初始循環壓力等于關井立壓加上低泵速壓力。泥漿泵必須克服循環泥漿的摩阻和作用在井口的地層壓力（關井立壓）。ICP=KRP+SIDDP另外兩個基本計算是地面到鉆頭的

36、沖數和時間。要計算地面到鉆頭的沖數，首先我們要主出需要頂替的泥漿量鉆柱內容積。如果10000英尺的5寸，鉆桿（19.5ppf）的容積系數是0.01776桶/英尺。用10000生活會乘以0.01776就得到177.6桶，這就是從地面到鉆頭需要泵入的泥漿量。如果我們的泥漿泵是三缸61/2缸套，0.123桶/沖，那么從地面到鉆頭需要1444沖。如果壓井泵速為30spm，那么需用時間為接近49分鐘。在上例中，我們忽略了井下鉆具組合的計算。如果我們加上500英尺8鉆鋌，現在某些方面0500英尺，那么需要另外的0.00874桶/英尺500英尺或者4.4桶的泥漿要泵入，即36沖，總泵沖為1480沖，交流中心

37、 時間為50分鐘，5鉆桿的內容積幾乎是8鉆鋌的2倍。用同樣的方法計算鉆頭到地面的沖數和時間，首先計算泵入泥漿量環空容積然后除以泵的排量。5鉆桿與121/4的井眼之間的環空容積系數為0.1205桶/英尺對10000英尺的井深，泥漿量為1205桶。8鉆鋌在121/4井眼內的環空容積系數為0。0836桶/英尺。假設同樣是500英尺的鉆鋌長度，則需要多泵入42桶泥漿，總的泥漿體積1247桶，在30沖時需10139沖或338分鐘5小時節8分。頂替鉆桿和井眼的總時間大約在6小時28分。終了循環壓力FCP我們已經算過了初始循環壓力和壓井泥漿比重，目的是用壓井新泥漿頂替受污染的舊泥漿。壓井泥漿比井眼內的原漿重

38、，因此在同樣的泵速下需要更大的壓力來循環。我們仍從已知的地方開始KRP。我們已經用它計算了初始循環壓力，現在我們用初始循環壓力和壓井泥漿比重計算終了循環壓力。為了連續保持精確的井底壓力控制和地層壓力控制，重要的是每次只改變一個參數。很簡單，終了循環壓力將是低泵速按壓井泥漿比重比原漿比重增加的百分比來增加。如果泥漿比重是原漿的2倍，那么終了循環壓力應該是初壓力的2倍。由于這是不可能的，我們取兩個泥漿比重的一個合適的比例。終于循環壓力FCP=低泵速壓力壓井泥漿比重/原漿比重如果新漿比重11ppg，原漿比重10 ppg，則終了循環壓力為低泵速壓力增加10%，如果低泵速壓力是800psi，則終了循環壓

39、力為880 psi，FCP只有在壓井泥漿到達鉆頭時才達到。在這時初始循環壓力降低直到等于終了循環壓力，這可以在壓井施工單上記錄下來。泵速增加增加泵速能使泵壓更快增加，比例為新泵速除以老泵速的平方，換句話說，泵速增加一倍，壓力增加4倍。因此，在井控過程中保持泵速不變是很重要的。壓井施工單這是一個表格，司鉆可以用它填寫用以進行壓井計算的各種資料，壓井施工單有多種格式和類型，幾乎每個公司都有自己的格式，在壓井施工單上記錄予取數據是個很好的做法。KRP低泵速泵壓由司鉆讀取和記錄。ICP初始循環壓力=KRP+SIDPPFCP終了循環壓力=KRPKWMOMW壓井施工單是一張有用的紙，真正使用的人應該把它填

40、出來。許多壓井施工單太復雜，難以使用和理解。壓井施工單應便于使用，設計得不易出錯誤，經常的結果是恰恰相反壓井施工單很難使用且易于出錯。長串的數字應盡量避免如：A+B+C=DD+I+K=M這此數字組使司鉆和隊長容易出錯。記住你設計的壓井施工單要真正的便于使用（界面友好）。第九章 氣體運移和膨脹如果因氣體溢流而關井，氣體不會停在同一位置，它將向上運移和滲透。這是因為氣體比液體輕，它們向上浮，很像空氣泡在水中上浮。氣體在泥漿中上浮的速度沒有在水中那么快，回為泥漿比水粘稠。當氣體運移時，它要膨脹，如果不允許膨脹，氣體引起地面和井底壓力的升高，進而導致井漏，升高的壓力使U型管破裂。如果允許以無控制的方式

41、膨脹，它將排替井內泥漿使井內泥漿量減少，井底壓力降低，更多的溢流進入井間，進而導致更多的泥漿出井，這種惡性循環引起許多井噴失控。兩個物理定律影響氣泡：查爾斯定律和波義耳定律。查爾斯定律說明當壓力不變時，溫度的改變引起氣體體積的改變，如果氣體體積不變，溫度的改變引起氣體壓力的改變。波義耳定律：如果氣體溫度不變，壓力的增加引起氣體體積的減小，這個關系由下式表示：P1V1=P2V2當壓力上升時體積減小，如果P1是1，P2是2，那么V2肯定是V1的一半，如果V1是2則：V2=1。井控中常常很重要的是相反的方面，如果壓力減少一半，氣體體積增加到2倍。下面是另一個例子P1=5200 這可以是10000英尺

42、10ppg泥漿的井眼壓力P2=14.7 這是大氣壓力地面壓力V1=10桶 這是用泥漿池液面增量量出的溢流量V2（在地面的體積）未知，則：520010=14.7?向單的乘除法告訴我們V1=3537桶，很大的體積。這就是10桶在壓力為5200PSI的井底的溢流在無控制狀態下到地面的體積，如果這個計算值達到的話，井內可能早就沒有泥漿了。顯然，氣體的運動和運移必須控制。兩個極端的情況是不能接受的，如果不允許膨脹，氣體運移到井口并把井底壓力攜帶上來。如果無控制地膨脹，將排出更多泥漿導致更大的溢流。如果關井時間很長，可以通過控制立壓不變，在節流閥處放泥漿來控制井底壓力不變，只要關井立壓不變，井底壓力就不變

43、新的溢流就不會發生。氣體上升時將要膨脹而套壓也將上升，這和循環溢流出井時的過程是相同的，循環溢流出井時控制立壓不變從而控制井底壓力不變，然后溢流循環不出節流閥。經常會發生關井后立套壓不穩定而連續上升的現象，這可能是由于上述的氣體運移或地層滲透率低。在低滲透性地層中，溢流進入井間非常慢，計算壓井泥漿密度并循環一周后，井仍然沒有壓住，新的壓井泥漿比重還要計算并重新循環。如果重泥漿循環后井被壓穩，那原因就是氣體運移。在重泥漿循環之前，不可能搞清是氣體運移還是低滲地層壓力恢復較好的作法是假定關井一個小時之后的壓力上升都源于氣體運移。關于氣體更困難的問題是深解于泥漿中的氣體，就像糖溶解在水中，一定類型的

44、氣體深解于一定類型的泥漿中，這些泥漿循環到很接近地面時，氣體很快析出。這類問題發生在天然氣對油基泥漿和H2S對水基泥漿、油基泥漿的氣體溢流給井隊人員帶來許多困難。主要是：*天然氣在油基泥漿中的高溶解性。*天然氣膨脹較晚而且更快，比在水基泥漿體系更然危險。*突然意想不到的氣體噴出使井內液柱壓力下降。*從地面探測儀中很難探測和確認小體積的溢流。*泥漿體系的污染可能引起井眼的橋堵。*天然氣在油中的不可予見的特性。*較長時間的壓力滯后反映使節流閥和立壓表不同步，很難控制井底壓力。天然氣/油基泥漿溢流的壓力和溫度在其到達地面時會降低。當溫度和壓力降低到它的成泡點時，它會很快成為氣體狀態。急劇膨脹的結果是

45、使井下壓力降低，有時造成假噴失火和爆炸，導管被噴空而擠扁。在氣體假噴發生時，氣柱卸壓并直接噴到泥漿房，高易然氣體聚集速度大于驅散速度，有必要盡快關掉所有的可能的火源。而這樣可導致設備問題，通常在泥漿罐區的設備是防爆的可以在危險環境中使用，對大多數鉆機，在泵房和庫房的風扇馬達，牽引是不允許在危險環境中使用的，天然氣可以輕易地找到點火源。如果油基泥漿體系的溢流沒有發現且被循環至進口，幾分鐘之內就變成很復雜而又危險的情況。第十章 破壓試驗、地層破裂壓力梯度和最大允許地面壓力井內泥漿液柱靜壓力是平衡地層壓力的主要方面，如果遇到溢流將在地面設備，套管和地層上施加更高的壓力。在大多數情況，最薄弱環節是套管

46、鞋處，引起地層破裂壓力的近似值可以通過破壓實驗和壓力密封性實驗獲得。在進行破壓實驗時一定要牢記，我們是在向一個關閉的井內打泥漿，要小心緩慢泵入。不止一種方法可以進行破壓試驗，但基本從程序是在關井狀態下，以1/41/2桶/分的速度向井內泵入泥漿并記錄立管壓力，立管壓力開始降低即當曲線偏離直線的點就是地層的漏失點。大多數操作者推薦作一個壓力圖表，圖表開始偏離的點就是漏失點，精確的漏失點依據看圖人的不同理解而不同。利用已知的實驗泥漿比重和破裂壓力可以計算出當量泥漿比重，例如：如果套管鞋井深5000ft，實驗用泥漿比重10.0ppg,在開始泵入泥漿前套管鞋處的壓力為50000.0510=2600psi

47、。如果開始泵入，且發現地層在立壓為800psi時開始漏失，這意味著套管鞋處的地層可以承受13.1 ppg在注深度形成的液柱壓力。13.10.0525000=3406psi或者：800 psi=MW0.0525000MW=3.08 ppg如果壓力降低的比予期的早，意味著套管外串槽，水泥石沒有凝固好，補注水泥工作應該進行。也可能性是非常薄弱的地層或者在套管鞋處破裂。不顧套管鞋處固井質量差而繼續鉆進，將使井隊很容易喪失對井的最初控制。即使最小的溢流就能引起災難性的后果。如果不原冒地層試漏的風險的話，可以進行壓力密封性試驗。向關閉的井眼內泵入流體直至達到予計的壓力，予計的壓力通常從鄰井獲得。該壓力結合

48、試驗泥漿比重，可以定出下一層套管前足以平衡地層壓力的當量泥漿比重。壓力密封性試驗的好處是給井隊一個數據以及信心即地層可以承受需要的壓力而不用冒地層破裂的風險。最大允許環空地面壓力MAASP最大允許環空地面壓力，不是一個絕對的數值，它只是套管鞋處地層能承受壓力的指示。理論上，MAASP在壓井過程中不允許超過，因為有可能壓裂地層而引起地下井噴。然而，打開節流閥降低套管壓力只能使更多的溢流進入井眼，而使情況更糟，引起更高的壓力。下面幾個因素影響最大允許環空壓力：*破壓實驗得到的地層破裂壓力通常低于實際地層破裂壓力。*溢流被驅散在泥漿中，氣頂的實際位置遠遠高于理論位置，即氣體不是以一個氣泡的形式到達套

49、管鞋處，當理論的氣頂到達套管鞋時，部分溢流已經進入套管。*破壓試驗通常在新鉆的井眼內進行，隨著時間的增加，泥漿形成泥餅而使井眼強度增大。簡單地超過所得到的最大允許環空地面壓力并不意味著一定會壓破地層導致地下井噴。我們將會看到，主要的壓井方法都是利用井底常壓法循環溢流出井。如果我們打開節流閥以保持套壓低于MAASP，井底壓力將會下降，更多的溢流將進入井筒，當新溢流到達套管鞋時情況會更糟糕。雖然通常MAASP是用來指示地層漏失壓力的，但實際上是三個數值中的較小者，在某些情況下，這些數值中的任何一個可以使用。1、 BOP和相關設備的最大耐壓值。2、 最內層套管的抗內壓強度（屈服值的80%）。3、 最

50、內層套管鞋處的破裂壓力實驗值。許多操作者拆掉節流面板上的MAASP警報，他們不愿意節流閥的開度只取決于MAASP的考慮。從總的費用和時間來看，控制地面井噴常比控制地下井噴花費少。但是從人員安全的角度看，如果井噴是不可避免的，地下井噴更好些。還有更嚴重是的問題是要考慮環境污染和公司信譽的問題。一個嚴重的井噴又環境污染將損害公司的信譽而難以恢復。人員的傷亡和設備的損失將嚴重影響公司作為經濟實體的運作能力以致辭他們不得不關門大吉。現場的良好鉆井司慣和好的鉆井設計應基于井噴的預防，如果MAASP超并引起地下井噴，公司及其職員只能等到以后再鉆井。不要打開節流閥使井底壓力喪失。第十一章 井控方法一旦遇到溢

51、流并關井，井隊人員的工作就是排出溢流提高泥漿比得防止新的溢流入井。多年來，發展了幾種壓井方法來實現這個目的，其中的一些是：司鉆法工程師法邊循環邊加重法體積法司鉆法、工程師法、邊循環邊加重法都是井底常壓法。三種方法的主要區別是什么時候和怎樣循環重泥漿。體積法用于井不能循環的情況，如鉆柱堵塞、設備問題或者沒有管具在井內，它也是有效的井底常壓法。井底常壓必須在整個井控過程中保持，不管發生什么溢流以不變的泵速通過流閥循環，通過調節節流閥開度，施回合適的回壓至井底，使井底壓力等于或稍大于地層壓力，從而防止更多的溢流。典型的溢流和相應壓井程序是：*鉆頭在井底*溢流量小，小于20桶*鉆柱和環空連通良好*溢流

52、為理想氣體而且在循環過程中保持為一個氣泡*套管鞋處的壓力不超過MAASP*打開泵至壓井泵速過程中不引起二次溢流或激動壓力*地面設備沒有問題*節流閥操作人員成功保持井底壓力不變，直到壓井結束司鉆法司鉆法是最基本的井控方法，其優點是：*程序易于理解，減少犯錯誤的可能性*比其他方法的計算量小*可以立即循環、減少卡鉆、堵水眼和氣體運移的問題。*由于其基本特性，司鉆法易于操作缺點是：*壓井需要兩個循環，增加了BOP和其他設備的承壓時間*比其他方法需要更高的套管壓力（只在某些情況下）以下是壓井步驟：1、 發現溢流、關井；2、 記錄關井立壓、套壓泥漿池增量和時間；3、 填寫壓井施工單；4、 微開節流閥并開泵

53、，在控制套壓不變的前提下，提高泵速到壓井泵速；5、 當泵達到壓井泵速，轉動控制立管壓力，立管壓力應該在預先計算的ICP（初始循環壓力），如果不是，檢查原因，通過開關節流閥，保持ICP不變，注意控制泵速不變，不要讓泵速改變。6、 循環溢流出井，保持立壓為ICP不變；7、 當溢流循環出井后，停泵關節流閥，關井壓與關井套壓應該一樣，都等于最初的關井立壓，原漿仍然在井眼內，立壓等于套壓，但地層壓力大于泥漿柱的靜液壓力，大的值就是壓力表的讀數。8、 加重泥漿，這漿是泥漿密度的提高，提高量、要足以把壓力表上關井壓力的數值轉化為泥漿柱的井底壓力，例如：520psi的關井立壓10000ft的井深意味著需要1.

54、0ppg的泥漿密度增量。9、 加重泥漿準備好之后，開泵至壓井泵速，保持套壓為不變直到重泥漿到達鉆頭，隨著重泥漿充滿鉆柱，ICP將逐漸降至FCP，這是由于附加的重泥漿液柱壓力。10、 計算地面到鉆頭的沖數，即鉆柱容積除以泵的排量/沖。11、 當重泥漿到達鉆頭后，轉到立村上，保持立壓不變直到環空充滿重漿，不要改變泵速。12、 循環泥漿直到井眼充滿新漿，套壓將降到零。13、 停泵并進行溢流檢查，確認井被壓住。14、 通常再進行一次循環以附加起鉆安全值并調整泥漿性能，以保證正常鉆進。司鉆法易于理解和執行，不易犯錯誤，在許多情況下是不錯的方法可供選擇。就象它的名字所說的，等待加重法指人員等等在井址到加重

55、好泥漿。該方法的優點是如果泥漿比重計算的準確，漿比其他方法產生較低的立管鞋處的壓力，這只有在重泥漿到達環空比溢流接近套管鞋早才是真實的，否則當溢流到達套管鞋時，環空漿含有原漿和溢流，壓力與司鉆法相同。而且，大多數司鉆法和工程師法的比較不考慮氣體的運移，這將降低工程師法的優點。如果套管鞋到鉆頭的環空容積小于鉆桿容積，溢流先到達套管鞋而泥漿后進入環空，將不再有所關心優點，如果重泥漿 于溢流到達套管鞋而進入井筒，這些重泥漿產生的多余的液柱壓力施加于井底，漿減小節流閥處需施加的回壓，每桶環空重泥漿將增加井底壓力，減少套管壓力。減低地面套壓的好處可能與增加井下問題如卡鉆，氣體運移或堵塞管子的可能性相平衡

56、，循環開始前等待的時間越長，遇到這些問題的可能性越高。而等待加重法需要更多計算的問題，由于現代計算工具的使用，使該問題變得不很重要。司鉆法比等待加重法的最大優點是它的簡單和清晰，很容易掌握，鉆井人員越理解他們正在進行的工作，他們就越有信心。下面是等待加重法的工作步驟：1、 關井；2、 填寫壓井施工單；3、 提高泥漿比重；4、 打開節流閥緩慢開泵，穩定關井套壓的前提下使泵速達到壓井泵速；5、 當泵速達到壓井泵速時，注意觀察立管壓力表，它應該是ICP；6、 保持泵速不變，泵送泥漿從地面到鉆頭，立壓降到終了循環壓力；7、 當鉆柱中充滿壓井泥漿，立壓降到終了循環壓力；8、 保持終了循環壓力及泵速直到重泥漿