钻井安全技术

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1、第第六六节节 钻钻井井安安全全技技术术钻井作业中，一旦井喷将导致井下情况复杂化，被迫终止正常作业进行压井。井喷后的压井作业将对油气层造成较严重的损害。同时，井喷极易导致失控。井喷失控将使油气资源受到严重破坏，易酿成火灾，造成人员伤亡、设备毁坏。油气井报废和自然环境的污染。井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故。全力防止井喷，杜绝井喷失控是钻井安全工程首要解决的问题。一、井控装置(一)作用井控装置是为了实施平衡钻井工艺而装设的。即在钻井中当井内液柱压力与地层压力之间的平衡被破坏时，利用井控装置去及时发现、正确控制和处理溢流，尽快重建井底压力平衡。(1)井控设备井控装置，系指实施油气井

2、压力控制技术的所有设备、专用工具和管汇。按井控设备的功能可分为：1，监溯设备监测设备对溢流显示能及时、准确地监测和预报，这是实现平衡钻井和实施井控作业的前提。它包括：泥浆池液面监测仪、报警仪等。2，控制设备。控制设备对溢流能迅速准确地控制。控制设备配套工作压力鹿与地层压力基本一致。控制方式应尽可能自动或半自动化，并辅以手动，做到安全可靠。控制设备包括：各种类型的防喷器，防喷器远程控制台，司钻控制台，各种闸阀，钻具内专用工具 (方钻杆上、下旋塞，钻具止回阀 )和旁通阀。3，处理设备溢流处理设备应配套。适应性要强。处理设备包括：节流管忙及控制系统、压井管汇、放喷管汇、泥浆气体分离器、真空豫气器、泥

3、浆罐、自动灌泥浆装置等。处理设备也包括特殊作业设备，如：灭火设备、加压装置、旋转头、自封头等。(三)闸板防喷器闸板防喷器按壳体内闸板室的数量。可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器、三闸板防喷器。在国内使用最多的是双闸板防喷器。1，功能(1)当井内有钻具 (或其他管柱时 )，能封闭套管与钻具之间的环形空间；(2)当井内无钻具时，能全封闭井口；(3)在封闭情况下，可通过壳体旁侧出口所连接的管汇，进行泥浆循环、节流放喷、压井作业；(4)在特殊情况下。可切断钻具，并达到关井的目的；(5)可悬挂钻具。2工作原理闸板防喷器由壳体、侧门、油缸、活塞、活塞杆、锁紧轴、闸扳总成等主要零部件组成。当高压油进入左右油缸

4、关闭腔时，推动活塞、活塞杆，使左右闸板沿着闸板室内导向筋限定的轨道，分别向井口中心移动，达到关井的目的。当高压油进入左右油缸开启腔时，左右两个闸板总成分别向离开井口中心的方向移动，达到开井的目的。闸板开和关的方向是由换向阀控制的。一般在38s时间内即能关闭，满足钻井工艺的需要。(四)环形防喷器环形防喷器具有承压高、密封可靠、操作方便、开关迅速等优点，特别适用于密封各种形状和不同尺寸的管柱。也可全封闭井口。1，功能(1)当井内有钻具、油管或套管时，能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环形空间；(2)当并内无钻具时，能全封闭井口：(3)在进行钻井、取心、测井等作业过程中发生溢流时，能封闭方钻杆、取心工具

5、、电缆及钢丝绳等与井筒所形成的环形空间；(4)在使用减压溢流阀或缓冲储能器控制的情况下。能通过18无细扣对焊钻杆接头，强行起下钻具。2，工作原理环形防喷器形式各不相同，但主要由壳体、顶盖、胶芯及活塞4大部分组成。环形防喷器关闭时，高压油从壳体下部油口进入活塞下部关闭腔。推动活塞上行。活塞锥面挤压胶芯，由于顶盖的限制，胶芯不能上行，只能被挤向中心，储备在胶芯支承筋之间的橡胶因支承筋相互靠拢被挤向井口中心，直至抱紧钻具或全封闭井口，实现其封井的目的。当需要打开井口时，操纵液压系统换向阀，使高压油从壳体上油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，消除了在胶芯锥面上的挤压力，胶芯在本身弹性力的作用下逐渐

6、复位，打开井口。(五)节流压井装置1，用途和适用范围节流压井装置作为液压防喷器的配套装置是排除溢流，实施油气井压力控制技术的必要设备。在油气钻井中，井筒里的泥浆一旦被地层流体所浸污。就会造成泥浆静液柱压力低于地层压力，导致溢流发生。这时需要关闭防喷器，调节节流阀的开启程度，控制一定的回压，以维持稳定的井底压力，加重泥浆或泵入重泥浆压井。除此之外，节流压井装置还可以用于洗井等作业。2分类(1)手动节流压井装置。由压井管汇和只能手动操作的节流管汇组成。(2)遥控节流压井装置。由压井管汇、可以遥控操作的节流阀组成的节流管汇和节流管汇控制箱组成。二二、井井控控装装置置的的安安全全要要求求(一)防喷器防

7、喷器安装完毕后，必须校正井口。转盘、天车中心偏差不大于lOmm。应用16mm的钢丝绳在井架底座的对角线上绷紧防喷器。1闸板防喷器，(1)必须装齐闸扳手动操纵杆，靠手轮端应支撑牢固，操作杆与锁紧轴中心线的偏斜不大于 30。(2)井喷时可用闸板防喷器封闭空井或与闸扳尺寸相同的钻具，需长时间关闭时，应手动锁紧闸板。锁紧或解锁手轮均不得强行扳紧，扳到位后回转l4l2圈。(3)现场应配备备用闸板一旦闸板损坏，能及时更换。(4)严禁用打开闸板来泄掉井内压力。每次打开闸板前，应检查手动锁紧装置是否解，锁(到底)：打开后，要检查闸板是否全开 (后退到体内 )，不得停留在中间位置，以防钻具损坏闸板。(5)打开和

8、关闭侧门时应先泄掉控制管汇压力，以防损坏铰链的“O”形圈。侧门螺栓未上好时，不得开关闸板形，以免憋坏闸板、闸板轴或铰链。用旋转式侧门时，不许同时打开两个侧门。(6)装有二次密封装置的闸板防喷器，只有在活塞杆密封处严重漏失时，才能注入三次密封膏 (EMOS)。注入量不宜过多，止漏即可，以免损坏活塞杆。一有可能就立即更换活塞杆密封，不可长久依赖二次密封装置。(7)当井内有钻具时，严禁关闭全封闭闸板。(8)进入油气层后，每天应开启闸板 1次，检查开关是否灵活，并检查手动锁紧装置是否开关灵活。(9)用完后，。闸板应处于打开位置。2环形防喷器(1)如井内有钻具发生井喷时，可先用环形防喷器控制井口。但尽量

9、不要长时间封闭，避免胶芯过早损坏，或因无锁紧装置在控制压力下降时易封闭失效。非特殊情况不用来封闭空井。(2)用环形防喷器进行井下作业，必须使用带18。接头的钻具；过接头的时候，起、下钻速度不得大于 1m/s：所有钻具上的胶皮护箍应全部卸掉。(3)环形防喷器处于关闭状态时，允许有限制地上、下活动钻具，不许旋转钻具和悬挂钻具。(4)严禁用打开环形防喷器的办法来泄井内压力，以防刺坏胶芯。(5)每次开启后，必须检查是否全开，以防挂坏胶芯。(6)进入油气层后，每起下钻 2次，要试开关玮形防喷器 1次，检查封闭效果，发现胶芯失效立即更换。(二)节流、压井装置和被喷管线1平行闸板阀在阀板处于浮动状态时才能密

10、封，因此开或关到底后必须再回转l4一l2圈，严禁开关扳死。2被动放喷阀作打开放喷管线用；此阀住l一3 s时间内即可开关。严禁在井内有高压的情况下，用液动放喷阀来泄压或节流。进入油气层后每起下钻具1次，可开关活动液动放喷阀 12次。液动放喷阀应处于常闭状态。3平板阀只能作截止阀用，而不能作节流阀用。4节流阀只能作节流用，不能作截止阀用。5节流、压井管汇的承压能力应与防喷器工作压力相匹配，应能满足反循环、回收钻井液、消防作业和节流压井等要求。6压力变送器应垂直安装，在测试压力的管路上应装一截止阀，以便在无气源时，截断压力信号。返回压力表是气液比为l：200的压力表，不能用普通压力表代替。三、钻开油

11、气层的防喷井喷最根本的原因是井内液柱压力低于地层孔隙压力，使井底压力不平衡。防止井喷的关键是及时发现溢流和及时控制溢流。(一)准确预报地层压力钻进中要加强地层对比，及时提出地质预告，尤其对异常高压层的盖层预报一定要准确。根据地质资料掌握准确的地层压力，确定合理的钻井液密度。(二)及时发现溢流溢流显示，往往有下列表现：(1)憋跳钻、钻时加快或放空。油气层岩性往往比较疏松，钻速快，可能发生憋钻。当钻进碳酸盐岩裂缝性油气层时，常因裂缝或溶洞发生憋跳钻或放空等情况。(2)钻井液循环出口流量增大、减少或断流，池液面上升或降低。(3)泵压上升或下降。当溢流速度快时，会发现钻井液循环出口量剧增。由于流动阻力

12、增大，循环泵压突然上升；当溢流量不大，特别是气体时，由于环形空间钻井液平均密度降低，泵压下降。(4)钻井液中出现油、气、水显示。当溢流物是石油时，钻井液中有油花或油流，钻井液密度降低、黏度上升。当溢流是气体时，钻井液密度降低、黏度上升，气泡多，取气样能点燃，出口管返出不均匀，有井涌情况。(5)悬重变化。当钻进中发生钻时加快或放空时，能使悬重增加，甚至恢复到“原悬重”；当溢流速度很大时，由于循环阻力增加，泵压上升而对钻具“上顶”，使悬重降低，甚至将钻具冲出井口。溢流、井喷有多种早期显示，其中循环出口流量和池液面变化是发现溢流、井喷的主要依据。因此，必须采用可靠的仪器对循环出口和池液面高度进行自动

13、监测。同时应当固定岗位，定点、定时观察对比，及时发现溢流。短起下钻是及时发现起钻中溢流的可靠方法。在以下情况下应进行短起下钻：(1)钻进中发现溢流经循环排除后；(2)钻进中其他录井 (如砂样、钻时录井等 )发现有可能钻遇油气层时；(3)由于各种原因造成钻井液密度下降而未加重时；(4)正常起钻中发现灌不进钻井液或灌量偏少时。短起下钻的具体作法是以正常的速度起钻至钻头高于检验的油气层10柱钻杆，再下钻过油气层循环一周以上，观察有无溢流发生4r(三)溢流控制发现溢流后，应尽快关井，将溢流量控制到尽可能小的程度。在条件相同的情况下，溢流量愈太，排除溢流过程中的套压愈高，压井的困难程度愈大。因此，对溢流

14、量应作明确的规定。一般情况下， 152 mm一251mm 的井眼，溢流量不超过 3 m3；311mm的井眼，溢流量不超过 5 m3。-不同的溢流速度会发生不同的地面反应。少量的溢流会发生后效反应，使钻井液气侵、井涌。成段的气柱上升至井口附近时，将其上部钻井液举出地面而形成间隙井喷。大量的溢流能将钻井液呈柱状推出。即使溢流为气体，其产量达106m3d时，初期也只能看到钻井液循环出口流量突然增大而看不到喷势。只有当井筒液体将要喷空，气体接近井口时，钻井液才能形成冲出转盘面的直立液柱。为了保护防喷器胶芯，在控制溢流时，应先关环封，再关半封。四、井漏后的防喷井漏和井喷是井下压力失去平衡的两种极端状况。井漏后，井内钻井液将降至一个与地屡压力相当的静液面。当井内液柱压力与地层压力平衡后，地层流体将以置换、扩散等形式进入井内，气体不断滑脱上窜膨胀，使钻井液气侵，密度降低，体积增加，直至液面上升至井口后外溢。一旦发生外溢，井内钻井液减少，平衡破坏而加剧溢流速度。直至井喷。在井漏以后再进行起下钻作业，会因抽吸、掏空而诱发井喷。因此，发生井漏后。为了防止井喷，应向井内补究液体，使井内始终处于低压头的漏失状态。当反灌补充钻井液的速度使液面保持的高度足以补偿抽吸掏空时，就可以在井漏条件下进行起下钻作业。如起钻后下堵漏管串进行堵漏作业或起钻下油管进行完井作业。