第三章溢流的原因预防及显示

1、掌握溢流产生的原因 2、掌握各种工况下溢流的显示3、了解及时处理溢流的优点和未及时处理的后果教学目标教学目标 一、溢流产生的原因分析及预防一、溢流产生的原因分析及预防 二、溢流的检测二、溢流的检测 教学内容及要点教学内容及要点 1、掌握溢流产生的原因 2、掌握各种工况下溢流的显示掌握各种工况下溢流的显示 难点 1、掌握各种工况下溢流的显示 重点重点难点第三部分：溢流的原因、预防与显示一、溢流原因分析及预防 发生溢流时，地层流体大量进入井眼，为了保证井眼的安全，必须立即停止正常作业，采取关井的办法来控制地层流体的流动。在正常钻进或起下钻作业中，地层流体向井眼内流动必须具备下面两个条件：（1）井底压力小于地层流体压力；（2）地层具有允许流体流动的条件。一、溢流原因分析及预防溢流的溢流的根本原因根本原因-井底压力小于地层压力井底压力小于地层压力 当井底压力比地层流体压力小时，就存在着负压差值，这种负压差值在遇到高孔隙度、高渗透率或裂缝连通性好的地层，就可能发生溢流。其中最主要的原因是：（1）起钻时井内未灌满钻井液；（2）井眼漏失；（3）钻井液密度低；（4）抽汲；（5）地层压力异常。一、溢流原因分析及预防 起钻前应检查井底压力能否平衡地层压力，判断起钻前应检查井底压力能否平衡地层压力，判断是否会发生抽汲溢流。检查方法如下：是否会发生抽汲溢流。检查方法如下：(一）短程起下钻法一）短程起下钻法短程起下钻有两种基本作法：短程起下钻有两种基本作法：（1）一般情况下试起）一般情况下试起10柱柱15柱钻具，再下入井底循柱钻具，再下入井底循环一周以上，观察并测量返出的钻井液，若钻井液无环一周以上，观察并测量返出的钻井液，若钻井液无油气侵，或根据油气上窜时间判断，若满足起钻要求，油气侵，或根据油气上窜时间判断，若满足起钻要求，则可正式起钻；否则，应循环排除油气侵，并适当提则可正式起钻；否则，应循环排除油气侵，并适当提高钻井液密度，以达到起钻过程中不发生溢流的目的；高钻井液密度，以达到起钻过程中不发生溢流的目的；（2）特殊情况时（需长时间停止循环或井下复杂时），）特殊情况时（需长时间停止循环或井下复杂时），将钻具起至套管鞋内或安全井段，停泵检查一个起下将钻具起至套管鞋内或安全井段，停泵检查一个起下钻周期或需停泵工作时间，若井口无外溢，则再下入钻周期或需停泵工作时间，若井口无外溢，则再下入井底循环一周以上，正常后起钻。井底循环一周以上，正常后起钻。一、溢流原因分析及预防 起钻前应检查井底压力能否平衡地层压力，起钻前应检查井底压力能否平衡地层压力，判断是否会发生抽汲溢流。检查方法如下：判断是否会发生抽汲溢流。检查方法如下：（二）核对灌入井内的钻井液量（二）核对灌入井内的钻井液量 在整个起钻过程中，均要坚持座岗观察核对在整个起钻过程中，均要坚持座岗观察核对钻井液灌入量与起出钻具体积之间的关系。如果钻井液灌入量与起出钻具体积之间的关系。如果灌入井内的钻井液小于起出钻具的排替量时，则灌入井内的钻井液小于起出钻具的排替量时，则说明由于抽汲发生了溢流。这时应立即关井检查，说明由于抽汲发生了溢流。这时应立即关井检查，排除溢流。排除溢流。二、溢流显示 有溢流必定有溢流的显示，在钻井现有溢流必定有溢流的显示，在钻井现场可观察到一些由井下反映到地面的信号，场可观察到一些由井下反映到地面的信号，识别这些信号对及时发现溢流十分重要。识别这些信号对及时发现溢流十分重要。有些显示并不能确切证明是溢流，但它却有些显示并不能确切证明是溢流，但它却可警告可能发生了溢流。现根据一些现象可警告可能发生了溢流。现根据一些现象信号对监测溢流的重要性和可靠性，分为信号对监测溢流的重要性和可靠性，分为告警信号（间接显示）和告急信号（直接告警信号（间接显示）和告急信号（直接显示）两类。显示）两类。二、溢流显示1、告警信号（间接显示）、告警信号（间接显示）1）钻速突然加快或放空）钻速突然加快或放空 当钻遇高压地层或过渡带时，地层孔隙度增当钻遇高压地层或过渡带时，地层孔隙度增大，井底压差减小，钻速会突然加快。钻遇裂缝大，井底压差减小，钻速会突然加快。钻遇裂缝发育底层或溶洞时，往往会发生蹩跳钻或放空现发育底层或溶洞时，往往会发生蹩跳钻或放空现象。但地层岩性变化时钻速也会突然加快，所以，象。但地层岩性变化时钻速也会突然加快，所以，钻速突然加快或放空只是一种告警信号（间接显钻速突然加快或放空只是一种告警信号（间接显示），是可能发生溢流的征兆，并不能肯定一定示），是可能发生溢流的征兆，并不能肯定一定会发生溢流。会发生溢流。一般情况下，钻时比正常钻时快一般情况下，钻时比正常钻时快1/3时，即为时，即为钻速突快。钻遇到钻速突快地层，进尺不能超过钻速突快。钻遇到钻速突快地层，进尺不能超过1m，录井人员应及时通知司钻停钻观察，如放空，录井人员应及时通知司钻停钻观察，如放空到底后，停钻上提钻柱，检测是否发生溢流。到底后，停钻上提钻柱，检测是否发生溢流。二、溢流显示2）泵压下降，泵速增加）泵压下降，泵速增加 井内发生溢流后，若侵入流体密度小于钻井井内发生溢流后，若侵入流体密度小于钻井液密度，钻柱内液柱压力就会大于环空液柱压力，液密度，钻柱内液柱压力就会大于环空液柱压力，而产生了一个压差，由于压差的作用方向与流动而产生了一个压差，由于压差的作用方向与流动阻力的方向相反，这就使钻柱内的钻井液会自动阻力的方向相反，这就使钻柱内的钻井液会自动流向环形空间，故泵压下降。流向环形空间，故泵压下降。钻井泵故障，钻具刺漏也会使泵压下降，泵钻井泵故障，钻具刺漏也会使泵压下降，泵速增加，所以也只是一种告警信号（间接显示）。速增加，所以也只是一种告警信号（间接显示）。3）钻具悬重发生变化）钻具悬重发生变化 地层流体进入井内，使环空钻井液平均密度地层流体进入井内，使环空钻井液平均密度变化，钻具所受浮力也变化，从而引起悬重变化。变化，钻具所受浮力也变化，从而引起悬重变化。但指重表故障、断钻具时，悬重也会发生变化。但指重表故障、断钻具时，悬重也会发生变化。所以也只是一种告警信号（间接显示）。所以也只是一种告警信号（间接显示）。二、溢流显示4）钻井液性能发生变化）钻井液性能发生变化 油或气侵入井内，会使钻井液密度下降，粘度油或气侵入井内，会使钻井液密度下降，粘度升高；地层水侵入井内，会使钻井液密度和粘度都升高；地层水侵入井内，会使钻井液密度和粘度都下降。钻井液中还有油花、气泡、油味或硫化氢味下降。钻井液中还有油花、气泡、油味或硫化氢味等。但这些变化只能说明地层流体侵入钻井液中，等。但这些变化只能说明地层流体侵入钻井液中，对压力平衡关系影响不大。所以也只是一种告警信对压力平衡关系影响不大。所以也只是一种告警信号（间接显示）。号（间接显示）。5）气测烃类含量升高或氯根含量增高）气测烃类含量升高或氯根含量增高 在钻井过程中，气测烃类含量升高，说明有油在钻井过程中，气测烃类含量升高，说明有油气进入井内，如氯根含量增高，可能是地层水进入气进入井内，如氯根含量增高，可能是地层水进入井筒。但这些变化只能说明地层流体侵入钻井液中，井筒。但这些变化只能说明地层流体侵入钻井液中，对压力平衡关系影响不大。所以也只是一种告警信对压力平衡关系影响不大。所以也只是一种告警信号（间接显示）。号（间接显示）。二、溢流显示 6）dc指数减小指数减小 正常情况下，随着井深的增加，正常情况下，随着井深的增加，dc指数越来指数越来越大。如果越大。如果dc指数减小，预示着地层压力正在增加指数减小，预示着地层压力正在增加或静液压力正在减少，处于量变过程。所以也只是或静液压力正在减少，处于量变过程。所以也只是一种告警信号（间接显示）。一种告警信号（间接显示）。7）岩屑尺寸加大）岩屑尺寸加大(岩屑快大无规则）岩屑快大无规则）随着压差减少，大块页岩将开始坍塌，这些随着压差减少，大块页岩将开始坍塌，这些坍塌造成的岩屑比正常岩屑大一些，多呈长条状，坍塌造成的岩屑比正常岩屑大一些，多呈长条状，带棱角。但也预示着地层压力正在增加或静液压力带棱角。但也预示着地层压力正在增加或静液压力正在减少，处于量变过程，何况有时钻井液性能变正在减少，处于量变过程，何况有时钻井液性能变坏等因素也会引起坍塌。所以也只是一种告警信号坏等因素也会引起坍塌。所以也只是一种告警信号（间接显示）。（间接显示）。二、溢流显示 2、告急信号（直接显示）、告急信号（直接显示）1）出口管线内钻井液流速增加，返出量增加）出口管线内钻井液流速增加，返出量增加 在排量不变的情况下，地层流体进入井内在排量不变的情况下，地层流体进入井内后，钻井液返出量增多，出口管的钻井液后，钻井液返出量增多，出口管的钻井液流速加快，若为天然气溢流，天然气随钻流速加快，若为天然气溢流，天然气随钻井液上返并不断膨胀，钻井液出口管流速井液上返并不断膨胀，钻井液出口管流速也越来越大。也越来越大。2）停泵后井口钻井液外溢）停泵后井口钻井液外溢在负压差的作用下，井内钻井液将自动外溢。在负压差的作用下，井内钻井液将自动外溢。二、溢流显示3）钻井液罐液面上升）钻井液罐液面上升 在钻井过程中，由于地层流体侵入井内，变在钻井过程中，由于地层流体侵入井内，变成了钻井液循环系统的一部分，当整个循环系统的成了钻井液循环系统的一部分，当整个循环系统的容积不变时，钻井液池内的钻井液体积就会增加，容积不变时，钻井液池内的钻井液体积就会增加，使钻井液池液面升高。钻井液气侵后，钻井液池液使钻井液池液面升高。钻井液气侵后，钻井液池液面升高速度逐渐加快。当天然气接近地面时，钻井面升高速度逐渐加快。当天然气接近地面时，钻井液池液面有较明显的升高。井喷会很快来临，我们液池液面有较明显的升高。井喷会很快来临，我们应该在钻井液池液面缓慢升高时，就应该判断出溢应该在钻井液池液面缓慢升高时，就应该判断出溢流的存在。循环池液面会逐渐升高。这是发现溢流流的存在。循环池液面会逐渐升高。这是发现溢流的一个可靠信号。对于不同地层，地层流体进入井的一个可靠信号。对于不同地层，地层流体进入井内的情况有所不同，循环池液面升高的速度也不同。内的情况有所不同，循环池液面升高的速度也不同。二、溢流显示4）起钻时灌入的钻井液量小于起出钻具体积）起钻时灌入的钻井液量小于起出钻具体积 起钻时，井内钻井液液面会随起出钻具而相应的起钻时，井内钻井液液面会随起出钻具而相应的下降。如果经计量发现应灌入量减小，说明地层流体下降。如果经计量发现应灌入量减小，说明地层流体也进入井筒，填补了部分起出钻具的空间，当进入井也进入井筒，填补了部分起出钻具的空间，当进入井内的流体使全井液柱压力小于地层压力时就会出现溢内的流体使全井液柱压力小于地层压力时就会出现溢流。流。5）下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积）下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积 进入井内的气体，在井眼深部时体积增加较小，进入井内的气体，在井眼深部时体积增加较小，或受钻井液性能等因素的影响，滑脱上升速度较慢，或受钻井液性能等因素的影响，滑脱上升速度较慢，因此起钻时可能并未注意到它的影响。下钻时，气体因此起钻时可能并未注意到它的影响。下钻时，气体有可能逐渐上升到井眼上部，其体积膨胀得越来越快，有可能逐渐上升到井眼上部，其体积膨胀得越来越快，导致下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积导致下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积 二、溢流显示 对溢流显示的监测应贯穿在井的整个施工过程对溢流显示的监测应贯穿在井的整个施工过程中。切记，判断溢流一个最明显的信号是：停泵的情中。切记，判断溢流一个最明显的信号是：停泵的情况下井口钻井液自动外溢。况下井口钻井液自动外溢。在实际作业中，对于溢流的各种显示，我们不在实际作业中，对于溢流的各种显示，我们不能局限于上述所介绍的内容，我们还要根据现场具体能局限于上述所介绍的内容，我们还要根据现场具体的、实际的情况观察其它方面的显示，以便及早、及的、实际的情况观察其它方面的显示，以便及早、及时发现溢流。如时发现溢流。如 起钻上提钻具时，井筒液面不下降、起钻上提钻具时，井筒液面不下降、钻井液随钻具上行而外溢，起钻灌钻井液前井筒液面钻井液随钻具上行而外溢，起钻灌钻井液前井筒液面始终不下降、起钻作业中钻具水眼未睹塞但始终喷钻始终不下降、起钻作业中钻具水眼未睹塞但始终喷钻井液，钻杆内液面下降很快或始终看不到液面，下钻井液，钻杆内液面下降很快或始终看不到液面，下钻时下放钻具停止后，出口管仍有钻井液外溢，或下钻时下放钻具停止后，出口管仍有钻井液外溢，或下钻过程中井口不返钻井液，快速钻进大段井段后，循环过程中井口不返钻井液，快速钻进大段井段后，循环罐液面不下降、空井状态下未灌钻井液前，井口液面罐液面不下降、空井状态下未灌钻井液前，井口液面始终不下降等现象。始终不下降等现象。三、溢流的及早发现与处理 尽可能早地发现溢流显示，并迅速实现控制井口，尽可能早地发现溢流显示，并迅速实现控制井口，是做好井控工作的关键环节。是做好井控工作的关键环节。1、及早发现溢流的重要性、及早发现溢流的重要性a）及时发现溢流并迅速控制井口是防止井喷的关键）及时发现溢流并迅速控制井口是防止井喷的关键b）及早发现溢流可减少关井和压井作业的复杂情况）及早发现溢流可减少关井和压井作业的复杂情况 溢流发现的越早，关井时进入井筒的地层流体溢流发现的越早，关井时进入井筒的地层流体越少，关井套压和压井最高套压就越低，越不易在关越少，关井套压和压井最高套压就越低，越不易在关井和压井过程中发生复杂情况，有利于关井及压井安井和压井过程中发生复杂情况，有利于关井及压井安全，使二次井控处于主动。进入井筒的地层流体越少，全，使二次井控处于主动。进入井筒的地层流体越少，对钻井液性能破坏越小，井壁越不易失稳，压井作业对钻井液性能破坏越小，井壁越不易失稳，压井作业越简单。所以及早发现溢流，直接关系到排除溢流、越简单。所以及早发现溢流，直接关系到排除溢流、恢复和重建井内压力平衡时能否处于主动。恢复和重建井内压力平衡时能否处于主动。c）防止有毒气体的释放）防止有毒气体的释放 d）防止造成更大的污染）防止造成更大的污染三、溢流的及早发现与处理及时发现溢流及时正确关井的优点及时发现溢流及时正确关井的优点：（1）保持井内有足够高的液柱）保持井内有足够高的液柱.（2）能最大限度防止井喷事故的发生）能最大限度防止井喷事故的发生.（3）溢流量小，关井套压低，有利压井作业）溢流量小，关井套压低，有利压井作业。(4)关井越早，地层流体进入井筒越少，所关井越早，地层流体进入井筒越少，所求关井立压值较准确，确定的压井液密度求关井立压值较准确，确定的压井液密度合理，压井成功率越高。合理，压井成功率越高。(5)能最大限度的防止井喷事故的复杂化。能最大限度的防止井喷事故的复杂化。2、及早发现溢流的基本措施1）严格执行坐岗制度2）做好地层压力监测工作，特别是在探井的钻井过程中3）做好起下钻作业时的溢流监测工作4）钻进过程中要密切观察参数的变化互动交流 通过交流互动，了解学员对以上教学内容的掌握程度，对普遍问题、重点难点问题需加以强化，进行“再次教学”。小结1、溢流的、溢流的根本原因根本原因-井底压力小于地层压力井底压力小于地层压力2、主要的原因是：主要的原因是：（1）起钻时井内未灌满钻井液；）起钻时井内未灌满钻井液；（2）井眼漏失；）井眼漏失；（3）钻井液密度低；）钻井液密度低；（4）抽汲；）抽汲；（5）地层压力异常。）地层压力异常。3、溢流的、溢流的间接显示间接显示与与直接显示直接显示 告警信号（间接显示）告警信号（间接显示）（1）钻速突然加快或放空）钻速突然加快或放空 （2）泵压下降，泵速增加）泵压下降，泵速增加 （3）钻具悬重发生变化）钻具悬重发生变化 （4）钻井液性能发生变化）钻井液性能发生变化 （5）气测烃类含量升高或氯根含量增高）气测烃类含量升高或氯根含量增高 （6）dc指数减小指数减小 （7）岩屑尺寸加大（快大无规则）岩屑尺寸加大（快大无规则）小结 告急信号（直接显示）告急信号（直接显示）（1）出口管线内钻井液流速增加）出口管线内钻井液流速增加（2）停泵后井口钻井液外溢）停泵后井口钻井液外溢（3）钻井液罐液面上升）钻井液罐液面上升（4）起钻时灌入的钻井液量小于起出钻具体积）起钻时灌入的钻井液量小于起出钻具体积（5）下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积）下钻时返出的钻井液体积大于下入钻具的体积4、及时发现溢流及时正确关井的优点、及时发现溢流及时正确关井的优点：（1）保持井内有足够高的液柱）保持井内有足够高的液柱.（2）能最大限度防止井喷事故的发生）能最大限度防止井喷事故的发生.（3）溢流量小，关井套压低，有利压井作业）溢流量小，关井套压低，有利压井作业。(4)关井越早，地层流体进入井筒越少，所求压力较准确，确关井越早，地层流体进入井筒越少，所求压力较准确，确定的压井液密度合理，压井成功率越高。定的压井液密度合理，压井成功率越高。练习题一、单项选择题（每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项号填入括号内）1、钻井中造成溢流的根本原因是（）。A、井底压力大于地层压力 B、井底压力小于地层压力C、井底压力等于地层压力 D、井底压力小于地层破裂压力2、起钻时，从井内每起出（）柱钻铤必须向井内灌一次钻井液。A、1 B、2 C、3 D、43、起钻时发生溢流的显示是：灌入井内的钻井液量（）从井内起出钻具的体积。A、大于B、小于C、等于D、不确定4、发生溢流后要求及时关井的目的是（）。A、防止井塌 B、防止卡钻 C、防止井漏 D、保持井内有尽可能多的液柱压力练习题一、单项选择题（每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项号填入括号内）5、发生溢流后正确的做法是（）。A、迅速关井 B、循环观察 C、及时请示 D、等待命令6、发生溢流硬关井时，容易产生（）现象。A、坍塌B、卡钻C、憋泵D、水击7、下尾管时发生溢流，通常的处理方法与（）时发生溢流一样。A、起下钻杆 B、起下钻铤 C、空井D、钻进8、地层所能承受的关井压力，取决于地层破裂压力梯度、井深以及（）。A、井眼尺寸 B、井内液柱压力C、地层渗透率D、地层流体种类9、根据套管抗内压强度确定关井套压时需要考虑一定的安全系数，即一般要求关井套压不能超过套管抗内压强度的（）。A、80%B、85%C、90%D、95%练习题一、单项选择题（每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项号填入括号内）10、检查或消除圈闭压力的方法是，通过节流管汇，从环空放出（）升钻井液来实现的。A、12B、510C、1020D、408011、发生溢流关井后，一般情况下，要等（）分钟才能读取稳定的立管压力值。A、12B、35C、1015D、609012、关井程序中，如未安装司钻控制台，由（）通过远程控制台关防喷器。A、司钻B、副司钻C、井架工D、场地工练习题二、多项选择题（每题4个选项，将正确的选项号填入括号内）1、井涌的主要原因有（）。A、起钻时井内未灌满钻井液B、钻井液密度不够C、过大的抽汲压力 D、循环漏失2、钻进时已发生井涌的显示有（）。A、相对流量增加 B、停泵后排出管线内仍有流量C、钻井液池体积增加 D、泵压上升3、及早发现溢流的基本措施有（）。A、严格执行坐岗制度B、做好地层压力监测工作C、认真做好接班时的巡回检查D、钻进过程中要密切观察参数的变化练习题三、判断题（对的画“”，错的画“”）1、起钻过程中井筒内钻井液液面下降最大不允许超过50m。2、起钻时产生过大的抽汲压力，是导致溢流发生的一个主要的原因。3、停止循环后，井口钻井液仍不断地外溢，说明已经发生了溢流。4、钻速加快是判断溢流发生的最准确的信号。5、溢流发现的越早，关井后的套压越大.6、若能尽早地发现溢流，则硬关井产生的“水击效应”就较弱，也可以使用硬关井。练习题四、简答题（简要回答所提出的问题）1、溢流发生的原因有哪些？2、钻进过程中发生溢流的直接显示有哪些？3、发现溢流为什么要迅速关井？4、起下钻时发生溢流的直接显示有哪些？