化学工程与装备
2015年 第2期 96 Chemical Engineering & Equipment 2015年2月
深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析
汤卫华
（中石化中原石油工程公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841000）
摘 要：据目前来看，深井、超深井的钻井的钻速持续偏低成为机械运转所面对的一大问题所在，这一问题对开采深部的油气能源造成了极大的障碍。本文首要一点便是从高温直螺杆、涡轮钻具以及旋冲工具等可以提升钻速等工具的使用上进行了使用规律上的研讨，且阐明了在我国的油田中的使用成效如何。此外还对于机械钻速紧密相连的提速技术等的提速机理及使用成效做出相关讨论。 关键词：深井；机械钻速；高温直螺杆工具；钻头优化
随着浅层油气能源的渐近匮乏,国内石油和天然气的勘探形式的标准正逐步由浅层转换向深层的发展，以深井和超深井的方式而存在。而深层地下的油气能源开采的潜能巨大，这种地方多存在于我国的盆地地区。但尽管如此，经实践证明，深层地下若想得以进行开采，面临的主要问题便是深井、超深井钻井提速技术方面的困难，只有提升深井和超深井机械的钻速，才能够加大开采力度、将盆地石油和天然气的开采出来。因此，本文便从深井、超深井机械技术的钻速所面对的困难开始分析，并提出提升技术所采取的主要措施，以使得油田、天然气能源的资源更加丰富。 1 深井钻井提速的难点剖析 1.1 深层地下的岩石质层的钻性较差
伴随着井的深度不断增大，深层地下的岩石所承压的阻力逐步增加，并且致其岩石的缝隙和整体构架产生变化，导致变形，导致其深度平均延伸一千米，岩石的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度翻倍的增长，继而使得岩石的凝固密度更大，联结更加紧密，凿钻度变得越来越差，可钻度也越来越低。图一便为新疆某区块不同井深条件下细砂岩的岩石力学性质的数据分析，据图一可以得出：此地区的石炭系砂岩抗压强度高达221MPa，极大的超出了通常性质的PDC 钻头钻性极点124MPa 的数值。且因这井的深度不断增大，此地区的细砂岩的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度都在不断增长，继而使得岩石的凝结密度更大，联结更加紧密，钻性即变得越来越差。
1.2 深层地下的井内的恒定温度略高
API 的数据表明，正常的温度应为2.7340C/100m。假想若地表温度为200C，则井内的稳定温度则为20+2.734x 井深的长度。若井的深度超出了井5000m 后，则井下的稳定温度则已达到了国际上所规定的高温标准范围(国际标准为1500C)。这将给井下的机械钻速带来很大的困难，同时会造成不小的损失，原因在于，若井下温度过于高，则橡胶材质的工具零件则会经过高温而快速老化，从而造成脱落并失去
了原本效果，从而使得井底的堵塞状况越来越严重，碎屑的长期堆积，从而降低了机械的钻速效果。 1.3 钻头加压带来的难处
在对深井进行凿钻的进程中，往往会随同井深的不断加大，而造成钻柱扭曲的状况发生，这种情况下会致其钻井倾斜的效果，并使得钻压的传递性越来越差，加大了施工的难度，极大降低了传统的钻井方式，破岩的效率大大降低。此外，为了防御钻井倾斜的情况发生，通常会采用保守的轻压
汤卫华：深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析 97
吊打策略，所以极大降低了机械的钻速。
1.4 复杂的地质条件
大部分的深井,超深井地层地质条件复杂, ,因此大大减慢了机械的钻井速度。如在四川东部地区的深井钻井过程中,经常遇到海拔较高和陡峭的地质结构，致其产生严重偏差,机械钻速极其低，井的倾斜度过高，有断层发育。在沙溪庙自流井部分地段中,共存的泥岩、页岩、砂岩、页岩较为严重,经常形成钻头泥包现象，并且钻速太低,甚至会导致钻卡严重的故障，对机械钻速产生的影响极大。根据四川西部地区的钻井数据表明,该层包含了不同水平的砾石层,当使用牙轮钻头钻进时，钻头弹起的状况频繁发生，加之在使用PDC钻头钻井时，对切削的损害更大,加之深层地下的井段岩石岩性软硬分布宽广，从而给选择深井钻头的形状上带来了较大难处,因而严重影响了机械的钻井速度。 2 深井提速技术与应用效果
对于国内深井、超深井的机械钻速技术，若想得到有效地提升，本论文则首先从复合性的钻进、改良钻头的样式设计、提速工具等层面进行了技术上的措施总结，并根据我国部分油田的亲身实践取得的成效进行说理论证。
2.1 强化性的钻井技术
2.1.1 高温直螺杆的高效PDC钻头复合钻井技术
传统的常温直螺杆耐高温最高为1200C，在高温度的深井中作业时长仅仅为十小时，但在我国，通常将抗高温超出了120℃的螺杆称为高温螺杆。此项技术的提速机理主要在于，它是在基于延伸螺杆的长度上再延伸其使用的时长，并提升PDC的钻头破岩的整体功效。下图为我国某油田的使用情况，可进行参考对比：
2.1.2 涡轮钻具与金刚石钻头的复合钻井技术
涡轮速度的复合钻井的提速原理就在于，此技术是根据钻井液推动涡轮叶片,并驱动钻机击破岩石，致其破碎。当排出到一定的量时，输出的转矩和速度可以相互转换,其耐高温性能良好，在较高温度的井段环境下作业时长可高达九百小时。涡轮钻具可以分为高速涡钻钻具与低速涡轮钻具,前者是极高的转动速度，但转矩很小；后者转动速度极小，但扭矩大。根据不同的地质岩石的性质,择取不同的漩涡钻，并配合不同的钻头,可以大大提升深井机械的钻速能力。 2.1.3 旋冲工具复合钻井技术
此旋冲工具主要由电机和液压锤组合而成,此工具击破岩石的方法可以解析为旋转岩石破坏和击破岩石钻井的过程。旋冲工具工作时，石钻钻孔和岩石影响高压力的冲击作用,牙齿与岩石接触压力集中,岩石内部分子受到压迫振动，从而使之疲劳，进而被损伤，遭到破坏。同时,形成大规模削减的脆弱断裂。此外,受到连续攻击的影响，在井底岩层的表面形成了不同裂纹，且逐渐延长，帮助创建剪切和旋转剪切破碎岩石体,增加岩石碎片的结果。该工具对硬脆性岩石加速的成效显著,但并不适用于塑料性的地层。
2.2 钻头优化的提速技术
在深井钻井中，钻头占据主要地位,钻头和地层的适应能力直接决定了钻探的效率。由于深层地下的形成时期具有强大的耐磨层,且可钻性差,因此务必采取合理的改良设计技术,设计钻头样式，以便与深层地下的岩石相适应。
2.2.1 牙轮钻头改良技术
牙轮的钻头改良设计技术囊括了切削齿形的形态样式和和排列分布、从而增加受力区域，减轻了集中的受力情况，改善耐冲击的性能；优化切削齿的刀具材料和碳化钨材料,提高牙齿的抗磨性;改良排列分布的钻石测量，以提高测量齿的耐磨性；改良金属密封轴承和轴承涂层、轴承几何形态等,从而提升抗磨的性能；改良喷嘴的形状,以提升井底的洁净能力。例如，四川须家河组深层地下采取改良过后的采用优化过后的牙轮钻头技术，将机械的钻速从0.88m/h提升至1.33m/h，整体速度得以提升；塔里木油田三叠系、二叠系的深层地下使用改良后的牙轮钻头后，使机械的钻速从
3.45m/h提高到
4.21m/h,使用成效显著。
2.2.2 PDC钻头改良技术
常见的PDC钻头是在极强的耐磨性地层中凿取强劲的磨料形成的钻头。钻头主要由于粘滑振动的复合片破裂,从而导致其迅速破裂。改良PDC钻头首要将关注度放在耐磨性和耐冲击钻头的特点上,首要的改良技术有提升钻头工作顺利稳定的切割技术,紧凑型磨削阻力技术、复合片与基体贴合技术、刚体表面硬化处理技术等等。
3 结论与建议
98 汤卫华：深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析
（1）深井、超深井在深层地下的钻井进程中,改良此机
械的钻速是首要面对的问题，地层可钻性较差、地层的温度较高、钻头承受压力的困难,复杂的地质情况等难处,最重要的是深井地下提速工具，并用钻头、钻井方法用以提升其性能。
（2）高温直螺杆的高效PDC 钻头复合钻井技术适用于大多数地层，应避免在应用过程中所使用到的提速技术,且应符合其硬性和脆性,避免应用于塑性的深层地下。
（3）在深井钻井的过程中，钻头占据着极其重要的位置。钻头与地层的适应性取决于于钻井效率的高低。因深部地层段地层具有极强的耐磨性，且可钻性较差，所以必须采取行之有效的改良设计技术，重头设计钻头的样式以符合深层地下的岩石。
（4）应根据深层地下的实际状况，将各个种类的提速工具进行集中使用，并且应改良钻井液体的系统与钻头钻进的主要参数，以使得最大限度的提升深井、超深井钻井的技术。
（5）本论文从复合性的钻进、改良钻头的样式设计、提速工具等主要层面进行了技术措施与归纳，从而得出只有提升深井和超深井机械的钻速，才能够加大开采力度，将油田和天然气开采出来。
参考文献
[1] 李贵宾, 尤军, 王福合, 等. 哈拉哈塘地区钻井难点
分析与提速关键技术[J]. 石油钻采工艺, 2012(06). [2] 王水, 张敏, 等. TorkBuster 扭力钻井技术在青西白
垩系现场应用[J]. 西部探矿工程, 2012(09). [3] 吕晓平, 李国兴, 王震宇, 等. 扭力冲击器在鸭深1
井志留系地层的试验应用[J]. 石油钻采工艺, 2012(02).
[4] 陈志学, 黎红胜, 王成学, 等. 虚拟强度指数法钻井
新方法的研究与应用[J]. 钻采工艺, 2012(01). [5] 刘俊峰, 陈林, 王书琪, 等. 塔中油田KCl/聚合物
“轻泥浆”的研究与应用[J]. 钻井液与完井液, 2010(06).
（上接第90页） __________________________________________________________________________________________
<4040-5050-6060-100>100
S1
72.39%
（2口井）82.57%
（3口井）81.96%
（3口井）
77.61%
（7口井）
49.36%（2口井）
102030405060708090
合格率（%）
领浆与尾浆稠化时间差
图8 领浆与尾浆稠化时间差对固井质量的影响
实际应用情况如图8所示，水泥浆领浆与尾浆稠化时间差增加，固井质量合格率增加，但是大于60min 后，固井质量有下降的趋势。 4 认识与建议
（1）封固段长>800m 的井采用双凝水泥浆体系固井，
双凝水泥浆体系有利于提高固井质量；
（2）增加领浆与尾浆的长度比例有利于增加尾浆段的环空压力，有利于防窜，但是长度比例对压力的影响不敏感，因此在确保主力油层封固质量下，分界点尽量下移就可以了；
（3）增加领浆与尾浆的稠化时间差有利于防止气窜，
提高固井质量，在满足施工时间要求的前提下，应尽量增加
领浆与尾浆的稠化时间差；
（4）双凝固井中稠化时间差和分界点深度的选择基本
上能够保证双凝固井的需要，但是还有优化潜力。
参考文献
[1] 刘崇建, 黄柏宗, 徐同台. 油气井注水泥理论与应用
[M]. 北京: 石油工业出版社, 2001.
[2] 刘振宇, 张古森, 张启运. 双基双凝水泥浆体系固井
[J]. 石油钻采工艺, 2002, 24(3): 8-10.
聚焦深井超深井钻井技术 超深井钻探的实施从某种意义上说反映了一个国家最前沿的科技发展水平，也体现了一个国家的综合国力。由钻井院承担的国家863项目超深井钻井技术经过四年的攻关终于划上了一个圆满的句号,并通过了有关部委的审核。在石油工程领域,何为深井、超深井？目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？超深井钻井工程的主要工作目标是什么？超深井钻井工程的主要技术难点有哪些……带着这些疑问，近日记者采访了国家863项目超深井钻井技术攻关小组成员之一、钻井院工艺所副所长、高级工程师唐洪林,并请他对这些问题进行了解答。 记者：何为深井、超深井？ 唐洪林：按照国际通用概念，井深超过4500米的井称为深井，井深超过6000米的井为超深井，超过9000米的井为特深井。目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止累计工作量占全球的85%。1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260米特深井SG-3井(1991年第二次侧钻至终深12869米)。专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000米深度的能力，美国已在着手制定这方面的深井钻井计划。 记者：目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？ 唐洪林：在国外，在目前常规的技术条件下，施工一口井深为5000米- 6000米的井钻井技术已经成熟。有关的统计表明，目前世界上可以施工4500米以上的深井有80多个国家，其中以美国的施工技术最先进，全世界钻成的6口特深井，美国占3口，原苏联2口，德国1口。从钻井水平和工作量看，美国和前苏联仍居前列，近年来世界上的深井作业量多集中于欧洲的北海。最近几年，由于高新技术在深井钻井作业中的运用数量越来越多，使得深井钻井工程成为又一个高新技术密集区。 国内自1966年大庆钻成中国第一口深井—松基6井(完钻井深4719米)开始，中国深井钻井已经历了35年的历史，主要深井和全部超深井均分布于四川和新疆。在1978 -1998年的时间内，中国先后完成3口7000米超深井。根据有关资料的综合分析，可将1994年作为一个分界点，在此之前，国内钻井技术人员在复杂地质条件下还不能完全掌握或运用深探井科学施工规律，只能用“科学探索”办法解决复杂深探井(特别是新区第一口探井)施工的基本问题，更谈不上用“高新技术”或“先进适用技术”提高钻速、减少钻头用量、缩短周期、降低成本等解决复杂问题。继“五口科学探索井”在塔里木盆地成功实施以后，该
深井钻井技术工艺探讨 深井钻井技术工艺探讨 摘要：钻井过程中，常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 关键词：深井钻井技术工艺策略 在钻井过程中，常常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 一、深井钻井所存在的问题分析 深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化较大，相应的地质条件错综复杂，同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等，施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等，会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说，钻深井存在的技术问题主要以下几个方面： 钻井的主要装备性能差、比较陈旧，和国外的先进装备相比落后的太远了。上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。多层套管时，深部井段小井眼的钻井速度问题。减小技术套管磨损和破裂后处理问题。防斜打直技术。深井固井质量问题。井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。深井定向井、水平井钻井技术。深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、高温稳定剂的复配问题、
新疆油田钻井井控实施细则 （14版） ?? ????? ????? ????? 新疆油田公司 2013年9月
目录 第一章总则 ?第二章井控设计 ?第三章井控装臵的安装、试压、使用和管理 ?第四章钻开油气层前的准备和检查验收 ?第五章油气层钻井过程中的井控作业 ?第六章防火、防爆、防硫化氢措施和井喷失控的处理?第七章井控技术培训 ?第八章井控管理 ?第九章附则 1 .钻井井控风险分级 2.“三高”油气井定义 3. 关井操作程序 4. 带顶驱钻机关井操作程序 5. 溢流井喷(演习)时各岗位人员职责和关井程序 6．用剪切闸板剪断井内钻杆控制井口的操作程序 7. 防喷演习记录表格式 8. 坐岗记录表格式 9. 低泵冲试验表格式 10. 油气上窜速度表格式及计算公式 11. 关井提示牌格式 12. 钻开油气层检查验收证书格式
13. 钻井队井控资料目录 14. 集团公司钻井井喷失控事故信息收集表
第一章总则 第一条为贯彻《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控规定》和行业标准，规范新疆油田的井控工作，预防井喷、井喷失控、井喷着火事故的发生，保证人民生命财产安全，保护环境和油气资源不受破坏，制定本细则。 第二条各单位应，认真贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，树立“以人为本”的理念，坚持“井控、环保，联防联治”的原则。?? 第三条井控工作是一项系统工程，涉及到建设方、承包方的勘探开发、钻井工程、质量安全环保、物资装备和教育培训等部门，必须各司其职、齐抓共管。 第四条井控工作包括井控设计、井控装备、钻井及完井过程中的井控作业、井控技术培训以及井控管理等。 ?? 第五条油气井都应安装防喷器，在新疆油田进行钻井作业的所有单位都应执行此细则。本细则也适用于套管内侧钻和加深钻井作业。 第六条欠平衡钻井作业中的井控技术和管理，执行《中国石油天然气集团公司关于加强欠平衡钻井井控技术管理的意见》、《欠平衡钻井技术规范》和本细则。 第二章井控设计 第七条地质、工程设计部门要按照本细则进行井控设计。更改设计时，应按设计审批程序经批准后实施。 第八条地质设计书中，应明确所提供井位是否符合以下条件： 井口距离高压线及其它永久性设施不小于75m；距民宅不小于100m；距铁路、高速公路不小于200m；距学校、医院、油库、河流、水库（井深
深井超深井钻井技术 第一节概述 (1) 第二节地层孔隙压力评估技术 (2) 第三节井身结构及套管柱优化设计 (4) 第四节防斜打快理论和技术 (9) 第五节地层抗钻特性评价与钻头选型技术 (14) 第六节井壁稳定技术 (18) 第七节钻井液技术 (23) 第八节固井技术 (27) 第九节深井测试和录井技术 (31)
第一节概述 对于油气井而言，深井是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。深井、超深井钻井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。在我国，深井、超深井比较集中的陆上地区包括塔里木、准噶尔、四川等盆地。实践证明，由于地质情况复杂（诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等，有些地层也存在高温高压效应），我国在这些地区（或其它类似地区）的深井、超深井钻井工程遇到许多困难，表现为井下复杂与事故频繁，建井周期长，工程费用高，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐，增加了勘探开发的直接成本。 在“八五”末期，虽然我国在3000m以内的油气井钻井方面已接近国际80年代末的技术水平，但当井深超过4000m时，我国的钻井技术与国外先进水平相比仍有较大差距。美国5000m左右的油气井钻井周期约为90天，5500m左右约为110天，6000m左右约为140天，6500~7000m约为5~7月。然而，我国深井平均钻井周期约为210天左右，特别是在对付复杂深井超深井工程方面的钻井能力和水平比较低，没有形成一整套与之相适应的深井超深井钻井技术。 为了尽快适应我国西部深层油气资源勘探开发工程的迫切需要，在“八五”初步研究的基础上，中国石油天然气集团公司将“复杂地层条件下深井超深井钻井技术研究”列为“九五”重大科技工程项目之一（项目编号：960024），调动全国的优势科研力量开展大规模攻关研究，试图使塔里木、准葛尔、四川等盆地的深井超深井钻井技术水平有较大提高，基本满足这些地区深部油气资源高效钻探与开采的技术需求。通过五年多的持续攻关研究，该项目攻关集团攻克了不同地质条件下深井超深井钻井技术的许多难题，有力地推动了我国复杂地质条件下深井超深井钻井技术的发展，取得了丰硕的理论和技术研究成果（2002年通过专家验收评价），可概括如下： 1．项目共完成深井超深井91口，其中，由塔里木攻关集团完成一口国内最深的超深井（塔参1井），完钻井深7200米，完成6000米以上的超深井6口，4500-6000米的深井85口。各攻关集团完成的深井超深井数量分别为：塔里木攻关集团26口，准葛尔攻关集团45口，四川攻关集团12口，塔西南攻关集团3
化学工程与装备 2015年 第2期 96 Chemical Engineering & Equipment 2015年2月 深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析 汤卫华 （中石化中原石油工程公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841000） 摘 要：据目前来看，深井、超深井的钻井的钻速持续偏低成为机械运转所面对的一大问题所在，这一问题对开采深部的油气能源造成了极大的障碍。本文首要一点便是从高温直螺杆、涡轮钻具以及旋冲工具等可以提升钻速等工具的使用上进行了使用规律上的研讨，且阐明了在我国的油田中的使用成效如何。此外还对于机械钻速紧密相连的提速技术等的提速机理及使用成效做出相关讨论。 关键词：深井；机械钻速；高温直螺杆工具；钻头优化 随着浅层油气能源的渐近匮乏,国内石油和天然气的勘探形式的标准正逐步由浅层转换向深层的发展，以深井和超深井的方式而存在。而深层地下的油气能源开采的潜能巨大，这种地方多存在于我国的盆地地区。但尽管如此，经实践证明，深层地下若想得以进行开采，面临的主要问题便是深井、超深井钻井提速技术方面的困难，只有提升深井和超深井机械的钻速，才能够加大开采力度、将盆地石油和天然气的开采出来。因此，本文便从深井、超深井机械技术的钻速所面对的困难开始分析，并提出提升技术所采取的主要措施，以使得油田、天然气能源的资源更加丰富。 1 深井钻井提速的难点剖析 1.1 深层地下的岩石质层的钻性较差 伴随着井的深度不断增大，深层地下的岩石所承压的阻力逐步增加，并且致其岩石的缝隙和整体构架产生变化，导致变形，导致其深度平均延伸一千米，岩石的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度翻倍的增长，继而使得岩石的凝固密度更大，联结更加紧密，凿钻度变得越来越差，可钻度也越来越低。图一便为新疆某区块不同井深条件下细砂岩的岩石力学性质的数据分析，据图一可以得出：此地区的石炭系砂岩抗压强度高达221MPa，极大的超出了通常性质的PDC 钻头钻性极点124MPa 的数值。且因这井的深度不断增大，此地区的细砂岩的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度都在不断增长，继而使得岩石的凝结密度更大，联结更加紧密，钻性即变得越来越差。 1.2 深层地下的井内的恒定温度略高 API 的数据表明，正常的温度应为2.7340C/100m。假想若地表温度为200C，则井内的稳定温度则为20+2.734x 井深的长度。若井的深度超出了井5000m 后，则井下的稳定温度则已达到了国际上所规定的高温标准范围(国际标准为1500C)。这将给井下的机械钻速带来很大的困难，同时会造成不小的损失，原因在于，若井下温度过于高，则橡胶材质的工具零件则会经过高温而快速老化，从而造成脱落并失去 了原本效果，从而使得井底的堵塞状况越来越严重，碎屑的长期堆积，从而降低了机械的钻速效果。 1.3 钻头加压带来的难处 在对深井进行凿钻的进程中，往往会随同井深的不断加大，而造成钻柱扭曲的状况发生，这种情况下会致其钻井倾斜的效果，并使得钻压的传递性越来越差，加大了施工的难度，极大降低了传统的钻井方式，破岩的效率大大降低。此外，为了防御钻井倾斜的情况发生，通常会采用保守的轻压
[收稿日期]2007212210 [作者简介]王志刚(19712),男,1995年大学毕业,工程师,现主要从事钻井工程方面的研究工作。 国内外深井钻井技术比较分析 王志刚 (胜利石油管理局钻井工程技术公司,山东东营257064) [摘要]通过对国内外近25年来井深超过4500m 的各种各样深井钻井技术与经济情况的调研分析,认为 美国和欧洲北海地区深井钻井技术居领先水平,我国与国际先进水平有10年以上差距。对比研究了3种 不同的深井钻井技术经济评价方法(体系)特点,初步探讨了深井钻井科技进步的纵横向变化规律及深井 钻井技术经济评价的系统科学问题。 [关键词]深井钻井;钻井设备;系统工程 [中图分类号]TE243[文献标识码]A [文章编号]167321409(2008)012N282203 1 深井钻井技术的发展历史 全世界能钻4500m 以上深井的国家有80多个,但大多数深井集中在美国。有30多个国家能钻6000m 以上的超深井,中国是其中之一,但中国第1口超深井较世界第口超深井(美国)晚了27年。欧洲北海地区深井钻井技术比较先进。苏联拥有一套适用于高纬度地区的先进深井钻井技术,创造了世界钻深12869m 的最深记录,通过技术改造可以在发展中国家应用并取得最佳效益。德国大陆科探深井(KTB )钻探技术已被我国第一口大陆科学探井所借鉴。 近年来受各种因素影响,世界年钻深井数量有所下降,但深井钻井技术发展迅速,基本满足高陡、高温、高压、高密度(高矿化度)及含H 2S 气体等复杂地质条件深钻要求。目前我国深井钻井技术水平与国外先进国家相比大约差15年(知识产权水平约差40年),因此要通过各种办法(如“科探井”和“高探井”计划)缩小差距,以适应我国国民经济持续、快速、协调发展的要求和“西气东输”、“气化中国”等工程的需要。 1966年7月28日我国钻成第1口深井———松基6井,井深4719m 。1976年4月30日我国完成第1口超深井“女基井”,井深6011m 。从第1口深井完钻至今,我国先后钻成的3口7000m 以上超深井是关基井(7175m ,1978年)、固2井(7002m ,1979年)及塔参1井(7200m )。2000年中国石油化工集团公司最深井沙82井完钻井深6346115m 。1998年中国海洋石油总公司所钻海上最深井开发井,完钻井深9238m 。 2 深井钻井设备发展与进步 深井钻井技术系统高度复杂,属于开放的复杂性系统或非线性复杂性系统,其复杂特性主要表现在“六个非”上,即非单一、非有序、非透明、非确切、非定量、非理性,思考这些问题需要运用各种综合方法。几乎所有先进适用的工程技术措施(含人工智能钻井专家系统),都在深井勘探与开发过程中得到验证、应用和发展。深井钻井技术水平从整体上反映了一个国家或一个时代的工程技术水平。 深井钻井技术装备系列化、标准化、规范化,20世纪80年代中期首次形成高峰,本世纪初将形成第二次高峰。至20世纪90年代末,深井钻机基本采用AC2SCR2DC 电驱动钻机(交流电机效率96%,直流电机效率91%,绞车减轻20%～30%,占地面积少25%～40%)和顶部驱动装置(安装顶驱占钻机总数23%以上,包括动力水龙头),井口机械化、井下自动化和整机智能化水平大幅度提高。 目前深井钻机正朝着AC2GTO2AC 电驱动和满足HSE 及TQC 综合性能要求的方向发展。美国在撒哈拉沙漠等地区使用的6000m 深井钻机代表了当今世界钻机最先进水平(符合A PI 标准),其设计制?282?长江大学学报(自然科学版) 2008年3月第5卷第1期:理工Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit) Mar 12008,Vol 15No 11:Sci &Eng
129 按照国际通用概念，井深超过4500m （15000f t ）的井称为深井，井深超过6000m （20000ft）的井为超深井，超过9000m（30000ft）的井为特深井。深井和超深井的钻井液技术一直被认为是钻井技术水平好坏的重要标志。 井底高温是限制钻探深度的决定性因素之一。井下高温所带来的直接问题之一是钻井液的稳定性受到严峻挑战，当温度低于250℃时，现有的抗高温处理剂可以直接用于水基钻井液中，温度达到300℃时，可以使用热稳定性更高的油基钻井液，而当温度高于350℃时，保持钻井液的热稳定性将变得非常困难。而且世界各地几乎都存在深度仅为几百或几千米而地温高达几百摄氏度的高温地带，例如我国著名的羊八井、日本的葛根田地热区、美国的Cinitations地区所钻的深度小于4000m的地热井，井下温度均超过了350℃。 1 深水超高温钻井液技术难点 钻超深井使用的钻井液必须具有的特点是：高温稳定性，良好的润滑性和剪切稀释特性，固相含量低，高压失水量低，抗各种可溶性盐类和酸性气体的污染，有利于处理、配置、维护和减轻地层污染。温度对水基钻井液的影响非常大，超过150℃ 时大多数聚合物处理剂易分解或降解，或出现高温交联现象，引起增稠、胶凝、固化成型或减稠等流变性恶化，造成钻井液体系不稳定。对于深井超高温钻井液体系主要存在以下技术难点：钻井液用处理剂高温高压失效问题；钻井液高温流变性的控制问题；高温滤失造壁性的控制问题；抗高温钻井液的护胶问题；高温高压条件下，深井、超深井段易破碎地层的防漏堵漏工艺和材料选择问题；超深井的高压将使钻井液高温流变性的控制更加困难，除了更易于增稠外，还存在加重剂的悬浮、沉降稳定性问题；高温高压条件下钻井液的润滑性问题；高密度的钻井液的维护问题。 2 国外深井钻井液技术发展现状 国外深井超高温钻井液技术研究起步较早，且研究系统、全面，如测试仪器的研制和评价方法的建立、井壁稳定机理的模拟研究、抗高温钻井液材料的选择和研制、钻井液高温高压流变特性研究等，并形成了几种深井超高温钻井液体系： 2.1 石灰基钻井液体系 美国阿莫科公司针对深井研制了石灰基钻井液体系，解决了常规的石灰基钻井液（尤其是高密度钻井液）在高温高压下易发生胶凝，甚至固化的问 深井超高温钻井液技术综述 王永生 （大庆钻探工程公司钻井工程服务公司，吉林 松原 138000） 摘要： 文章根据国内外已完成深井、超深井的资料，分析了深井超高温钻井过程中的钻井液主要技术难点，并对国外深井、超深井钻井液技术现状进行了调研，提出了深井超高温钻井液技术方案及处理维护措施。关键词： 深井；超深井；超高温；钻井液中图分类号： TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0129-03 2012年第32/35期（总第239/242期）NO.32/35.2012 （CumulativetyNO.239/242） 地质矿产 G eology Resources and Mines
1集团公司积极井控的理念是什么 答：风险评估、设计把关、主动防控、有序应对、保护油气。 2、什么是溢流 答：当井侵发生后，（1）井口返出的钻井液量比泵入的钻井液量多； （2）停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。 3、井喷失控的危害有哪些 答：（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、渔场、牧场、林场环境； （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。 4、什么是静液压力 答：所谓静液压力是由静止流体自身重量产生的压力。其大小取决于流体的密度和垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无关。 5、什么是地层压力 答：地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力 6、什么是井底压力 答：井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。 7、溢流发生的原因有哪些 答：（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。 8、钻进过程中发生溢流的直接显示有哪些 答：（1）出口管线内钻井液流速增加，返出量增加； （2）停泵后井口钻井液外溢； （3）钻井液罐液面上升。 9、起下钻时发生溢流的直接显示有哪些 答：（1）起钻时，当灌入钻井液量小于起出钻具的排替量时，则说明发生了溢流； （2）下钻时，当钻井液返出量大于下入钻具排替量时，则说明井内发生了溢流。 10、发现溢流为什么要迅速关井 答：（1）控制井口，有利于实现安全压井； （2）制止地层流体继续进入井内； （3）保持井内有较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值； （4）可准确计算地层压力和压井液密度。 11、发生溢流时软关井的优点和缺点有哪些 答：（1）优点：避免产生“水击效应”。 （2）缺点：关井时间长，在关井过程中地层流体仍要进入井内，关井套压相对较高。 12、硬关井的优点和缺点有哪些 答：（1）优点：关井时间短，地层流体进入井筒的体积小，关井套管压力相对较低。 （2）缺点：关井时井控装置受到“水击效应”的作用对井口装置不利。 13、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述起下钻杆时的关井程序 答：（1）发出信号； （2）停止起下钻作业； （3）抢接钻具止回阀或旋塞阀； （4）开启液（手）动平板阀； （5）关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）； （6）先关节流阀（试关井），再关节流阀前的平板阀； （7）认真观察、准确记录套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井技术人员及甲方监督报告。 14、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述钻进时的关井程序 答：（1）发出信号； （2）停转盘，停泵，上提方钻杆；
浅析冀东油田深井钻井技术 石油钻井受众多因素影响，特别是深井钻井因为钻进深度较大、地层信息不明确，往往会由于各种因素影响造成井下复杂状况增多，影响钻井速度和效益，本文结合深井钻井技术实施中存在的问题，对钻井技术措施进行了探究。 标签：深井钻井；技术难点；技术措施 冀东油田油气资源勘探开发中，应用了较多深井进行采油作业，因深井钻井储层埋深加大、地质因素不明确、部分岩层硬度较大、温度和压力变化大以及井壁易坍塌等原因，造成钻井中存在一定困难。特别是多套层系共生、储层和盖层交错复杂以及广泛分布软泥层和盐膏层等特点，造成钻井技术实施存在较多难点。因此，有必要结合深井钻井困难和钻井技术实施中的难点，采取有针对性的措施进行深井钻井。 1 深井钻井技术实施难点 结合冀东油田地质条件，深井钻井技术实施中需要钻穿多套年代和性质存在较大差异的地层，一口油井钻井中不同深度压力也存在较大差异，同一口油井不同深度地层钻井需要分段采取不同技术手段应对不同的地质条件和各类复杂状况，同时地层深度较大后存在压力、温度、地层应力较高等问题，加剧了井下复杂状况发生的概率，特别是多套压力系统的存在，造成漏失和井喷威胁同时存在。就钻井技术实施而言，钻井技术装备与国际先进深井钻井存在一定差距，浅层地层的大尺寸井眼钻进和深层钻速提升存在一定困难；同一油井钻进中需要配套多层套管，深层地层小井眼钻速提升存在困难；有针对性的套损和防斜打直技术实施需求较大；深层地层钻井中地层漏失、喷涌、坍塌和缩径等问题同时存在，钻井液配制中需要同步考虑包被剂抗温、高温稳定剂等多种试剂和复配问题，同时还要考虑钻井液流变稳定性和环保问题；钻进地层较多后存在部分高陡构造，易加大钻井质量控制难度。 2 冀东油田深井钻井技术措施 2.1 井身设计优化 油井井身会对钻井效率、效益和安全性产生重要影响，要结合区块地质开发资料和邻井开发情况，以及三压力剖面和地层特点等进行井身轨迹优化设计。一般在确保完井尺寸的情况下尽量减小井眼尺寸，确保浅地层大尺寸钻进速度，同时还要满足套管下入、优快钻井和完井质量要求。比如在濮深某油井沙三段地层钻进中，深度3700-4000m地层承压性较低，破压当量密度仅为1.6kg/L，在井身设计时充分考虑该因素，在上层地层钻井中应用Ф244.5mm的套管对地层进行封隔，虽然增加了施工成本，但避免了下部地层钻进中上部地层的漏失、坍塌等危害，确保了优快钻井。
第37卷 第1期2015年1 月石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Vol. 37 No. 1Jan. 2015 文章编号：1000 – 7393（2015） 01 – 0139 – 04 doi:10.13639/j.odpt.2015.01.036南海深水钻井井控技术难点及应对措施 叶吉华1 刘正礼1 罗俊丰1 畅元江2 （1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067；2.中国石油大学（华东），山东青岛 266580） 引用格式：叶吉华，刘正礼，罗俊丰，等. 南海深水钻井井控技术难点及应对措施［J ］.石油钻采工艺，2015，37（1）：139-142.摘要：深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上，针对南海深水钻井井控特点和难点，结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验，详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题，研究提出了有针对性的解决方案，并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。 关键词：深水钻井；井控难点；溢流；压井；水合物中图分类号：TE58 文献标识码：B Technical difficulties and countermeasures in well control of deepwater drilling in the South China Sea YE Jihua 1, LIU Zhengli 1, LUO Junfeng 1, CHANG Yuanjiang 2 （1.Shenzhen Branch of CNOOC , Shenzhen 518067, China ; 2. China University of Petroleum , Qingdao 266580, China ） Abstract: Due to the differences in sedimentary environment, deepwater drilling environment, and well control equipment of deepwater strata, the well control of deepwater drilling is trapped in many problems such as seabed instability, low formation fracture pressure, narrow formation pressure vessel, and the presence of shallow gas and shallow flow, gas hydrates, and subsea low temperature. Building on a full investigation about well control of domestic and foreign deepwater drilling and considering the characteristics and difficulties of well control of deepwater drilling in the South China Sea, a targeted solution is proposed based on the recent deepwater drilling design and operating experience and a detailed analysis of existing problems in well control of deepwater drilling, such as narrow formation pressure vessel, difficult overflow monitoring, difficult and long well killing operation, complex well control equipment, and the presence of hydrates. Specific measures about deepwater well control are also provided with the deepwater wells in the South China Sea as an example. The understanding and measures presented in this paper may provide a reference for the well control operations of deepwater drilling in the South China Sea. Key words: deepwater drilling; difficulties in well control; overflow; well killing; hydrate 基金项目：“十二五”国家科技重大专项“深水钻完井及其救援井应用技术研究”（编号：2011ZX05026-001-04） ；国家自然科学基金“海洋深水浅层钻井关键技术基础理论研究”（编号：5143009）。 作者简介：叶吉华，1976年生。2000年毕业于西安石油学院石油工程专业，主要从事深水及超深水井钻井工程设计和钻探工作，工程师。 E-mail ：yejihuadeepwater@https://www.doczj.com/doc/275108059.html, 。 在海洋深水区钻井时，由于海洋沉积环境和作业工况的变化，地层承压能力低，隔水管压井、阻流管线长、摩阻大，压井时容易导致井漏，发生喷漏共存、地下井喷等复杂情况，故井控难度更大。且由于深水钻井防喷器组安装在海底泥线处，井涌余量随着水深的增大而减少，相对于浅水而言，油气会在短时间内窜入隔水管内，更容易造成井涌井喷事故。 此外，深水钻井平台和作业装备的复杂性特点也给 深水井控带来巨大的挑战［1-2］ 。深水钻井井控技术方面的研究与实践主要集中在早期溢流和井涌监测、压井方法研究及井控设备选择等方面，缺乏对深水钻井井控难点及其应对措
国内外深井、超深井井下工具简介 按照我们国家对深井、超深井的界定，深井是指井深大于4500m 的井，超深井是指井深6000m以上的井。迄今，世界上最深的井为前苏联的SC-3井，井深12869m。目前，美国深井、超深井的钻井水平大致为：5000m的井完井周期3个月，6000m的井完井周期6个月，7000m的井完井周期12个月。 深井、超深井对钻井的方方面面都是一个极为严峻的挑战，其关键技术包括：先进的地震技术以及对地震资料的准确判读与分析；对邻井钻井资料的全面采集、处理和利用；功率、功能强大且易于控制的钻机设备；先进的数据采集、分析系统和先进的用于不同目的的井下工具；科学合理的钻井设计；成熟的钻井工艺技术；高温高压泥浆体系；科学、强化的生产技术管理等。 随着世界范围内深井、超深井钻井数量与钻井难度的逐年递增，国内外各大石油公司近几年先后开发研制出了用于深井、超深井防斜打直、提高钻速、井眼轨迹和井下参数测量与控制、井眼扩大规整、刚体膨胀管补救、深井扩孔等先进的井下工具，现一一简单介绍如下： 1、井下动力钻具---用于提高机械钻速 ●国产螺杆钻具耐温低，仅能用于上部井段； 1
●BakerHughes INTEQ的高速螺杆钻具采用新的橡胶定子制 造工艺，耐温190℃，且转速与排量成正比，输出功率是涡轮钻具的两倍多； ●俄罗斯的带齿轮减速箱新型涡轮钻具耐温可达250℃∽ 300℃； ●美国Manurer公司为钻高温地热井研制的齿轮减速涡轮钻 具成功钻成了温度高达316℃的地热井； 2、旋冲钻井工具---用于提高机械钻速 ●国内：厂家众多，成熟较少，究其原因，主要有三：一是寿命 短，二是无匹配之钻头，三是无深部极硬之地层，故效果不明显。现场应用最好当属江苏东海的科钻1井，但该井具以下特点：连续取心，工具一次下井工作时间短；钻头为孕镶式天然金刚石取心钻头，抗冲击能力强；地层为非沉质岩地层，硬度高、可钻性差、研磨性强，故应用效果明显； ●国外有适合于地层、同时也适合于工具的专用钻头，如图1。 1
超深井钻井技术研究及工业化应用 摘要自改革开放以来，我国的社会经济保持着高速发展，经济体量不断壮大，已经成为世界第二大经济体，而随着经济的发展，科学技术水平也在不断提高，其中超深井钻井技术也取得了长足进步。石油是经济发展和社会发展过程中不可或缺的资源，而为了人类的进步和发展，石油勘探技术也在不断提高，越来越多的钻井、越钻越深的钻井、从陆地转向海洋的钻井，这些都见证着我国钻井技术的发展历程。本文主要分析和探讨了超深井钻井技术的研究和工业化的应用。 关键词超深井钻井；技术研究；工业化应用 近些年來，随着石油资源的不断开采和消耗，深层找油也变得也来越多，超深井钻井技术的应用日益变多，但超深井开采会遇到多方面的问题，包括深高温高压、层岩性等因素，这些问题会对钻具、钻速、井斜等产生直接影响，进而造成事故发生。 1 超深井钻井遇到的各类问题 随着经济的快速发展和对石油资源的更大需求，我国油气资源勘探开发的步伐不断加快，开始向更深层次进发，特别是在塔里木盆地、四川盆地等地方的超深层油气勘探，使得对超深井钻井技术提出了迫切的需求和更高的要求。但是因为超深井钻井工程通常所处的地质环境都比较复杂，所以钻井会遇到各种问题，有些甚至是世界级难题，给我国油气资源的开采带来了巨大挑战，主要包括以下几个方面。 1.1 地质条件比较复杂 通常油气资源丰富的西北地区，地层时代都比较古老、构造活动期次频繁、演化程度也很高，很多地区还存在厚砾石层、陆相地层胶结致密等现象，地层压力系数超过2.4。同时地层埋藏深、地层比较坚硬、岩石强度较高、可钻性比较差、研磨性较强、机械钻速相对低[1]。 1.2 井身结构设计困难 因为西北以及川东北地区由纵向上分布的压力系统很多，同时由于破碎带、低承压层等方面的影响，所以造成了井身结构设计和优化的难度较大；超深井因为上部套管尺寸很大、下深相对较深，所以经常会出现抗内压和套管抗挤强度达不到标准。 1.3 气候条件造成困扰 因为工程所处地区的原因，往往会引发高温状况下，钻井液黏土出现分散、
1集团公司积极井控的理念是什么？ 答：风险评估、设计把关、主动防控、有序应对、保护油气。 2、什么是溢流？ 答：当井侵发生后，（1）井口返出的钻井液量比泵入的钻井液量多； （2）停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。 3、井喷失控的危害有哪些？ 答：（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、渔场、牧场、林场环境； （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。 4、什么是静液压力？ 答：所谓静液压力是由静止流体自身重量产生的压力。其大小取决于流体的密度和垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无关。 5、什么是地层压力？ 答：地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力 6、什么是井底压力 答：井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。 7、溢流发生的原因有哪些？ 答：（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。 8、钻进过程中发生溢流的直接显示有哪些？ 答：（1）出口管线内钻井液流速增加，返出量增加； （2）停泵后井口钻井液外溢； （3）钻井液罐液面上升。 9、起下钻时发生溢流的直接显示有哪些？ 答：（1）起钻时，当灌入钻井液量小于起出钻具的排替量时，则说明发生了溢流； （2）下钻时，当钻井液返出量大于下入钻具排替量时，则说明井内发生了溢流。 10、发现溢流为什么要迅速关井？ 答：（1）控制井口，有利于实现安全压井； （2）制止地层流体继续进入井内； （3）保持井内有较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值； （4）可准确计算地层压力和压井液密度。 11、发生溢流时软关井的优点和缺点有哪些 答：（1）优点：避免产生“水击效应”。 （2）缺点：关井时间长，在关井过程中地层流体仍要进入井内，关井套压相对较高。 12、硬关井的优点和缺点有哪些？ 答：（1）优点：关井时间短，地层流体进入井筒的体积小，关井套管压力相对较低。 （2）缺点：关井时井控装置受到“水击效应”的作用对井口装置不利。 13、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述起下钻杆时的关井程序？ 答：（1）发出信号； （2）停止起下钻作业； （3）抢接钻具止回阀或旋塞阀； （4）开启液（手）动平板阀； （5）关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）； （6）先关节流阀（试关井），再关节流阀前的平板阀； （7）认真观察、准确记录套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井技术人员及甲方监督报告。 14、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述钻进时的关井程序？ 答：（1）发出信号； （2）停转盘，停泵，上提方钻杆；
钻井井控技术综合试卷 单位姓名分数 一、填空题（每小题2分，共28分） 1、井控也叫井涌控制或压力控制，是指采取一定的方法控制住地层孔隙压力，保 证各种生产顺利进行的控制措施。 2、根据井涌的规模和控制方法的不同，井控作业可分为初级井控、二级井控、 三级井控。 3、长庆油田井控工作的指导思想是立足初级井控、搞好二级井控、杜绝三级井 控。 4、井控的两种手段是溢流后迅速关井和关井后尽快压井。 5、钻井作业中，搞好井控工作的对策是思想重视、措施正确、严格管理、装备 完善和技术培训。 6、现场压力的表示方法主要有用压力的单位表示、压力梯度表示法、当量密度 表示法和压力系数表示法四种。 7、井内液体附加密度的范围，油井为0.05-0.10g/cm3，气井为0.07-0.15 g/cm3。 8、发生溢流后，要求及时关井的目的是控制住井口，制止地层液体继续进入井 内，保持井内有较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值。 9、发生溢流关井时的关井套压不能超过井控设备额定工作压力、套管抗内压强 度的80%和地层破裂压力三个数值中的最小值。 10、在正常压力地层，随着井深的增加，页岩密度增大，空隙度减小。基岩应 力增大。 11、及时发现溢流，准确无误地迅速关井是井控工作的唯一正确处理措施 12、二次循环法压井，第一循环周是用原来井内泥浆将井内受污染的泥浆排除；
第二循环周是用加重后的泥浆顶替出原浆。 13、井内发生溢流后关井，地层压力可由关井套压和井内静液柱压力求得，简 P p=P h+P g。 14、钻井作业中，安全起下管柱，要求控制起下管柱速度，井底压力与地层压力的相互关系是井底压力大于地层压力压裂增产时，井底压力与地层压力的相互关系是井底压力小于地层压力。 二、判断题（每小题1分，共12分） 1、井喷失控是各种井下事故中，最恶性的灾难性事故（√） 2、井侵是溢流的先兆，溢流是井侵的发展结果。（×） 3、地层压力梯度不变的地层，就是正常压力地层。（√） 4、地层压力随井深的增加而增加，地层压力梯度也随着井深的增加而增加。（×） 5、起钻时的抽吸压力使井底压力降低，下钻时的激动压力使井底压力增加。（√） 6、为了减小起钻前的抽吸压力，起钻前可适当的增加井内 液体的密度。（×） 7、当井底压力大于地层压力时，地层流体不能进入井内泥 浆中。（×） 8、井内泥浆发生气侵后，粘度下降，密度增加。（×） 9、为了防止关井情况下，侵入井内的气柱对井内产生过大的压力，必要时通过可通过节流阀适当放压。（√） 10、发生溢流后长期关井，若井口压力不断上升，说明地层 压力在不断增加。（×） 三、选择题（每小题2分，共10分） 1、井控三级管理体系是指（BEF）。
钻井井控技术措施的优化 发表时间：2018-06-20T10:52:37.400Z 来源：《基层建设》2018年第12期作者：李超赵伟 [导读] 摘要：钻井井控是石油与天然气勘探开发过程中的重要环节，是安全生产工作中的重中之重。 中石化胜利工程公司渤海钻井管具公司山东东营 257200 摘要：钻井井控是石油与天然气勘探开发过程中的重要环节，是安全生产工作中的重中之重。当今国内井控理论及工艺技术已基本成熟，井喷事故比例逐年降低，但在出现溢流险情进行压井处理过程中，仍存在一些技术措施粗糙、操作模糊的问题，导致压井失败、压漏地层等复杂情况发生，给现场压井施工造成一定的风险和资源浪费。本文主要是从井控的基本原理和分类出发，对钻井井控技术进行分析，探讨优化井控技术措施的途径。 关键词：钻井井控；施工技术；应用对策 在钻井施工过程中可能存在溢流、井涌以及井喷等问题，这类事故不仅影响到钻井施工的效率和进度，还会引发严重的安全事故，因此，要优化井控技术措施来保障钻井施工安全，应用井控设备和设施，有效地防止井喷事故的发生，并且消除对油气层的污染，采取的工艺技术措施就属于井控技术措施。 1 井控基本原理及分类 钻井井的井控是通过合理的方法和工艺技术来控制地层压力，保证钻井内部处于压力平衡状态，以此来促进钻井施工操作的顺利开展。在钻井施工过程中运用井控，能有效预防和降低井喷造成的危害，也能保护油气层，降低破坏周围环境和资源的程度。从当前的发展可将井控分为初级井控、二级井控和三级井控三类。初级井控是在钻井过程中通过工艺技术调整和钻井液的合理选用来提升井底压力，以此来有效控制地层压力，有效降低流体对地层的侵入。二级井控是井底压力低于地层压力的情况下，井内如果发生溢流现象，在控制溢流的基础上对压力平衡过程进行重建。三级井控是出现井喷时，通过对应的技术措施和合适的设备来进行抢险，对井底压力进行重新控制的过程。 2 钻井井控技术分析 2.1 压井中安全附加值的选择 在钻井过程中，钻井液密度以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准。考虑到油层段钻进时岩屑中的油气对钻井液的影响和起钻抽吸压力、液面下降对井底压力的影响，需要另外增加一个安全附加值，以保证安全钻进和起钻。我国石油行业的规定一般为：油水井附加密度0.05~0.10g/cm3或增加井底压力1.5~3.5MPa；气井附加密度0.07~0.15g/cm3或增加井底压力3.0~5.0MPa。目前在各钻井施工现场发生溢流关井后，压井液密度的设计，也按照上述安全附加值的规定进行附加（浅层气除外）。环空压耗一般为 0.7~1.4MPa，是最好的安全附加值，但其在压井中经常被忽略。综合考虑上述问题，为了降低其他因素对井筒造成的累加影响，建议在压井过程中不附加密度或压力，直接采用根据准确读取的关井立管压力计算得到的压井液密度进行压井施工。压井施工结束后，按照下步施工要求适当调整附加密度或压力后，再继续施工。 2.2 气侵压井中井口套压最大安全控制值 发生溢流关井时，最大关井套压值应不大于井口装置的额定工作压力、套管最小抗内压强度的80%所允许的关井压力、地层破裂压力所允许的关井套压值三者中的最小值。通常情况下，井口装置的额定工作压力要与地层压力相匹配，井口装置按照规定选择、安装、试压后，其承压能力应完全满足关井的要求。在一口设计正确的井中，井口装置的额定工作压力最大，地层破裂压力最小，因此最大允许关井套压值的确定一般取决于地层破裂压力允许的关井套压值。在各钻井施工现场中，一般会根据地层破裂压力试验情况在节流管汇处放置关井压力提示牌。为了防止压漏地层，保障井下安全，现场通常的做法是：发现溢流关井和压井的整个处理过程中，都要保证井口套压低于关井压力提示牌中相应钻井液密度下的最大允许套压值。当井口套压即将超过最大允许套压值时，要采取相应的措施来降低井口套压。而在按照正常的压井曲线进行压井施工时，只能通过打开节流阀来降低套压，这样的操作会降低井底压力，导致溢流不能有效控制，从而压井失败，增加压井施工次数，甚至使事故进一步复杂恶化。 2.3 浅层气处理技术 在预防井喷方面，钻井井控工作有着重要的作用。对于钻井中的浅层气处理，主要可从以下几个方面入手：其一，在井控作业实施中如果没有隔水管，就要保证钻井液梯度略小于底层的压裂梯度；在钻进过程中遇到浅层气的情况下，要想钻井中注入压井液，以此来保障有效压井。当向钻井中注入压井液后仍不能有效压住井，就需要马上停止钻井施工，将工作平台转移到安全区域。除此之外，要对压井过程进行密切关注，避免其破坏地层。其二，在井控作业采取了隔水管的情况下，可通过导流系统来导流天然气，保证天然气能第一时间流向下风方向。 3 钻井井控技术措施优化探讨 3.1 强化井控技术的监督检查 对钻井施工现场的井控管理的监督和检查，能够有效地提高井控管理的水平，避免走过场，而引起严重的安全事故，给石油钻探施工带来巨大的经济损失。在石油钻井施工前，进行钻前准备阶段，检查井控设备和设施的准备情况，确认井控设备的安装质量，保证钻井施工过程中发挥井控的效果，达到井控管理的目标。钻井施工过程中，及时检查井控设备的完好率，严格执行井控管理技术措施，实时监测钻井施工过程，对钻探施工参数进行分析，发现安全隐患，立即进行处理，防止发生严重的安全事故，避免影响石油钻井的顺利实施。 3.2 建立事故应急处理机制 对石油钻井施工过程中发生的应急事故进行处理，建立事故应急处理机制。一旦发生事故，立即启动事故应急处理预案，防止事态扩大，给石油钻井施工过程带来隐患，导致严重的安全事故发生。对石油钻井施工进行安全风险评估，确定安全风险的等级，采取必要的风险削减管理体系，并实时检测钻井施工过程中的井筒压力，避免发生井喷、井涌及井漏的事故，保证安全钻探。提高岗位员工的应急处理能力，完善各种安全事故的预案，定期实施防喷演练，避免岗位员工不会应急处理，而导致严重的后果。完善钻井施工现场应急处理程序，使岗位员工明确应急处理的流程，充分利用事故案例分析，提高安全事故的防范能力，避免发生类似的安全事故，保证安全钻探。 3.3 对钻井井控实现分级管理 在初级井控能达到预期的情况下就不再需要后续井控技术措施。如果二级井控无效，应立即启动三级井控措施来控制井筒，确保施工