地層流體的侵入與檢測

1、油井井噴油井井噴 （美國）（美國） 井噴結(jié)冰（克拉瑪依）井噴結(jié)冰（克拉瑪依） 井噴失火井噴失火l井控的目的和任務(wù)以及重要性井控的目的和任務(wù)以及重要性l實例簡介：實例簡介： 川東北氣礦井噴事故簡介：川東北氣礦井噴事故簡介： 事故發(fā)生時間：事故發(fā)生時間：2003.12.232003.12.23 事故發(fā)生地點：四川重慶開縣事故發(fā)生地點：四川重慶開縣 油氣田名稱：川東北氣礦油氣田名稱：川東北氣礦 井號：羅家井井號：羅家井事故發(fā)生經(jīng)過：事故發(fā)生經(jīng)過：l1212月月2323日事故發(fā)生時起鉆已經(jīng)剩下日事故發(fā)生時起鉆已經(jīng)剩下6 6柱柱1818根鉆鋌，泥漿溢流根鉆鋌，泥漿溢流井涌井涌井噴；井噴；l開動防噴器，關(guān)

2、掉了鉆柱與井眼之間的環(huán)形空間，但是泥漿很開動防噴器，關(guān)掉了鉆柱與井眼之間的環(huán)形空間，但是泥漿很快從鉆桿中間的泥漿孔沖了出來；快從鉆桿中間的泥漿孔沖了出來；l頂驅(qū)搶接在鉆桿上，都被強大的壓力沖開。頂驅(qū)搶接在鉆桿上，都被強大的壓力沖開。l在聞到硫化氫的臭雞蛋味道后，在場的員工撤退。在聞到硫化氫的臭雞蛋味道后，在場的員工撤退。事故的處理：事故的處理：l在在1212月月2424日下午日下午1616點決定打開了兩根放噴管，點燃硫化氫氣體點決定打開了兩根放噴管，點燃硫化氫氣體以降低井口的壓力。以降低井口的壓力。l1212月月2727日壓井時，從上午日壓井時，從上午9 9點正式開始，到點正式開始，到9 9點

3、點2626分熄火，分熄火，3636分分開始灌漿，開始灌漿，1010分鐘后就獲得初步成功。分鐘后就獲得初步成功。l因為硫化氫有強大的腐蝕性，從鉆桿沖出時使鉆桿金屬脆化。因為硫化氫有強大的腐蝕性，從鉆桿沖出時使鉆桿金屬脆化。脆化后的鉆桿在防噴器強大的壓力下被自動壓扁，隨后切斷掉脆化后的鉆桿在防噴器強大的壓力下被自動壓扁，隨后切斷掉入井中。這時候井噴得以被控制。入井中。這時候井噴得以被控制。事故后果：事故后果：243243人人因硫化氫中毒死亡因硫化氫中毒死亡21422142人人因硫化氫中毒住院治療因硫化氫中毒住院治療6500065000人人被緊急疏散安置被緊急疏散安置直接經(jīng)濟損失達(dá)直接經(jīng)濟損失達(dá)64

4、3264323131萬元萬元。事故原因：事故原因：1 1、泥漿液的密度不夠、泥漿液的密度不夠( (造成壓力失衡造成壓力失衡),),在起鉆前，鉆井液循環(huán)時在起鉆前，鉆井液循環(huán)時間嚴(yán)重不夠；間嚴(yán)重不夠；2 2、在起鉆過程中，違章操作，鉆井液灌注不符合規(guī)定；在起鉆過程中，違章操作，鉆井液灌注不符合規(guī)定； 3 3、頂驅(qū)沒有及時搶接或搶接失敗、頂驅(qū)沒有及時搶接或搶接失敗( (導(dǎo)致井噴無法控制導(dǎo)致井噴無法控制),),違章卸掉違章卸掉鉆柱上的回壓閥；鉆柱上的回壓閥；4 4、沒有及時點火、沒有及時點火( (致使硫化氫飄逸，大量人員傷亡致使硫化氫飄逸，大量人員傷亡) )。事故的責(zé)任處理：事故的責(zé)任處理： 經(jīng)國務(wù)

5、院批復(fù)，由監(jiān)察部直接查辦的中石油川東鉆探公司經(jīng)國務(wù)院批復(fù)，由監(jiān)察部直接查辦的中石油川東鉆探公司“1223”1223”事故的定性為事故的定性為特大井噴事故特大井噴事故。l馬富才辭去中國石油天然氣集團公司總經(jīng)理職務(wù)的請求；另外，馬富才辭去中國石油天然氣集團公司總經(jīng)理職務(wù)的請求；另外，中共中央已批準(zhǔn)馬富才引咎辭去中共中國石油天然氣集團公司中共中央已批準(zhǔn)馬富才引咎辭去中共中國石油天然氣集團公司黨組書記職務(wù)黨組書記職務(wù) l六名被告重大責(zé)任事故罪罪名成立，分別被判處三至六年的有六名被告重大責(zé)任事故罪罪名成立，分別被判處三至六年的有期徒刑，一人緩刑。期徒刑，一人緩刑。l165165人受到黨紀(jì)政紀(jì)處分。人受到

6、黨紀(jì)政紀(jì)處分。 油氣井壓力控制的基本概念油氣井壓力控制的基本概念1)1)井侵井侵(Influx)(Influx) 當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫Υ笥诰讐毫r，地層孔隙中的流體稱之當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫Υ笥诰讐毫r，地層孔隙中的流體稱之為井侵。最常見的井侵為氣侵和鹽水侵。為井侵。最常見的井侵為氣侵和鹽水侵。2)2)溢流溢流(Overflow)(Overflow) 當(dāng)井侵發(fā)生后，井口返出的鉆井液的量比泵入的鉆井液的當(dāng)井侵發(fā)生后，井口返出的鉆井液的量比泵入的鉆井液的量多，停泵后井口鉆井液自動外溢，這種現(xiàn)象稱之為溢流。量多，停泵后井口鉆井液自動外溢，這種現(xiàn)象稱之為溢流。3)3)井涌井涌(Well kick)(Well k

7、ick) 溢流進(jìn)一步發(fā)展，鉆井液涌出井口的現(xiàn)象稱之為井涌。溢流進(jìn)一步發(fā)展，鉆井液涌出井口的現(xiàn)象稱之為井涌。6-1 井眼與地層壓力系統(tǒng)井眼與地層壓力系統(tǒng)油氣井壓力控制的基本概念油氣井壓力控制的基本概念4)4)井噴井噴(Well Blowout)(Well Blowout) 地層流體地層流體( (油、氣、水油、氣、水) )無控制地涌入井筒，噴出地面的現(xiàn)無控制地涌入井筒，噴出地面的現(xiàn)象稱為井噴，井噴流體自地層經(jīng)井筒噴出地面叫地上井噴，從象稱為井噴，井噴流體自地層經(jīng)井筒噴出地面叫地上井噴，從井噴地層流入其它低壓層叫地下井噴。井噴地層流入其它低壓層叫地下井噴。5)5)井噴失控井噴失控(Out Of Co

8、ntrol for Blowout)(Out Of Control for Blowout) 井噴發(fā)生后，無法用常規(guī)方法控制井口而出現(xiàn)敞噴的現(xiàn)象井噴發(fā)生后，無法用常規(guī)方法控制井口而出現(xiàn)敞噴的現(xiàn)象稱為井噴失控。這是鉆井過程中最惡性的鉆井事故。稱為井噴失控。這是鉆井過程中最惡性的鉆井事故。6-1 井眼與地層壓力系統(tǒng)井眼與地層壓力系統(tǒng)油氣井壓力控制的基本概念油氣井壓力控制的基本概念 井控技術(shù)井控技術(shù)：主要是及時發(fā)現(xiàn)溢流并在保證井底壓力略高于地層壓：主要是及時發(fā)現(xiàn)溢流并在保證井底壓力略高于地層壓力的條件下，有效地排除溢流的技術(shù)。力的條件下，有效地排除溢流的技術(shù)。英文是英文是Well ControlWe

9、ll Control，有的叫，有的叫做做Kick ControlKick Control，即井涌控制，還有的叫做，即井涌控制，還有的叫做Pressure ControlPressure Control，即壓，即壓力控制。力控制。 具體措施包括：具體措施包括：如何用鉆井液的液柱壓力平衡地層壓力？如何用鉆井液的液柱壓力平衡地層壓力？ 當(dāng)平衡被破壞，又怎樣恢復(fù)井內(nèi)壓力平衡？當(dāng)平衡被破壞，又怎樣恢復(fù)井內(nèi)壓力平衡？井控技術(shù)的基本內(nèi)容井控技術(shù)的基本內(nèi)容 1.1.研究對象和目的：研究對象和目的： (1)(1)客觀對象客觀對象: :地層地層 地層壓力和地層破裂壓力是造成井噴的客觀條件，研究方法地層壓力和地層破

10、裂壓力是造成井噴的客觀條件，研究方法是預(yù)測。是預(yù)測。 (2)(2)主觀對象主觀對象: :控制方法控制方法 如何發(fā)現(xiàn)和控制液流如何發(fā)現(xiàn)和控制液流 (3)(3)研究目的研究目的 a.a.揭示各種壓力關(guān)系揭示各種壓力關(guān)系 b.b.闡述控制方法闡述控制方法井控技術(shù)的基本內(nèi)容井控技術(shù)的基本內(nèi)容 2 2、井控理論：、井控理論：2 2個原理、個原理、1 1個原則個原則 (1)“U”(1)“U”型管原理：把地層壓力、立管壓力、套管壓力和井口型管原理：把地層壓力、立管壓力、套管壓力和井口壓力視為一個壓力視為一個“U”U”型管系統(tǒng)。型管系統(tǒng)。 (2)(2)理想氣體方程：把井內(nèi)氣體的體積、壓力、溫度用理想氣理想氣體

11、方程：把井內(nèi)氣體的體積、壓力、溫度用理想氣體方程聯(lián)系起來。體方程聯(lián)系起來。 (3)(3)原則原則: :任何時候井底壓力大于或略大于地層壓力。任何時候井底壓力大于或略大于地層壓力。井控技術(shù)的基本內(nèi)容井控技術(shù)的基本內(nèi)容 3 3、井控工藝、井控工藝 (1)(1)初次井控：利用泥漿柱壓力平衡地層壓力初次井控：利用泥漿柱壓力平衡地層壓力 (2)(2)二次井控：使用適當(dāng)設(shè)備井控控制地層壓力（常規(guī)井控技術(shù)二次井控：使用適當(dāng)設(shè)備井控控制地層壓力（常規(guī)井控技術(shù)) ) (3) (3)三次控制：井噴失控后進(jìn)行的處理三次控制：井噴失控后進(jìn)行的處理( (非常規(guī)井控技術(shù)非常規(guī)井控技術(shù)) )三級井控作業(yè)三級井控作業(yè): :

12、初級井控初級井控( (一級井控一級井控) )是依靠適當(dāng)?shù)氖且揽窟m當(dāng)?shù)你@井液密度鉆井液密度來控制住地層孔隙來控制住地層孔隙壓力。壓力。 二級井控是指依靠井內(nèi)正在使用中的鉆井液密度不能控制住地層二級井控是指依靠井內(nèi)正在使用中的鉆井液密度不能控制住地層孔隙壓力，要孔隙壓力，要依靠地面設(shè)備和適當(dāng)?shù)木丶夹g(shù)依靠地面設(shè)備和適當(dāng)?shù)木丶夹g(shù)排除氣侵鉆井液，處理排除氣侵鉆井液，處理掉井涌，恢復(fù)井內(nèi)壓力平衡，使之重新達(dá)到初級井控狀態(tài)。掉井涌，恢復(fù)井內(nèi)壓力平衡，使之重新達(dá)到初級井控狀態(tài)。 三級井控是指二級井控失敗，井涌量大，終于失去控制，發(fā)生了三級井控是指二級井控失敗，井涌量大，終于失去控制，發(fā)生了井噴井噴( (地

13、面或地下地面或地下) )，這時使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與設(shè)備重新恢復(fù)對井的控制，這時使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與設(shè)備重新恢復(fù)對井的控制，達(dá)到初級井控狀態(tài)。達(dá)到初級井控狀態(tài)。井噴搶險（滅火、打救援井等）。井噴搶險（滅火、打救援井等）。井控技術(shù)的基本內(nèi)容井控技術(shù)的基本內(nèi)容 4 4、井控設(shè)備：實現(xiàn)對油氣井壓力控制的手段、井控設(shè)備：實現(xiàn)對油氣井壓力控制的手段 (1)(1)以液壓防噴器為主的井口裝置以液壓防噴器為主的井口裝置; ; (2) (2)以節(jié)流器、壓井管線為主的井控管匯；以節(jié)流器、壓井管線為主的井控管匯； (3)(3)以鉆具回壓凡爾為主的鉆具內(nèi)防噴工具以鉆具回壓凡爾為主的鉆具內(nèi)防噴工具; ; (4) (4)以監(jiān)測地層

14、壓力為主的儀器以監(jiān)測地層壓力為主的儀器; ; (5) (5)以起鉆自動灌泥漿裝置為主的平衡壓力設(shè)備以起鉆自動灌泥漿裝置為主的平衡壓力設(shè)備; ; (6) (6)以強行下鉆為主的滅火裝置以強行下鉆為主的滅火裝置. . 5 5、井控操作規(guī)程及法規(guī)、井控操作規(guī)程及法規(guī)附加安全壓力，一般為附加安全壓力，一般為5005003000KPa3000KPampepppepmpe9.81eePHep9.81mpeHpp平衡破壞后的最大后果：平衡破壞后的最大后果： 由此提出了井控概念，即要控制溢流，由此提出了井控概念，即要控制溢流，防止井噴，以下討論環(huán)空壓力低于地層壓防止井噴，以下討論環(huán)空壓力低于地層壓力，導(dǎo)致井內(nèi)

15、壓力失去平衡的原因。力，導(dǎo)致井內(nèi)壓力失去平衡的原因。井噴井噴失去壓力平衡的原因失去壓力平衡的原因l地層壓力掌握得不確切地層壓力掌握得不確切這是在新探區(qū)經(jīng)常會遇到的情況，參這是在新探區(qū)經(jīng)常會遇到的情況，參照鄰井資料定地層壓力，加強隨鉆地層照鄰井資料定地層壓力，加強隨鉆地層壓力監(jiān)測。壓力監(jiān)測。l鉆井液液柱高度降低鉆井液液柱高度降低u（1) 起鉆過程中未灌及時灌鉆井液；起鉆過程中未灌及時灌鉆井液；u（2）井漏沒有及時發(fā)現(xiàn)。）井漏沒有及時發(fā)現(xiàn)。9.81mpeHpp失去壓力平衡的原因失去壓力平衡的原因l（三）鉆井液密度降低：（三）鉆井液密度降低： 這常常是鉆開油氣層后，油氣水不斷侵入鉆井液所造成的。這常

16、常是鉆開油氣層后，油氣水不斷侵入鉆井液所造成的。 油、水、天然氣進(jìn)入鉆井液，地面未能及時排除侵入鉆油、水、天然氣進(jìn)入鉆井液，地面未能及時排除侵入鉆井液的地層流體，導(dǎo)致井內(nèi)鉆井液密度降低，而鉆井液密度井液的地層流體，導(dǎo)致井內(nèi)鉆井液密度降低，而鉆井液密度降低又使油氣水更容易侵入。降低又使油氣水更容易侵入。l（四）抽吸壓力導(dǎo)致井底壓力降低（四）抽吸壓力導(dǎo)致井底壓力降低9.81mpeHpp( (一一) )地層流體的分類地層流體的分類 地層流體包括油、氣、水。地層流體包括油、氣、水。 氣：可為天然氣、二氧化碳或硫化氫等；氣：可為天然氣、二氧化碳或硫化氫等； 水：可為淡水或鹽水等。水：可為淡水或鹽水等。一

17、、地層流體侵入井眼一、地層流體侵入井眼_地層流體的分類地層流體的分類( (二二) )地層流體侵入原因地層流體侵入原因 1 1、鉆井液密度低、鉆井液密度低 2 2、環(huán)空鉆井液液柱降低、環(huán)空鉆井液液柱降低 3 3、起鉆抽汲、起鉆抽汲 4 4、停止循環(huán)、停止循環(huán) 循環(huán)時：循環(huán)時： 不循環(huán)時：不循環(huán)時：9.81mpeHpp一、地層流體侵入井眼一、地層流體侵入井眼_地層流體侵入原因地層流體侵入原因9.81mpHp( (三三) )不同狀態(tài)下地層流體侵入量不同狀態(tài)下地層流體侵入量1 1井底壓力與地層壓力之差對地層流體侵入的影響井底壓力與地層壓力之差對地層流體侵入的影響 負(fù)壓差越大，則地層流體侵入量越大負(fù)壓差

18、越大，則地層流體侵入量越大。2 2鉆井液循環(huán)與不循環(huán)情況下地層流體的侵入鉆井液循環(huán)與不循環(huán)情況下地層流體的侵入n循環(huán)時的井底有效壓力大于不循環(huán)時的井底壓力，流循環(huán)時的井底有效壓力大于不循環(huán)時的井底壓力，流體體侵入量較少侵入量較少。n侵入的流體很快被循環(huán)上升的鉆井液所攜帶，在環(huán)空侵入的流體很快被循環(huán)上升的鉆井液所攜帶，在環(huán)空橫截面上，流體所占的面積較小。橫截面上，流體所占的面積較小。截面含氣率：截面含氣率：所以在環(huán)空的截面上，氣體所占的面積與環(huán)空橫所以在環(huán)空的截面上，氣體所占的面積與環(huán)空橫截截 面積之比。面積之比。一、地層流體侵入井眼一、地層流體侵入井眼_不同狀態(tài)下地層流體侵入量不同狀態(tài)下地層流

19、體侵入量( (三三) )不同狀態(tài)下地層流體侵入量不同狀態(tài)下地層流體侵入量3 3、關(guān)井情況下地層流體的侵入、關(guān)井情況下地層流體的侵入 關(guān)井后，隨著地層流體侵入，井口立壓與套壓增加，相應(yīng)關(guān)井后，隨著地層流體侵入，井口立壓與套壓增加，相應(yīng)井底壓力也增加，地層流體井底壓力也增加，地層流體侵入量減少侵入量減少。4 4、不同地層情況下的地層流體的侵入、不同地層情況下的地層流體的侵入 高壓高滲地層地層流體侵入量大；高壓、且比較發(fā)育的裂高壓高滲地層地層流體侵入量大；高壓、且比較發(fā)育的裂縫性地層及溶洞，其氣體侵入量會更大?？p性地層及溶洞，其氣體侵入量會更大。一、地層流體侵入井眼一、地層流體侵入井眼_不同狀態(tài)下地

20、層流體侵入量不同狀態(tài)下地層流體侵入量( (一一) )氣侵情況下環(huán)空氣液兩相流流型分布?xì)馇智闆r下環(huán)空氣液兩相流流型分布 1 1鉆采過程中的井筒鉆采過程中的井筒氣液兩相流動氣液兩相流動 一般情況下，當(dāng)一般情況下，當(dāng)“截面截面含氣率含氣率”大于大于2020時，即時，即認(rèn)為由泡狀流開始向段塞認(rèn)為由泡狀流開始向段塞流過渡。流過渡。二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點( (二二) )氣體在環(huán)空中的上升速度氣體在環(huán)空中的上升速度1 1以水為液相以水為液相的氣體上升速度模型的氣體上升速度模型 對于泡狀流型：對于泡狀流型： 對于段塞流型對于段塞流型

21、 上式中前一項為混合流速，后一頂為氣體相對液體速度。上式中前一項為混合流速，后一頂為氣體相對液體速度。 用以計算氣泡到井口所用時間。用以計算氣泡到井口所用時間。二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點412)(53. 1wgwwgggAQQv21)(35. 02 . 1wgwwgggdAQQv2 2以鉆井液為液相的氣體上升速度以鉆井液為液相的氣體上升速度 氣體在鉆井液中的上升速度，在不同的井深、不同的流型、不同氣體在鉆井液中的上升速度，在不同的井深、不同的流型、不同的溫度壓力下是明顯不同的。的溫度壓力下是明顯不同的。從泡狀流過渡到段塞

22、流，非牛頓流體為液相的含氣率比牛頓流體為從泡狀流過渡到段塞流，非牛頓流體為液相的含氣率比牛頓流體為液相的低得多，以非牛頓流體為液相的垂直環(huán)空氣液兩相流中，當(dāng)液相的低得多，以非牛頓流體為液相的垂直環(huán)空氣液兩相流中，當(dāng)含氣率達(dá)含氣率達(dá)7 7( (或低于或低于7 7) )時即可由泡狀流向段塞流過渡；時即可由泡狀流向段塞流過渡；環(huán)空流中的多相流比管流中的多相流過渡時需要的含氣率少；環(huán)空流中的多相流比管流中的多相流過渡時需要的含氣率少；對于泡狀流，非牛頓流體為液相的氣泡比牛頓流體為液相的小。對于泡狀流，非牛頓流體為液相的氣泡比牛頓流體為液相的小。對于同樣的含氣量，以鉆井液為液相的氣體上升速度比以水為液相

23、對于同樣的含氣量，以鉆井液為液相的氣體上升速度比以水為液相的氣體上升速度快。國外有的學(xué)者研究認(rèn)為，氣體在鉆井液中的滑的氣體上升速度快。國外有的學(xué)者研究認(rèn)為，氣體在鉆井液中的滑脫速度約脫速度約0.5m/s0.5m/s。二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點二、氣侵情況下環(huán)空中氣液兩相流的流型分布與流動特點( (一一) )地層流體侵人井眼征兆地層流體侵人井眼征兆 1 1鉆時加快鉆時加快 2 2鉆井液池液面增高鉆井液池液面增高 3 3鉆井液返出流量增加鉆井液返出流量增加 4 4返出鉆井液溫度增高返出鉆井液溫度增高 5 5返出鉆井液密度變低返出鉆井液密度變低 6 6返出鉆井液電導(dǎo)率變化返出鉆井液電導(dǎo)率變化 7 7返出鉆井液粘度變化返出鉆井液粘度變化 8 8循環(huán)壓力下降循環(huán)壓力下降