井内气体的膨胀和运移

钻井井控培训理论考试试题（请各井队下载，作为岗位技校教学内容。

）工人掌握内容：(蓝色部分)一、井控设备及H2S部分，单元代码：10-221.单项选择题2.多项选择题3.判断题4.简答题二、井控技术部分，单元代码：01-091.单项选择题2.判断题技术人员掌握内容：全部联系人：培训中心解其兵电话：钻井井控培训理论考试试题要素细目表工人掌握内容：（蓝色部分）钻井井控培训理论考试试题一、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）￥A0101A￥1、井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象称为（）。

A、井侵B、溢流C、井涌D、井喷失控&D&￥A0101A￥2、地层流体无控制地涌入井筒，喷出转盘面（）米以上的现象称为井喷。

A、0.5B、1C、1.5D、2&D&￥A0101A￥3、通常情况下，力求一口井保持（）井控状态，同时做好一切应急准备，一旦发生井涌和井喷能迅速做出反应，及时加以处理。

A、一次B、二次C、三次D、四次&A&￥A0102A￥4、相邻注水井不停注或未减压，很容易引发井侵、井涌，甚至（）。

A、井漏B、井眼缩径C、井斜D、井喷&D&￥A0102A￥5、钻井液中混油过量或混油不均匀，容易造成井内液柱压力（）地层孔隙压力。

A、高于B、低于C、减小D、增大&B&￥A0103A￥6、井控工作包括井控设计、井控装置、钻开油气层前的准备工作、钻开油气层和井控作业、防火防爆防硫化氢的安全措施、井喷失控的处理、（）和井控管理制度等方面。

A井控技术培训、B、队伍管理C、成本控制D、井控检查&A&￥A0103A￥7、钻井施工队伍应坚持干部（）小时值班制度，采取切实可行的措施，强化对现场的技术支撑和井控管理。

A、8B、12C、16D、24&D&￥A0201A￥8、压力梯度是指()压力的增加值。

压井方法优选与存在的问题压井是利用井控设备和压井方法向井内注入一定比重和性能的压井液,重新建立井下压力平衡的过程。

选取合适、有效的压井方法尖系到压井是否成功的矢键，一旦发生井喷失控，将会造成重大损失,甚至巨大社会影响，因此，发生溢流或井涌后编制压井方案，选择最优的压井方法是压井成功的前提。

一、压井方法及优缺点压井方法包括常规压井法和非常规压井法,常规压井法含司钻法、工程师法、边循环边加重法；非常规压井法含平推压井法、置换压井法、低节流压井法、体积控制压井法。

1. 常规压井法⑴司钻法压井。

司钻法又称二次循环法,是指当溢流发生时并且完成矢井工作后,考虑先利用钻井液循环将溢流排除，然后再结合钻井液压井的方法。

这种方法的优点在于比较容易掌握，并且最尖键的是操作时间短。

缺点是设备承压高，风险相对较大⑵工程师法压井。

工程师法又称一次循环法，是指当发生溢流时，要实现迅速的矢井行为并记录重要的溢流数据，通过计算填写压井施工单，然后利用加重钻井液，保证全部工作的实现在一个循环内完成。

工程师法压井的最大优势是装置所承受的压力小，相对风险小，经济效益高。

缺点是：①精确控制井底压力难，影响因素多，一旦控制不好，容易引起油气侵，造成反复压井。

比如：井眼轨迹、井身质量、泥浆密度与循环压降的精确计算困难，高密度泥浆差距大，另外，地面装置在压井过程中，地层砂子反出堵塞通道,需要反复开大、矢小节流阀。

因此,立管压力的控制难度大。

②在压井过程中井底漏失量不好掌握，若漏失严重，压井泥浆不够用，也会造成压井失败。

⑶边循环边加重法压井。

边循环边加重法又称同步法或循环加重法。

是指当溢流矢井求得地层压力之后,采用边循环边加重的办法压井。

它的优点是在重浆储备不足，边远地区能够很快的开展压井作业。

但是，这种方法的最大缺点是压力的计算比较复杂，因此在实践中很少采用。

2. 非常规法压井⑴平推法压井。

平推法又称压回地层法、挤压法或顶回法，是指从地面管汇向井内注入钻井液将进入井内的地层流体压回地层的压井方法。

气侵与防喷天然气进入井内的方式【岩石孔隙中油气的滑脱】【溶洞、裂缝中油气的置换】【岩石孔隙中油气的扩散】【气体塞】井内气体的膨胀：气体在井内上升时其体积一直在膨胀井内气体的运移：井下积聚气柱造成钻井液自动外溢和井喷又喷又漏难题优先解决漏失问题上喷下漏、下喷上漏、同层又喷又漏治“上吐下泻”方停止循环，间歇定时定量反灌钻井液以降低漏速。

当漏速减小、井眼-地层压力系统呈暂时平衡状态后，可着手堵漏，堵漏成功后压井。

•火灾爆炸的必要条件①②③储罐的安全检修•储罐检查外观检查、腐蚀状况检测、泄漏检查、罐底沉降与变形检查、倾斜与局部应力集中检查、内部设备检查目的：储罐检验的目的旨在通过定期的检验，及时发现储罐已经劣化的部件或部位, 降低事故发生的风险，通过建议业主及时采取维修措施，以最小的代价，确保储罐安全地运行，并延长储罐使用寿命。

•清罐作业作业目的、事故特点（脏、累、险、急）、危险源、安全措施•储罐维修作业用火管理、作业组织、事故预防措施油罐发生渗漏或其他损坏，需进行倒空检查或动火修理时，一般程序是对倒空后的油罐进行清洗，并排除罐内的油气，然后进行检验施工。

在洗罐、排气和施工期间存在着很大的火灾、爆炸危险性，必须严格要求，严密防范措施。

一定要按照有关的安全操纵规程进行操纵。

特别要留意清罐作业与检验动火作业的防火防爆。

①、当油罐及作业场所的可燃气浓度超过爆炸下限的20%时，其四周35米范围内应列为爆炸危险场所。

②、禁止在雷雨天进行储罐清洗作业，禁止进罐职员使用氧气呼吸器。

③、清罐工作职员不准着化纤衣服，不准使用化纤绳索和化纤纱头。

④、引进储罐的气管、水管、蒸汽管线及其喷嘴等的金属部分以及用于排除的管子和软管等，都应作好可靠的接地。

禁止采用喷嘴喷射蒸汽，或从罐顶插进胶管淋水。

⑤、清洗储罐所使用的工具，必须选用碰撞时不会产生火花的金属或着防爆工具类、木制品类等。

长输管道泄漏探测技术管道泄漏后的表现特征：地面，地下，管道流体1.直接检测方法：人工巡视管道与周围环境，气体浓度检测，噪音监测，沿管道敷设探漏电缆，放射性示踪2.地面间接监测方法：热红外成像法，探地雷达法，气体成像，声学法3.水力参数检测：压力、泵的电机电流变化检测，管道输量平衡，压力梯度法，负压力波法4.管内智能爬机：长输管道的维修安全危险源：油，气停输维修作业安全措施：油、气的堵与清堵——关闭上、下游阀门；或采用各种方法堵塞上下管道，如封堵器清——导出管内油气、氺驱、清洗、吹扫、检测目的：变有油气动火 无油气动火不停输维修作业（带压堵漏）安全措施：首选不动火带压堵漏方法动火带压堵漏：1. 精心组织队伍机具 2. 降低输量，降低管内压力3. 防火防爆措施与预案4. 动火现场监控电测（1）微电极测井方法：主要用微电位和微梯度的差异划分渗透层。

第八节天然气溢流的膨胀与运移一、天然气的特点与危害天然气是可压缩的流体，其体积取决于其上所加的压力。

压力增加，体积减小；压力降低，体积增大。

天然气的压力与体积变化情况，近似于“反比例”。

这意思是，当压力增加一倍，其体积减小一半；反之，当压力减小一半，其体积增大一倍。

天然气密度比钻井液小得多，钻井液中的天然气，在密度差的作用下，总是向井口方向运移。

天然气还具有扩散性大、易燃、易爆的特点。

钻井液中混有天然气，还严重影响钻井泵的上小效率。

天然气中的H2S有剧毒，对钻井工人的人身安全造成威胁，对钻具和井控装置有很强的腐蚀，使它们造成氢脆破坏；硫化氢能加速非金属材料的老化，使钻具中、井控装置中的密封件失效；H2S对小基钻井液具有较大污染，甚至形成流不动的冻胶。

天然气侵入井内后，造成静液压力和井眼压力改变，特别是天然气在上升膨胀过程中，接近井口的迅速膨胀，极易诱发井喷，因此，使井控更复杂，更难处理。

必须研究和掌握天然气的特点，避免和减小它对钻井的危害。

二、气体定律适用于天然气的气体定律通常采用下式：Pv＝ZnRT （8－1）式中P――绝对压力；V――体积；N――克分子数；R――气体常数T――绝对温度；Z――压缩性系数。

（7－1）式可写成Pv=ZW/WPTW/M=n式中W――气体的总重量；M――气体的分子量。

因此Pv/w=ZRT/M或V=ZRT/PM式中V――气体的比容。

同样1/V=p=PM/ZRT式中P――气体的密度。

另外，也可以写成气体克分子数常数的形式P 1V1/Z1t1=P2V2/Z2T2=nR=常数三、天然气侵入井内的方式1、岩屑气侵在钻井气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被放出来而侵入钻井液。

侵入天然气量与岩石的孔隙度、井径、机械钻速和气层的厚度成正比。

钻开厚气层时，应控制机械钻速，从而控制侵入钻井液中的天然气量，天然气被循环到地面后，应进行地面除气，减小天然气对钻井液柱压力的影响。

井内气体的膨胀和运移培训试题1、气体的体积与压力的关系是 [单选题]体积随着压力增加而增加体积随着压力增加而减小(正确答案)体积与压力无关体积与压力成正比2、气体在钻井液中的运移方向是 [单选题]向上运移(正确答案)向下运移水平运移静止不动3、关于气体运移的描述，下列哪项是正确的？ [单选题]气体运移是不可能发生的气体运移只会在关井时发生气体运移总是可能发生的(正确答案)气体运移只会在开井时发生4、钻井液中气体的体积膨胀是由于 [单选题]液柱压力增加液柱压力减小(正确答案)液柱压力不变液柱压力波动5、气体侵入井内的特点包括 [单选题]气泡向下运移气泡受到的压力越大，体积越小环空钻井液密度自上而下逐渐变小气泡向上运移，体积膨胀(正确答案)6、气柱上升到井深的一半时，气柱所受的液柱压力会减少 [单选题] 1/41/2(正确答案)2倍不变7、气体在井内上升时，体积的变化情况是 [单选题]一直在膨胀，增加量很大一直在膨胀，但增加量较小(正确答案)先膨胀后收缩不断缩小8、开井时的气体运移可能表现为 [单选题]气体保持原有的地层压力向上运移静液柱压力增加气体向下运移地层内的流体侵入井内(正确答案)9、关井后，气体的运移情况是 [单选题]气体继续膨胀气体向下运移气体保持原有的地层压力向上运移(正确答案)气体保持不变10、关井后，如不采取措施，套管压力可能会 [单选题]不变下降上升(正确答案)波动11、关井后，如果套管压力上升超过最大允许值可能导致 [单选题] 地层破裂(正确答案)钻井液溢流井口压力下降气体凝结12、关井后要降低套管处压力的措施是 [单选题]打开节流阀释放钻井液(正确答案)关闭节流阀继续保持封闭状态提高钻井液泵送速度13、气体的体积膨胀是由于 [单选题]气体的密度增加气体的分子运动减慢气体的分子运动加快气体受到的压力减小(正确答案)14、气体侵入井内的结果是 [单选题]静液柱压力增加钻井液液柱高度增加(正确答案)地层内的流体排出井底压力影响很小15、气柱上升到井深的一半时，气柱所受的钻井液液柱压力减小 [单选题] 1/41/2(正确答案)2倍不变16、气体在井内上升时，体积一直在膨胀，但增加量较小，直到 [单选题] 靠近地面时才迅速增加(正确答案)靠近井底时才迅速增加靠近井口时才迅速增加靠近套管处时才迅速增加17、开井时的气体运移可能引起的结果是 [单选题]静液柱压力降低井底压力降低地层内的流体排出(正确答案)钻井液液柱高度增加18、关井后，气体向上运移的结果是 [单选题]气体保持原有的地层压力钻井液液柱高度增加(正确答案)地层内的流体排出井底压力增加19、关井后，套管压力上升可能导致 [单选题]地层破裂(正确答案)钻井液溢流井口压力下降气体凝结20、关井后要降低套管处压力的措施是 [单选题] 打开节流阀释放钻井液(正确答案)关闭节流阀继续保持封闭状态提高钻井液泵送速度。

地层流体侵入井眼的检测方法一、地层流体侵入的原因1 ）地层压力掌握不准，设计的钻井液密度偏低；2 ）地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低；3 ）起钻未按规定灌钻井液，或井漏使井内液面降低，导致井底压力降低；4 ）起钻抽吸作用使井底压力减小；5 ）停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。

二、气侵• 1. 气侵的方式1 ）岩石孔隙中的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液；2 ）气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散；3 ）井底压力小于气层压力时，气体经地层孔隙或裂缝渗入或流入井内。

•2. 气侵的特点1 ）气体密度远远小于钻井液密度，占据同体积的井筒高度会使井底压力大幅降低；2 ）气体刚刚侵入钻井液时呈压缩状态，导致井底钻井液液柱压力的降低有限；3 ）气体由井底向井口运移时体积膨胀，越接近地面膨胀越快，对井底压力影响越大；4 ）及早发现气侵，及时控制气侵，有效排除气侵，对避免井喷十分重要。

•3. 气侵的危害1) 大量气侵在井底积聚形成气柱；2) 长时间停止循环使气侵在井底积聚；3) 气柱滑脱上升或循环上升，环境压力降低，体积膨胀，越接近井口膨胀越快；4) 膨胀的气体替代的钻井液量越多，钻井液密度越低，井底压力降低越多；5) 液柱压力的降低，加剧了井筒压力的失衡，导致更多的气体、更快速地侵入井内；6) 是导致井喷的主要原因之一；7) 高压、高产、高含硫井气侵后来势猛、发展快、危害大。

不同井口压力条件下气体膨胀体积变化未关井条件下：气体滑脱（循环）上升，体积膨胀，占据的环空体积增大，作用在井底的钻井液柱压力减小。

关井条件下：气侵关井后，气体滑脱上升；由井底不断上升直至在井口积聚，但体积变化不大——等压过程；气体几乎仍保持原来的压力（井底压力）气体压力与钻井液柱压力叠加；高压作用于整个井筒导致井漏；形成地下井喷。

三、H2S气体的危害•1.H2S的物理化学性质硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。

低浓度的硫化氢气体有臭蛋味。

第4章井内流体的运移井内流体按压缩性的大小分为气体和液体。

气体极易压缩，也称为科压缩流体；液体几乎不可压缩，也称为不可压缩流体。

流体不能保持一定的形状，而具有很大流动性。

在井控理论中，谈及最多的运移形式包括溢流、气体膨胀。

尽早发现溢流、控制气体膨胀，是作业井控的关键。

井喷很少突然发生，多数都有一些溢流、井喷先兆，只要观察及时、准备充分，加以有效的预防，绝大多数井喷事故都是可以避免的。

4.1 溢流的产生与预防溢流是指当井底压力小于地层压力时，地层流体在压差作用下进入井内，导致井口返出量大于泵入量、停泵后井口自动外溢的现象。

4.1.1 产生溢流的必备条件溢流的发生必须具备以下两个条件:1.井底压力小于地层压力。

2.溢流地层必须具有必要的渗透率，允许地层流体进入井内。

4.1.2 产生溢流的原因发生溢流的本质原因是井内压力失去平衡，是井底压力小于地层压力所致。

在不同工况下，井底压力是由一种或多种压力构成的合力，任何一个或多个引起井底压力降低的因素都可能导致溢流的发生。

最常见的易引起溢流因素包括液柱压力小于地层压力、起管柱时井内未灌修(压)井液或灌注量不足、起管柱时产生过大的抽汲压力、漏失、修(压)井液密度不够、地层压力异常等。

4.1.2.1 井内液面过低静液柱压力是引发溢流的第一道防线，静止工况下，静液压力是施加在地层上的唯一压力。

如果液柱压力降至低于油层压力的水平，地层流体将流向井内。

统计表明许多溢流发生在起管柱时，这说明或者存在抽汲或者没有正确灌浆。

起管柱时，油管的体积从井内起出，井内液面和液柱压力都将下降。

如果液柱压力降至低于地层压力，将开始溢流。

因此，起管柱时灌注压井液是至关重要的，灌入的体积应等于起出的油管的体积。

为了减少由于起管柱时修(压)井液末灌满而造成的溢流，应做到以下几点：1. 起出管柱后，井内液面会下降至多高。

2. 计算起出管柱的体积。

3.测量灌满井眼所需修(压)井液量。

4.定时将灌修(压)井液量与起出管柱体积进行比较，并安排专人记录、比较。

天然气井钻井与井控技术摘要介绍天然气井的特点以及井控技术。

关键词天然气;特性;井控天然气具有发热量大、燃烧完全、运输方便、对空气污染少等优点,在世界能源消费结构中占有重要地位。

据专家预测,21世纪上半叶,天然气将成为第一能源。

但是,天然气具有密度低、可压缩、可膨胀、易燃烧、易爆炸等不同于石油的许多特殊性质,决定了其开采利用的复杂性、风险性和危险性,特别是更易导致恶性井喷、火灾爆炸、硫化氢中毒、管柱腐蚀等常见事故。

1天然气井的特点1.1天然气侵入井筒的方式天然气侵入井筒的方式主要有:随破碎的岩屑侵入——岩屑气;浓度扩散侵入——扩散气;重力置换侵入——置换气;压力差侵入——压差气。

前三种情况在钻井施工中无法通过提高钻井液密度来阻止气体进入井内,但岩屑气和扩散气进入是一个缓慢而少量的过程,对井内的压力平衡影响较小,在地面加强除气就可以了;如钻遇大的裂缝、溶洞,发生置换,可能会进入大量的气体,但操作人员可以立即发现并采取措施关井循环除气;最关键的是第四种压差气,一旦井内平衡遭破坏而出现负压差,地层气体就会大量进入井内,不能及时发现则会酿成严重后果。

1.2气侵的特点及危害1)侵入井内的气体由井底向井口运移时,体积逐渐膨胀,越接近地面,膨胀越快。

因此,在地面看起来气侵很严重的钻井液,在井底只有少量气体侵入。

2)一般情况下,气体侵入钻井液后呈分散状态,井底泥浆液柱压力的降低是非常有限的。

只要及时有效地除气,就可有效避免井喷。

3)当井底积聚相当体积的气体形成气柱时,随着气柱的上升(滑脱上升或循环上升),在井口未关闭的情况下,环境压力降低,体积膨胀变大,替代的钻井液量越来越多,使井底压力大大降低,更多的气体将以更快的速度侵入井内,最终导致井喷。

4)气侵关井后,气体将滑脱上升,在井口积聚。

但体积变化并不大。

使气体几乎仍保持原来的井底压力。

这个压力与泥浆柱压力叠加作用于整个井筒,容易导致井漏和地下井喷。

1.3气侵情况下的气液两相流的流动特点气体进入井眼后,井内为气液两相流,由于二者密度不同,气体将会滑脱上升,在泡状流时,气体的滑脱速度不大,一般为150~300m/h;在段塞流时的滑脱速度约为1800~3000m/h。

气侵的特点地层中的流体，有油气水单独存在的，也有油气水共存的。

由于气体的特性，气侵时无论侵入的方式或运移的状态都不同于油侵或水侵。

一、气侵的途径和方式1、钻进气层时，随着气层岩石的破碎，岩石孔隙中含有的气体侵入钻井液。

钻到大裂缝或溶洞气藏，有可能出现置换性的大量气体突然侵入钻井液。

2、气层中的气体通过钻井液（含泥饼）向井内扩散。

3、当井底压力小于地层压力时，井下处于较大的欠平衡状态，气体由气层以气态或溶解气状态大量地流入或侵入钻井液。

二、气侵对钻井液柱压力的影响由于气体有压缩和膨胀的特性，气体侵入钻井液后，在井底时因受上部液柱的压力，气体体积很小，随着钻井液循环上返，气体上升速度越来越大，气体所受液柱压力也会逐渐减小，气体体积就逐渐膨胀增大，特别是气体接近地面时气体膨胀就很快增大。

因此，即使返到地面的钻井液气侵很厉害，形成很多气泡，密度降低很多，但钻井液柱压力减小的绝对值仍是很小的。

即使地面气侵钻井液密度只有原钻井液密度的一半，钻井液柱压力减小值也未超过0.4Mpa。

但是，在钻井过程中，若不采取有效的除气措施，就会反复将气侵钻井液泵入井内，使钻井液气侵的程度更加严重，造成井底压力不断降低，就有出现溢流或井喷的危险。

三、气侵的几个特点1、气侵的钻井液在不同深度的密度是不同的。

2、气侵钻井液接近地面时其密度才变得很小，所以即使地面钻井液气侵厉害，密度降低很多，但井底钻井液柱压力减少并不大。

这时不能再以地面气侵钻井液密度乘以井深来计算液柱压力。

3、由于抽汲或长时间停止循环（如因换钻头、修泵或电测等）井底积聚有相当数量的天然气形成的气柱，上升膨胀时可能导致钻井液外溢。

4、钻井液气侵后而井又关闭时，由于密度差的缘故，天然气会滑脱上升，最后积聚在井口。

若井筒和井口装置无渗漏，则滑脱上升的天然气不会膨胀，体积不会变化，当上升过程中，井口压力会逐渐增加。

当气体升至井口时，钻井液柱上增加了一个与溢流在井底相同的压力同时作用于井筒，而井口则作用有原来溢流在井底时的压力，此时，有可能形成过高的井底压力和井口压力，为了避免出现这种情况，气侵钻井液循环出井时，要允许气体膨胀，释放部分压力，同时不要让井眼长时间关井而不循环。