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第四章 溢流的原因、预防与显示 一 溢流原因分析及预防 发生溢流或井涌时，地层流体大量进入井眼，为了保证井眼的安全，必须停止正常的作业，采取关井的办法来限制地层流体的流动。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）井底压力小于地层压力； 2）地层具有必要的渗透性，允许流体的流动。 地层渗透性是人为不能控制的，因此发生溢流最本质的原因是井内压力失去平衡，井底压力小于地层压力导致的。所以要维持一口井处于初级井控状态，必须要保证适当的井底压力。而在不同工况下，井底压力是由一种或多种压力构成的一个合力。因此，任何一个或多个引起井底压力降低的因素，都有可能最终导致溢流或井涌。其中最常见的原因是： 1）起钻时井内未灌满钻井液； 2）过大的抽吸压力； 3）钻井液密度不够； 4）循环漏失； 5）地层压力异常。 钻井液密度偏低，是造成溢流和井涌的最常见原因。但最终导致井喷的井涌多发生在起下钻时，在起钻时发生井涌，特别是在钻具都起出井眼后发生的井涌是很难控制的。 1、起钻时井内未灌满钻井液 起钻过程中，由于钻柱的起出，钻柱在井内的体积减少，井内的钻井液液面下降，从而静液压力就会减少。不管在裸眼井段的哪一点上，只要静液压力低于了地层压力，溢流就可能发生。 起钻过程中，需要及时准确地向井内灌满钻井液以维持足够的静液压力。钻具水眼畅通的情况下提钻，灌入的钻井液体积应等于提出的钻具的体积。提出的钻具体积，也就是钻具的排替量，即钻具本身的体积所代换的等量钻井液的体积。对于大多数普通尺寸的钻杆和钻铤应以钻具体积表的数据为准。也可由下面的公式计算： 排替量m3/m=7.854×10－7×（外径2mm－内径2 钻具的体积取决于每段钻具的长度、外径、内径，由于受钻杆接箍和内外加厚等因素的影响，计算结果与实际有一定的误差。常用规范钻杆钢材体积见下表 通径尺寸 mm (in) 壁厚 mm 名义重量 kg/m 平均实际重量 kg/m 每米排替量 l/m 组成27.4米长立柱时排替量 一柱 五柱 十柱 73.0 (2 7/8) 5.5 10.20 10.91 1.39 38.2 191 382 9.2 15.49 16.22 2.07 56.8 284 568 88.9 (3 1/2) 6.5 14.15 15.23 1.95 53.6 268 536 9.3 19.81 20.53 2.63 72 360 720 11.4 23.08 23.96 3.06 83.9 420 839 114.3 (4 1/2) 6.9 20.48 22.44 2.87 78.7 393 785 8.6 24.72 26.49 3.38 82.7 413 827 10.9 29.79 32.14 4.05 111 555 1110 127.0 (5) 7.5 24.18 26.33 3.36 92.2 461 922 9.2 29.04 30.65 3.92 107 537 1073 由于某种原因（钻头水眼堵或钻具水眼堵）造成湿提钻，即提钻喷泥浆，这种情况下灌入的钻井液体积应等于所提出钻具的排替量与内容积之和。对于钻具的内容积，可以从钻具体积表中查出，也可以用下面的公式来计算： 内容积m3/m=7.854×10－7×内径2 此时，灌浆量m3/m=排替量＋内容积=7.854×10－7×外径2 实际灌入钻井液的体积可以用下列装置中的一种进行测量： 1）钻井液补充罐 2）泵冲数计数器 3）流量计 4）泥浆罐液面指示器 钻井液补充罐是最可靠的测量设备。钻井液补充罐是一个细而高的罐，容积通常为1.6～6.4m3(10～40barrel),刻度一般为80升/格（0.5barrel）左右,以便能够在钻台上看清楚。当补充罐内钻井液灌入井内后，在从循环罐内向其补充钻井液。这样就可以实现对灌浆量的双重监测。最普通的钻井液补充罐是重力灌注式罐。为了使补充罐工作正常，其出口管必须高于井口的进口。为了便于靠重力把钻井液从罐内放出，通常把罐装在高架上。因为罐内的钻井液面高于排出管线，所以要用闸门来控制钻井液进入排出管线。这种重力补充罐不能连续地向井内灌钻井液。当然也可以采用如图所示的安装形式，以实现连续灌注，但这样就另外还需要一个罐来准确计量灌入量。另一种补充罐是使用一个离心泵把钻井液从罐内打到井里，井里溢出的钻井液返回到罐里。这种罐可以连续进行灌注 通过泵冲数来计量泵入井内的钻井液量时，要准确的知道泵的每冲排量和泵效率，这就需要定期校验泵效率。 使用流量计也可以监控灌注量。但大多数流量计的精确度容易受钻井液性能的影响，如果没有校正和适当的保养就可能得不到准确的数值。 钻井液罐液面指示器也可以显示灌入量。但如果钻井泵同时从几个罐内抽取钻井液，这是液面的变化不容易检测出。所以在提钻灌