图2—13
液动节流管汇控制装置——液控箱：它位于钻台上立管一侧，用于控制液动节流阀的开关及开关速度，实现远距离遥控节流管汇，维持井底压力)地层压力，并且保持不变，制止溢流。液控箱中的气泵与储能器能制备不高于2MPa压力油，并利用三位四通换向阀遥控节流管汇上的液动节流阀。液控箱面板上有立压表、套压表、阀位开度表、油压表、气压表、立压表、三位四通换向阀、调速阀等5表2阀。气压表显示输入液控箱的压缩空气压力值，起源来自钻机气控系统。油压表显示液控油压值，压力油由储能器提供。三位四通换向阀用来改变压力油的流动方向，遥控液动节流阀开大或关小或维持开度不变，从而控制关井套压与立压的降低、升高或稳定。调速阀用来遥控液动节流阀开关动作的速度，从而控制关井套压与立压变化的快慢。阀位开度表用来显示液动节流阀开启程度。立压表显示关井立管压力。套压表显示关井套管压力。操作时，司钻只需在钻台上观察立压表与套压表的压力变化以及阀位开度表的指示情况，一手操作三位四通换向阀手柄；一手调节调速阀手轮，即可实施压井作业。其操作特点集中、简便、对井控作业十分有利。
(七)钻具内防喷工具及钻具旁通阀
钻井过程中，当地层压力超过井底压力时，钻井液被推动沿钻柱水眼向上喷出，为了保护水龙带不被高压蹩坏，需要使用钻具内防喷工具。它的使用还可起到节约钻井液，保持钻台清洁，减少环境污染的作用。
1．方钻杆上、下旋塞
方钻杆上、下旋塞一般采用球阀结构，其开启和关闭多半采用手动方式。上旋塞也有采用气动远程控制方式。联合使用上、下旋塞时，无论方钻杆处于任何位置，都有一个可使用，即当其中一个发生故障时，另一个可起作用。钻井作业时，方钻杆球阀的水眼畅通并不影响钻井液的正常循环。需要关井时，可关闭方钻杆上或下旋塞阻止井内流体沿钻具上窜，用于保护水
龙带和立管。为防止起下钻铤过程中发生井喷，钻台上应备有短节或单根，它可连接方钻杆和钻铤。
方钻杆上、下旋塞的安全使用注意事项：
(1)坚持经常开关方钻杆上、下旋塞，如接单根时或定时使用活动方钻杆上、下旋塞，以免锈死无法正常开关。
(2)在接单根后，应及时将关闭的旋塞阀打开，以免造成开泵时蹩泵。 (3)旋塞阀内六方扳手应放在离井口较近的地方，并防止落井或丢失。
2．钻具止回阀
按结构形式分，钻具止回阀有碟形、浮球形、箭形、投入式等，它们的使用方法也不相同。有的被连接在钻柱中，有的在需要时才连接在钻柱上，而有的在需要时才投入钻具水眼内起封堵井内压力的作用。钻具止回阀装在钻柱上，允许钻井液自上而下流动，但不允许钻井液向上流动。根据现场使用经验，在正常钻井过程中通常并不装设钻具止回阀。因为把钻具止回阀(投入式除外)长期连接在钻柱上进行钻井作业，其零部件(尤其是密封件)会因钻井液的冲刷、腐蚀而损坏，当发生井喷时就能不封堵水眼。一般情况是将钻具止回阀放在钻台上备用，需要时再连接到钻柱上。
目前，现场大量使用的箭型止回阀性能优于弹簧式碟型回压阀。它受钻井液冲蚀作用小、表面有较高硬度，密封垫采用耐冲蚀、抗腐蚀的尼龙材料，其整体性能好。
投入式止回阀由止回阀组件和一个联顶接头组成。联顶接头事先装在靠近钻铤的钻柱部位上，当发生井涌或井喷和进行不压井起下钻作业时，投入钻具水眼的止回阀组件将自动锁紧在联顶接头处即可封堵水眼。需要时还可通过此阀循环出气侵钻井液。止回阀组件除有橡胶密封圈以增强其密封能力外，还有强有力的锁紧细齿使其可靠牢固地锁在联顶接头处。
3．钻具旁通阀
钻开油气层前将钻具旁通阀接在靠近钻头的钻柱处，压井作业中钻头水眼被堵时，旁通阀可建立新的循环通道继续实施压井作业。使用方法是：一旦发现钻头水眼被堵而无法解堵时，卸掉方钻杆投球后再接方钻杆使球落至钻具旁通阀阀座处(若钻头水眼未堵死，可用小排量泵送)，开泵后只要泵压升高到一定压力值就剪断固定销，使阀座下行直到排泄孔全部打开，泵压随即下降，从而建立新的循环通道。 旁通阀的安全使用注意事项：
(1)要保持入井钻井液的清洁，以防钻头水眼堵塞，提前打开旁通阀； (2)旁通阀的钢球应在使用前准备放好，以便需要时能及时取用。
(八)起钻灌钻井液装置、钻井液／气体分离器和钻井液循环池液面监测装置
1．起钻灌钻井液装置
起钻灌钻井液装置分两类：一类是重力灌注式，另一类是自动灌注式。
(1)重力灌注装置是给井队配置一个刻有计量钻井液标度的灌注小罐(2～3m3)，起钻时当井眼液面下降后，灌注小罐中的钻井液借助其出口与井眼出口管的高度差，利用钻井液的重力将钻井液注入井眼以保持井眼液面的一定高度。灌注小罐的钻井液注完后，可及时泵送补充。 (2)自动灌钻井液装置由传感器、电控柜、显示箱和灌注系统等部份组成。其工作原理是：安装在高架渡槽上的传感器把井眼液流信号转化为电信号输送到电控柜中，由电子控制系统指挥灌注系统按预调时间定时向井内灌注钻井液，并能自动计量和自动停灌，预报井涌和井漏。
即：定时灌注；灌满自停；超时报漏；续流报涌。 起钻灌钻井液装置的安装与安全使用注意事项：
(1)起钻灌钻井液装置应安装在司钻易观察的地方，以便观察液面的高低； (2)应定时清除起钻灌钻井液装置内沉积物，以确保刻度的准确； (3)为便于计量使用，应另使用一个起钻灌钻井液补充罐。
3．钻井液循环池液面监测装置
该装置用来监测钻井液循环池液面在钻井过程中的变化，并以此判断井眼是否发生溢流或漏失，它是井队尽早发现溢流显示的有效手段。其工作原理是：钻井液循环池液面变化经传感器转化为电压信号(或气压信号)，传输到监测报警仪中，经二次仪表转化为数字显示讯号。钻井人员可随时了解到循环池钻井液总量和增减变化量。配有打印机的监测装置还可定时打印监测数值。该装置也可用于观察起钻灌钻井液时的灌入量。
(九)旋转防喷器
旋转防喷器安装在井口防喷器组的最上端，即拆掉防溢管换装以旋转防喷器。旋转防喷器可用于异常低压地区，诸如泡沫钻井液钻井、充气钻井液钻井以及空气或天然气钻井。也可用于高压、低渗透、低产量层段。采用低于地层压力当量钻井液密度的钻井液，封闭方钻杆或钻杆与井眼的环空并在所限定的井口压力条件下旋转钻具，实施带压作业，实现欠平衡钻进(UBD，俗称边喷边钻)。还可用于不压井强行起下管串作业。旋转防喷器最关键的技术参数是旋转钻进状态下的动密封压力和转速。旋转防喷器的类型与技术规范见表2—14。
表2—14 各种旋转防喷器技术规范
二、井控技术
随着油气勘探开发领域的不断延伸扩大，从陆上到滩涂浅海、从浅层到深层，钻井难度越来越大，对井控技术和钻井人员的要求越来越高。人们已充分认识到：在科学钻井技术得到广泛应用和钻井总体技术水平日益提高的今天，仍寄希望于井喷来发现油气层的认识是极为不正确的。为了对付复杂地层，安全优质地实施快速钻井，必须把井控技术作为研究和发展的重要内容。只有对油气井的控制技术发展了，人们的井控意识和素质提高了，才能有效地实施近平衡压力钻井，才能真正最大限度地发现油气层、保护和解放油气层。也就是说：井控技术是实施近平衡钻井乃至欠平衡钻井的关键与保障。
(一)井控基本概念
5．井控的三个阶段：
(1)一级井控：指以合理的钻井液密度、合理的钻井技术措施，采用近平衡压力钻井技术安全钻开油气层的井控技术(又称主井控)。
(2)二级井控：溢流或井喷后，通过及时关井，利用节流循环排溢流和压井时的井口回压与井内液柱压力之和来平衡地层压力，最终用重浆压井，重建平衡的井控技术。 (3)三级井控：井喷失控后，重新恢复对井口控制的井控技术。
6．井控工作中“三早”的内容：早发现、早关井和早处理。
(1)早发现：溢流被发现的越早越好、越便于关井控制、越安全。国内现场一般将溢流控制在1～2m3之前发现。这是安全、顺利关井的前提。
(2)早关井：在发现溢流或预兆不明显怀疑有溢流时，应停止一切其他作业，立即按关井程序关井。
(3)早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应进行节流循环排出溢流和压井作业。
(二)一级井控技术
1．静液压力Pm
静液压力是由静止液柱的重量产生的压力，其大小只取决于液体密度和液柱垂直高度。在钻井中钻井液环空上返速度较低，动压力可忽略不计，而按静液压力计算钻井液环空液柱压力。 静液压力Pm计算公式：
Pm=0．0098ρmHm (2—1)
式中 Pm——静液压力，MPa；
ρm——钻井液密度，g／cm； Hm——液柱垂直高度，m。 静液压力梯度Gm计算公式：
Gm=Pm／Hm=0．0098ρm (2—2)
式中 Gm——静液压力梯度，MPa／m。
2．地层压力Pp
地层压力是指作用在地层孔隙中流体上的压力，也称地层孔隙压力。 地层压力Pp计算公式：
Pp=0．0098ρpHp (2—3)
式中 Pp——地层压力，MPa；
ρp——地层压力当量密度，g／cm3； Hm——地层垂直高度，m。 地层压力梯度Gp计算公式：
Gp=Pp／Hp=0．0098ρp (2—4)
式中 Gp——静液压力梯度，MPa／m。 地层压力当量密度ρp计算公式：
ρp=Pp／0．0098Hm=102Gp (2－5)
在钻井过程中遇到的地层压力可分为三类：
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正常地层压力：ρp=1．0～1．07g／cm；
3
异常高压：ρp>1．07g／cm；
3
异常低压：ρp<1．0g／cm。
3．地层破裂压力Pf
地层破裂压力是指某一深度处地层抵抗水力压裂的能力。当达到地层破裂压力时，使地层原有的裂缝扩大延伸或使无裂缝的地层产生裂缝。从钻井安全方面讲，地层破裂压力越大越好，地层抗破裂强度就越大，越不容易被压漏，钻井越安全。一般情况下，地层破裂压力随着井深的增加而增加。所以，上部地层(套管鞋处)的强度最低，易于压漏，最不安全。 地层破裂压力Pf计算公式：
Pf=0．0098ρfHf (2－6)
式中 Pf——地层破裂压力，MPa；
ρf——地层破裂压力当量密度，g／cm3； Hf——漏失层垂直高度，m。 地层破裂压力梯度Gf计算公式：
Gf=Pf／Hf=0．0098ρf (2－7)
式中 Gf——地层破裂压力梯度，MPa／m。
地层破裂压力是合理进行井身结构设计、制定钻井施工和确定最大关井套压的重要依据之一。
地层破裂压力试验的工作程序：
(1)试验前安全准备：当钻至套管鞋以下第一层砂岩时，用水泥车或柱塞泵进行试验，而裸眼长短根据砂岩层的厚度决定；试验前应处理好钻井液性能(尤其是ρm试)，保证试验时钻井液性能均匀、稳定；将上提钻头至套管鞋内。
(2)地层破裂压力试验：关闭井口(一般关半封闸板防喷器)；试验开始时缓慢启动泵，以小排量(0．66～1．32L／s)向井内泵入钻井液，每泵入15L钻井液，稳压2min；作漏失试验曲线。曲线中偏离直线之点的压力PL则为漏失压力；计算破裂压力当量密度(ρf)：
ρf =ρm试+PL／0．0098Hf (2—8)
式中 ρf——破裂压力当量密度，g／cm3；
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