第四章　钻井过程压力控制（3）

2019/11/24,压井：恢复和重建压力平衡,五、常规井控压井方法,溢流：压力平衡被破坏,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,压井过程：循环排出污染泥浆溢流循环替入加重泥浆技术关键：不能敞开井口循环,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,原因：采用一般的循环方法（敞井）是无法制止溢流的，因为这时环空内液柱压力大大小于地层压力，打入的重泥浆会随同油气立即溢出或喷出，无法建立起压力平衡。,解决方法：必须在井口造成一定的局部阻力来增大环形空间的压力。即井口加回压。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,压井原理：在控制井口的前提下，使用一定的排量进行循环，调节阻流器开度，对井口施加不同的回压Pa，始终保持回压与环空泥浆柱压力达到平衡地层压力，直到重泥浆充满整个环空为止。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,1、压井基本数据的计算,立管压力：钻柱井口压力套管压力：环空井口压力,Pa,Pd,Pp,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（1）求取地层压力如果关井一段时间后井底压力稳定，那么就可由关井立管压力和钻柱内泥浆压力求得地层压力。,注意：不能用关井套压来求地层压力，因为，环空中的泥浆被污染，泥浆柱压力计算不准。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,确定关井立管压力的方法：1)未装回压凡尔时关井后，立管压力稳定后，直读。,Pa,Pd,Pp,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,2)装有回压凡尔时方法：关井，记下套压。缓慢地启动泵并继续泵入，当套压升高时读出此时套压及立管压力，停泵；将立管压力减去升高的套压即为关井立管压力。方法：先确定压井所用泵速下的流动阻力；缓慢地开启阻流器和启动泵，保持套压等于关井套压；使泵速达到压井所用泵速，而调节阻流器保持不变；读出立管压力，从立管压力中减去原先确定的流动阻力，余下的就是关井立管压力。,Pa,Pd,Pp,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,比较关井套压和立管压力的大小差值,可以判断气侵的严重程度PdPa0正常PdPa0压力平衡破坏，但无溢流Pd0；Pa0少量溢流Pd0；Pa0溢流Pd0；Pa0；PdPa0严重溢流比较关井套压和立管压力的大小差值,也可以判断溢流性质,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（2）确定压井所需的泥浆密度求出地层压力PP后，即可求得压井所需钻井液密度mk。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,循环泥浆时，有一循环阻力的作用，则立管总压力应为：PT=Pd+Pc循环过程要求控制作用在地层上的压力不变，且方法是控制立管的总压力不变，（注意，不能用控制套压来控制）。,（3）确定压井循环时的立管总压力,Pc,Pd,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,Pd,Pcm,Pcmo,1）压井过程井筒压力平衡方程,控制井底压力不变，必须先求出不同情况下的Pc,Pcmi,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,管内,管外,2019/11/24,进行泵速试验，记录立管压力。理论上计算一定排量下的Pcm压井循环初始立管总压力PTi,2）计算初始循环压力Pcm,初始循环压力循环原密度泥浆时所需的循环压力,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,3）求终了循环压力Pcmk当重钻井液在钻柱内逐渐下行，钻柱内静水柱压力增加，原关井立管压力逐渐下降，当重钻井液到达钻头处时，钻柱内静液柱压力已和地层压力相平衡，因此关井立管压力Pd=0。压井循环终了立管总压力为,终了循环压力循环加重泥浆到井底时所需的循环压力,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,1、理论法,2、正比原理,不计环空压降,2019/11/24,（4）压井循环时间泥浆从井口到井底的时间：,泥浆从井底至井口的时间,Vp、Va分别为钻柱内与环空内每米长的容积,Pd,Pcm,Pcmi,Pcmo,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,2、常规井控压井方法1）关井立管压力为零的压井方法（Pd=0）由抽汲作用或气体扩散进入泥浆引起的溢流，且说明井内钻井液柱压力大于或等于地层压力，可不必提高钻井液密度即可建立井筒内压力平衡。（）套压为零（Pa=0）说明环空钻井流体侵污不严重，应开着防喷器恢复循环出被侵污流体，对井口返出流体进行充分除气。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（）套压不为零（Pa0）只需控制一定回压（通过节流阀）循环排除环空受气或油侵钻井液即可控制溢流。循环排放程序为：a、在套压不变情况下，低泵速启动泵，此时立管压力应非常接近前述Pcm。b、控制节流阀开启大小，保持立管压力Pcm不变，由于Pd=0，所以循环直至套压降到零，停泵校核，此时套压和立管压力均为零。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,2）关井立管压力不为零的压井方法（Pd0）由于溢流关井后，立管压力和套压均不为零，这说明井筒内钻井液柱压力小于地层压力，这种情况要重新恢复和建立地层井筒压力系统平衡，必须提高泥浆密度压井。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,关井后在处置程序上有四种可能性：同步法：立刻开始边加重泥浆边循环压井；司钻法（两步法）：先关井循环排出受侵污的泥浆，再加重泥浆，然后压井；工程师法：(等待加重法)继续关井先加重泥浆，再循环压井；边等边加重法：先循环排出受侵污的泥浆，然后边加重泥浆边循环压井。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,特点：第种：时间最短，井口泵压最小，受压时间最短，减少粘卡，最安全，计算最复杂。第种：相对安全，技术上易掌握，需要最长时间，最大程度运用井口设备，以及关井是否适宜。第种：时间较短，井口压力较小，也较安全，关井时间长，对循环不利。用好该方法的关键是迅速加重。第种：处置不但象第种那样复杂，而且需要长的时间。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（1）两步控制法（司钻法）压井准备工作a.关井b.读出Pd、Pac.计算PP、mk、Pcm、Pcmk、PTi、PTf并绘制立管压力PT的变化曲线,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,第一步用原密度m泥浆在控制井口时,将环空受污染泥浆循环出井.阻流器的调节标准:始终使立管总压力保持为初始立管总压力PTi=Pd+Pcm。当循环结出时,停泵,这时应该有Pd=Pa,如不等,则未成功。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,第二步关井，加重泥浆，在控制井口下,用重泥浆mk循环置换出井筒内m的钻井液.阻流器的调节标准:a、重泥浆在钻柱内下行时,PtiPTf(均匀下降);b、重泥浆在环空内上行时,始终使立管总压力保持为终了立管总压力PTf.当重泥浆全部充满井内时,停泵,若Pd=Pa=0,则成功.,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,其它计算工作计算1：求井中各空间的容积计算2：求循环时间t!,t2计算3：确定加重剂用量计算4：判别地层流体位置计算5：作出压井施工单,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,施工过程,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,司钻法压井过程立管压力和套管压力的变化情况,PTi,PTi,PTf,Pd,Pd,t1,t2,上替泥浆,排泥浆,排轻泥浆,重泥浆进环空,到井口,侵浆排完,重浆到钻头,重浆到井口,T+t1,2T,第一阶段,第二阶段,Pa,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（2）等候加重法（工程师法）准备工作a.关井b.读出Pd、Pac.计算PP、mk、Pcm、Pcmk、PTi、PTf并绘制立管压力PT的变化曲线,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,压井a.加重泥浆(关井状态)b.用选定泵速循环重泥浆压井重泥浆从井口至井底:调节阻流器,使立管总压力PT从PtiPTf(忽略气柱摩擦损失)重泥浆从井底上行至井口:调节阻流器,使立管总压力PT保持PTf不变.c.当重泥浆返出井口,停泵关井,若Pd=Pa=0,则成功压井.,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,其它计算工作计算1：求井中各空间的容积计算2：求循环时间t!,t2计算3：确定加重剂用量计算4：判别地层流体位置计算5：作出压井施工单,2019/11/24,施工过程,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,工程师法压井过程立管压力的变化情况,Pd,t,PTi,Pd的变化,Pc的变化,t1,PTf,t2,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,例：某井井深H=2000m，钻头号尺寸215.9mm，钻杆外径114.3mm，内径97.1mm，钻井液密度m=1.20g/cm3，244.5mm套管下深1800m，套管鞋处地层破裂压力梯度GF=0.0179MPa/m，根据溢流发生之前的记录，泵速30冲/分时，循环压力Pc=7.65MPa，钻井泵类型NB-900，缸套直径185mm，泵速30冲/分时排量15.78l/s，最高泵压13MPa，发生溢流关井后10min，立管压力Pd=1.67MPa，套管压力Pa=2.65MPa，泥浆池内钻井液量增加3.5m3。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,Va=9.468L/m,2019/11/24,解：根据以上数据，比较关井立管压力和套压，差值为0.98MPa，而泥浆量增加3.5m3，说明环形空间被侵污得并不严重，溢流发现得正是时候。首先计算压力所需数据（1）地层压力PP,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（2）压井所需钻井液密度mk（3）初始立管总压力Pti，选定泵速30冲/min则（4）终了立管压力PTF,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,（5）重泥浆到达钻头所需时间t由钻井手册查得114.3mm（内径97.1mm）的钻柱每米长的内容积Vd=7417l/s，则（6）许可的最大关井套压Pamax,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,考虑最小者,Va=9.468L/m,2019/11/24,施工步骤：第一步排出受侵污的泥浆（1）缓慢地启动泵，调节阻流器，使套压保持为2.65MPa；（2）当泵速达到30冲/分时，保持泵速不变。此时立管压力应非常接近于9.32MPa；（3）继续保持泵速为30冲/分不变。调节阻流器，使立管压力保持为9.32MPa不变。在这个过程中，套压会升得比较高，这是正常的。记住必须保持立管压力和泵速不变；（4）当环形容量已循环出来时，停泵并立即关闭阻流器。此时套压等于立管压力，应均为1.67MPa。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,关井立管压力Pd=1.67MPa,2019/11/24,第二步压井已将145米3泥浆加重到1.285g/cm3。（1）缓慢地启动泵，调节阻流器，使套压保持为1.67MPa；（2）当泵速达到30冲/分时，保持泵速不变。此时立管压力应非常接近于9.32MPa；（3）开始用重泥浆循环。调节阻流器，当重泥浆在钻柱内由地面下行到达钻头处，立管压力相应地逐渐由9.32MPa降为8.19MPa；（4）当重泥浆在环形空间上行时，保持立管压力为8.19MPa不变。（5）当重泥浆到达地面返出井口时，套压应降至零，从而重建起地层-井眼系统的压力平等。压井至此结束。当天然气释放以后，如果没有发生井漏，泥浆池液面应该恢复到溢流发生以前的水平。,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,立管压力Pd=1.67MPa,2倍井筒容积量,2019/11/24,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,循环压力Pc=7.65MPa,压井立管压力,压井套压,2019/11/24,非常规井控指溢流井喷后，由于井口装置失去了对井喷的控制，或者虽然通过井口装置控制了井喷，但却出现了极为复杂的井下或地面情况的井。1、非常规井控类型（1）失控井喷着火井1）有井口装置，但井内无钻具空井2）有井口装置，有钻具但钻具严重损坏3）有井口装置，井内钻具完好4）无井口装置的光套管井（2）失控井喷未着火，与上四种情况相同的井。,六、非常规井控,第三节溢流及井喷控制,第四章钻井过程压力控制,2019/11/24,2、非常规井控的基本处理方法1）制造切合实