井控工艺——非常规压井PPT课件.ppt

非常规压井法与特殊情况处理 张汉珊 川庆钻探长庆井控培训中心 1 掌握主要非常规压井的方法 专业技术人员 熟练掌握 相关技术人员 管理人员 了解 其他人员 不要求 2 掌握非常规压井方法的条件 专业技术人员 掌握 相关技术人员 了解 其他人员 不要求 3 掌握压井过程中异常情况的判断与处理 专业技术人员 掌握 相关技术人员 了解 其他人员 不要求 4 掌握如何避免井控作业中易出现的错误做法 专业技术人员 掌握 相关技术人员 了解 其他人员 不要求 教学目标 一 非常规压井方法 体积法 置换法 压回法 平衡点法 低节流压井法 钻头不在井底法 又喷又漏的压井法 二 非常规压井的控制操作1 井内钻井液喷空后的天然气井的压井2 井内无钻具的压井 空井压井 1 压回法2 强行下钻到底循环法3 井内钻井液喷空且井内无钻具的压井4 又喷又漏的压井1 上喷下漏的处理2 下喷上漏的处理3 喷漏同层的处理5 浅层段溢流的处理 教学内容 非常规压井的控制操作压井过程中异常情况的判断与处理井控作业中易出现的错误做法及产生的后果难点非常规压井的控制操作 重点 非常规压井方法 非常规压井方法 是指溢流 井喷井不具备常规压井方法的条件而采用的压井方法 也就是不完全遵循 U 管原理的压井 发生溢流 井喷时 若钻柱不在井底 井漏 空井 泥浆喷空 钻具堵塞等现象时 就不能进行循环 也就无法用常规井控方法压井 当出现这些非常规现象时 就要用非常规压井方法 非常规压井方法 非常规压井法 体积法 置换法 压回法 平衡点法 低节流压井法 钻头不在井底法 又喷又漏的压井法 非常规压井法 平衡点法 平衡点法适用于井内钻井液喷空后的天然气井压井 要求井口条件为防喷器完好并且关闭 钻柱在井底 天然气经过放喷管线放喷 这种压井方法是一次循环法在特殊情况下压井的具体应用 非常规压井法 平衡点法 此方法的基本原理是 设钻井液喷空后的天然气井在压井过程中 环空存在一 平衡点 非常规压井法 平衡点法 所谓平衡点 即压井钻井液返至该点时 井口控制的套压与平衡点以下压井钻井液静液柱压力之和能够平衡地层压力 非常规压井法 平衡点法 压井时 当压井钻井液未返至平衡点前 为了尽快在环空建立起液柱压力 压井排量应以在用缸套下的最大泵压求算 保持套压等于最大允许套压 当压井钻井液返至平衡点后 为了减小设备负荷 可采用压井排量循环 控制立管总压力等于终了循环压力 直至压井钻井液返出井口 套压降至零 计算平衡点式中 HB 平衡点深度 m PaB 最大允许控制套压 MPa 根据上式 压井过程中控制的最大套压等于 平衡点 以上至井口压井钻井液静液柱压力 当压井钻井液返至 平衡点 以后 随着液柱压力的增加 控制套压减小直至零 压井钻井液返至井口 井底压力始终维持一常数 且略大于地层压力 因此 压井钻井液密度的确定尤其要慎重 非常规压井法 平衡点法 压井排量控制压井液到达钻头前 可以采用较小的排量 进入环空开始上返时 为了尽快建立液柱 减少气侵 应尽可能开大排量 以设备允许的最高泵压作为压井最高泵压 然后据此泵压确定相应的排量 非常规压井法 平衡点法 压力控制压力控制是压井施工的关键 根据钻井液喷空的压力平衡关系 以钻井液返至HB井深为分界 将压井过程分为两个阶段 非常规压井法 平衡点法 压力控制第一阶段 钻井液未返到HB井深以前 液柱压力低 与环空回压之和不能平衡地层压力 为尽可能地提高对产层的压力 必须控制套压为最大允许套压Pamax 并保持不变 非常规压井法 平衡点法 压力控制第一阶段 立管压力开始注入钻井液时等于Pamax 随着钻井液进入钻柱 钻柱内液柱压力增加 钻井液流动阻力也随之增大 但总的趋势是立管压力逐渐降低 进而成为负压 钻柱内的静液压力超过Pamax 不加压就能流动 直至钻井液到达钻头 非常规压井法 平衡点法 压力控制第一阶段 钻井液进入环空后 环空液柱压力逐渐增加 因而立管压力PT随着钻井液的上返而增高 钻井液到达HB井深以后 立管压力上升至压井排量下的整个循环系统的流动阻力Pcf 非常规压井法 平衡点法 压力控制第二阶段 钻井液返过井深HB以后直到井口 为保持井底压力平衡地层压力 此时应控制立管压力Pcf不变 随着环空液柱压力的增高 逐渐降低套压 从Pamax渐降为零 非常规压井法 平衡点法 非常规压井法 置换法 当井内钻井液已大部分喷空 同时井内无钻具或仅有少量钻具 不能进行循环压井的天然气井 但井口装置可以将井关闭 压井钻井液可以通过压井管汇注入井内 这种条件下可以采用置换法压井 通常情况下 由于起钻抽汲 钻井液不够或不及时 电测时井内静止时间过长导致气侵严重引起的溢流 经常采用此方法压井 非常规压井法 置换法 操作方法1 通过压井管线注入一定量的钻井液 允许套压上升某一值 以最大允许值为限 2 关井一段时间 使泵入的钻井液下落 通过节流阀缓慢释放气体 套压降到某一值 即泵入的压井液静液压力的增加值 后关节流阀 套压降低值与泵入的钻井液产生的液柱压力相等 即 式中 Pa 套压每次降低值 MPa V 每次泵入钻井液量 m3 Vh 井眼单位内容积m3 m 重复上述过程就可以逐步降低套压 一旦泵入的钻井液量等于井喷关井时钻井液罐增量 溢流就全部排除了 非常规压井法 体积法 体积法是在不能读取立管压力的情况下 即在不能循环的情况下通过调节关井套压实现井控的方法 非常规压井法 体积法 体积法原理体积法是在以下情况下采用 即钻头不在井底 井内无钻具 空井 钻具水眼堵塞等特殊情况及关井套压接近或超过最大允许关井套压时 为防止压漏地层而采用此法 除常规压井设备外 现场还需配套如下设备 以便准确计量从节流阀放出的钻井液 非常规压井法 体积法 体积法原理通过节流阀间断放出一定量的钻井液 使天然气膨胀 压力降低 通过套管压力控制天然气的膨胀和井底压力 使井底压力略大于地层压力 井底压力的变化是由于地面套压的变化或环空静液压力的变化所引起的 而环空静液压力的变化又是由于气体膨胀时钻井液量的减少 从井口放出 所致 非常规压井法 体积法 现场操作程序1 关井后先确定一个大于初始关井套压的允许套压值Pa1 再给定一个允许套压变化值 Pa 例如初始关并套压Pa 5MPa 允许增加值取1MPa 则允许套压值Pa1 5 1 6MPa 允许套压变化值 Pa 0 5MPa 2 当关井套压由Pa上升至 Pa1 Pa 6 0 5 MPa时 从节流阀放出钻井液 使套压下降至Pa1 即6MPa 关井 并将放出的钻井液体积 V换算成环空静液压力的减小值 即得套压增加值 非常规压井法 体积法 环空静液压力的减小值计算 环空静液压力的减小值就是套压的升高值 故有 非常规压井法 体积法 现场操作程序3 当关井套压由Pa1上升至 Pa1 Pa Pa1 6 0 5 Pa1 MPa时 从节流阀放出钻井液 使套压下降至 Pa1 Pa1 关井 放出钻井液体积 V2 则套压增加值 Pa2为 Pa2 Pm2 0 0098 m V2 Va 非常规压井法 体积法 现场操作程序4 当关井套压由 Pa1 Pa1 上升至 Pa1 Pa1 Pa2 Pa 6 0 5 Pa2 Pa 时 从节流阀放出钻井液 使套压下降至 Pa1 Pa1 Pa2 关井 放出钻井液体积 V3 则套压增加值 Pa3 Pm3 0 0098 m V3 Va 非常规压井法 体积法 现场操作程序按上述方法使气体滑脱上升膨胀 排放钻井液 使套压增加一定值以维持井底压力与地层压力的平衡 直至气柱到达井口 此时不能放气泄压 以免井底失去平衡 再次溢流 维持套压值是平衡地层压力的关键 然后采用置换法 非常规压井法 压回法 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叫压回法 也叫挤压法 硬顶法或平推法 该方法适用于以下情况 含硫化氢的井涌 套管下得较深 裸眼短 具有渗透性好的产层或一定渗透性的非产层 钻杆堵塞或断裂 压井液不能到达井底等情况 非常规压井法 压回法 压回法工艺 在溢流关井之后 用压井泥浆从环空进行反挤压井 将溢流压回去 所用的泥浆量是溢流量的2 3倍 完成之后 再采用微过平衡的条件进行节流压井 保证压井作业的有效性 压回法优点 复杂问题简单化 规避风险 在井筒清洁的条件下进行压井作业 可以减少操作难度 提高压井成功率 高效低成本 与反循环相比 降低了设备要求 非常规压井法 压回法 压回法压井讨论1 采用压回法压井 通过向地层 漏层 推注钻井液 将井内的钻井液和天然气推进地层 实现将井筒溢流有效排除 清洁井筒的目的 为在井筒压力动态平衡条件下 恢复和重建压力平衡提供了可能 大幅度提高压井成功率 2 如果在深井高含硫化氢储层发生溢流 为减少含硫化氢溢流在井内的侵泡时间 如正在进行起下钻或电测作业等 防止井内钻具的氢脆破坏 采用压回法压井 可以在最短的时间内将含硫化氢溢流压回地层 避免断钻具事故发生 非常规压井法 压回法 压回法压井讨论3 压回法压井对井口装置和套管鞋地层的承压能力要求较高 当钻井液容易推进漏失层时 井口施工压力不会很高 但地层不容易推进钻井液时 井口便会出现高压力 鉴于此情况 一般应在井场配置压裂车 利用压裂车进行压井 4 使用压回法压井 在将溢流从环空压回地层的同时 部分溢流也会进入钻杆 同样会对压井控制带来困难 因此 在环空挤压的同时 还应使用平推法用压井液把钻杆内的地层产液推入地层 从而在钻杆内也形成完全液柱 确保压井作业安全 非常规压井法 压回法 压回法压井讨论5 由于压回法压井不是在循环畅通条件下进行的 而是通过井口加压强行推注的 所以在深井条件下 采用压回法压井会漏掉环空一定量的钻井液 因此 采用该方法的前提条件是要储备足够的钻井液 非常规压井法 压回法 操作程序 压回法压井动力学原理 非常规压井法 压回法 压井时 以不超过套管抗内压强度的80 和井口设备额定工作压力为工作压力向井内挤入钻井液 挤入量与挤入速度视情况而定 操作程序如下 1 关井 确定立管压力 若通过套管进行挤压 则确定套管压力 2 缓慢开泵 当泵压超过易漏地层压力时 井中流体开始进入地层 这个压力可能会大大高出关井压力 但不要超过套管抗内压强度的80 和井口设备额定工作压力值 当估计压井液进入地层时 慢慢降低泵速 非常规压井法 压回法 3 一旦压井液开始进入地层 泵压会突然升高 应停泵 4 关井 检测压井效果 5 如果仍能检测到地面压力 说明气体向上运移的速度大于把气体向下压的速度 或压井液的密度不够大 这时 可用顶部压井法进一步处理 用此方法压井 必须保证注入压力不会进一步损害井眼 在开始挤入压井之前 井眼要处于关井状态 井口压力通常处于在最高值 泵送压力必须高于井口压力值以迫使流体泵人井中 这会给井眼 裸眼和井口用于更大的压力 非常规压井法 压回法 压井过程中井口压力变化曲线 井眼分流关井后压力升高压力恢复到最高开始硬顶压力达到最大值井内充满压井液井被压住以最优压井排量硬顶硬顶过程压力达到最大值井内充满压井液井被压住 在什么情况下进行压井 应根据具体情况决定 但在压回法的多数情况下 应考虑在压力恢复升高前进行压井 所产生的地面压力较小 非常规压井法 压回法 压井注意事项使用压回法压井时 能控制的参数主要是泵速 泵入量 泵入流体的密度以及泵入量 因无法像循环法那样通过调节节流阀来控制井底压力 所以泵压的控制不同于循环法 用压回法时应考虑多方面的因素 如压井液密度和泵人量 最高泵压限制 泵人速度和地面管线试压情况 非常规压井法 压回法 压井注意事项1 压井液的密度及用量对于发生溢流时钻具在井底附近且能够读取关井立管压力的井 可利用常规方法计算压井液密度 现场有储备好的加重钻井液时 按尽快实施压井的原则 则直接实施压回法 如没有储备加重钻井液 也可用原钻井液进行压井 非常规压井法 压回法 压井注意事项如果发生溢流时环空有封隔器 如用钻具试油时 且溢流充满了钻柱内容积 压回法所需的理论压井液量就等于钻柱内容积和封隔器下部环空之间的容积之和 非常规压井法 压回法 压井注意事项如果发生溢流时环空无封隔器 这时所需的理论压井液量就等于循环池体积增量 通常溢流发生时 受溢流量的大小 溢流类型 地层漏失等复杂情况的影响 理论上很难确定压井液用量 实际上 只要把溢流压回地层即可 当溢流被全部被压回地层后 泵压会突然增加 非常规压井法 压回法 2 地面泵压压回法作业前 必须确定地面泵压的限制 既要地层流体压回地层 又要防止压漏地层 2 1 若从环空压回 则泵压 地面管线摩阻 环空摩阻 地层内摩阻 地层压力 环空内液柱压力 此时最大允许地面压力应低于 套管抗内压强度的80 井口设备额定工作压力 地层破裂压力 非常规压井法 压回法 2 地面泵压2 2 若从钻柱内压回 则泵压 地面管线摩阻 环空摩阻 地层内摩阻 地层压力 钻柱内液柱压力 此时最大允许地面压力应低于 套管抗内压强度的80 井口设备额定工作压力 地层破裂压力 非常规压井法 压回法 3 泵速的选择压回法压井时 泵速受下列井况的影响 3 1 地层渗透率 3 2 井下工具规范 3 3 钻井液类型 3 4 溢流类型 不同的井况都影响压井作业时的泵压 从而影响泵速 泵压越高 泵速越低 对于气体溢流 最低泵速必须大于气体滑脱上升的速度 非常规压井法 低节流压井法 低节流压井法是指发生溢流后不能关井 关井套压超过最大允许关井套压 因此只能控制在接近最大允许关井套压的情况下节流放喷 不能关井的原因 1 高压浅气层发生溢流 2 表层或技术套管下得太浅 3 发现溢流太晚 非常规压井法 低节流压井法 压井原理低节流压井就是在井不完全关闭的情况下 通过节流阀控制套压 使套压在不超过最大允许关井套压的条件下进行压井 当高密度钻井液在环空上返到一定高度后 可在最大允许关井套压范围内试行关井 关井后 求得关井立管压力和压井钻井液密度 然后再用常规法压井 增大井底压力 减小井口压力 非常规压井法 钻头不在井底法 在起下钻过程中 常常由于抽汲或未及时灌钻井液使井底压力小于地层压力而引起溢流发生 在起下钻过程中发生溢流后 因钻具不在井底 给压井带来很多困难 必须根据不同情况采用不同方法进行控制 在起下钻中 如发现溢流显示 则必须停止起下钻作业 抢装钻具止回阀 立即关井检查 根据具体情况采取以下方法压井 非常规压井法 钻头不在井底法 在起下钻中 如发现轻微的溢流显示 应立即抢装钻具止回阀 然后迅速下钻并争取下到井底 关井观察 根据情况采取控制回压循环排除溢流 或调整钻井液密度 然后再用常规压井方法压井 非常规压井法 钻头不在井底法 在起下钻中 如溢流较严重 则应停止起下钻作业迅速关井 在这种情况下 压井的方法有 一 暂时压井后下钻的方法发生溢流关井后 由于一般溢流在钻头以下 直接循环无法排除溢流 可采用在钻头以上井段替成压井液暂时把井压住后 开井抢下钻杆的方法 钻具下到井底后 用司钻法排除溢流即可恢复正常 非常规压井法 钻头不在井底法 这种方法实际上就是工程师法的具体应用 只是将钻头处当成 井底 根据关井立压确定暂时压井液密度和压井循环立管压力的方法同工程师法类似 但是要注意此时的低泵速泵压需要重新测定 2020 1 4 51 非常规压井法 钻头不在井底法 压井循环时 在压井液进入环空前 保持压井排量不变 调节节流阀控制套压为关井套压并保持不变 压井液进入环空后 调节节流阀控制立压为终了循环压力并保持不变 直到压井液返至地面 至此替压井液结束 此时关井套压应为零 非常规压井法 钻头不在井底法 井口压力为零后 开井抢下钻杆 力争下钻到底 下钻到底后 则用司钻法排除溢流 即可恢复正常 如下钻途中 再次发生井涌 则重复上述步骤 再次压井后下钻 一 暂时压井的具体方法1 确定暂时压井液密度接方钻杆确定关井立压 d 如溢流发现及时 关井立压等于关井套压 然后确定替压井液时应控制的钻头处压力 bo bo d mo e则 mk1 102 bo h m 102 d e h式中 mk1 第一次压井液密度 克 立方厘米 mo 钻头以上原钻井液柱压力 兆帕 e 井底附加安全压力 一般取3 5兆帕 m 原钻井液密度 克 立方厘米 钻头所处垂直井深 米 考虑到压井后下钻时间和天然气溢流滑脱对液柱压力的影响 e可适当去大一点 非常规压井法 钻头不在井底法 暂时压井的具体方法2 替压井液的压力控制方法 非常规压井法 钻头不在井底法 替压井液过程中控制钻头处压力为 bo不变 直到钻头以上全部替成压井液为止 其压井控制方法实质上就是工程师法的具体应用 只是将钻头处当成 井底 暂时压井的具体方法2 替压井液的压力控制方法2 1 确定压井排量 实测钻井液流动阻力ci 2 2 计算立管总压力 Ti d ci e Tf mk m ci2 3 压井循环 压井液进入环空前 保持压井排量不变 调节节流阀控制套压为关井套压加 e不变 压井液进入环空后 调节节流阀控制立压为 Tf 也可直接由压井液到钻头时的立压确定 不变 直到压井液返至地面 至此替压井液结束 此时关井套压应为零 非常规压井法 钻头不在井底法 暂时压井的具体方法3 井口压力为零后 开井抢下钻杆 力争下到井底 下钻到底后 再用司钻法排除溢流 即可恢复正常 如下钻途中 发生井涌 则重复上述步骤 再次压井后下钻 非常规压井法 钻头不在井底法 二 等候循环排溢流法关井后 控制套压在安全允许压力范围内 等候天然气滑脱上升到钻头以上 然后用司钻法排除溢流 即可恢复正常 天然气滑脱速度 g a1 a m天然气滑脱到钻头之上所需时间 m g式中 g 天然气滑脱速度 米 小时 a 关井套压 兆帕 a1 关井 小时的套压 兆帕 m 原钻井液静液压力梯度 兆帕 天然气从井底滑脱到钻头之上所需时间 小时 m 钻头离井底距离 米 通常 天然气在井内钻井液中的滑脱上升速速大致为271 361米 小时 非常规压井法 钻头不在井底法 三 强行下钻到井底的压井方法强行下钻就是在关井条件下 利用环形防喷器将钻具下至井底的方法 用环形防喷器进行强行下钻 套压不得超过7兆帕 并使用18 斜坡接头钻具 下钻速度不得大于0 2米 秒 利用此法时 在下钻过程中要控制好环形防喷器的压力 要使密封胶皮有一个轻微的 呼吸 动作 钻杆接头要非常缓慢的通过环形防喷器 通过钻杆本体时环形防喷器不能发生泄漏 非常规压井法 钻头不在井底法 三 强行下钻到井底的压井方法下钻前必须先算出每柱钻杆入井应放出的钻井液体积 下钻中要通过节流阀放出钻井液 放出钻井液的体积应等于下入钻杆的体积 如果在强行下钻过程中天然气向上运移 放出的钻井液体积还应增加因天然气上升膨胀而增加的体积 强行下钻到井底后 根据实际情况确定压井方法 然后进行压井 非常规压井法 钻头不在井底法 在同一裸眼井段内 在一定的压力范围内 可能有喷层和漏层同时存在 压力稍小则喷 压力稍大则漏 根据又喷又漏产生的不同原因 其表现形式可分为上喷下漏 下喷上漏 同层又喷又漏 上喷下漏的处理上喷下漏 俗称 上吐下泻 其产生原因是在高压层以下钻进中遇到低压层 或裂缝 溶洞产生井漏 若井漏不返出 或井漏造成泥浆的大量消耗 使地面储备的泥浆消耗殆尽 井内得不到及时补充泥浆时 将使液柱压力降低而造成上部产层井喷 形成又喷又漏 先漏后喷 下喷上漏 其产生原因主要发生在钻遇高压层发生井喷 提高泥浆密度压井而 喷漏并存的压井 上喷下漏的处理1 立即停止循环 间歇定时 定量反灌钻井液 以降低漏速 尽可能维持一定液面来保证井内液柱压力略大于高压层的地层压力 反灌泥浆应使用井浆或与井浆密度接近的泥浆 若井浆密度高于产层压力当量密度时可用密度稍低于原浆 2 从钻杆内打入低密度的堵漏钻井液 当堵漏钻井液发生作用后 能建立起循环时 井喷也就不会发生了 3 如果没有钻井液 不能维持一定的液面 而发生了井喷 可立刻关井 从钻杆内挤入堵漏钻井液 当堵漏钻井液发生作用后 井口压力会上升 此时可按正常程序压井 喷漏并存的压井 上喷下漏的反循环压井堵漏技术1 反循环注入一定量的密度足以平衡产层压力的堵漏钻井液 如桥接泥浆 井内污染的泥浆从钻具水眼中返出或推入漏层 2 继续反循环注入相同密度的压井泥浆 让产层以上的液柱压力平衡或略大于产层压力已压住产层 并将堵漏浆推入漏层 如漏失量小 可关井挤入 如堵漏浆是桥接泥浆应等候4小时以上 3 继续反循环 待压井泥浆或未挤入漏层的剩余堵漏浆返出井口正常后 即可改为征循环 喷漏并存的压井 下喷上漏的处理 1 井喷压井造成上部地层井漏后 在井喷基本压住 指不喷 情况下 仍采取停止循环 间歇定时 定量反灌钻井液的办法 反灌泥浆一般要用压井泥浆 2 隔离喷层和漏层 在井内出现暂时的 相对的动平衡后 就可进行隔离喷层和漏层的作业 3 堵漏 在隔离喷层和漏层作业基本成功 喷层流体不大窜上来 不影响进行堵漏作业的情况下 就可以对上部地层进行堵漏 堵漏后用压住喷层所需密度的泥浆由上而下进行层层试漏 漏则继续堵 不漏就可以恢复钻进 4 压井 堵漏成功后 只要把井内泥浆密度提高到平衡产层压力所需的密度即可 喷漏并存的压井 同层又喷又漏的处理在同一地层又喷又漏并不是同时发生 而是钻井液密度稍高即漏 稍低即喷 这种情况多发生在裂缝及孔洞发育的地层 这是因为地层与井筒连通性好 几乎可以认为地层孔隙压力即等于地层破裂压力 因此只有钻井液密度正好才不喷不漏 显然这是不可能的 处理方法有以下几种 1 间歇定时 定量反灌钻井液 维持低压头下的漏失 起钻 然后下光钻杆堵漏 2 如果漏不严重 可以边漏边钻 3 运用欠平衡钻井方法 边喷边钻 4 向环空注入钻井液 使井底压力略低于地层压力 向钻柱内注清水 边钻进边让岩屑与液体流进裂缝内 本方法将要漏许多水及钻井液 喷漏并存的压井 正循环堵漏压井技术正循环堵漏压井技术 是指通过正循环方式将堵漏与压井有机结合在一起 进行间断或连续施工 处理喷漏同层的一项工艺技术 可以将堵漏液放置在最前面 也可以放置在中间 在气前面走一段轻泥浆便于建立液柱压力让堵漏泥浆到达漏层发挥作用 压井液走后面 最终实现井内压力平衡 此法适合于钻具距漏层位置较近 套管下入深浅不论 钻具水眼畅通或不易堵塞 喷漏并存的压井 反循环堵漏压井技术反循环堵漏压井技术 是指通过反循环方式将堵漏与压井有机结合在一起 进行连续施工处理喷漏同层的一项工艺技术 其适用条件和施工原子笔正循环堵漏压井更严格 具有完善的能实施反循环的井控装备系统 套管固井必须封隔地表和浅部疏松易漏易破碎的复杂地层 固井质量良好 井内钻具位置在漏层附近或漏层以下 保障反循环通道畅通 它是利用放置在压井液前面的堵漏泥浆 用反循环方式注入 首先封堵漏层提高漏层承压能力 然后在接近半个循环内钻井液在环空迅速建立液柱截断溢流 达到又堵漏又压井的目的 喷漏并存的压井 井越浅 平衡地层压力的钻井液液柱压力也越小 一旦失去平衡 浅层的油气上窜速度很快 很短时间就能到达井口 而且浅气层发生井涌井喷 关上井很容易在上部浅层或表层套管鞋处憋漏 不能用常规的关井节流方法进行井控 井控难度大 浅气层的存在往往是发生井喷事故的潜在危险 常规的检测仪器与方法很难满足浅气层井控需要 从发现井涌到井喷时间很短 地层流体容易在套管外喷出 钻机附近地层容易塌陷 井喷常在1 2d内因井眼内塌陷与桥堵而停喷 否则 如果没有更好的压井方法 井喷可能持续几天甚至更长时间 浅气层井控技术 一 浅气层井喷主要原因 1 起钻抽吸 钻速太快 起钻补灌钻井液不及时或钻井液密度较低 2 地层压力异常 一旦井喷 能使油气井迅速卸载 层位浅使报警信号反应时间短 天然气可能在几乎没有报警的情况下就到达地面 很容易让人措手不及 3 起钻时尤其危险 可能使井筒内所有钻井液喷出 4 注水泥气窜 特别是在注水泥后2 6h 5 体积小 难以预测 经常突然出现 6 浅气层井喷很难控制是因为地层压力与地层破裂压力相差很小 表层一般是薄弱地层 容易憋裂 7 钻浅井段时井口的控制装置也少 浅气层井控技术 二 浅气层井喷的危害 1 浅气层井喷容易憋裂地层 造成井漏或井喷起火 人员伤亡 油气井报废 烧毁井架 2 井喷塌陷时 钻机与平台可能下沉 3 喷出的气体不管有没有毒都会污染环境 浅气层井控技术 三 浅气层检测在现场施工中 应密切监控井下情况 做到以下几点 1 在钻井设计时进行溢流检测 即对邻近井资料进行分析对比 标明可能遇到的异常压力地层 含酸性气体 H2S 地层 地质情况复杂的地层或漏失层 2 钻井过程中根据井上的直接或间接显示 判断溢流的显示 要熟悉各种溢流的原因 认识溢流的发生 发展过程 会使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减少 使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增加 能够正确识别静液压力与地层压力之间失衡的各种显示 浅气层井控技术 三 浅气层检测在现场施工中 应密切监控井下情况 做到以下几点 3 溢流的发生 发展是有一个过程的 钻井人员对于潜在的或即将发生的溢流迹象 要认真观察分析 钻井人员应密切监控井下情况 并且考虑和预测可能出现井控问题 应能够迅速发现井内异常情况 有效地把溢流 地面压力及井控的各种困难减少到最小程度 浅气层井控技术 四 浅气层处理在钻遇浅气层前要仔细计划 确认是关井 还是应当分流 钻表层时 司钻应注意钻井液出口管流量传感器发出的井涌信号 使得有尽可能多的时间进行分流或关井 在浅井段钻井时 即使钻到黏性页岩 使用流量传感器有困难 也要尽可能保证流量传感器可靠工作 因为流量传感器发生的信号比钻井液池液面增加发出的信号来得早 能够争取较多的时间 如有疑 就要停泵检查井口是否有钻井液外流 浅气层井控技术 四 浅气层处理浅层气会很快产生井涌 起钻时 司钻要特别注意最初几个立柱是否灌满钻井液 注意观察在起每两根立柱之间井口有无钻井液外流 起最初几个立柱时 不要装胶皮刮泥器 表层套管下人深度较浅 用来支撑防喷器组合 当关闭防喷器控制浅层气压力时 地层因破裂压力低而破裂 又因表层套管下得浅 地层破裂可延伸到地表 窜到地表的天然气着火便会烧毁钻井设备或使之下沉 一般情况下 在软地层套管下入深度小于450 600m 在硬地层套管下入深度小于300m 便不能关井 浅气层井控技术 四 浅气层处理1 分流与关井关井还是分流 取决于套管的最大允许压力 Pamax 9 81 Pf Pm h式中 Pamax为套管最大允许压力 Pf为地层破裂压力当量密度 Pm为钻井液密度 h为薄弱地层深度 在大多数情况下 薄弱地层是在套管鞋处 公式中地层破裂压力当量密度Pf非常低 如果发生井涌关井 井涌流体就有可能憋裂地层窜到地面上来 这种液流可以冲掉土壤 使陆地钻机沉入地下 浅气层井控技术 四 浅气层处理2 分流放喷套管下得浅 地层在套管鞋处不能承受应有的关井压力 井涌流体有可能沿井口周围窜到地面时 均不能关井 而要使用分流器放喷 分流器的操作 除了在关闭环形胶心时要打开分流放喷管线外 都要遵守基本的关井方法 打开分流器时应关闭去钻井液池的钻井液出口管线 以免井口充满天然气 浅气层井控技术 四 浅气层处理2 分流放喷分流放喷程序 1 上提钻具 使方钻杆接头露出钻台面 2 停泵 3 检查井口是否有钻井液外流 4 打开分流器放喷管线 5 关闭分流器胶心 6 检查出口管是否关闭 分流器胶心是否关闭 分流器放喷管线是否朝下风打开 7 按分流器放喷设计要求 启动钻井泵 开双泵以最大泵速泵水或一定量的高密度钻井液 浅气层井控技术 四 浅气层处理3 主要压井方法 1 打一段超高密度钻井液控制井涌 然后再根据情况决定是下套管封隔 还是用封隔器封隔 还是加高密度钻井液 2 若确认这种浅气层储量少 也可采用有控制地放空使其在短时间内衰竭然后采取措施 3 采用动力压井法 大排量循环钻井液 利用增大循环阻力 增加井底压力以平衡地层压力 浅气层井控技术 四 浅气层处理4结论与认识 1 浅气层必须引起人们的重视 要从一次井控上下工夫 提高浅气层的井控防范意识 2 准确发现溢流是井控技术的关键 施工队伍要及时发现溢流 要严格执行油气层钻井井控技术措施 克服侥幸麻痹思想 坚持 发现溢流立即关井 疑似溢流关井检查 的现场井控关井原则 及时 果断处理井控险情 杜绝浅气层井喷事故的发生 浅气层井控技术 立管压力法1 立管压力法原理通过节流阀 间断放出一定数量的钻井液 使天然气膨胀 气体压力降低 通过立管压力控制天然气的膨胀和井底压力 使井底压力略大于地层压力 以防止天然气再进入井内 又不压漏地层 关井后天然气上升的处理方法 立管压力法2 操作方法1 先确定一个比初始关井立管压力高的允许立管压力pd1和放压过程中立管压力的变化值 pd 国外一般取 pd 0 343 0 686Mpa 此值在压力表上不好读出 可取 pd 0 5 1Mpa pd1比初始关井压力pd大1Mpa 例如 关井立压pd 3Mpa 则pd1 4Mpa pd 0 5 1Mpa 关井后天然气上升的处理方法 立管压力法2 操作方法 2 当关井立压pd增加到 pd1 pd 即增加到 3 1 1 5Mpa时 通过节流阀放钻井液 立管压力降到pd1 即下降到4Mpa时关井 3 关井后 天然气继续上升 立管压力再次升到 pd1 pd 时 即增加到 3 1 1 5Mpa时 再按上述方法放压 然后关井 这样重复进行 可使天然气上升到井口 放压过程中 由于环空放出钻井液 环空静液压力减小 因此套压增加一个值 增加的值等于环空静液压力的减小值 关井后天然气上升的处理方法 立管压力法3 不适应立管压力方法的情况 当发生如下情况时 则不能用立管压力法 而要用容积法 1 钻头水眼被堵死 立管压力不能读值 2 钻头位置在气体之上 3 钻具被刺漏等 关井后天然气上升的处理方法 容积法 套管压力法 1 容积法的原理是依据井底压力 环空静液压力和套压的变化关系 控制井底压力略大于地层压力 让气体上升膨胀 井底压力的变化是由于地面套压的变化或环空静液压力的变化引起的 环空静液压力变化又是由于气体膨胀时钻井液