常规井控技术PPT课件

.,1,第一部分井控基本概念解读,.,2,井控基本概念解读,一、井控基本概念1、井控（WellControl）：实施油气井压力控制的简称。2、溢流（Overflow）：当井底压力小于地层压力时，井口返出的钻井液量大于泵的排量、停泵后井口钻井液自动外溢的现象称之为溢流或井涌。3、井喷（WellBlowout）：当井底压力远小于地层压力时，井内流体就会大量喷出，在地面形成较大喷势的现象称之为井喷。4、井喷失控（OutofControlforBlowout）：井喷发生后，无法用常规方法控制井口和压井而出现井口敞喷的现象称之为井喷失控。,.,3,井控基本概念解读,5、井控的三个阶段：(1)一级井控：也称主井控，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穿油气层的井控技术。该方法简单、安全、环保、易于操作。(2)二级井控：溢流或井喷后，按关井程序及时关井，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。,.,4,井控基本概念解读,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量控制在12m3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，应停止一切其它作业，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。,.,5,井控失控的危害,其危害性可概括以下八个方面：1打乱全局的正常工作程序，影响全局生产；2使钻井事故复杂化、恶性化；3极易引起火灾（如井场、苇地及森林）；4影响井场周围居民的正常生活，甚至生命安全；5污染环境，影响农田、水利和渔牧业生产以及交通、通讯的正常运行等；6伤害油气层，毁坏地下油气资源；7造成人力及物力上的巨大损失，严重时造成机毁人亡和油气井报废；8降低企业形象，造成不良的社会影响。,.,6,井喷失控处理方法,一旦井喷失控，其处理方法主要是围绕着怎样使井口装置、井控管汇重新恢复对油气流的控制而进行。井喷失控井虽各有其特点和复杂性，但基本处理方法却是相同的。一般的处理过程都是先将三级井控转化为二级井控，即：重装井口，恢复对井口的控制。再将二级井控转化为一级井控，即：只利用合理的压井钻井液密度就能平衡地层压力，恢复正常钻井作业。,.,7,井控作业中易出现的错误做法1、发现溢流后不立即关井，仍采取循环观察；2、起下管柱溢流时仍侥幸继续作业；3、关井后长时间不进行压井作业；4、压井泥浆密度过大或过小；5、排除天然气溢流时保持循环罐液面不变；6、企图敞开井口，使压井液的泵入速度大于溢流速度：7、关井后闸板刺漏仍不采取措施。,.,8,第二部分井下各种压力的概念,.,9,一、静液柱压力：是由静止液体重力产生的压力。P=gH/1000P静液柱压力，MPag重力加速度，9.81m/s2液体密度，g/cm3H液柱高度，m对井深需要特别注意的是，井深必须用垂直井深，面不是管柱下入深度，静液柱压力的大小仅取决于流体的的密度和液柱的垂直高度，与井筒尺寸无关。,.,10,二、当量流体密度：地层某一位置的当量流体密度是这一点以上各种压力之和（静液柱压力、回压、环空压力损失等）折算成流体密度，称为这一点的当量流体密度。e=1000p/9.81HP作用于该点的总压力，MPa当量流体密度，g/cm3H液柱高度，m,.,11,在作业过程中，计算井下某点的当量密度时，由于在大部分情况下都有井内流体的静液柱压力作用于该处，所以上述公式可以写成以下形式e=1000p/9.81H+P作用于该点的不包括静液柱压力的其它压力，MPa,.,12,三、压力梯度：是指每增加单位垂直深度压力的变化值，即每米垂直井深压力的变化值或每10米垂直井深压力的变化值。G=p/H=gG压力梯度，kPa/mp压力，kPa或MPaH深度，m或10m,.,13,四、地层压力：地层压力指地下岩石孔隙中流体所具有的压力。正常情况下，地下某一深度的地层压力等于地层流体作用于该处的静液柱压力。清水和盐水是两种常见的地层流体，水的密度是1g/cm3,形成的压力梯度为9.8kPa/m，地层的盐水密度大约为1.07g/cm3,形成的压力梯度为10.5kPa/m。按习惯，压力梯度在9.8-10.5kPa/m为正常地层压力。,.,14,五、上覆岩层压力：是某深度以上的岩石和其中的流体对该深度所形成的压力。P0=Pm+PpP0上覆岩层压力，MPaPm基体岩石压力，MPaPp地层孔隙压力，MPa上覆岩层压力一般由密度测井或声波测井资料求得。,.,15,六、地层破裂压力：指某一深度地层发生破碎和裂缝时所能承受的压力。井内压力过大会使地层破裂并将全部修井液漏入地层。井下作业时修井液的液柱压力的下限要保持与地层压力相平衡，即不污染地层，又能实现压力控制；而其上限则不能超过地层的破裂压力，以免压裂地层造成井漏。尤其是地层压力差别较大的裸眼井段，如设计不当会造成先漏后喷的事故。,.,16,七、井底压差：指井底压力与地层压力之间的差值。p=PbPpPb井底压力Pp地层压力在作业过程中控制井底压差是十分重要的，井下作业就是在井底压力稍大于地层压力，保持最小井底压差的条件下进行的。这样既可以提高作业速度，又可达到到保护油、气层的目的。,.,17,八、井下压力系统的平衡关系1、静止状态（空井）井底压力=静止压力Pb=Pm2、正常循环井底压力=环空静液压力+环空压力损失Pb=Pmh+Phs反循环井底压力=静液压力+管柱内的阻力Pb=Pm+Pzz3、起管柱时井底压力=静液压力抽汲压力Pb=Pm-Pcj如果不及时灌修井液井底压力=静液压力抽汲压力-液面降减小的压力Pb=Pm-Pcj-Pyj4、下管柱时井底压力=静液压力+激动压力Pb=Pm+Pj,.,18,5、冲砂、钻塞时井底压力=静液压力+环空阻力+岩屑或砂粒在修井液中产生的附加压力+向下送管的激动压力Pb=Pm+Phz+Pyf+Pj6、循环出气涌时井底压力=静液压力+环空阻力+节流阀压力Pb=Pm+Phz+Pjl7、关井时井底压力=环空液柱压力+套压=管柱内液柱压力+油压Pb=Pm+Pa=Pm+Pd从以上7种情况来看，起管柱时其它情况相同，井底压力最小，发生井喷的可能性最大，尤其是起管柱时不及时向井内灌注修井液的情况最危险。,.,19,第三部分井涌的原因、征兆与监测方法,.,20,井涌（又称为溢流、静侵）：地层流体（油、气、水）侵入井内，井口返出的钻井液量大于泵入量，或停泵后钻井液从井口自动外溢的现象。一、地层流体侵入井内的原因1、地层压力掌握不准，使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、起钻未按规定灌泥浆，或井漏使井内液面降低；4、起钻速度过快，引起抽过大，地层流体侵入井内；5、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。统计表明，近70%的井涌或井喷发生在起钻（或起完钻）过程中,.,21,二、气侵1、气侵的途径与方式岩石孔隙中的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液；气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散；当井底压力小于地层压力时，气层中的气体大量流入或渗入井内。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。,.,22,（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。,.,23,3、气侵情况下的气液两相流的流动特点,.,24,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150300m/h；在段塞流时的滑脱速度约为18003000m/h。在井口开口的情况下，随着气体的不断上升，气体逐渐膨胀，在一定气侵量时，气体会由泡状流逐渐向段塞流和环状流发展。,.,25,4、井内气体上升时的体积及压力变化（1）井口开启根据波耳定律：P1V1=P2V2(按等温过程）可知气体从井底上升到一半高度时，由于气体压力减小一半，气体体积将会增大一倍。随着气体体积的不断增大，井底的液柱压力逐渐减小，导致更多的气体侵入井内，形成恶性循环，最终可能引起井喷。,.,26,如深度为4km的井，当井底侵入1m3的气体时，随气体的上升，其体积的变化如图所示：当气体上升到390m处时其体积等于其上的环空体积，也就是说，其上部的泥浆全部被顶出井外。如果泥浆上返速度为0.8m/s，当外溢量为4m3时发现井涌（气体到达1km处)，则从发现到喷出，大约只需78分钟时间。因此，人们常说井喷会突然发生。,.,27,（2）井口关闭在井口关闭的情况下，气体在滑脱上升的过程中保持体积不变，因此其压力亦保持不变，此情况下，井口和井底的压力都会逐渐增加，当气体到达井口时，井口承受的压力为地层压力，井底的压力为2倍于地层压力。此情况下可能压漏地层，发生井下井喷。因此，在井内的气体上升过程中，应逐渐有控制地进行放压，使套压小于允许套压。,.,28,注意事项：1、起钻初期一定要控制起钻速度；2、起钻时注意及时灌浆；3、尽可能防止长时间空井；4、在含气量比较大的地区或气田要有高度的警惕性，下钻时，可采用分段循环的方法排除侵入井内的气体。5、发生井漏时要预防井喷；6、发现井涌后应及时关井，切不可采用循环观察的方法来确定井内的情况。7、在发生井涌时，不要开着井口抢下钻，或者企图把钻头提到套管鞋内。以免造成井喷。,.,29,三、地层流体侵入的检测1、地层流体侵入的征兆（1）钻速（钻时）加快、蹩跳钻、钻进放空；（2）泥浆池液面升高；（3）钻井液返出量多于泵排量；（4）钻井液性能发生变化；密度降低；粘度上升或下降；气泡、氯根离子、气测烃类含量增加；油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓；温度升高；泥浆电导率增大或减小。,.,30,（5）泵压上升或下降，悬重减小或增大；钻遇高压层时，井底压力突然升高，导致悬重减小，泵压升高；地层流体侵入钻井液后，钻井液密度降低，浮力减小，悬重增大，泵压减小。（6）起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值；（7）停止循环后，井口仍有泥浆外溢。,.,31,2、地层流体侵入井眼的检测方法（1）泥浆池液面检测利用泥浆池液面传感器。（2）钻井液返出流量检测利用泥浆出入口流量计。（3）声波检测根据声波在液体、气体和气液两相流中传播速度的不同检测气侵的程度。声波在水中的传播速度为1500m/s，在空气中的传播速度为340m/s，在气液两相流中的传播速度可以低于每秒几十米。（4）利用综合录井仪实时监测,.,32,第四部分关井方式与关井程序,控制溢流主要包括两个步骤：阻止地层流体继续侵入井眼-关井；一、关井方式利用井口防喷器将井口关闭，井口防喷器产生的回压与环空泥浆液柱压力之和平衡地层压力，阻止地层流体的继续侵入。1、硬关井发现溢流后，在节流阀未打开的情况下关闭防喷器。关井时间短，可以尽快阻止地层流体侵入。特点：易产生水击、易损坏井口装置或压漏薄弱地层；适用于井涌速度不高、井口装置承压能力高的情况。,.,33,2、软关井发现并涌后，先适当打开节流阀（34圈），再关闭防喷器，然后再关闭节流阀。特点：关井时间长，地层流体侵入量多。使用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井段有薄弱地层的情况。3、半软关井发现井涌后，先适当打开节流阀，再关防喷器。或边开节流阀边关防喷器。特点：适用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井段有薄弱地层的情况。,.,34,二、关井程序,关井中应注意的几个问题1、关防喷器时要先关环型防喷器，再关闸板防喷器；2、关节流阀时，速度不要太快，注意套压不要超过允许值；3、关闸板防喷器时，应使钻具处于悬吊状态，不能坐在转盘上，以防止钻具不居中而封不住；4、如确实需要向井内下入钻具，不能在泥浆外溢的情况下敞着井口抢下钻，而应采用上下两个闸板防喷器强行下钻5、当关井套压大于允许关井套压时，则不能把节流阀全关死，应在保持尽可能高的套压下进行节流循环。,.,35,第五部分压井,.,36,第五部分压井一、泥浆气侵时，圈闭压力的检查与释放油水侵时：在关井后，立压和套压达到一定值后趋于稳定。气侵时：在关井后，气体在滑脱上升过程中，侵入的气体不能自由膨胀，会带压上升。因此，即便是立压或套压与浆液柱压力之和达到了可平衡地层压力的值以后，立压和套压还可能随时间不断升高。有可能压漏地层或超过设备的承压能力。这种在立压或套压记录上超过平衡地层压力值以后，压力继续升高的增量，称为圈闭压力。为了防止套压超过极限套压，较为准确的确定地层压力，对圈闭压力可进行释放。,.,37,气侵关井后的立压与套压随时间的变化曲线,.,38,地层渗透率大小的判断：精确判断地层渗透率的大小较为困难，但可根据现场经验进行粗略判断。关井后十几分钟，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是高渗地层；关井后40分钟以内，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是中渗地层；关井后80分钟后，立压、套压恢复曲线尚未出现平稳段，可认为是低渗地层；一般情况下，高压高渗地层，井控难度最大，危险性高；高压中渗和中压高渗地层，井控有一定的难度和危险性；中低压、中低渗地层，井控相对较容易。,.,39,释放“圈闭压力”的方法为：开启节流阀，释放4080升钻井液后，关闭节流阀并观察立管压力变化。若立管压力无变化或略有增高，表明无圈闭压力。此时记录的立管压力即是关井立管压力。若立管压力下降，则继续释放钻井液，直到立管压力不再下降。此时圈闭压力已释放掉，所读取的立管压力就是真实的关井立管压力。在放压过程中，立压的变化滞后与节流阀的动作，因此，释放泥浆后应等待一定时间。（如3000m的井，压力传递路程为6000m，大约需要2030秒时间。上述方法在实际操作过程中比较复杂，应根据具体情况具体分析。,.,40,二、地层压力的确定方法1、测静压。将要进行作业的井关井复压37d。待地面压力表读数稳定后，下压力计到油层中部测压，直接读出地层静压。2、液面恢复法计算油层静压。在井口连续录取关井后的恢复液面数据，依据油、套环空中流体，按气柱、油柱、混液柱分布的物理模型，利用压力叠加原理，将测得的恢复液面和恢复套压数据，换算成井底恢复压力，得到一条压力恢复曲线，根据恢复曲线拐点后的数据，计算出油层油压力。3、计算法。对注水井和低气油比井可利用套压加上井筒液柱压力来计算。4、估算法。因某些原因不能直接测量与计算时，可以根据开发状况和邻近井压力资料、钻井时压井液密度来综合考虑，估算地层压力。,.,41,二、地层压力的确定方法5、溢流后的测压在井口装置完善的情况下，发生溢流时，上提管柱，关防喷器，停留10-15min，观察油压和套压，然后接上回压阀，则地层压力为：pP=pO+pm=pa+phpO、pa油压、套压，MPaPm、ph油管液柱压力和油、套环空液柱压力，MPa由于环空压井液已被油、气污染，采用pa和ph计算地层压力是不准确的。只能根据pO和pm求取地层压力。pP=pO+9.811H/1000,.,42,三、压井液的选择1、物理因素环空流速：影响压力损耗的大小和井筒冲洗能力。流速不足可能是设备能力有限、体系压力损失大、环空间隙或整个系统造成的，此时应提高流体的黏度。设备：应满足少量物料和维护修井液的要求。井内流体性质：选择不影响采出的流体的修井液，如采出是气体，应便于脱气。环空：使用大直径工具时，应选择有良好流变性的井液，以维持最低压力降，减轻抽汲作用。修井液的性能：有良好的稳定性、其悬浮性、静切力、失水量、密度等不超过预定范围。腐蚀：调节酸碱度或加入缓释剂，尽量减少腐蚀。,.,43,三、压井液的选择2、地层因素地层压力：液柱压力等于地层压力加预定安全系数，井下工具的运动所造成的抽汲压力不至于地层流体侵入流体。渗透性：控制失水，防止滤液侵入和滤饼沉积对产层的堵塞。黏土含量：地层中不同含量的各类黏土。地层：渗透性地层应加入酸溶性液体或用其它方法降低液体滤失。温度：在井下温度下有保持流变性的能力。过敏性：滤液对地层水的敏感性，产层中黏土含量和类型及其外来液体的敏感性和敏感程度。地层流体和修井液的相容性：应做可溶性试验。,.,44,四、压井液的分类1、水基液改性修井液：加有添加剂以满足修井液在悬浮、凝胶结构和腐蚀控制，缺点是这浓度的微粒物质堵塞或沉淀使产能下降，是不理想的液体。无固相盐水液：是由一种或多种盐水配制而成，一般含有20%左右的溶解盐类，是目前专门采用的修井液和完井液。能满足大部分地层条件需要，其密度范围是1.062.3g/cm3。氯化钾盐水：密度最大为1.17g/cm3。氯化钠盐水：密度最大为1.20g/cm3。溴化钠盐水：密度最大为1.50g/cm3。氯化钙盐水：密度最大为1.39g/cm3。溴化钙盐水：密度最大为1.33g/cm3-1.80g/cm3。溴化锌/溴化钙/氯化钙盐水：密度最大为1.80g/cm3-2.30g/cm3,.,45,四、压井液的分类2、油基液用油作连续相的压井液，当水形成液体内的不连续相时称为油基乳化液，适用于压力低于淡水梯度的地层和水敏感地层。原生原油是一种最好的修井液，它不损害地层。油基液的缺点是含有石蜡和沥青颗粒，会乳化地层，闪点和燃点低有着火危险。3、泡沫液由液体（通常为水）、表面活性剂和气体（空气或氮气）组成，用于低压油层，但其操作复杂性和成本受泡沫体系的条件制约。,.,46,五、压井液密度选择1、压力附加=100（Pp+P附加）/H压井液密度，g/cm3Pp静压或目前地层压力，MPaP附加附加压力，MPaH油层中部深度，m压力附加值范围：油井：p=1.53.5MPa，气井：p=3.05.0MPa，,.,47,五、压井液密度选择2、密度附加=e+附加压井液密度，g/cm3e地层压力当量密度，g/cm3附加密度附加，g/cm3密度附加值范围：油井：=0.050.1g/cm3；气井：=0.070.15g/cm3。,.,48,六、压井液密度计算,压=,102P油层,H,1、利用地层压力确定压液密度,+e（e=0.050.10）,2、利用关井地面压力确定压液密度,压=,102P关油,H,+原（原为原作业流体密度）,.,49,七、压井液用量计算,G=,1V（2-3）,1-2,1、加大压井液所需加重剂的计算,G加重剂所需量，Kg；V加重前压井液体积，m3；1加重剂密度，g/cm32加重后压井液密度，g/cm33加重前压井液密度，g/cm3,.,50,七、压井液用量计算,Q=,V（1-2）,1-,2、降低压井液密度所需水量的计算,Q降低压井液密度所需水量，m3；V原压井液体积，m3；1原压井液密度，g/cm32稀释后压井液密度，g/cm3水的密度密度，g/cm3,.,51,七、压井液用量计算,t=,H（V1-V2）,Q,3、压井液循环一周所需的时间,Q泵的排量，L/min；V1井筒的容积，L/m；V2管柱外容积，L/m；H井深（管柱长度），mt循环一周所用的时间,.,52,七、压井液用量计算,=,12.7Q,D2d2,4、压井液上返速度,Q泵的排量，L/min；压井液上返速度，m/s；D井筒外径，cm；d管柱外径，cm,.,53,七、压井液用量计算,V=pD2H/4,5、井筒容积,V井筒容积，m3；压井液上返速度，m/s；D井筒内径，m；H井深，m,现场计算公式：V=D2H/2D井筒尺寸，in,.,54,压井压井目的：恢复井眼与地层之间的压力平衡，使井内泥浆液柱压力不低于地层孔隙压力。压井的基本工艺过程：将配制好的具有一定密度的钻井液，采用合适的泵速和泵压注入井内，替换出井内被污染的泥浆。压井过程中应遵循的基本原则：在整个压井过程中，通过调节节流阀的开启度保持井底压力不变-井底常压法。,.,55,1、灌注法灌注法是向井筒内灌注一段压井液，井筒液柱压力就能平衡地层压力的压井方法。此方法多用在压力不高、工作简单、时间短的井下作业上。特点是压井液与油层不直接接触，作业后很快投产，可基本消除对产层的损害。,八、压井方式（灌注法、循环法、挤压法）,.,56,2、循环法（1）一次循环压井法（工程师法，等待加重法）关井等侯配制压井重钻井液，然后开启节流阀并开泵注入压井液；在一个循环周内用重泥浆将原来钻井液替出，恢复地层-井眼系统的压力平衡。,八、压井方式（灌注法、循环法、挤压法）,.,57,施工工序：缓慢开泵，迅速开节流阀及下游的平板阀，调节流阀，使套压保持关井时的套压；逐渐达到压井排量，保持不变；这时不再保持套压不变，应调节流阀，使油压接近初始油压。在加重修井液由地面到达油管鞋这段时间内，调节节流阀，控制油压，按照“油压控制进度表”变化，即由初始油压降到终了油压。继续循环，加重修井液返出油管鞋，在环空上返，调节节流阀，使油压保持终了油压不变，直到加重修井液返出地面。停泵关井，检查油、套压是否为零。如果为零，说明压井成功。开井循环调整修井液，恢复正常作业。,.,58,一次循环法压井的优缺点：优点：压井作业时间短，压井时的套压低，不易压漏薄弱地层；缺点：关井等候压井的时间长，对易卡钻地层增加了卡钻的可能性。,八、压井方式,.,59,（2）二次循环压井法（司钻法）发现溢流关井后，先用原钻井液循环一周排除井内受污染钻井液。然后用配制好的重钻井液进行第二次循环，建立地层-井眼系统的压力平衡。施工工序：第一循环周：用原修井液循环排除溢流缓慢开泵，迅速打开节流阀及下游的平板阀，调节节流阀使套压保持关井套压不变，一直保持到压井排量；排量逐渐达到选定排量，保持不变，调节节流阀油压等于初始循环油压，并在整个循环周保持不变。溢流排完，停泵关井，则应油压等于套压，在排溢流的过程中应配制加重修井液，准备压井。,.,60,第二循环周用加重修井液压井，重压力平衡缓慢开泵，迅速开节流阀下游的平板阀，调查节流阀，保持套压不变；排量逐渐达到压井排量并保持不变。在加重修井液从井口到达油管鞋这段时间内，调节节流阀，控制套压等于关井套压不变。油压逐渐下降到终了循环油压。加重修井液出油管鞋返至环空，调节流阀，