常规井控技术和检测方法

1、常规井控技术和检测方法主要内容：井眼与地层压力系统井涌的原因、征兆与检测方法关井方式与关井程序侵入流体性质的判别压井 - 恢复压力平衡的方法常规井控技术和检测方法第一部分 井眼与地层压力系统一、井眼与地层压力体系1、井眼内的各种压力 (1) 上覆岩层压力 P0 = 0.00981*H * (1-) ma + f (MPa) H 井深 ，m 地层孔隙度 ， % ma 地层骨架密度 ， g/cm3 f 地层流体密度 ， g/cm3 上覆岩层压力一般由密度测井或声波测井资料求得。 密度测井： G0 = Hi fm / Hi g/cm3 常规井控技术和检测方法声波测井： fm = T ma -2.11

2、*( T - T ma ) / ( T f+ T )(2) 地层孔隙压力 ppPH (MPa) P - 地层孔隙压力的当量泥浆密度，g/cm3。 H - 井深，m。(3) 地层破裂压力 f 地层破裂压力的当量泥浆密度， g/cm3。 Kss 构造应力系数 Srt 岩石的抗拉强度常规井控技术和检测方法(4) 钻井液液柱压力 Ph = 0.0098 mH H -环空液柱垂直高度，m。 m 泥浆密度(5) 井内波动压力 抽吸压力： psb bH （MPa） 激动压力： psg gH （MPa） sb-抽吸压力系数，g/cm3。 一般应控制在 sb=3。 sg-激动压力系数，g/cm3。 一般应控制在

3、 sg0.1 g/cm3。 实际操作过程中，当泥浆密度在1.5g/cm3,粘度在50mPa.s 时，如果起钻速度在左右, 则抽吸压力 系数可达0.1g/cm3 以上。常规井控技术和检测方法(6) 环空循环压降 a=pa /（0.00981 H） a 环空压降的当量泥浆密度， g/cm3。(7) 井底有效压力 正常钻进时： phe= ph+ pa 起钻时： phe= ph - psb 下钻时： phe= ph+ psg 最大井底压力： phemax = ph + pa+ psg 最小井底压力： phemin= ph - psb常规井控技术和检测方法2、井眼与地层压力关系 安全钻井的压力平衡条件：

4、 pp phe pf 或 p he f phe pp ， 地层流体侵入井眼； phe= pp ， 平衡压力钻井； phe pf ， 压裂地层，发生井漏； pp phe pf ， 过平衡压力钻井； phe pp ， 地层流体有控制地进入井眼， 欠平衡压力钻井。常规井控技术和检测方法第二部分 井涌的原因、征兆与监测方法井涌（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

5、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）过程中常规井控技术和检测方法二、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

6、。只要及时有效地除气，就可有效避免井喷。常规井控技术和检测方法（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。常规井控技术和检测方法3、气侵情况下的气液两相流的流动特点 常规井控技术和检测方法 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

7、泡状流时，气体的滑脱速度不大，一般为 150 300 m/h；在段塞流时的滑脱速度约为 1800 3000 m/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。常规井控技术和检测方法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。常规井控技术和检测方法如深度为4 km 的井，当井底侵入 1 m

8、3 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，当外溢量为4 m3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。常规井控技术和检测方法（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，

9、使套压小于允许套压。常规井控技术和检测方法注意事项： 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。 举例：P181常规井控技术和检测方法三、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

10、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。常规井控技术和检测方法（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。 常规井控技术和检测方法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

11、、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常规井控技术和检测方法第三部分 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

12、高的情况。常规井控技术和检测方法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。常规井控技术和检测方法二、关井程序 (关井步骤）1、钻进时发生井涌 （1）立即停止钻进，发出报警信号，停转盘、 上提方钻杆到钻杆接头露出转盘面； （2） 停泵； （3）适当打开节流阀； （4）关防喷器 先关环型、再关闸板； （5

13、）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压； （6） 及时向队长和技术人员报告； （7） 认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。 常规井控技术和检测方法2、起下钻杆时发生井涌 （1）发出报警信号并立即停止起下钻作业； （2）抢接回压阀（或投钻具止回阀）； （3）适当打开节流阀； （4）关防喷器 先关环型、再关闸板； （5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压； （6） 及时向队长和技术人员报告； （7） 认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。 常规井控技术和检测方法 3、起下钻铤时发生井涌 （1）发出报警信号，抢接回压阀（或投钻具止回阀）；， （2）抢接钻杆； （3）适当打开节流阀

14、； （4）关防喷器 先关环型、再关闸板； （5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压； （6） 及时向队长和技术人员报告； （7） 认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。常规井控技术和检测方法4、空井时发生井涌 （1）发出报警信号； （2）适当打开节流阀； （3）关防喷器 先关环型、再关闸板； （4）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压； （5）打开环型防喷器； （6） 及时向队长和技术人员报告； （7） 认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。常规井控技术和检测方法三、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

15、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。常规井控技术和检测方法四、侵入井内流体性质的判断 发生井涌关井后，应当判断侵入井内的流体性质。侵入的流体可能是油、气、水或者是其混合物。精确确定流体的类型是比较困难的（由于井径不规则、泥浆池增量计算不准确等因素），因此只能近似判断流体的类型。 计算时应首先根据泥浆池增量，算出侵入流体在

16、环空内的高度 : Hi = Vmd / Van ( m) 式中 ： Vmd_ 泥浆池增量, m3 Van 环形空间每米高度所具有的体积，m3/m 常规井控技术和检测方法根据U形管原理可得： Pc + 0.00981 m = Pc + 0.00981 m ( H - Hi) + 0.00981 m Hi i = m - (Pc - Psi) 式中： Pc 关井套管压力， MPa； Ps 关井立管压力, MPa； m 井内泥浆密度，g/cm3 i 侵入井内流体的密度，g/cm3一般： i = 0.12 0.36 g/cm3 , 气体； 0.36 0.6 g/cm3， 为油与气或水与气的混合物； 0

17、.6 0.84 g/cm3, 油、水或油水混合物。 常规井控技术和检测方法第四部分 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。常规井控技术和检测方法 气侵关井后的立压与套压

18、随时间的变化曲线常规井控技术和检测方法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。常规井控技术和检测方法释放“圈闭压力”的方法为：开启节流阀，释放40 80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

19、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20 30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。常规井控技术和检测方法二、关井立管压力的确定1、钻柱中未装钻具回压凡尔时 对于具有良好渗透性的地层，关井10 15分钟后地层和井眼之间可以建立起平衡； 对于致密性地层建立起平衡所需的时间较长。 关井等待立管压

20、力趋于稳定后（或圈闭压力释放后），即可分别从“立压表”和“套压表”上分别读取关井立管压立值 Ps 和关井套压值 Pc。常规井控技术和检测方法2、钻柱内装有回压凡尔时关井立管压力的确定非循环状态下钻柱内与井底不连通，立压表无显示。不循环法：关井后等待套压相对稳定，记录下套压pc；不开节流阀，小排量缓慢启动泵，直到套压开始升高为pc时停泵，并记录下此时泵压ps；计算关井立压： ps = ps-（ pc - pc）适用于不知道泵速及相应循环压耗的情况。常规井控技术和检测方法循环法：关井后等待套压相对稳定，记录下套压pc；启动泵，以压井泵速泵入钻井液，同时调节节流阀保持套压不变，记录此时立管压力ps；

21、停泵，关闭节流阀；计算关井立管压力： ps= ps- pci此方法适用于已知压井泵速和相应循环压耗pci的情况。常规井控技术和检测方法三、地层压力的确定及压井泥浆密度计算 压井的目的是建立起新的井底压力与地层压力之间的平衡。需要知道地层压力和压井所需的钻井液密度。1、地层压力的确定如图所示,根据U形管原理：将钻柱和环空视为连通的“U”形管，井底地层作为U形管底部。关井后，压力平衡关系为： Ps + Phi = Pp = Pc+ Pha Phi-钻柱内静液压力，MPa； Pha-环空内静液压力，MPa； Pp-地层孔隙压力，MPa。常规井控技术和检测方法由上式可求取地层孔隙压力为： Pp = P

22、s + Phi = Ps+ 0.00981 d H MPa地层压力当量泥浆密度为： p = d + Ps / (0.00981 H ) g/cm3注意:不能用 Pp=Pc+ Pha 计算地层压力，因环空钻井液受地层流体污染严重，其密度难以确定。关井立管压力的求取，需根据不同情况采取不同的方法才能求准。根据U形管原理，可以理解关井后的套压 Pc比立压Ps 要高。常规井控技术和检测方法2、压井所需钻井液密度的确定 用重泥浆建立起新的平衡后，井眼内应满足以下条件： Phk=Pp 即： Phk = Pp = Ps + 0.00981 d H = 0.00981 k H 所以： k = d + Ps /

23、 ( 0.00981 H ) 为确保安全，现场通常再增加一个钻井液密度或井底压力的安全附加值 或 p 。 油井： p = 1.5 MPa， =0.05 0.1 g/cm3； 气井： pMPa， g/cm3。 压井所需的钻井液密度为：常规井控技术和检测方法3、套压的最大允许值不得超过井口装置的额定工作压力；不得超过套管抗内压强度的80%；与泥浆液柱压力之和不大于地层破裂压力。四、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

24、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。常规井控技术和检测方法1、压井基本数据计算（1）压井钻井液密度（2）压井泵速确定 采用低泵速压井。 Qk =（1/3 1/2）Q Qk - 压井排量，L/s； Q - 钻进时的正常排量，L/s。 采用低泵速的主要目的是便于压井过程中节流阀和立压的控制。常规井控技术和检测方法（3）压井立管压力（泵压）的计算 为保证压井过程中井底压力不变，随着重泥浆的不断入井，立管压力应逐渐降低。 压井过程中井底压力的平衡关系 Ps +P hi+Pl - Pld = Pp+ Pla =Pc + P ha + Pla循环时的立管总压力： pT = p

25、s+ pl Pl 循环总压耗，MPa； Pld 钻柱内和钻头水眼循环压耗，MPa； Pla 环空循环压耗，MPa。 常规井控技术和检测方法由压力平衡关系可以看出： 只要在压井过程中保持等式左侧的值不变就能保持井底压力不变。式中唯一可调节和控制的参数就是循环时的立管总压力pT 。由于压井时井眼内的钻井液密度由 d 变为 k，因此，循环立管压力从初始循环立管压力 pTi 逐渐变化为压井结束时的终了循环立管压力pTf 。常规井控技术和检测方法初始循环立管压力 pTi 的确定 pTi = ps + pl i pl i - 初始循环压耗，MPa。 pl i 的确定方法：早期实测法：在即将钻达高压层时，要

26、求井队每天上班一开始用选定的压井排量试循环，记录循环压力，以此作为压井循环压耗。循环测量法：缓慢开启节流阀并启动泵，控制套压保持关井套压不变；调整泵速使排量达到压井排量，保持套压等于关井套压；读取此时的立管压力作为初始循环立管压力。常规井控技术和检测方法终了循环立管压力 pTf 的确定 当加重后的钻井液循环到井底时，钻柱内的钻井液柱压力已能平衡地层压力，关井立管压力 ps 逐渐变为0，系统循环压耗也由于泥浆密度的变化由初始循环压耗 pl i变为终了循环压耗 pl f 。由于在同一水力系统中循环压耗近似正比与循环介质的密度，所以有： pTf = pl f = ( k / d ) pl i常规井控

27、技术和检测方法（4）压井钻井液从地面到达钻头的时间 Vd-单位长度钻柱的容积，L/m。（5）压井钻井液充满环空所需的时间 Va-单位长度环空的容积，L/m。2、压井方法（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。常规井控技术和检测方法施工工序：缓慢开泵，调节节流阀保持套压等于关井套压；调节泵速使排量达到压井排量并保持排量不变，此时立管压力等于初始循环立管压力 pTi；泵入压井液，调节节流阀使立管压力在 td 时间内由初始循环立管压力 pTi 降到终了循环立管压力

28、pTf；在压井液从井底返至地面的时间 ta 内，调节节流阀，保持立管压力始终等于 pTf不变。当压井液返至井口时，套压降为零，压井结束。常规井控技术和检测方法一次循环法压井循环立管压力变化曲线常规井控技术和检测方法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。常规井控技术和检测方法（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：第一循环周缓慢开泵注入原钻井液，调节节流阀使套压等于

29、关井套压；调整泵速达到压井排量，调节节流阀使立管压力等于初始循环立管压力pTi；保持立管压力等于 pTi不变，直到替换出井内全部钻井液；停泵，并关闭节流阀，此时套压等于关井立管压力值。常规井控技术和检测方法第二循环周缓慢开泵，调节节流阀保持套压等于第一循环周后的关井套压；调节泵速使排量等于压井排量，此时的立管压力接近初始循环立管压力pTi；调节节流阀，使立管压力在重钻井液由井口到达钻头的 td 时间内由初始循环立管压力 pTi 降到终了循环立管压力 pTf；在重钻井液从井底返至地面的时间 ta 内，调节节流阀，保持立管压力始终等于 pTf不变。当压井液返至井口时，套压降为零，压井结束。常规井控

30、技术和检测方法二次循环压井循环立管压力变化曲线常规井控技术和检测方法一次循环法压井的优缺点：优点：可以尽快地排除井内受污染钻井液，关井等待时 间短，可尽快恢复循环；缺点：压井过程时间长，第一循环周内套压可能较高。常规井控技术和检测方法（3）边循环边加重法 溢流关井后立即进行循环，边循环边提高钻井液密度，直至井眼内全部充满达压井密度的钻井液。该方法压井立压变化曲线较复杂。三种压井方法的比较与选择： 关井等候压井的时间 司钻法、边循环边加重法 工程师法 压井作业时间 司钻法 边循环边加重法 工程师法 套压峰值 司钻法 边循环边加重法 工程师法 作业难度 边循环边加重法 司钻法、工程师法常规井控技术

31、和检测方法工程师法适用于井口装置承压及地层破裂压力较低的情况；边循环边加重法适用于已储备了一定的压井液，且井下有易卡钻地层的情况；司钻法适用于井下易卡钻的情况。常规井控技术和检测方法常规井控技术和检测方法常规井控技术和检测方法五、压井过程中的套压变化 在压井过程中，我们是用通过控制立管压力来达到控制井底压力保持不变，即按立管压力进行施工。但是，了解压井过程中的套压变化也是必要的。1、一次循环法压井时的套压变化 分别讨论盐水侵、气侵时的套压变化过程。 常规井控技术和检测方法（1）侵入井内的流体为液体（盐水侵、油侵无气）常规井控技术和检测方法（2）侵入井内的流体为气体常规井控技术和检测方法（3）一

32、次循环法立管压力与套压的对应关系常规井控技术和检测方法（4）一次循环法立管压力与套压的典型变化曲线常规井控技术和检测方法2、二次循环法压井时的套压变化常规井控技术和检测方法 二次循环法立管压力与套压的对应关系常规井控技术和检测方法 二次循环法立管压力与套压的典型变化曲线常规井控技术和检测方法3、一次循环法与二次循环法压井时的套压比较 常规井控技术和检测方法4、气体侵入量大小对套压峰制值的影响 常规井控技术和检测方法六、压井最大套压的理论计算 1、一次循环法压井时的最大套压 式中：B = 0.00981( k -m) L k 压井泥浆密度， g/cm3 m 原浆密度， g/cm3 L 钻具内泥浆在环空中的高度， km P1 地层压力， MPa V1 侵入井内气体量，即泥浆池增量， m3 A 每米环空容积， m3/m T1