第六章油氣井壓力控制

1、第六章第六章 油氣井壓力控制油氣井壓力控制研究的主要問題：研究的主要問題：井眼內(nèi)的壓力平衡問題井眼內(nèi)的壓力平衡問題主要了解的內(nèi)容：主要了解的內(nèi)容：1 1、井眼與地層壓力系統(tǒng)、井眼與地層壓力系統(tǒng)2 2、地層流體的侵入與檢測、地層流體的侵入與檢測3 3、壓井、壓井-恢復(fù)壓力平衡的方法恢復(fù)壓力平衡的方法第一節(jié)第一節(jié) 井眼與地層壓力系統(tǒng)井眼與地層壓力系統(tǒng)一、井眼與地層壓力體系一、井眼與地層壓力體系1 1、井眼內(nèi)的各種壓力、井眼內(nèi)的各種壓力（1 1）地層孔隙壓力）地層孔隙壓力 p pp p=0.00981=0.00981 P PD (MPa)D (MPa) P P -地層孔隙壓力的當(dāng)量泥漿密度，地層孔隙

2、壓力的當(dāng)量泥漿密度，g/cmg/cm3 3。 D -D -井深，井深，m m。（2 2）地層破裂壓力）地層破裂壓力 f f-地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度，地層破裂壓力的當(dāng)量泥漿密度， g/cmg/cm3 3。（3 3）鉆井液液柱壓力）鉆井液液柱壓力 h h1 1-環(huán)空液柱垂直高度，環(huán)空液柱垂直高度，m m。DSppKppfrtposspf00981.0)(1210098. 0hpdh（4 4）井內(nèi)波動壓力）井內(nèi)波動壓力 抽吸壓力：抽吸壓力： p psbsb=0.00981s=0.00981sb bD D （MPaMPa） 激動壓力：激動壓力： p psgsg=0.00981s=0.00981sg

3、 gD D （MPaMPa） s sb b -抽吸壓力的當(dāng)量泥漿密度（抽吸壓力系數(shù)），抽吸壓力的當(dāng)量泥漿密度（抽吸壓力系數(shù)），g/cm3g/cm3。 一般一般 s sb b=0.036=0.0360.08.g/cm0.08.g/cm3 3。 s sg g -激動壓力的當(dāng)量泥漿密度（激動壓力系數(shù)），激動壓力的當(dāng)量泥漿密度（激動壓力系數(shù)），g/cm3g/cm3。 一般一般 s sg g=0.024=0.0240.1 g/cm0.1 g/cm3 3。 （5 5）環(huán)空循環(huán)壓降）環(huán)空循環(huán)壓降 a a = = p pa a / /（0.00981D0.00981D） a a -環(huán)空壓降的當(dāng)量泥漿密度，環(huán)空

4、壓降的當(dāng)量泥漿密度， g/cm3g/cm3。 （6 6）含巖屑鉆井液的壓力增加值）含巖屑鉆井液的壓力增加值 p pr r=0.00981 =0.00981 r rD D8 . 138 . 13)()()()(8 . 12 . 08 . 057503. 0chchcphphpddddLddddLpvdaQp （7 7）井底有效壓力）井底有效壓力 正常鉆進(jìn)時：正常鉆進(jìn)時： p phehe= =p ph h+ + p pa a+ + p pr r 起鉆時：起鉆時： p phehe= =p ph h+ + p pr r- - p psbsb 下鉆時：下鉆時： p phehe= =p ph h+ + p

5、 pr r+ + p psgsg 最大井底壓力：最大井底壓力：p phemaxhemax= =p ph h + + p pa a + + p pr r+ + p psgsg 最小井底壓力：最小井底壓力：p pheminhemin= =p ph h + + p pr r- - p psbsb 2 2、井眼與地層壓力關(guān)系、井眼與地層壓力關(guān)系 安全鉆井的壓力平衡條件：安全鉆井的壓力平衡條件：p pp p p phe he p pf f 或或 p p hehe f f p phe he p pp p ，地層流體侵入井眼；，地層流體侵入井眼； p phehe=p=pp p ， 平衡壓力鉆井；平衡壓力鉆井

6、； p phehe p pf f ， 壓裂地層，發(fā)生井漏；壓裂地層，發(fā)生井漏； p pp p p phehe p pf f ，過平衡壓力鉆井；，過平衡壓力鉆井； p phehe p pp p ，地層流體有控制地進(jìn)入井眼，欠平衡壓力鉆井。，地層流體有控制地進(jìn)入井眼，欠平衡壓力鉆井。二、平衡壓力鉆井二、平衡壓力鉆井1 1、地層、地層-井眼系統(tǒng)的壓力平衡關(guān)系井眼系統(tǒng)的壓力平衡關(guān)系 p pm m=p=pp p + + p p 或或 m m = = p p + + p-p-考慮平衡安全的附加壓力，考慮平衡安全的附加壓力，MPaMPa 油井：油井： p p =1.5 =1.5 3.5MPa3.5MPa，

7、=0.05 =0.05 0.1 g/cm0.1 g/cm3 3； 氣井：氣井： p p =3.0 =3.05.0MPa5.0MPa， =0.07 =0.07 0.15 g/cm0.15 g/cm3 3。 2 2、平衡壓力鉆井的優(yōu)點、平衡壓力鉆井的優(yōu)點n 提高鉆速；提高鉆速；n 保護油氣層；保護油氣層；n 能實現(xiàn)安全鉆進(jìn)。能實現(xiàn)安全鉆進(jìn)。 3 3、平衡壓力鉆井的技術(shù)關(guān)鍵、平衡壓力鉆井的技術(shù)關(guān)鍵n 精確掌握地層壓力；精確掌握地層壓力；n 設(shè)計合理的鉆井液密度和井身結(jié)構(gòu)。設(shè)計合理的鉆井液密度和井身結(jié)構(gòu)。三、欠平衡壓力鉆井三、欠平衡壓力鉆井地層地層-井眼系統(tǒng)壓力關(guān)系：井眼系統(tǒng)壓力關(guān)系： p phehe

8、 p pp p 適用的地層范圍：適用的地層范圍：n低壓低滲油氣藏；低壓低滲油氣藏；n嚴(yán)重水敏性地層的鉆進(jìn)；嚴(yán)重水敏性地層的鉆進(jìn)；n硬石灰?guī)r層；硬石灰?guī)r層；n漏失性地層，如裂縫性地層。漏失性地層，如裂縫性地層。 1 1、欠平衡壓力鉆井方式、欠平衡壓力鉆井方式 （1 1）空氣鉆井）空氣鉆井 采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)；采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)； 基本工序：用大功率壓風(fēng)機將壓縮空氣經(jīng)鉆柱打入井內(nèi)，基本工序：用大功率壓風(fēng)機將壓縮空氣經(jīng)鉆柱打入井內(nèi)，從鉆頭噴嘴噴出。高速氣流沖洗井底并攜帶巖屑返到井口。井從鉆頭噴嘴噴出。高速氣流沖洗井底并攜帶巖屑返到井口。井口配置旋轉(zhuǎn)控制頭（旋轉(zhuǎn)防噴器），用以封閉環(huán)形空間，攜帶口配

9、置旋轉(zhuǎn)控制頭（旋轉(zhuǎn)防噴器），用以封閉環(huán)形空間，攜帶巖屑的氣流從旋轉(zhuǎn)控制頭下面的排放管線排出。巖屑的氣流從旋轉(zhuǎn)控制頭下面的排放管線排出。空氣鉆井的優(yōu)缺點：空氣鉆井的優(yōu)缺點：優(yōu)點：優(yōu)點：n顯著提高機械鉆速；顯著提高機械鉆速；n保護油氣層；保護油氣層；n解決井漏問題。解決井漏問題。缺點：缺點：n井內(nèi)產(chǎn)生碳?xì)浠衔飼r，易著火、爆炸；井內(nèi)產(chǎn)生碳?xì)浠衔飼r，易著火、爆炸；n井內(nèi)進(jìn)水后攜帶巖屑困難；井內(nèi)進(jìn)水后攜帶巖屑困難；n鉆頭和鉆具得不到有效冷卻和潤滑。鉆頭和鉆具得不到有效冷卻和潤滑。（2 2）霧化鉆井）霧化鉆井. .n主要特點：在空氣中摻入水或輕質(zhì)鉆井液，自鉆頭噴嘴噴出后主要特點：在空氣中摻入水或輕質(zhì)鉆

10、井液，自鉆頭噴嘴噴出后形成霧狀流體，沖洗井底和攜帶巖屑。形成霧狀流體，沖洗井底和攜帶巖屑。n主要優(yōu)點：不易著火和爆炸；有少量地層水進(jìn)入井眼也能有效主要優(yōu)點：不易著火和爆炸；有少量地層水進(jìn)入井眼也能有效攜帶巖屑。攜帶巖屑。（3 3）泡沫鉆井）泡沫鉆井n主要特點：采用穩(wěn)定泡沫作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行鉆井。穩(wěn)定泡沫主要特點：采用穩(wěn)定泡沫作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行鉆井。穩(wěn)定泡沫由氣體（氮氣或由氣體（氮氣或coco2 2）、液體和表面活性劑配制。）、液體和表面活性劑配制。n主要優(yōu)點：密度低，粘度和切力高，攜巖能力強。主要優(yōu)點：密度低，粘度和切力高，攜巖能力強。（4 4）充氣鉆井）充氣鉆井n 主要特點：在鉆井液中摻入氣體，

11、從而降低鉆井液密度。主要特點：在鉆井液中摻入氣體，從而降低鉆井液密度。充氣鉆井液密度可控制在充氣鉆井液密度可控制在0.45 0.45 1.20g/cm1.20g/cm3 3范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。n 主要優(yōu)點：密度可調(diào)范圍大；能消除空氣鉆井可能引起得主要優(yōu)點：密度可調(diào)范圍大；能消除空氣鉆井可能引起得井下爆炸；較一次性的泡沫鉆井經(jīng)濟；可用于易出水地層。井下爆炸；較一次性的泡沫鉆井經(jīng)濟；可用于易出水地層。（5 5）邊噴邊鉆）邊噴邊鉆n 主要特點：采用低密度鉆井液，控制井底有效壓力低于地主要特點：采用低密度鉆井液，控制井底有效壓力低于地層孔隙壓力。層孔隙壓力。n 主要優(yōu)點：適用于地層壓力較高的油氣藏。主要優(yōu)

12、點：適用于地層壓力較高的油氣藏。 2 2、欠平衡壓力鉆井的技術(shù)難點、欠平衡壓力鉆井的技術(shù)難點n主要設(shè)備主要設(shè)備-旋轉(zhuǎn)防噴器的質(zhì)量及可靠性；旋轉(zhuǎn)防噴器的質(zhì)量及可靠性；n地層孔隙壓力預(yù)測的精度；地層孔隙壓力預(yù)測的精度；n井底有效壓力的計算及檢測；井底有效壓力的計算及檢測；n井口壓力的控制技術(shù)；井口壓力的控制技術(shù)；n井壁穩(wěn)定性保證；井壁穩(wěn)定性保證；n固井和完井；固井和完井；n起下鉆及接單根過程中的欠平衡起下鉆及接單根過程中的欠平衡n欠平衡鉆井適用的油氣藏欠平衡鉆井適用的油氣藏n欠平衡鉆井液技術(shù)。欠平衡鉆井液技術(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 地層流體的侵入與檢測地層流體的侵入與檢測 溢流：溢流：地層流體（油、氣、水

13、）侵入井內(nèi)，井口返出的鉆井液地層流體（油、氣、水）侵入井內(nèi)，井口返出的鉆井液量大于泵入量，或停泵后鉆井液從井口自動外溢的現(xiàn)象。量大于泵入量，或停泵后鉆井液從井口自動外溢的現(xiàn)象。 一、地層流體侵入的原因一、地層流體侵入的原因 1 1、地層壓力掌握不準(zhǔn)，使設(shè)計的鉆井液密度偏低；、地層壓力掌握不準(zhǔn)，使設(shè)計的鉆井液密度偏低； 2 2、地層流體（油、氣、水）侵入，使鉆井液密度降低；、地層流體（油、氣、水）侵入，使鉆井液密度降低； 3 3、起鉆未按規(guī)定灌泥漿，或井漏使井內(nèi)液面降低；、起鉆未按規(guī)定灌泥漿，或井漏使井內(nèi)液面降低； 4 4、起鉆抽吸作用使井底壓力減?。?、起鉆抽吸作用使井底壓力減小； 5 5、停止

14、循環(huán)時，環(huán)空循環(huán)壓降消失，使井底壓力減小。、停止循環(huán)時，環(huán)空循環(huán)壓降消失，使井底壓力減小。 二、氣侵二、氣侵 1 1、氣侵的途徑與方式、氣侵的途徑與方式n 巖石孔隙中的氣體隨鉆碎的巖屑進(jìn)入井內(nèi)鉆井液；巖石孔隙中的氣體隨鉆碎的巖屑進(jìn)入井內(nèi)鉆井液；n 氣層中的氣體由于濃度差通過泥餅向井內(nèi)擴散；氣層中的氣體由于濃度差通過泥餅向井內(nèi)擴散；n 當(dāng)井底壓力小于地層壓力時，氣層中的氣體大量流當(dāng)井底壓力小于地層壓力時，氣層中的氣體大量流入或滲入井內(nèi)。入或滲入井內(nèi)。 2 2、氣侵的特點及危害、氣侵的特點及危害 （1 1）侵入井內(nèi)的氣體由井底向井口運移時，體積逐漸膨脹，）侵入井內(nèi)的氣體由井底向井口運移時，體積逐漸

15、膨脹，越接近地面，膨脹越快。因此，在地面看起來氣侵很嚴(yán)重的鉆越接近地面，膨脹越快。因此，在地面看起來氣侵很嚴(yán)重的鉆井液，在井底只有少量氣體侵入。井液，在井底只有少量氣體侵入。 （2 2）氣體侵入鉆井液后呈分散狀態(tài)，井底泥漿液柱壓力的）氣體侵入鉆井液后呈分散狀態(tài)，井底泥漿液柱壓力的降低是非常有限的。只要及時有效地除氣，就可有效避免井噴。降低是非常有限的。只要及時有效地除氣，就可有效避免井噴。 （3 3）當(dāng)井底積聚相當(dāng)體積的氣體形成氣柱時，隨著氣柱的上）當(dāng)井底積聚相當(dāng)體積的氣體形成氣柱時，隨著氣柱的上升（滑脫上升或循環(huán)上升），環(huán)境壓力降低，體積膨脹變大，替代升（滑脫上升或循環(huán)上升），環(huán)境壓力降低，

16、體積膨脹變大，替代的鉆井液量越來越多，使井底壓力大大降低，更多的氣體將以更快的鉆井液量越來越多，使井底壓力大大降低，更多的氣體將以更快的速度侵入井內(nèi)，最終導(dǎo)致井噴。的速度侵入井內(nèi)，最終導(dǎo)致井噴。 （4 4）氣侵關(guān)井后，氣體將滑脫上升，在井口積聚。但體積變）氣侵關(guān)井后，氣體將滑脫上升，在井口積聚。但體積變化并不大。使氣體幾乎仍保持原來的井底壓力。這個壓力與泥漿柱化并不大。使氣體幾乎仍保持原來的井底壓力。這個壓力與泥漿柱壓力疊加作用于整個井筒，容易導(dǎo)致井漏和地下井噴。壓力疊加作用于整個井筒，容易導(dǎo)致井漏和地下井噴。 三、地層流體侵入的檢測三、地層流體侵入的檢測 1 1、地層流體侵入的征兆、地層流體

17、侵入的征兆 （1 1）鉆速加快、蹩跳鉆、鉆進(jìn)放空；）鉆速加快、蹩跳鉆、鉆進(jìn)放空； （2 2）泥漿池液面升高；）泥漿池液面升高； （3 3）鉆井液返出量多于泵排量；）鉆井液返出量多于泵排量； （4 4）鉆井液性能發(fā)生變化；）鉆井液性能發(fā)生變化；n密度降低；密度降低；n粘度上升或下降；粘度上升或下降；n氣泡、氯根離子、氣測烴類含量增加；氣泡、氯根離子、氣測烴類含量增加；n油花增多，油味、天然氣味、硫化氫味增濃；油花增多，油味、天然氣味、硫化氫味增濃；n溫度升高。溫度升高。 （5 5）泵壓上升或下降，懸重減小或增大；）泵壓上升或下降，懸重減小或增大； 鉆遇高壓層時，井底壓力突然升高，導(dǎo)致懸重減小，泵

18、鉆遇高壓層時，井底壓力突然升高，導(dǎo)致懸重減小，泵壓升高；地層流體侵入鉆井液后，鉆井液密度降低，浮力減壓升高；地層流體侵入鉆井液后，鉆井液密度降低，浮力減小，懸重增大，泵壓減小。小，懸重增大，泵壓減小。 （6 6）起鉆時灌不進(jìn)泥漿或泥漿灌入量少于正常值；）起鉆時灌不進(jìn)泥漿或泥漿灌入量少于正常值； （7 7）停止循環(huán)時，井口仍有泥漿外溢。）停止循環(huán)時，井口仍有泥漿外溢。 2 2、地層流體侵入井眼的檢測方法、地層流體侵入井眼的檢測方法 （1 1）泥漿池液面檢測）泥漿池液面檢測 利用泥漿池液面?zhèn)鞲衅?。利用泥漿池液面?zhèn)鞲衅鳌?（2 2）鉆井液返出流量檢測）鉆井液返出流量檢測 利用泥漿出口流量計。利用泥漿

19、出口流量計。（3 3）聲波氣侵早期檢測）聲波氣侵早期檢測n 根據(jù)聲波在液體、氣體和氣液兩相流中傳播速度的不同檢測根據(jù)聲波在液體、氣體和氣液兩相流中傳播速度的不同檢測氣侵的程度。氣侵的程度。n 聲波在水中的傳播速度為聲波在水中的傳播速度為1500m/s1500m/s，在空氣中的傳播速度為，在空氣中的傳播速度為340m/s340m/s，在氣液兩相流中的傳播速度可以低于每秒幾十米。，在氣液兩相流中的傳播速度可以低于每秒幾十米。第三節(jié)第三節(jié) 溢流的控制溢流的控制-壓井壓井 控制溢流主要包括兩個步驟：控制溢流主要包括兩個步驟： 1 1、阻止地層流體繼續(xù)侵入井眼、阻止地層流體繼續(xù)侵入井眼-關(guān)井；關(guān)井； 2

20、 2、用具有合適密度的鉆井液將受污染的鉆井液循環(huán)出井、用具有合適密度的鉆井液將受污染的鉆井液循環(huán)出井眼，重新建立地層與井眼系統(tǒng)的壓力平衡眼，重新建立地層與井眼系統(tǒng)的壓力平衡-壓井。壓井。 一、井涌關(guān)井一、井涌關(guān)井 利用井口防噴器將井口關(guān)閉，井口防噴器產(chǎn)生的回壓與環(huán)利用井口防噴器將井口關(guān)閉，井口防噴器產(chǎn)生的回壓與環(huán)空泥漿液柱壓力之和平衡地層壓力，阻止地層流體的繼續(xù)侵入。空泥漿液柱壓力之和平衡地層壓力，阻止地層流體的繼續(xù)侵入。 1 1、關(guān)井方式、關(guān)井方式 （1 1）硬關(guān)井）硬關(guān)井 發(fā)現(xiàn)溢流后，在節(jié)流閥未打開的情況下關(guān)閉防噴器。關(guān)井發(fā)現(xiàn)溢流后，在節(jié)流閥未打開的情況下關(guān)閉防噴器。關(guān)井時間短，可以盡快阻

21、止地層流體侵入。時間短，可以盡快阻止地層流體侵入。 易產(chǎn)生水擊、易損壞井口裝置或壓漏薄弱地層；易產(chǎn)生水擊、易損壞井口裝置或壓漏薄弱地層； 適用于井涌速度不高、井口裝置承壓能力高的情況。適用于井涌速度不高、井口裝置承壓能力高的情況。（2）軟關(guān)井）軟關(guān)井n發(fā)現(xiàn)并涌后，先打開節(jié)流閥，再關(guān)閉防噴器，然后再關(guān)閉節(jié)流閥。發(fā)現(xiàn)并涌后，先打開節(jié)流閥，再關(guān)閉防噴器，然后再關(guān)閉節(jié)流閥。n關(guān)井時間長，地層流體侵入量多。關(guān)井時間長，地層流體侵入量多。n使用于井涌速度較高、井口裝置承壓能力較低、裸眼井段有薄弱使用于井涌速度較高、井口裝置承壓能力較低、裸眼井段有薄弱地層的情況。地層的情況。（3）半軟關(guān)井）半軟關(guān)井n發(fā)現(xiàn)井

22、涌后，先適當(dāng)打開節(jié)流閥，再關(guān)防噴器?；蜻呴_節(jié)流閥邊發(fā)現(xiàn)井涌后，先適當(dāng)打開節(jié)流閥，再關(guān)防噴器?；蜻呴_節(jié)流閥邊關(guān)防噴器。關(guān)防噴器。n使用于井涌速度較高、井口裝置承壓能力較低、裸眼井段有薄弱使用于井涌速度較高、井口裝置承壓能力較低、裸眼井段有薄弱地層的情況。地層的情況。2 2、關(guān)井程序、關(guān)井程序（1 1）鉆進(jìn)時發(fā)生井涌）鉆進(jìn)時發(fā)生井涌（2 2）起下鉆桿時發(fā)生井涌）起下鉆桿時發(fā)生井涌（3 3）起下鉆鋌時發(fā)生井涌）起下鉆鋌時發(fā)生井涌（4 4）空井時發(fā)生井涌）空井時發(fā)生井涌 二、壓井鉆井液密度計算二、壓井鉆井液密度計算 壓井的目的是建立起新的井底壓力與壓井的目的是建立起新的井底壓力與地層壓力之間的平衡。需

23、要知道地層壓力地層壓力之間的平衡。需要知道地層壓力和壓井所需的鉆井液密度。和壓井所需的鉆井液密度。 1 1、“U”U”形管原理形管原理 如圖所示：將鉆柱和環(huán)空視為連通的如圖所示：將鉆柱和環(huán)空視為連通的“U”U”形管，井底地層作為形管，井底地層作為U U形管底部。形管底部。 關(guān)井后，壓力平衡關(guān)系為：關(guān)井后，壓力平衡關(guān)系為： P Pspsp+P+Phihi=P=Pp p=P=Pa a+P+Phaha圖圖6 62 “U”2 “U”形管原理圖形管原理圖上式中，上式中，P Pspsp-關(guān)井立壓，關(guān)井立壓，MPaMPa； P Phihi-鉆柱內(nèi)靜液壓力，鉆柱內(nèi)靜液壓力，MPaMPa； P Pa a-關(guān)井套

24、壓，關(guān)井套壓，MPaMPa； P Phaha-環(huán)空內(nèi)靜液壓力，環(huán)空內(nèi)靜液壓力，MPaMPa； P Pp p-地層孔隙壓力，地層孔隙壓力，MPaMPa。 根據(jù)根據(jù)“U”U”形管原理，當(dāng)井內(nèi)壓力達(dá)到平衡時，就可以根據(jù)形管原理，當(dāng)井內(nèi)壓力達(dá)到平衡時，就可以根據(jù)關(guān)井立管壓力計算出地層壓力和壓井所需的鉆井液密度。關(guān)井立管壓力計算出地層壓力和壓井所需的鉆井液密度。 求取地層孔隙壓力的方法：求取地層孔隙壓力的方法： P Pp p=P=Pspsp+P+Phihi=P=Pspsp+0.00981+0.00981 d dD D (Mpa) (Mpa) 注意注意: : 不能用不能用P Pp p=P=Pa a+P+P

25、haha計算地層壓力，因環(huán)空鉆井液受地層流體污計算地層壓力，因環(huán)空鉆井液受地層流體污染嚴(yán)重，其密度難以確定。染嚴(yán)重，其密度難以確定。 關(guān)井立管壓力的求取，需根據(jù)不同情況采取不同的方法才能關(guān)井立管壓力的求取，需根據(jù)不同情況采取不同的方法才能求準(zhǔn)。求準(zhǔn)。 根據(jù)根據(jù)U U形管原理，可以理解關(guān)井后的套壓形管原理，可以理解關(guān)井后的套壓P Pa a比立壓比立壓P Pspsp要高。要高。 壓井所需鉆井液密度的確定：壓井所需鉆井液密度的確定： 建立起新的平衡后，井眼內(nèi)應(yīng)滿足以下條件：建立起新的平衡后，井眼內(nèi)應(yīng)滿足以下條件：P Ph1h1=P=Pp p 即：即：P Ph1h1=P=Pp p=P=Pspsp+ 0

26、.00981+ 0.00981 d dD D = 0.00981 = 0.00981 d1d1D D 所以：所以：Dpddsp00981. 01DppddDpddspsp00981. 0100981. 01或 為確保安全，現(xiàn)場通常再增加一個鉆井液密度或井底壓力的為確保安全，現(xiàn)場通常再增加一個鉆井液密度或井底壓力的安全附加值安全附加值 或或 p p 。 油井：油井： p p =1.5 =1.5 3.5MPa3.5MPa， =0.05 =0.05 0.1 g/cm0.1 g/cm3 3； 氣井：氣井： p p =3.0 =3.05.0MPa5.0MPa， =0.07 =0.07 0.15 g/cm

27、0.15 g/cm3 3。 壓井所需的鉆井液密度為：壓井所需的鉆井液密度為： 2 2、關(guān)井立管壓力、關(guān)井立管壓力p pspsp的確定的確定 （1 1）鉆柱中未裝鉆具回壓凡爾時）鉆柱中未裝鉆具回壓凡爾時 對于具有良好滲透性的地層，關(guān)井對于具有良好滲透性的地層，關(guān)井10 10 1515分鐘后地層和井眼之分鐘后地層和井眼之間可以建立起平衡；間可以建立起平衡； 對于致密性地層建立起平衡所需的時間較長。對于致密性地層建立起平衡所需的時間較長。圖圖6 63 3 氣侵關(guān)井后立壓與套壓變化曲線氣侵關(guān)井后立壓與套壓變化曲線 求取關(guān)井立管壓力的方法：求取關(guān)井立管壓力的方法： 關(guān)井后等待立管壓力趨于穩(wěn)定。記錄不同時

28、刻的立壓和套關(guān)井后等待立管壓力趨于穩(wěn)定。記錄不同時刻的立壓和套壓值。若是油水侵時，立壓和套壓達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定。若是壓值。若是油水侵時，立壓和套壓達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定。若是氣侵時，由于氣體的滑脫上升，即便是立壓或套壓與泥漿液柱壓氣侵時，由于氣體的滑脫上升，即便是立壓或套壓與泥漿液柱壓力之和達(dá)到了可平衡地層壓力的值以后，立壓和套壓還可能不斷力之和達(dá)到了可平衡地層壓力的值以后，立壓和套壓還可能不斷升高。升高。 圈閉壓力圈閉壓力-在立壓或套壓記錄上超過平衡地層壓力值以在立壓或套壓記錄上超過平衡地層壓力值以后，壓力繼續(xù)升高的增量。后，壓力繼續(xù)升高的增量。 釋放釋放“圈閉壓力圈閉壓力”。n 開啟節(jié)流閥

29、，釋放開啟節(jié)流閥，釋放40 40 8080升鉆井液后，關(guān)閉節(jié)流閥并觀察升鉆井液后，關(guān)閉節(jié)流閥并觀察立管壓力變化。立管壓力變化。n 若立管壓力無變化或略有增高，表明無圈閉壓力。此時記若立管壓力無變化或略有增高，表明無圈閉壓力。此時記錄的立管壓力即是關(guān)井立管壓力。錄的立管壓力即是關(guān)井立管壓力。n 若立管壓力下降，則繼續(xù)釋放鉆井液，直到立管壓力不再若立管壓力下降，則繼續(xù)釋放鉆井液，直到立管壓力不再下降。此時圈閉壓力已釋放掉，所讀取的立管壓力就是真實下降。此時圈閉壓力已釋放掉，所讀取的立管壓力就是真實的關(guān)井立管壓力。的關(guān)井立管壓力。 （2 2）鉆柱內(nèi)裝有回壓凡爾時關(guān)井立管壓力的確定）鉆柱內(nèi)裝有回壓凡爾

30、時關(guān)井立管壓力的確定 非循環(huán)狀態(tài)下鉆柱內(nèi)與井底不連通，立壓表無顯示。非循環(huán)狀態(tài)下鉆柱內(nèi)與井底不連通，立壓表無顯示。 不循環(huán)法：不循環(huán)法：n 關(guān)井后等待套壓相對穩(wěn)定，記錄下套壓關(guān)井后等待套壓相對穩(wěn)定，記錄下套壓p pa a；n 不開節(jié)流閥，小排量緩慢啟動泵，直到套壓開始升高為不開節(jié)流閥，小排量緩慢啟動泵，直到套壓開始升高為p pa a 時停泵，并記錄下此時泵壓時停泵，并記錄下此時泵壓p pspsp ；n 計算關(guān)井立壓：計算關(guān)井立壓： p pspsp= p= pspsp - -（ p pa a -p -pa a）n 適用于不知道泵速及相應(yīng)循環(huán)壓耗的情況。適用于不知道泵速及相應(yīng)循環(huán)壓耗的情況。 循環(huán)

31、法：循環(huán)法：n 關(guān)井后等待套壓相對穩(wěn)定，記錄下套壓關(guān)井后等待套壓相對穩(wěn)定，記錄下套壓p pa a；n 啟動泵，以壓井泵速泵入鉆井液，同時調(diào)節(jié)節(jié)流閥保持套啟動泵，以壓井泵速泵入鉆井液，同時調(diào)節(jié)節(jié)流閥保持套壓不變，記錄此時立管壓力壓不變，記錄此時立管壓力p pspsp ；n 停泵，關(guān)閉節(jié)流閥；停泵，關(guān)閉節(jié)流閥；n 計算關(guān)井立管壓力：計算關(guān)井立管壓力： p pspsp= p= pspsp - p- pcicin 適用于已知壓井泵速和相應(yīng)循環(huán)壓耗適用于已知壓井泵速和相應(yīng)循環(huán)壓耗p pcici的情況。的情況。 3 3、關(guān)井套壓的最大允許值、關(guān)井套壓的最大允許值n 不得超過井口裝置的額定工作壓力；不得超過

32、井口裝置的額定工作壓力；n 不得超過套管抗內(nèi)壓強度的不得超過套管抗內(nèi)壓強度的80%80%；n 與泥漿液柱壓力之和不大于地層破裂壓力。與泥漿液柱壓力之和不大于地層破裂壓力。 三、壓井三、壓井 壓井目的：壓井目的：恢復(fù)井眼與地層之間的壓力平衡，使井內(nèi)泥漿液恢復(fù)井眼與地層之間的壓力平衡，使井內(nèi)泥漿液柱壓力不低于地層孔隙壓力。柱壓力不低于地層孔隙壓力。 壓井的基本工藝過程壓井的基本工藝過程：將配制好的具有一定密度的鉆井液，：將配制好的具有一定密度的鉆井液，采用合適的泵速和泵壓注入井內(nèi)，替換出井內(nèi)被污染的泥漿。采用合適的泵速和泵壓注入井內(nèi)，替換出井內(nèi)被污染的泥漿。 壓井過程中應(yīng)遵循的基本原則壓井過程中應(yīng)

33、遵循的基本原則：在整個壓井過程中，通過調(diào)：在整個壓井過程中，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開啟度保持井底壓力不變節(jié)節(jié)流閥的開啟度保持井底壓力不變-井底常壓法。井底常壓法。DppddDpddspsp00981.0100981.01或 1 1、壓井基本數(shù)據(jù)計算、壓井基本數(shù)據(jù)計算 （1 1）壓井鉆井液密度）壓井鉆井液密度 油井：油井： p p =1.5 =1.5 3.5MPa3.5MPa， =0.05 =0.05 0.1 g/cm0.1 g/cm3 3； 氣井：氣井： p p =3.0 =3.05.0MPa5.0MPa， =0.07 =0.07 0.15 g/cm0.15 g/cm3 3。 （2 2）壓井泵速確定

34、）壓井泵速確定 采用低泵速壓井。采用低泵速壓井。 Q Q = =（1/3 1/3 1/21/2）Q Q 式中式中 ，Q Q -壓井排量，壓井排量，L/sL/s； Q -Q -鉆進(jìn)時的正常排量，鉆進(jìn)時的正常排量，L/sL/s。 采用低泵速的主要目的是便于壓井過程中節(jié)流閥和泵壓的控制。采用低泵速的主要目的是便于壓井過程中節(jié)流閥和泵壓的控制。halaalaphildcspppppppppp （3 3）壓井立管壓力（泵壓）的計算）壓井立管壓力（泵壓）的計算 為保證壓井過程中井底壓力不變，隨著重泥漿的不斷入井，為保證壓井過程中井底壓力不變，隨著重泥漿的不斷入井，立管壓力應(yīng)逐漸降低。立管壓力應(yīng)逐漸降低。

35、壓井過程中井底壓力的平衡關(guān)系壓井過程中井底壓力的平衡關(guān)系 循環(huán)時的立管總壓力：循環(huán)時的立管總壓力： p pT T=p=pspsp+ + p pc c 上式中，上式中， p pc c 循環(huán)總壓耗，循環(huán)總壓耗，MPaMPa； p pldld 鉆柱內(nèi)和鉆頭水眼循環(huán)壓耗，鉆柱內(nèi)和鉆頭水眼循環(huán)壓耗，MPaMPa； p plala 環(huán)空循環(huán)壓耗，環(huán)空循環(huán)壓耗，MPaMPa。 由壓力平衡關(guān)系可以看出：只要在壓井過程中保持等式左側(cè)由壓力平衡關(guān)系可以看出：只要在壓井過程中保持等式左側(cè)的值不變就能保持井底壓力不變。式中唯一可調(diào)節(jié)和控制的參數(shù)的值不變就能保持井底壓力不變。式中唯一可調(diào)節(jié)和控制的參數(shù)就是循環(huán)時的立管總

36、壓力就是循環(huán)時的立管總壓力p pT T 。由于壓井時井眼內(nèi)的鉆井液密度。由于壓井時井眼內(nèi)的鉆井液密度由由 d d變?yōu)樽優(yōu)?d1d1，因此，循環(huán)立管壓力從初始循環(huán)立管壓力，因此，循環(huán)立管壓力從初始循環(huán)立管壓力p pTiTi逐漸變逐漸變化為壓井結(jié)束時的終了循環(huán)立管壓力化為壓井結(jié)束時的終了循環(huán)立管壓力p pTfTf 。 初始循環(huán)立管壓力初始循環(huán)立管壓力p pTiTi的確定：的確定： p pTiTi=p=pspsp+ + p pcici 上式中，上式中， p pci ci -初始循環(huán)壓耗，初始循環(huán)壓耗，MPaMPa。 p pcici的確定方法：的確定方法： 早期實測法：早期實測法：n在即將鉆達(dá)高壓層時

37、，要求井隊每天上班一開始用選定的壓在即將鉆達(dá)高壓層時，要求井隊每天上班一開始用選定的壓井排量試循環(huán)，記錄循環(huán)壓力，以此作為壓井循環(huán)壓耗。井排量試循環(huán)，記錄循環(huán)壓力，以此作為壓井循環(huán)壓耗。 循環(huán)測量法：循環(huán)測量法：n緩慢開啟節(jié)流閥并啟動泵，控制套壓保持關(guān)井套壓不變；緩慢開啟節(jié)流閥并啟動泵，控制套壓保持關(guān)井套壓不變；n調(diào)整泵速使排量達(dá)到壓井排量，保持套壓等于關(guān)井套壓；調(diào)整泵速使排量達(dá)到壓井排量，保持套壓等于關(guān)井套壓；n讀取此時的立管壓力作為初始循環(huán)立管壓力。讀取此時的立管壓力作為初始循環(huán)立管壓力。cicfTfpppdd1 終了循環(huán)立管壓力終了循環(huán)立管壓力p pTfTf的確定的確定 當(dāng)加重后的鉆井液

38、循環(huán)到井底時，鉆柱內(nèi)的鉆井液柱壓力已當(dāng)加重后的鉆井液循環(huán)到井底時，鉆柱內(nèi)的鉆井液柱壓力已能平衡地層壓力，關(guān)井立管壓力能平衡地層壓力，關(guān)井立管壓力p pspsp逐漸變?yōu)橹饾u變?yōu)? 0，系統(tǒng)循環(huán)壓耗也由，系統(tǒng)循環(huán)壓耗也由于泥漿密度的變化由初始循環(huán)壓耗于泥漿密度的變化由初始循環(huán)壓耗 p pcici 變?yōu)榻K了循環(huán)壓耗變?yōu)榻K了循環(huán)壓耗 p pcfcf 。 由于在同一水力系統(tǒng)中循環(huán)壓耗近似正比與循環(huán)介質(zhì)的密度，由于在同一水力系統(tǒng)中循環(huán)壓耗近似正比與循環(huán)介質(zhì)的密度，所以有：所以有： QDVddt60QDVaat60 （4 4）壓井鉆井液從地面到達(dá)鉆頭的時間）壓井鉆井液從地面到達(dá)鉆頭的時間 V Vd d-單位

39、長度鉆柱的容積，單位長度鉆柱的容積，L/mL/m。 （5 5）壓井鉆井液充滿環(huán)空所需的時間）壓井鉆井液充滿環(huán)空所需的時間 V Va a-單位長度環(huán)空的容積，單位長度環(huán)空的容積，L/mL/m。 2 2、壓井方法、壓井方法 （1 1）一次循環(huán)壓井法（工程師法，等待加重法）一次循環(huán)壓井法（工程師法，等待加重法） 關(guān)井等侯配制壓井重鉆井液，然后開啟節(jié)流閥并開泵注入壓關(guān)井等侯配制壓井重鉆井液，然后開啟節(jié)流閥并開泵注入壓井液；在一個循環(huán)周內(nèi)原來鉆井液替出，恢復(fù)地層井液；在一個循環(huán)周內(nèi)原來鉆井液替出，恢復(fù)地層-井眼系統(tǒng)的井眼系統(tǒng)的壓力平衡。壓力平衡。施工工序：施工工序：緩慢開泵，調(diào)節(jié)節(jié)流閥保持套壓等于關(guān)井套

40、壓；緩慢開泵，調(diào)節(jié)節(jié)流閥保持套壓等于關(guān)井套壓；調(diào)節(jié)泵速使排量達(dá)到壓井排量并保持排量不變，此時立管壓力等調(diào)節(jié)泵速使排量達(dá)到壓井排量并保持排量不變，此時立管壓力等于初始循環(huán)立管壓力于初始循環(huán)立管壓力p pTiTi；泵入壓井液，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使立管壓力在泵入壓井液，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使立管壓力在t td d時間內(nèi)由初始循環(huán)立管時間內(nèi)由初始循環(huán)立管壓力壓力p pTiTi降到終了循環(huán)立管壓力降到終了循環(huán)立管壓力p pTfTf；在壓井液從井底返至地面的時間在壓井液從井底返至地面的時間t ta a內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持立管壓內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持立管壓力始終等于力始終等于p pTfTf不變。當(dāng)壓井液返至井口時，套壓降為零，

41、壓井不變。當(dāng)壓井液返至井口時，套壓降為零，壓井結(jié)束。結(jié)束。優(yōu)點：優(yōu)點：壓井作業(yè)時間短，壓井時的套壓低，不易壓漏薄弱地層；壓井作業(yè)時間短，壓井時的套壓低，不易壓漏薄弱地層；缺點：缺點：關(guān)井等候壓井的時間長，對易卡鉆地層增加卡鉆的可能性。關(guān)井等候壓井的時間長，對易卡鉆地層增加卡鉆的可能性。 （2 2）二次循環(huán)壓井法（司鉆法）二次循環(huán)壓井法（司鉆法） 發(fā)現(xiàn)溢流關(guān)井后，先用原鉆井液循環(huán)一周排除井內(nèi)受污染鉆井發(fā)現(xiàn)溢流關(guān)井后，先用原鉆井液循環(huán)一周排除井內(nèi)受污染鉆井液。然后用配制好的重鉆井液進(jìn)行第二次循環(huán)，建立地層液。然后用配制好的重鉆井液進(jìn)行第二次循環(huán)，建立地層-井眼系井眼系統(tǒng)的壓力平衡。統(tǒng)的壓力平衡。

42、施工工序：施工工序： 第一循環(huán)周第一循環(huán)周n 緩慢開泵注入原鉆井液，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使套壓等于關(guān)井套壓；緩慢開泵注入原鉆井液，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使套壓等于關(guān)井套壓；n 調(diào)整泵速達(dá)到壓井排量，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使立管壓力等于初始循調(diào)整泵速達(dá)到壓井排量，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使立管壓力等于初始循環(huán)立管壓力環(huán)立管壓力p pTiTi；保持立管壓力等于；保持立管壓力等于p pTiTi不變，直到替換出井內(nèi)全不變，直到替換出井內(nèi)全部鉆井液；部鉆井液；n 停泵，并關(guān)閉節(jié)流閥，此時套壓等于關(guān)井立管壓力值。停泵，并關(guān)閉節(jié)流閥，此時套壓等于關(guān)井立管壓力值。 第二循環(huán)周第二循環(huán)周n緩慢開泵，調(diào)節(jié)節(jié)流閥保持套壓等于第一循環(huán)周后的關(guān)井緩慢開泵，調(diào)節(jié)節(jié)流閥

43、保持套壓等于第一循環(huán)周后的關(guān)井套壓；套壓；n調(diào)節(jié)泵速使排量等于壓井排量，此時的立管壓力接近初始調(diào)節(jié)泵速使排量等于壓井排量，此時的立管壓力接近初始循環(huán)立管壓力循環(huán)立管壓力p pTiTi；n調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使立管壓力在重鉆井液由井口到達(dá)鉆頭的調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使立管壓力在重鉆井液由井口到達(dá)鉆頭的t td d時時間內(nèi)由初始循環(huán)立管壓力間內(nèi)由初始循環(huán)立管壓力p pTiTi降到終了循環(huán)立管壓力降到終了循環(huán)立管壓力p pTfTf；n在重鉆井液從井底返至地面的時間在重鉆井液從井底返至地面的時間t ta a內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持立管壓力始終等于立管壓力始終等于p pTfTf不變。當(dāng)壓井液返至井口時，套壓降不變。當(dāng)壓井液返至井口時，套壓降為零，壓井結(jié)束。為零，壓井結(jié)束。 優(yōu)點：優(yōu)點：可以盡快地排除井內(nèi)受污染鉆井液，關(guān)井等待時可以盡快地排除井內(nèi)受污染鉆井液，關(guān)井等待時 間短，可盡快恢復(fù)循