石油鉆井作業(yè)現(xiàn)場壓井液密度確定方法

1、    石油鉆井作業(yè)現(xiàn)場壓井液密度確定方法            作者：張發(fā)展時間：2010-5-10 12:56:00                       論文關鍵詞：壓井液  密度  附加值

2、0; 計算論文摘要：本文對目前壓井液密度計算的各種方法進行分析研究，指出了這些方法存在的不足之處，并進行分析，使大家對壓井液密度計算有一個明確的認識。前言鉆井過程中，做好井控工作的目的是防止地層液體侵入井內(nèi)，為此需保持井底壓力略大于地層壓力。即實現(xiàn)近平衡鉆井，這時的關鍵問題就是研究怎樣最合理地確定壓井液密度。井眼的裸眼井段存在著地層孔隙壓力（地層壓力）Pp、壓井液柱壓力Pm和地層破裂壓力Pf。三個壓力體系必須滿足以下條件：即： 式中：ef井眼的裸眼井段地層破裂壓力當量密度，g/cm3；my井眼內(nèi)壓井液密度，g/cm3；md井眼的裸眼井段地層液體密度，g/cm3。壓井液密度的確定應以鉆井資料顯示

3、最高地層壓力系數(shù)或實測地層壓力為基準，再加一個附加值。中國石油天然氣總公司對附加當量壓井液密度值的規(guī)定如下：（1）油水井為0.050.1g/cm3；氣井為0.070.15 g/cm3（2）油水井為1.53.5MPa；氣井為3.05.0 MPa具體選擇附加值時應考慮：地層孔隙壓力大小、油氣水層的埋藏深度、鉆井時的鉆井液密度、井控裝置等。所確定的壓井液密度還要考慮保護油氣層、防止粘卡滿足井眼穩(wěn)定的要求。為確保鉆井過程中的施工安全，在各種作業(yè)中，均應使井底壓力略大于地層壓力，這樣可達到近平衡鉆井和保護油氣層的目的。但是，怎樣最合理地確定壓井液密度，各種材料上介紹了多種方法，這些方法如何使用，往往使大

4、家無從著手，各種方法計算結果差異又較大，本文試圖對此問題進行分析，希望對大家有所幫助。    壓井液密度確定的各種方法一、常規(guī)壓井液密度確定方法（一）附加當量密度計算法根據(jù)中國石油天然氣公司鉆井井控技術規(guī)程的規(guī)定可知：又因為所以：                （1-1）式中：H油層中部深度，m；Pp地層壓力，MPa；md地層液體密度，g/cm3，一般為1.00-1.07 g/cm3；p地層壓力當量壓井液密度，g/c

5、m3；e附加當量密度，g/cm3，油水井為0.050.1g/cm3、氣井為0.070.15 g/cm3。（二）、壓力倍數(shù)計算法又因為：所以：                 （1-2）式中：K附加系數(shù)，對于一般作業(yè)，K=1.00-1.15；對于修井作業(yè)K=1.15-1.30。（三）附加壓力計算法             

6、;    （1-3）式中：Pe附加壓力，油水井為1.53.5MPa；氣井為3.05.0MPa。（四）壓井液相對密度計算法壓井管住深度不超過油層中部深度時，壓井液密度計算公式為：              （1-4）式中：h實際壓井深度，m；H油層中部深度，m；Gp地層壓力梯度，MPa/m；其它同上。二、根據(jù)實測地層壓力確定根據(jù)實測地層壓力理論計算公式可知：       

7、;                 （1-5）其中： 代入式1-1得：                          （1-6）式中：Pp地層壓力，MPa；my壓井液密度，g/

8、cm3；md地層液體密度，g/cm3；H地層深度，m。    三、根據(jù)實測溢流關井立管壓力確定根據(jù)鉆井過程中發(fā)生溢流時關井立管壓力確定壓井液密度公式為（考慮附加密度）：                       （1-7）式中：m井筒內(nèi)原來液體的密度，g/cm3；Pgl發(fā)生溢流后的關井立管壓力，MPa；四、根據(jù)起鉆時的井底壓力計算在鉆井

9、或者井下作業(yè)的所有工況中，起鉆時的井底壓力最低，如果在起鉆時能夠保證井口不發(fā)生溢流，這時的井內(nèi)壓井液密度應當是安全的。起鉆時的井底壓力為：因此考慮到附加密度，壓井液密度為：              （1-8）式中：Ph井內(nèi)液柱壓力，MPa;Psb起鉆抽汲壓力，MPa;Pdp起鉆未灌液體井底壓力的減小值，MPa;壓井液密度計算過程中幾個問題的討論一、附加密度和附加壓力的關系許多人把附加密度和附加壓力認為是等同的關系，這是認識上的誤區(qū)，實際上，到底采用附加密度法好還是

10、采用附加壓力密度法好，要根據(jù)具體情況來定。          下圖2是井深與附加壓差關系圖，下圖3是壓差為3MPa、5MPa時井深與鉆井液密度附加值的關系曲線。    從這兩個圖可以看出：采取當量密度附加法：氣井為0.070.15 g/cm3。對于淺井此法確定的泥漿密度值小，安全底線是泥漿密度足以平衡環(huán)空壓耗和起鉆抽吸的共同作用，保證起下鉆安全。采取井底壓差附加法：按氣井井底壓差3.0MPa5.0MPa確定當量密度。這種方法對于淺井設計出的泥漿密度值大，足

11、以抵消環(huán)空壓耗和上提鉆具的抽吸力。但是，要防止泥漿密度過大壓漏地層，造成先漏后噴。二、常規(guī)法計算壓井液密度應考慮的問題常規(guī)法計算壓井液密度計算的四個公式中，參數(shù)附加當量密度e、K附加系數(shù)K、附加壓力Pe都有一個取值范圍，在這個取值范圍中如何取值要遵循如下五個原則，否則對壓井液密度計算也有很大影響。（1）油氣井能量的大小：產(chǎn)能大則多取，產(chǎn)能小則少??；（2）油氣水井生產(chǎn)狀況：油氣比高的井多取，低的井少??；注水開發(fā)見效的井多取，反之少??；（3）油氣井修井施工內(nèi)容、難易程度與時間長短：作業(yè)難度大、時間長的井多取，反之少?。唬?）井深結構：大套管多取，小套管少??；（5）井深：井深多取，井淺少取。三、根據(jù)

12、地層壓力確定壓井液密度的影響因素及其它表示方法根據(jù)地層壓力確定my的誤差的大小取決于地層液體密度md的準確與否，一般來講md=1.00-1.07g/cm3，影響md的因素有地層液體中溶解的固體（鹽類）的多少；地層液體中溶解的氣體的多少和地層溫度梯度的高低，一般來講地層液體中溶解的固體（鹽類）越少、氣體越多、地層溫度梯度越低，地層液體密度md越小，反之，地層液體密度md就越大。一般來講，地層壓力還有三種表示的方法：（1）用地層壓力梯度來表示即： 式中：Gp地層壓力梯度；MPa/m.（2）用地層壓力當量壓井液密度表示即： 式中：ed地層壓力當量壓井液密度, g/cm3；（3）用地層壓力系數(shù)表示即：

13、 式中：H2O地面淡水的密度,g/cm3；K地層壓力系數(shù)，無單位。因此，我們也可以得到如下三個計算壓井液密度的公式（考慮附加密度）：                            （1-9）            

14、;                 （1-10）                             （1-11）四、如何確定發(fā)生溢流后的關井立管

15、壓力Pgl 根據(jù)發(fā)生溢流后的關井立管壓力Pgl確定my的誤差的大小取決于發(fā)生溢流后的關井立管壓力Pgl確定的準確與否。井筒發(fā)生溢流后的關井立管壓力Pgl確定有兩種工況：一是發(fā)生溢流關井后鉆柱內(nèi)沒有裝回壓凡爾（例如鉆進工況等），這種情況確定關井立管壓力Pgl分兩部進行：            首先消除關井時間對關井壓力的影響。方法是發(fā)生溢流關井后，根據(jù)關井時間連續(xù)記錄立壓和套壓，并做立壓、套壓與時間的關系曲線，一般情況下，當曲線變化平滑時，其拐點處，即可讀為關井立壓與關井套壓。

16、但是，對于低滲油氣藏或井眼不穩(wěn)定情況，關井后立壓與套壓較長時間不出現(xiàn)平穩(wěn)段及拐點，對這種情況可根據(jù)早期壓力恢復曲線趨勢讀取最高壓力值，并適當考慮壓力安全附加值，以實現(xiàn)快速獲取關井立壓與套壓，從而達到快速井控的目的。不同性質的套壓、立壓與關井時間的關系如圖3。通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，滲透性好的地層10-15min可以穩(wěn)定，滲透性差的地層25-30min壓力可以穩(wěn)定。其次是準確判斷并消除圈閉壓力對關井壓力的影響。方法是從節(jié)流管匯處放出40-80L液體后觀察Pgl和Pgt，如果Pgl無變化，Pgt略有上升，說明無圈閉壓力；如果Pgl和Pgt均有下降，說明有圈閉壓力；繼續(xù)二次放出40-80L液體后觀察，直到

17、消除了圈閉壓力為至。經(jīng)過上述兩步后就可獲得準確的關井壓力。二是發(fā)生溢流關井后鉆柱內(nèi)裝有回壓凡爾（例如起下鉆工況等），這種情況確定關井立管壓力Pgl有兩種方法：方法一：已知壓井排量Qy(正常鉆進排量的1/2-1/3)和相應的泵壓Py（正常鉆進過程中實際測量）時，根據(jù)如下步驟確定：記錄關井套管壓力Pgt；緩慢開泵和打開節(jié)流閥；控制節(jié)流閥，使套壓Pt等于關井套壓Pgt，并保持套壓不變；當排量達到壓井排量Qy時，Pt套壓也等于關井套壓Pgt時，記錄此時的循環(huán)立管壓力值Pl；停泵、關節(jié)流閥;計算關井立管壓力PglPl=Pgl+PyPgl=PlPy式中：Py-求出的溢流前壓井排量下立管壓力；Pgl-關井立

18、壓;Pl-記錄的循環(huán)立管總壓力。因此考慮到附加密度，壓井液密度為：                    （1-12）方法二：未知壓井排量Qy(正常鉆進排量的1/2-1/3)和相應的泵壓Py（正常鉆進過程中實際測量）時，根據(jù)如下步驟確定：記錄關井套管壓力Pgt；緩慢開泵，向井內(nèi)注入泥漿。當套管壓力Pt由關井套壓Pgt升高到某一值時停泵，（超過關井套壓Pgt0.5-1MPa）同時記錄停泵時的套管Pt和泵時的立管壓力Pl；計算關井立管壓力Pgl，則Pgl=Pl-Pt式中：Pt-套壓的升高值;    Pt=Pt-PgtPt