A06常規(guī)壓井技術

1、第6節(jié) 常規(guī)壓井技術常規(guī)壓井技術是指管柱在井底的常規(guī)壓井法,簡稱井底常壓法壓井。主要包括一次循環(huán)法、二次循環(huán)法和邊循環(huán)邊加重法等。6.1 溢流控制原理若井內(nèi)壓力受到控制便不會形成溢流、井涌。發(fā)生溢流迅速關井是井控的第一步，也是最重要的一步。即便把井安全關住了，控制也是暫時的。沒有排除油氣侵，井液密度不能平衡地層壓力，不可能實現(xiàn)開井恢復生產(chǎn)。6.1.1 井底常壓法壓井原理井底常壓法壓井是一種保持井底壓力保持恒定并始終等于或略大于地層壓力，而排出井內(nèi)受油氣侵修(壓)井液的壓井方法。6.1.1.1 壓井的概念壓井是井下作業(yè)施工過程中最常見最基本的作業(yè)環(huán)節(jié)，往往是實施其他作業(yè)的前提。壓井是將一定量的符

2、合性能要求的修(壓)液泵入井內(nèi)利用其液柱壓力平衡地層壓力的過程，或者說是利用專門的井控設備和技術向井內(nèi)注入一定密度和性能的修(壓)井液建立井內(nèi)壓力平衡的過程。壓井的成敗會直接影響到后續(xù)施工作業(yè)。正確地確定地層壓力，正確地選用符合性能要求的修(壓)井液，制定合理的施工方案，動用有效的井控裝備是壓井作業(yè)的關鍵。6.1.1.2 井底常壓法原理井底常壓法的基本原理是在實施壓井過程中始終保持井底壓力與地層壓力的平衡，不使新的地層流體流入井內(nèi)，同時又不使控制壓力過高，危及地層與設備。6.1.1.3 井底常壓法的優(yōu)點井底常壓法計算簡單，操作方便，容易在現(xiàn)場實現(xiàn)。井底常壓法的優(yōu)點可以概括為：1.它是一個通用的

3、方法，包括大多數(shù)作為特殊情況的現(xiàn)有方法。2.能處理井涌時遇到的各種情況。3.簡單而易為油田井下作業(yè)人員使用。4.包括了現(xiàn)用方法所忽略的一些情況。5.適用于油田井下作業(yè)且為實踐所證明。井底常壓法是排除油氣侵的一種合乎邏輯的概念。通過一步一步的程序，在壓井過程中即使遇到偶然的復雜情況，也能使你正確地操作泵和控制節(jié)流壓力。6.1.2 “U”形管原理要正確實施井底常壓法壓井，就必須充分了解井底壓力、油(立)管壓力和套管壓力之間的關系。而能夠描述三者關系的最好方法就是U形管原理。若把井的循環(huán)系統(tǒng)想象成一個“U”形管，油管看成“U”形管的一條腿，而把環(huán)空看成是另一條腿?！癠”形管的基本原理是“U”形管底部

4、是一個平衡點，此處的壓力只能有一個值，這個壓力可以通過分析任意一條腿的壓力而獲得。6.1.2.1.井底壓力1.在靜止狀態(tài)下井底壓力等于油管或環(huán)空靜液柱壓力，如圖6-la所示。圖6-la：關井求地層壓力 6-1b:循環(huán)時油管壓力的確定2.在靜止關井條件下井底壓力等于關井油管壓力加上油管靜液柱壓力。還等于關井套管壓力加上環(huán)空靜液柱壓力。3.在動態(tài)條件下井底壓力是環(huán)空靜液柱壓力、環(huán)空和節(jié)流管線壓力損失和套管壓力的總和?；蛴凸莒o液柱壓力與油管壓力之和減去油管內(nèi)的循環(huán)損失，如圖6-lb所示?！癠”形管的一個重要的概念是套管與油管壓力緊密相關，改變套管或節(jié)流閥壓力可以控制井底壓力，影響油管壓力使之產(chǎn)生同樣

5、大小的變化。6.1.2.2 “U”形管壓井原理壓井是以“U”型管原理為依據(jù)，利用地面節(jié)流產(chǎn)生的回壓和井內(nèi)液柱壓力所形成的井底壓力來平衡地層壓力。下面是一口井中的各種壓力。在壓井過程中，始終保持井底壓力略大于地層壓力。以不變的壓井排量向井內(nèi)注入壓井液，隨著壓井液的增加，節(jié)流壓力逐漸減小，當壓井液返出井口時，節(jié)流壓力降為零，重新建立了井內(nèi)壓力平衡。壓井循環(huán)時井內(nèi)壓力的平衡關系1.油管內(nèi):Pp=Pb=PT-Pcd+Pmd (6-1)2.環(huán)空內(nèi):Pp=Pb=Pbp+Pma+Pa (6-2)式中：PT-循環(huán)時油管總壓力，MPa。Pcd-油管內(nèi)循環(huán)壓力降，MPa。Pmd-油管內(nèi)靜液壓力，MPa。Pp-地層

6、壓力，MPa。Pbp-環(huán)空流動阻力，MPa。Pb-井底壓力，MPa。Pma-環(huán)空靜液壓力，MPa。Pa-關井套壓，MPa。因：PT-Pcd+Pmd=Pd+Pmd+Pbp=Pa+Pma+Pbp (6-3)與關井狀態(tài)壓力平衡關系相比，作用于井底的壓力只多了環(huán)空流動阻力Pbp，因Pbp不大，又是增加井底壓力，壓井時有利于平衡地層壓力，可忽略不計。則:PT-Pcd+PmdPd+Pmd=Pa+Pma=Pp (6-4)循環(huán)壓井時，要保持井底壓力不變，且略大于地層壓力，就可以通過控制循環(huán)立管總壓力PT實現(xiàn)，而循環(huán)立管總壓力又是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開啟程度控制?？梢妷壕h(huán)時的立管總壓力仍可作為判斷井底壓力的壓力

7、計使用。壓井時，要保持壓井排量不變，Pd才不變，才能實現(xiàn)作用于井底的壓力不變。隨著壓井液在環(huán)空的上返，節(jié)流壓力逐漸減小，壓井液返出井口，節(jié)流壓力消失，循環(huán)立管總壓力PT變?yōu)橛脡壕貉h(huán)的壓力。6.1.3 壓井方法的選擇壓井方法選擇是否正確是影響壓井成敗的重要因素，現(xiàn)場常用的壓井方法包括二次循環(huán)法(司鉆法)、一次循環(huán)法(等待加重法、工程師法)、邊循環(huán)邊加重法，在特殊情況下還使用立管壓力法、體積法，低節(jié)流壓力法等等。溢流狀態(tài)、井內(nèi)管柱的深度、規(guī)范及其管柱內(nèi)是否通暢等作為壓井方法選擇的主要依據(jù)。如果壓井方法選擇不當、計算不準確，可能會造成井涌、井噴或井漏，都會損害產(chǎn)層。6.1.3.1 循環(huán)法循環(huán)法是

8、將密度合適的壓井液泵入井內(nèi)并進行循環(huán)，侵入井內(nèi)油、氣、水被壓井液替出井筒達到壓井之目的。單一敞開井口循環(huán)壓井很難建立起井筒-地層系統(tǒng)的壓力平衡，往往需要在井口附加一定的回壓，利用回壓和壓井液液柱壓力來平衡地層壓力，抑制地層流體流向井內(nèi)。循環(huán)法壓井法包括正、反循環(huán)壓井法，關鍵是確定合理的壓井液的密度和控制適當?shù)幕貕骸Ｒ淮窝h(huán)法、二次循環(huán)法和循環(huán)加重法都是循環(huán)壓井法的特例。1.反循環(huán)壓井法是將壓井液從油、套環(huán)形空間泵入井內(nèi)，由管柱內(nèi)循環(huán)排除溢流的壓井方法。反循環(huán)壓井多用在壓力高、氣油比大的油氣井中。反循環(huán)壓井時，壓井液是從截面積大、流速低的管柱與套管環(huán)形空間流向截面積小、流速高的管柱內(nèi)，從一開始就

9、產(chǎn)生較大的井底回壓。對于壓力高、氣油比大的井，采用反循環(huán)壓井法不僅易成功，而且壓井后，即使油層有輕微損害，也可借助于投產(chǎn)時井本身的高壓、大產(chǎn)量來解除。相反，如果對低壓井采用反循環(huán)壓井法，會產(chǎn)生較大的井底回壓，易造成產(chǎn)層損害，甚至出現(xiàn)壓漏地層的現(xiàn)象。反循環(huán)壓井有排除液流時間短，地面壓井液增量少，較高的壓力局限在管柱內(nèi)部等優(yōu)點。2.正循環(huán)壓井是將壓井液從管柱內(nèi)泵入井內(nèi)，由環(huán)形空間循環(huán)排除溢流的壓井方法。正循環(huán)壓井則適用于低壓和產(chǎn)量較大的油井。在排量一定的條件下，當壓井液從管柱內(nèi)泵入時，壓井液的下行流速快，沿程摩阻損失大，壓降也大，對井底產(chǎn)生的回壓相對較小。所以，對于低壓井，采用正循環(huán)壓井法不僅能達

10、到壓井目的，還能避免壓漏地層。3.實施正反循環(huán)壓井應具備以下兩個條件能安全壓井。在不超過套管與井口設備許用壓力條件下能循環(huán)排除溢流。6.1.3.2 灌注法灌注法是向井筒內(nèi)灌注一段壓井液，利用井筒液柱壓力平衡地層壓力的壓井方法。此方法多用在壓力不高、工作簡單、時間短的施工作業(yè)上。特點是壓井液與油氣層不直接接觸，作業(yè)后很快投產(chǎn)，可基本消除對產(chǎn)層的損害。6.1.4 壓井作業(yè)中的技術要求與注意事項壓井工藝比較簡單，但是施工比較繁瑣，應當十分謹慎，否則，不僅壓井不成，還會給油氣層帶來損害。正確確定壓井方式、嚴格按照壓井工序操作、保持和調(diào)配好壓井液性能、及時錄取各項資料是壓井成功的重要條件。6.1.4.1

11、 保持壓井液密度由于油層中天然氣的影響，壓井過程中可能會發(fā)生壓井液氣侵，使壓井液密度降低，導致井內(nèi)液柱在井底產(chǎn)生的回壓下降，當井底壓力降至低于地層壓力后，便會發(fā)生二次污染。因此，為了防止二次污染，必須在一定時間內(nèi)將井內(nèi)已氣侵的壓井液全部替出，以保持井內(nèi)液柱在井底產(chǎn)生的回壓，將井壓住。6.1.4.2 控制出口保證進口排量大于出口溢流量，采用高壓憋壓方式壓井，讓井內(nèi)的含氣井液逐步被壓井液所代替。控制進出口井液密度差小于0.02g/cm3。6.1.4.3 防止壓漏地層及壓井液注入油層如在壓井過程中發(fā)現(xiàn)井口壓力很低或者有下降的趨勢，同時又發(fā)生壓井液泵入量多排出量少的現(xiàn)象，就說明井有漏失。特別是對一些地

12、層吸水能力很強，壓井開始時泵壓很高，排量又大，很容易壓漏地層，結(jié)果使壓井液大量進入油層。如果井已壓住，仍舊繼續(xù)不停地往井內(nèi)高壓擠入壓井液，也會使壓井液進入油氣層。所以，在壓井過程中，正確判斷井是否被壓住是一項重要工作。井被壓住的特征主要有以下幾點:1.進口與出口壓力近于相等。2.進口排量等于出口排量。3.進口密度約等于出口密度。4.出口無氣泡，停泵后井口無溢流。6.1.4.4 防止井噴在壓井過程中，井口泵壓平穩(wěn)，泵入量和井口返出量大致相同，進出口密度幾乎不變，返出流體無氣泡。關井30min后井口無溢流，井筒內(nèi)沒有異常聲音，這些都是判斷井是否壓住的方法。如果出現(xiàn)以下情況則是井噴的預兆:1.進口排

13、量小，出口排量大，出口流體中氣泡增多。2.進口密度大，出口密度小，密度有不斷下降的趨勢。3.出口噴勢逐漸增加。4.停泵、關井后井口壓力增高。如遇上述現(xiàn)象，應立即循環(huán)和調(diào)整壓井液性能(如提高密度等)，及時采取必要的防噴措施，保證安全。6.1.4.5 壓井施工中應注意的事項無論采用何種方法壓井都要注意以下問題:1.根據(jù)設計要求，配制符合要求的壓井液。對一般無明顯漏失層的井，配制液量通常為井筒容積的1.52倍。2.壓井進口管線必須試壓達到預計泵壓的1.21.5倍，不刺不漏。高壓和放噴管線須用鋼質(zhì)管線，禁止使用彎頭、軟管及低壓管線，并固定牢固。3.循環(huán)壓井時，水龍頭(或活動彎頭)、水龍帶應拴保險繩。4

14、.壓井前，對氣油比較大或壓力較高的井，應先用油嘴控制排氣，再用清水壓井循環(huán)除氣，然后再用密度高的壓井液壓井。5.進出口壓井液性能、排量要一致。要求進出口密度差小于0.02g/cm3，要盡量加大泵的排量(不低于O.5m3/min)循環(huán)，吸入管線要裝過濾器。當遇漏失量超過井筒容積1.2倍仍不返的漏失時，應停止施工，請示有關部門，采取有效措施。6.壓井中途一般不宜停泵，適當控制排量，保證既不漏又不被氣侵。待進出口井液性能一致時方可停泵。若停泵后，發(fā)現(xiàn)仍有外溢或有噴勢時，應再循外排氣，或采用關井穩(wěn)定的方法，使井內(nèi)氣體分離，然后開井放空檢查效果。7.壓井時最高泵壓不得超過油層吸水啟動壓力。為保護油層，避

15、免壓井時間過長，必須連續(xù)施工，減少壓井液對油層污染。8.若壓井失敗，必須分析原因，不得盲目加大或降低壓井液密度。6.2 關井油(立)管壓力和關井最大允許套管壓力6.2.1 關井油(立)管壓力的確定關井油(立)壓力是計算地層壓力(Pp)和壓井液密度(m1)的重要依據(jù)，因此準確錄取關井油(立)管壓力(Pd)是十分重要的。6.2.1.1 管柱中未裝單流閥時油(立)管壓力的確定1.關井狀態(tài)下井內(nèi)的壓力平衡關系如圖6-2所示。油管內(nèi)：Pp=Pb=Pd+10-3mgh (6-6)環(huán)空內(nèi): Pp=Pb=Pa+10-3mg(H-hw)+10-3wghw (6-7)式中：Pp-地層壓力，MPa。Pb-井底壓力，

16、MPa。Pd-關井油(立)管壓力，MPa。m-原井液密度，g/cm3。H-井的垂直深度，m。Pa-關井套管壓力，MPa。hw-溢流高度，m。w-溢流密度，g/cm3。 圖6-2：關井壯態(tài)壓力示意圖2.影響準確錄取關井油(立)管壓力(Pd)的因素主要影響準確錄取關井油(立)管壓力(Pd)的因素包括壓力穩(wěn)定時間和圈閉壓力等。圖6-3：井底壓力恢復對關井油壓影響關井后，井內(nèi)壓力達到平衡需要一定的時間，若地層的滲透性比較好，大概需要10-15min。井筒周圍地層壓力恢復到原始地層壓力的情況如圖6-3所示。只有待地層壓力恢復到原始地層壓力、井內(nèi)壓力達到平衡，才能錄取此時的關井油(立)管壓力。圈閉壓力是指

17、從油管壓力表及套管壓力表上記錄到的超過平衡地層壓力的關井壓力值。產(chǎn)生圈閉壓力的原因或是關井先于停泵，圈閉了一部分泵的能量?；蚴菤怏w在關井狀態(tài)下滑脫上升(主要原因)。檢圈閉壓力的方法是每次從節(jié)流閥放出40-80L井液，若油(立)管壓力和套管壓力均有下降，證明有圈閉壓力存，繼續(xù)節(jié)流放出井液直到油(立)管壓力不再下降時記錄到的油(立)管壓力才是真實的油(立)管壓力。若油(立)管壓力沒有變化，壓力有所增加，證明沒有圈閉壓力。6.2.1.2 管柱中裝單流閥時油(立)管壓力的確定1.不循環(huán)法不知道壓井泵速及該泵速下的循環(huán)壓力(Pci)時。緩慢啟動泵，向管柱內(nèi)注入少量井液，觀察油(立)管壓力和套管壓力的變化

18、。當套管壓力超過關井套管壓力0.5-1MPa時(說明管柱回壓閥被頂開)停泵，記錄此時的油(立)管壓力Pd1和套管壓力Pa1。若Pa=Pa1-Pa。則：Pd=Pd1-Pa (6-8)式中: Pa-套壓升高值，MPa。 Pa1-停泵時記錄的套管壓力，MPa。Pa-關井套管壓力，MPa。Pd-關井油(立)管壓，MPa。Pd1-停泵時記錄的油管壓力，MPa。2.循環(huán)法知道壓井泵速及該泵速下的循環(huán)壓力(Pci)時。緩慢開泵，同時迅速打開節(jié)流閥及節(jié)流閥上游的平板閥，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套管壓力等于關井套管壓力。當排量達到選定的壓井排量時，保持壓井排量不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套管壓力恰好等于關井套管壓力，記錄此時的循

19、環(huán)油(立)管壓力，停泵，關節(jié)流閥及上游的平板閥。則關井油(立)管壓力：Pd=PT-Pci (6-9)式中：Pd-關井油(立)管壓力，MPa。PT-測量的油管壓力，MPa。Pci-壓井排量循環(huán)時的油(立)管壓力，MPa。Pci及壓井排量可從預先記錄的資料中查出。6.2.2 關井最大允許套管壓力的計算關井允許最大套管壓力是在不破壞防噴設備、套管或地層條件下一口井所能承受的最大壓力。為確保地面設備、套管和地層三方面的安全，必須控制關井套壓不大于最大允許關井套壓。最大允許關井套壓應是井口裝置額定工作壓力、套管抗內(nèi)壓強度的80%和地層破裂壓力所允許的關井套壓值中的最小值。6.2.2.1 井口裝置額定工作

20、壓力防噴設備的工作壓力一般是按預測的最高地面壓力選擇的。預計的最高地面壓力是已知的或估計的最大地層壓力減去氣柱(氣柱高度為下一層套管深度到地面的全長)壓力。假若沒有壓力數(shù)據(jù)，可以假定一個正常的地層壓力梯度，則預測的最高地面壓力=地層壓力×系數(shù)。系數(shù)=1-(0.018×深度)÷304.8例6-1已知某井3048米處的地層壓力39.302MPa。求預測的最高地面壓力？防噴器額定工作壓力？解：預測的最高地面壓力=地層壓力×(1-(0.018×深度)÷304.8)=39.302×0.82=32.227MPa 防噴器額定工作壓力=35

21、MPa(大于預測值，選擇高一壓力級別)所希望的防噴器工作壓力,應大于計算值并符合防噴器額定值要求。目前常用的防噴器壓力級別有14、21、35、70、105、140MPa六種。6.2.2.2 套管抗內(nèi)壓強度套管抗內(nèi)壓強度又稱為抗內(nèi)壓屈服強度，它的大小取決于套管外徑、壁厚與材料。一般情況下要求允許關井最大套管壓力不能超過套管抗內(nèi)壓強度的80%。套管抗內(nèi)壓強度=1.75×最小屈服強度×壁厚÷外徑 例6-2已知某井套管外徑244.5毫米，鋼級J55，單位質(zhì)量59.95kg/m。求套管抗內(nèi)壓強度。解：(查表)套管壁厚=10.03毫米，最小屈服強度379.225MPa。則套管

22、抗內(nèi)壓強度=1.75×最小屈服強度×壁厚÷外徑=1.75×379.225×10.03÷244.5=27.22MPa套管抗內(nèi)壓強度公式計算出的是所謂理論值，不包括安全系數(shù)或由于套管磨損降低預測工作壓力所應作的調(diào)整系數(shù)，也不包括使額定壓力增加的張力效應。有H2S氣體存在時套管強度會大大降低。H2S會引起套管嚴重脆裂。高強度鋼在大張力與低溫下特別容易損壞。對卡瓦、大鉗、套管卡瓦所造成的應力集中部位H2S特別有害。6.2.2.3 地層破漏壓力地層所能承受的關井壓力取決于破裂梯度、深度以及該深度的靜液壓力。套管鞋通常是裸眼井段最薄弱的部分。一般

23、用破裂試驗來測量壓力梯度。f=m+Pl/10-3gHf (6-10)式中：f-破裂壓力當量密度，g/cm3。Pl-漏失壓力，MPa。 m-井液密度，g/cm3。 Hf-套管鞋或薄弱地層深度，m。6.2.2.4 最大允許關井套管壓力Pamax=10-3(f-m)gHf (6-11)式中：Pamax-最大允許關井套管壓力，MPa。 f-破裂壓力當量密度，g/cm3。 m-井液密度，g/cm3。 Hf-最薄弱地層深度，m。例6-3某井套管鞋深1067m，破裂壓力梯度1.71g/cm3，井液密度1.27g/cm3，環(huán)空壓力損失0.345MPa。求關井節(jié)流時最大允許關井套管壓力。解：由式Pamax=10

24、-3(f-m)gHf=10-3×(1.71-1.27)×9.81×1067=4.606MPa則節(jié)流循環(huán)時最大允許關井套管壓力Pamax=4.606-0.345=4.216MPa當氣侵發(fā)生在套管鞋上部時，對最大允許套管壓力的限制可以放寬。氣體可以減少作用在地層上的靜液壓力，減少的量取決于氣泡長度。氣泡的長度是很難確定的，因此在這種條件下最大允許套管壓力的計算值只是一種估計值?，F(xiàn)場最大允許套管壓力求取時，可把地層試漏當量密度(即地層破裂的當量密度)、破漏壓力兩點連成直線(如圖6-4所示)，不同的井液密度與該線垂直相交就可以求出相應的最大允許套管壓力。圖6-4：最大允許

25、關井套壓6.3.壓井基本數(shù)據(jù)計算6.3.1 溢流的判斷發(fā)生溢流后，侵入井內(nèi)的地層流體是單純的油、氣、水？還是它們的混合體？這需要進行判斷。地層流體侵入環(huán)空后，因其密度小于井液密度，使環(huán)空的液柱壓力小于管柱內(nèi)的液柱壓力，造成關井時套管壓力大于油(立)管壓力。如果侵入環(huán)空的地層流體的體積相同，地層流體的密度越小，則環(huán)空的液柱壓力越小，關井時的油(立)管壓力與套管壓力之差值越大，因此根據(jù)此差值的大小即可判斷溢流的種類。由U型管原理可得關系式：，整理變形則： （6-12）式中:GDf-地層流體液柱壓力梯度，MPa/m。 GDd鉆井液液柱壓力梯度，MPa/m。 hf地層流體在環(huán)空所占高度, m。 Pa-

26、關井時套管壓力，MPa： Pd-關井時立管壓力，MPa。 Hf-油、氣、水等地層液體侵入高度m。其中：V-鉆井液池鉆井液增量，m3。 Va-溢流所在位置環(huán)空容積，m3?？梢愿鶕?jù)（6-12）式計算可初步判斷地層流體的種類。一般天然氣GDf=0.00108-0.00451MPa/m。天然氣與石油(鹽水的混合物)GDf=0.00451-0.00903MPa/m。鹽水GDf=0.00903-0.01128MPa/m。6.3.2 壓井液密度計算壓井液密度的確定應以最高地層壓力系數(shù)或?qū)崪y地層壓力為基準，再加一個附加值。附加值可選用下列兩種方法之一確定。6.3.2.1 密度附加m1=102Pd/H+e (6

27、-13)式中：m1-壓井液的密度，g/cm3。 Pd-關井油(立)管壓力，MPa。 H-油層中部井深，m。 e-附加密度，g/cm3。密度附加值的取值范圍：油水井為0.050.1g/cm3；氣井為0.070.15g/cm3?！纠?-4】已知地層壓力19MPa，射孔段垂深1700 m，求壓井液密度。解:m1=102Pd/H+e=(102×19)/1700+(0.050.10)=1.191.24g/cm36.3.2.2 壓力附加m1=102(Pp+P)/H (6-14)式中：m1-壓井液的密度，g/cm3。 Pp-靜壓或目前地層壓力，MPa。 P-附加壓力，MPa。 H-油層中部深度，m

28、。壓力附加值的取值范圍：油水井為1.5-3.5MPa；氣井為3.0-5.0MPa?！纠?-5】已知地層壓力19MPa，射孔段垂深1700 m，關井油壓為2.5MPa,求壓井液密度。解: m1=102(Pp+P)/H=102(19+2.5)/1700=1.23g/cm36.3.2.3 壓井液密度附加原則具體選擇附加值時，應考慮地層孔隙壓力、油氣水層的埋藏深度、井液密度、井控裝置配套水平等。壓井液密度附加原則：1.對油氣層造成的傷害程度最低。2.性能應滿足本井、本區(qū)塊地質(zhì)要求。3.固相雜質(zhì)小于0.1%，粘度適中，進出口性能一致。6.3.3 油管內(nèi)容積、環(huán)空容積及壓井液量計算6.3.3.1 油管內(nèi)容

29、積V1=A1L (6-15)式中: V1-油管內(nèi)容積，m3。A1-油管內(nèi)容積系數(shù)，m3/m。L-油管長度，m。6.3.3.2 環(huán)空容積V2=A2L (6-16)式中: V2-環(huán)空容積，m3。A2-環(huán)空容積系數(shù)，m3/m。L-對應油管的環(huán)空井段長度，m。6.3.3.3 井眼總?cè)莘eV=V1+V2 (6-17)所需壓井液量一般取總?cè)莘e的1.5-2倍。6.3.3.4 所需加重劑用量 (6-18)式中：Wc-所需加重劑的重量，t。-原漿密度，g/cm3。 1-加重劑密度，g/cm3。 2-欲配制的壓井液密度，g/cm3。V-需要加重的原漿體積，m3。 6.3.4 注入壓井液時間計算6.3.4.1 注滿油

30、管內(nèi)容積的時間注滿油管內(nèi)容積的時間，即壓井液從井口到達井底所需時間t1： (6-19)式中：t1-注滿油管內(nèi)容積所需時間，mim。 Qk-壓井排量，L/s。6.3.4.2 注滿環(huán)空內(nèi)容積的時間注滿環(huán)形空間時間，即壓井液從井底到達地面的時間t2: (6-20)式中：t2-注滿環(huán)空容積所需時間，min。則壓井液注入的總時間t=t1+t2 (6-21)通常為了降低泵、井口裝置、節(jié)流管匯等設備的負荷，壓井時用低排量施工。通常壓井排量取修井作業(yè)循環(huán)時排量的1/3-1/2。井下作業(yè)時，每班開始作業(yè)前要用選定的壓井排量循環(huán)，并記錄下泵沖數(shù)、循環(huán)壓力，作為壓井作業(yè)依據(jù)。如果改變油管結(jié)構(gòu)、井液性能發(fā)生變化、更換

31、修井泵的缸套等，都要再次測定壓井排量下的泵壓。6.3.5 壓井循環(huán)時油(立)管壓力計算6.3.5.1 初始循環(huán)油(立)管壓力PTi=Pd+Pci (6-22)式中：PTi-初始循環(huán)油(立)管壓力，MPa。Pd-關井油(立)管壓力，MPa。Pci-壓井排量下的循環(huán)壓力，MPa。6.3.5.2 終了循環(huán)油(立)管壓力PTf=m1/m×Pci (6-23)式中：PTf-終了循環(huán)油(立)管壓力，MPa。m-原井液密度。g/cm3。m1-壓井液密度，g/cm3。6.3.6 最大允許關井套壓計算Pamax=(Gf-Gm)Hf (6-24)式中：Pamax-最大允許關井套壓，MPa。Gf-套管鞋處

32、地層破裂壓力梯度，MPa/m。Gm-原井液壓力梯度，MPa/m。Hf-套管鞋處漏層垂深，m。 任何情況下關井，其最大允許關井套壓不得超過井口裝置的額定工作壓力、套管抗內(nèi)壓強度的80%和薄弱地層破裂壓力所允許的關井套壓三者中的最小值。一般情況下地層通常是最薄弱的。6.4 二次循環(huán)法二次循環(huán)法又稱司鉆壓井法，是通過兩次循環(huán)分兩步完成壓井施工作業(yè)的一種最基本的簡單實用的常規(guī)壓井方法。6.4.1 二次循環(huán)法壓井原理6.4.1.1 二次循環(huán)法壓井原理二次循環(huán)法分兩次循環(huán)完成壓井作業(yè)。第一循環(huán)周用原井液將油氣侵循環(huán)出井眼，循環(huán)結(jié)束時關井套壓等于關井油(立)壓。第二循環(huán)周用壓井液替換原井液，重漿下行過程保持

33、套壓不變，重漿上行返出井口循環(huán)結(jié)束時套壓為零。6.4.1.2 二次循環(huán)法的特點循環(huán)法壓井過程中井底壓力是液柱壓力、地面壓力和摩阻綜合作用的結(jié)果。正、反循環(huán)時摩擦阻力的方向相反，通常環(huán)空容積是管柱內(nèi)容積的4-5倍，因摩阻與流速的二次方成正比，則管內(nèi)摩阻將是環(huán)空摩阻的16-25倍。1.二次循環(huán)法的適用條件正循環(huán)的適用條件：當溢流已經(jīng)在環(huán)空，且氣體溢流接近井底(比如封隔器下面的氣體)。當管柱下面有噴嘴或其他小孔眼時，這會引起大的管內(nèi)摩阻或堵孔。管柱中有回壓閥的井。反循環(huán)的適用條件：溢流已經(jīng)在油管內(nèi)(如反循環(huán)沖砂時發(fā)生溢流)。溢流需要從油管內(nèi)排出或要快速排除的(如鉆桿測試流體含H2S、CO2等)。對井

34、口和套管密封性有懷疑時(如很老的井)。2.二次循環(huán)法的優(yōu)缺點正循環(huán)的優(yōu)缺點：優(yōu)點是地面壓力低。環(huán)空摩阻有利于平衡開底壓力，溢流和污染物處于環(huán)空等。缺點是排除溢流慢。套管比油管、鉆桿的抗內(nèi)壓強度低，節(jié)流控制不好會引起壓漏地層、壓破套管等。反循環(huán)的優(yōu)缺點：優(yōu)點具有排除溢流快。溢流和污染物處于油管柱內(nèi)。油管、鉆桿的抗內(nèi)壓強度比套管高。套管壓力較低等。缺點是地面壓力高。忽略環(huán)空摩阻而安全系數(shù)不足時會引起開底欠平衡。如果環(huán)空有氣體必須用高泵速排除。6.4.2 二次循環(huán)法壓井法操作6.4.2.1 第一循環(huán)周排溢流1.緩慢啟動泵，打開節(jié)流閥，然后緩慢提高排量并調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套壓始終保持關井時套壓不變,這一操

35、作不超過5min。2.當排量達到選定的壓井排量(Qk)，并維持排量不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使油(立)管壓力保持初始循環(huán)時的油(立)管壓力(PTi)在整個循環(huán)周內(nèi)不變，保持井底壓力不變并大于地層壓力，允許地層流體膨脹，通常會造成套管壓力的顯著增加，直至受污染的井液全部排出。注意，調(diào)節(jié)節(jié)流閥時，因壓力傳遞有一個遲滯現(xiàn)象，從節(jié)流閥到油(立)管壓力表有一個過程，不可調(diào)節(jié)過頭，導致井底壓力不穩(wěn)。如果實在掌握不準，寧可使油(立)管壓力稍高一點，無論如何，不能讓地層流體繼續(xù)侵入。3.環(huán)空受污染井液排出后，應停泵，關節(jié)流閥，此時關井套管壓力應等于關井油(立)管壓力6.4.2.2 第二循環(huán)周重建井內(nèi)壓力平衡1.緩慢啟

36、動泵，打開節(jié)流閥，在控制套壓不變的情況下，逐漸提高排量至選定的壓井排量(Qk),這一操作不超過5min。2.當排量達到選定的壓井排量時，開始向井內(nèi)替入壓井液。在壓井液從井口到達井底的這段時間內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使套壓始終保持關井套壓不變。油(立)管壓力由初始循環(huán)油(立)管壓力(PTi)降至壓井液到達井底時的終了循環(huán)壓力(PTf)。3.繼續(xù)循環(huán)，壓井液從環(huán)空上返，此時，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持終了油(立)管壓力(PTf)不變，直到壓井液返出地面，停泵，關節(jié)流閥，檢查油(立)管壓力和套管壓力，如果兩者均為零，說明壓井成功。6.4.3 油管壓力變化規(guī)律6.4.3.1 第一循環(huán)周在(0-t1)時間內(nèi)，立管壓力保持不

37、變，即PTi=Pd+Pci。6.4.3.2 第二循環(huán)周當壓井液由井口到達井底，即(t1-t2)這段時間內(nèi)，由于管柱內(nèi)的壓井液不斷增多，液柱壓力逐漸增大，關井油(立)管壓力則逐漸下降，當壓井液到達井底時，壓井液液柱壓力與地層壓力平衡，則關井油(立)管壓力(Pd)等于零，油(立)管壓力則由初始循環(huán)壓力(PTi)降為終了循環(huán)壓力(PTf),壓井液從環(huán)空上返直到地面，即(t2-t3)這段時間內(nèi)，油(立)管壓力保持終了循環(huán)壓力(PTf)不變。6.4.4 套壓變化趨勢套管壓力的變化比較復雜，在壓井過程中，環(huán)形空間的井底壓力等于套管壓力、壓井液柱壓力和溢流液柱(或氣柱)壓力之和。當環(huán)形空間壓井液柱高度和溢流

38、柱高度發(fā)生變化時，必然引起套管壓力的變化。溢流的種類不同，引起的套管壓力變化也不同。6.4.4.1 當溢流為油、水時1.在第一循環(huán)周內(nèi)，溢流由井底向井口上返的過程，即(0-t1)這段時間內(nèi)，由于溢流體積不發(fā)生變化，套管壓力則保持關井套管壓力不變。當溢流從井口返出時，環(huán)空的液柱壓力逐漸增大，套管壓力逐漸減小。溢流排完后，停泵，關井，此時，關井套管壓力應等于關井油(立)管壓力。2.在第二循環(huán)周內(nèi)，壓井液由井口到達井底的過程，即(t1-t2)這段時間內(nèi)，環(huán)空內(nèi)液柱壓力沒有發(fā)生變化，套管壓力保持關井套管壓力不變。壓井液在上返過程，即(t2-t3)這段時間內(nèi)，隨著壓井液返高的增加，液柱壓力逐漸增大，套管

39、壓力則逐漸下降，壓井液到達井口時，套管壓力下降為零。6.4.4.2 若溢流為天然氣1.第一循環(huán)周的(0-ta)這段時間內(nèi)，天然氣在環(huán)形空間上返，其上部液柱壓力逐漸減小，天然氣體積就會不斷膨脹，因而使環(huán)空液柱壓力更加減少，套管壓力則逐漸增大。當天然氣頂端到達井口時，套管壓力達到最大值。在天然氣從井口排出的(ta-t1)這段時間內(nèi)，環(huán)空的液柱高度增加，套管壓力下降。當天然氣排完后，停泵，關井，關井套管壓力應等于關井油(立)管壓力。值得注意的是，在第一個循環(huán)周內(nèi)，當天然氣頂上返至接近井口時，其體積迅速膨脹，套管壓力迅速升高，這是正常現(xiàn)象，在這重要時刻，如果套管壓力仍在允許壓力以內(nèi)，不要開大節(jié)流閥降壓

40、，仍應控制立管壓力不變，否則會造成井底壓力減小，使地層流體再次侵入井內(nèi)，導致壓井失敗。2.在第二個循環(huán)周內(nèi)，因為天然氣氣侵已經(jīng)排除，套壓的變化與油、水溢流變化相同。 圖6-6: 司鉆壓井法(氣體溢流)立管壓力與套管壓力變化曲線圖 二次循環(huán)法整個壓井作業(yè)中，立管壓力和套壓典型變化曲線如圖6-6所示。為保證壓井作業(yè)的安全，須計算壓井過程中最大套壓和套管鞋處所承受的最大壓力值，以避免井口壓力超過最大允許套壓值和壓漏地層。若溢流為天然氣，則最大套壓出現(xiàn)在溢流頂面到達井口時。 (6-25)式中：Pamax-最大套壓，MPa。 Pw-氣柱重量所產(chǎn)生的壓力，MPa。 Ts、Tb-井口、井底天然氣溫度，K。

41、Zs、Zb-井口、井底天然壓縮系數(shù)。hw-井底天然氣溢流高度，m。Gm-原鉆井液柱靜液壓力梯度，MPa/m。天然氣重量在井底產(chǎn)生的壓力梯度GW。 (6-26)式中：S-天然氣重量與同體積空氣重量之比，與天然氣組分有關，一般取0.6左右。套管鞋處地層所受最大壓力發(fā)生在天然氣溢流頂面到達套管鞋處時。 6-27)式中：Phmax-套管鞋處地層所受最大壓力，MPa。 h-套管鞋井深，m。 Th-套管鞋處天然氣溢流溫度，K。 Zh-套管鞋處天然氣壓縮系數(shù)。從上述兩公式可看出，欠平衡越嚴重，溢流量越大，則Pamax和Phmax越大。因而，避免壓井過程中產(chǎn)生過高套壓和壓漏地層的重要措施，是盡早發(fā)現(xiàn)溢流顯示與

42、征兆，迅速正確地按關井程序控制井口?！纠?-6】某井在3200m處發(fā)生溢流，關井后測得數(shù)據(jù)如下：測量井深3200m，垂直井深3200m。作業(yè)工具直徑116mm,2"油管(外徑73.03mm，內(nèi)徑59mm)。生產(chǎn)套管外徑139.7mm，內(nèi)徑124.3mm，下深3200m。井液密度1.25g/cm3。溢流前用排量5L/s(10stks/min)循環(huán)時，Pci=3.8MPa，作業(yè)井泵允許泵壓16.8MPa。地層破裂壓力測試時井液密度為1.20g/cm3，地面壓力為12.33MPa。溢流關井10 min后，井內(nèi)與地層之間壓力趨于平衡。測得關井立管壓力Pd=5MPa，關井套壓Pa=6.5MPa

43、，井液池增量V=1.5m3。試計算壓井所需數(shù)據(jù)，并填寫壓井施工單，敘述壓井步驟。解：計算壓井所需數(shù)據(jù)。確定溢流類型，選取安全附加值。查表得，油管與井眼環(huán)空每米容積為7.94L/m；油管每米內(nèi)容積為2.7L/m。溢流在環(huán)空的高度:hw=1.5×1000÷7.94=189(m)w=m-(Pa-Pd)/(10-3ghw)=1.25-(6.5-5)/(10-3×9.81×189)=0.44(g/cm3)根據(jù)溢流密度判定，本井發(fā)生的是氣體溢流，按SY/T6426規(guī)定氣層附加密度為0.070.15g/cm3，本井取e=O.10g/cm3。計算地層壓力Pp=0.009

44、8mH+Pd=0.0098×1.25×3200+5=44.2(MPa)計算壓井鉆井液密度m1=102Pp/H+e=(102×44.2)/3200+0.10=1.51(g/cm3)算管柱內(nèi)容積、環(huán)空容積及加重井液量管柱內(nèi)容積:Vd=2.7×3200=8640(L)環(huán)空容積: Va=7.94×3200=25408(L)井眼系總?cè)莘e: V=Va+Vd=8640+25408=34048(L)按1.5倍的體積儲備加重井液，即應把約52m3的井液加重到1.51g/cm3，準備壓井。計算壓井時間注滿管柱內(nèi)容積所需的時間: td=Vd/(60Qk)=8640&

45、#247;60÷5=29(min) 注滿環(huán)形空間所需時間: ta=Va/(60Qk)=25408÷60÷5=85(min)完成一個循環(huán)周的總時間: t=td+ta=29+85=114(min)計算壓井時的立管壓力初始循環(huán)油(立)管壓力: PTi=Pd+Pci=5+3.8=8.8(MPa)終了循環(huán)油(立)管壓力: PTf=Pcim1/m=3.8×l.51÷1.25=4.6(MPa)計算最大允許關井套壓Pamax=(Gf-Gm)Hf=(0.0156-0.0098×1.25)×3200=10.72(MPa)填寫壓井施工單，繪出立管

46、壓力控制進度表(如表6-1所示)。表6-1: 井下作業(yè)壓井施工單井號:_ 日期:_年_月_日 施工單位:_1.提前記錄的數(shù)據(jù):井眼尺寸_mm; 油層中部垂深/測深_3200_m; 套管尺寸_139.7_mm; 套管垂深/測深_3200_m;油管容積系數(shù)_2.7_L/m; 環(huán)空容積系數(shù)_7.94_L/m;壓井排量_5_L/s或泵速_10_stroke/min下的泵壓_3.8_MPa; 2.關井時記錄的數(shù)據(jù):關井時間_年_月_日_時_分； 關井油(立)管壓力_5_MPa; 關井套管壓力_6.5_MPa;井液密度_1.25_g/cm3; 井液池增量_1.5_m3;3.確定初始循環(huán)油(立)管壓力PTi

47、及終了循環(huán)油(立)管壓力PTf：PTi=Pd+Pci=_5_+_3.8_=_8.8_ MPaPTf=Pci×(ml/m)=_3.8_×(_1.51_/_1.25_)=_4.6_MPa4.確定壓井液密度：ml=m+Pd/(10-3gH)+e=_1.25_+_5_/(_0.00981_×_3200_)+_0.10_=_1.51_g/cm35.確定壓井時間：油管內(nèi)容積_8640_L; 從井口到井底_288_沖_29_分鐘; 環(huán)空容積_25408_L; 從井底到井口_847_沖_85_分鐘；6.油套管壓力控制進度曲線：10油套管壓力（PMa)8.854.610020030

48、0400沖數(shù)(stks)或時間(min)壓井施工。第一步用m=1.25g/cm3的原井液循環(huán)，排除井內(nèi)溢流。緩慢開泵，迅速打開節(jié)流閥，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使套壓保持6.5MPa不變。泵排量逐漸達到5L/s時，保持排量不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使立管壓力等于初始循環(huán)油(立)管壓力為8.8MPa。繼續(xù)保持壓井排量5L/s不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使油(立)管壓力保持8.8MPa不變。泵入井液114min，溢流全部排完，停泵，關井，則套壓與油(立)壓應相等，都等于關井時的油(立)管壓力5MPa第二步將52m3井液加重到1.51g/cm3后，向井內(nèi)打入加重井液，重建井內(nèi)壓力平衡。在壓井過程中，始終保持井底壓力助略大于地層壓力，并

49、保持井底壓力不變。緩慢開泵，迅速打開節(jié)流閥，調(diào)節(jié)節(jié)流閥使套壓保持5MPa不變。泵排量逐漸達到5L/s時，保持不變。此時油(立)管壓力接近8.8MPa。加重井液從井口到作業(yè)工具水眼這段時間內(nèi)，即注入加重井液29min內(nèi)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使套管壓力保持5MPa不變?；蛘甙磯壕┕文菢涌刂朴?立)管壓力。注入加重井液29min后，油(立)管壓力從8.8MPa下降到4.6MPa。加重井液返出作業(yè)工具水眼進入環(huán)空，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，控制油(立)管壓力等于終了循環(huán)油(立)管壓力4.6MPa不變，直到加重井液返出井口，停泵關井，此時油(立)壓、套壓為零，則說明壓井成功。開井循環(huán)，調(diào)整井液性能，恢復正常作業(yè)。6.5

50、一次循環(huán)法壓井6.5.1 一次循環(huán)法原理及其特點6.5.1.1 一次循環(huán)法的原理一次循環(huán)法又稱工程師壓井法、等候加重法，是發(fā)現(xiàn)溢流迅速關井，計算各種壓井數(shù)據(jù)將配制好壓井液直接泵入井內(nèi)，在一個循環(huán)周內(nèi)將溢流排除并壓住井。6.5.1.2 一次循環(huán)法的特點一次循環(huán)法壓井時間短，井口裝置承壓小，對地層施加的壓力小。但是，在壓井時，要求現(xiàn)場加重材料必須充足，具備快速加重能力，從關井到恢復井內(nèi)循環(huán)時間長。6.5.1.3 繪制壓井控制曲線圖6-7 立管壓力控制進度曲線根據(jù)關井錄取到的資料計算壓井所需數(shù)據(jù)，繪制一個油(立)管壓力控制進度曲線(如圖6-7所示)。即在方格紙上連接初始油(立)管壓力、零泵沖與最終油(立)管壓力、從井口至井底的泵沖這兩點成一直線，即給出了維持井底常壓所需的油(立)管壓力。從第二點向右水平延伸連接最終油(立)管壓力、總循環(huán)泵沖這兩點成一直線，即從井底至地面的循環(huán)過程中保持最終油(立)管壓力不變。如果沒有泵沖數(shù)計數(shù)器，可以也使用時間增量做圖。有時候，現(xiàn)場常用從初始油(立)管壓力開始，連續(xù)減去每100沖時壓力降，至最終油(立)管壓力的做圖法，控制油(立)管壓力進度。立管壓力差=初始油(立)管壓力