井控技術(shù)培訓(xùn)教材課件

歡迎參加井控學(xué)習(xí)！

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一、概述二、井眼和地層之間的相互關(guān)系三、溢流的原因、預(yù)防及檢測四、關(guān)井五、天然氣溢流六、壓井

教師：胡曉芬井控技術(shù)一、概述井控技術(shù)2第一節(jié)概述一、井控技術(shù)發(fā)展回顧二、井控及其相關(guān)概念三、井噴失控的原因及危害四、井控工作的“三早”第一節(jié)概述一、井控技術(shù)發(fā)展回顧3一、井控技術(shù)發(fā)展回顧

五十年代噴射鉆井的出現(xiàn)與發(fā)展，推動(dòng)了鉆井事業(yè)的迅猛前進(jìn)，六十年代近平衡壓力鉆井及井控技術(shù)的問世與應(yīng)用，更為鉆井的飛躍注入了新的活力。這兩項(xiàng)技術(shù)的成功推廣應(yīng)用，為科學(xué)化鉆井奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，先后發(fā)展起來的油氣層保護(hù)技術(shù)、綜合錄井技術(shù)、地層壓力檢測、取心、事故處理、鉆井液與完井液、完井固井、測試等各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，以及相應(yīng)鉆井裝備、工具及儀表的進(jìn)的進(jìn)一步完善發(fā)展，為當(dāng)今鉆井的飛速發(fā)展起了十分重要的作用。我國引進(jìn)與應(yīng)用上述兩項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)與美國等發(fā)達(dá)國家相比，推遲近20年。雖然如此，我國石油行業(yè)實(shí)行自力更生，改革開放政策，科學(xué)化鉆井的發(fā)展受到各方面的重視與關(guān)注，其發(fā)展速度，推廣應(yīng)用新工藝、新技術(shù)的普及程度以及在鉆井生產(chǎn)中獲得的顯著效益，是十分驚人的。一、井控技術(shù)發(fā)展回顧4地層壓力井底壓力地層壓力井底壓力5

井控技術(shù)是科學(xué)鉆井的重要內(nèi)容之一，是實(shí)施近平衡鉆井和欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)，提高鉆井速度，防止井噴，安全鉆井的關(guān)鍵和保障。

井控技術(shù)是科學(xué)鉆井的重要內(nèi)容之一，是實(shí)施近平衡6二、井控及其相關(guān)的概念

?井控的概念1、井控的概念

井控，即對(duì)油氣井壓力控制的簡稱。2、井控方式

人們根據(jù)溢流的規(guī)模和采取的控制方法不同，把井控作業(yè)分為三級(jí)，即一級(jí)井控、二級(jí)井控、三級(jí)井控。

一級(jí)井控（初級(jí)井控、主井控）是依靠合理的鉆井液密度、正確的技術(shù)及操作措施，滿足近平衡壓力鉆井的要求，防止溢流的發(fā)生實(shí)現(xiàn),安全生產(chǎn)的井控工藝。實(shí)質(zhì)：近平衡安全鉆穿油氣層。二級(jí)井控是指及早發(fā)現(xiàn)溢流，迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)井口的控制，用壓井工藝重建井內(nèi)壓力平衡的井控工藝。實(shí)質(zhì)：關(guān)井、壓井。二、井控及其相關(guān)的概念7三級(jí)井控

是指井噴失控后，重新恢復(fù)對(duì)井的控制。

一般地說，要力求使一口井經(jīng)常處于初級(jí)井控狀態(tài)，同時(shí)做好一切應(yīng)急準(zhǔn)備，一旦發(fā)生溢流和井噴能迅速地做出反應(yīng)，加以處理，恢復(fù)正常鉆井作業(yè)。三級(jí)井控8?與井控有關(guān)的概念(1)井侵地層流體（油、氣、水）侵入井內(nèi)，稱之為井侵。最常見的井侵為氣侵和鹽水侵。

(2)溢流當(dāng)井底壓力小于地層壓力時(shí),地層流體侵入井內(nèi),推動(dòng)井內(nèi)鉆井液上返,井口返出的鉆井液量比泵入量大,停泵后井口鉆井液自動(dòng)外溢的現(xiàn)象叫溢流。(3)井涌溢流進(jìn)一步發(fā)展,鉆井液涌出井口的現(xiàn)象叫井涌。(4)井噴當(dāng)井底壓力遠(yuǎn)小于地層壓力時(shí)，地層流體大量涌入井筒并噴出轉(zhuǎn)盤面的現(xiàn)象叫井噴。井噴流體自地層經(jīng)井筒噴出地面叫地面井噴；從井噴地層流入其它低壓地層叫地下井噴。?與井控有關(guān)的概念井噴流體自地層經(jīng)井筒噴出地面叫地面井噴；從9(5)井噴失控井噴發(fā)生后，無法用常規(guī)方法控制井口而出現(xiàn)敞噴的現(xiàn)象稱為井噴失控。

總之，井侵、溢流、井涌、井噴、井噴失控反應(yīng)了地層壓力與井底壓力失去平衡后井下和井口所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象及事故發(fā)展變化的不同嚴(yán)重程度。

(5)井噴失控10三、井噴失控的原因及危害

井噴失控的原因：⑴起鉆抽吸,造成誘噴。⑵起鉆不灌鉆井液或沒有灌滿。⑶不能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)溢流。

⑷發(fā)現(xiàn)溢流后處理措施不當(dāng)。比如有的井發(fā)現(xiàn)溢流后不是及時(shí)正確的關(guān)井,而是繼續(xù)循環(huán)觀察,致使氣侵段鉆井液或氣柱迅速上移,再想關(guān)井,為時(shí)已晚。⑸井口不安裝防噴器。⑹井控設(shè)備的安裝及試壓不符合《石油與天然氣鉆井井控技術(shù)規(guī)定》的要求。⑺井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。⑻對(duì)淺氣層的危害性缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。三、井噴失控的原因及危害11⑼地質(zhì)設(shè)計(jì)未能提供準(zhǔn)確的地層孔隙壓力資料，造成使用的鉆井液密度低于地層孔隙壓力。⑽空井不能時(shí)間過長，又無人觀察井口。⑾鉆遇漏失層段發(fā)生井漏未能及時(shí)處理或處理措施不當(dāng)。⑿相鄰注水井不停注或未減壓。⒀鉆井液中混油過量或混油不均勻，造成液柱壓力低于地層孔隙壓力。⒁思想麻痹，違章操作。井噴失控的危害

井噴失控是鉆井工程中性質(zhì)嚴(yán)重、損失巨大的災(zāi)難性事故。其危害概括為以下幾個(gè)方面：⑴打亂全面的正常工作次序，影響全局生產(chǎn)；⑼地質(zhì)設(shè)計(jì)未能提供準(zhǔn)確的地層孔隙壓力資料，造成使用的鉆井液12

⑵使鉆井事故復(fù)雜化、惡性化；⑶井噴失控易引起火災(zāi)和地層塌陷，影響周圍千家萬戶的生命安全，造成環(huán)境污染，影響農(nóng)田水利、漁場、牧場、林場建設(shè)；

⑷傷害油氣層、破壞地下油氣資源；

⑸造成機(jī)毀人亡和油氣井報(bào)廢，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失；⑹涉及面廣，在國際、國內(nèi)造成不良的社會(huì)影響，降低企業(yè)形象。四、井控工作中“三早”內(nèi)容早發(fā)現(xiàn)：溢流被發(fā)現(xiàn)越早越便于關(guān)井控制，越安全?，F(xiàn)場一般將溢流量控制在1～2m3發(fā)現(xiàn),這是安全順利關(guān)井的前提。早關(guān)井：在發(fā)現(xiàn)溢流或預(yù)兆不明顯、懷疑有溢流時(shí)，應(yīng)停止一切作業(yè)，立即按關(guān)井程序關(guān)井。⑵使鉆井事故復(fù)雜化、惡性化；早關(guān)井：在發(fā)現(xiàn)溢流或預(yù)兆不明13早處理：在準(zhǔn)確錄取溢流數(shù)據(jù)和填寫壓井施工單后，就應(yīng)節(jié)流循環(huán)排出溢流和進(jìn)行壓井作業(yè)。早處理：在準(zhǔn)確錄取溢流數(shù)據(jù)和填寫壓井施工單后，就應(yīng)節(jié)流循環(huán)排14第二節(jié)井眼與地層之間的壓力及其平衡關(guān)系

一、壓力基本概念二、井眼與地層壓力關(guān)系三、鉆井液密度的確定第二節(jié)井眼與地層之間的壓力及其平衡關(guān)系15一、有關(guān)壓力的基本概念

1、壓力

壓力是指物體單位面積上所受的垂直力。常用單位帕斯卡（Pa）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）。

1Pa=1N/m21kPa=1×103Pa1Mpa=1×106Pa它與過去的工程大氣壓的換算關(guān)系是：

1MPa=10.194kgf/cm2

或1kgf/cm2=98.067kPa英制中，壓力的單位是每平方英寸面積上受多少磅的力（psi）1psi=6.895kPa≈7kPa

如：3000psi≈21MPa

或1巴（bar）=0.1MPa

一、有關(guān)壓力的基本概念16

2、壓力梯度壓力梯度指的是每增加單位垂直深度,壓力的變化量。Gp=P/Hp=gρ式中Gp：壓力梯度MPa/m；

P：壓力Mpa；

Hp：深度。公制中g(shù)＝0.0098m/s2英制中g(shù)=0.052ft/s2

如：鉆井液液柱壓力P=0.052ρH

3、壓力的表示方法（1）用壓力的具體數(shù)值來表示。如：10.486MPa（2）用地層壓力梯度來表示。10.486kPa/m（3）用當(dāng)量密度來表示。1.0g/cm3

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ρp＝Pp／gH（4）用壓力系數(shù)來表示。如：1.0壓力系數(shù)是某點(diǎn)壓力與該深度處淡水的靜液壓力之比。數(shù)值上與當(dāng)量鉆井液密度相同，只是無量綱。二、井眼與地層間各種壓力概念1、靜液壓力Pm

靜液壓力是指靜止的液體重力產(chǎn)生的壓力，鉆井中的靜液壓力實(shí)際上是鉆井液液柱壓力pm（或稱漿柱壓力）。

Pm=0.0098ρmH式中ρm：鉆井液密度，g/cm3；

H：鉆井液液柱垂直高度，m；

Pm：鉆井液液柱壓力，MPa。ρp＝Pp／gH182、地層壓力Pp地層壓力是指作用在地層孔隙內(nèi)流體上的壓力，也稱地層孔隙壓力。其計(jì)算公式為：

Pp=0.0098ρpHp式中Pp：地層壓力，MPa；

ρp：地層壓力當(dāng)量密度，g/cm3；

Hp：地層垂直高度，m。

地層壓力的分類（1）正常地層壓力：正常情況下，地下某一深度處的地層壓力等于地層流體作用于該處的靜液壓力。地層流體密度通常為1.0～1.07g/cm3。（2）異常高壓：地層壓力大于正常地層壓力的上限，稱為異常高壓。即：ρp＞1.07g/cm3。

當(dāng)?shù)貙涌紫吨械牧黧w被封閉層或隔層截?cái)鄷r(shí)，

它必須支撐上部巖層的一部分重量，巖石重于地層流體，所以，地層壓力將超過靜液壓力。2、地層壓力Pp19（3）異常低壓：地層壓力低于正常地層壓力的下限，稱為異常低壓。這種情況發(fā)生于衰竭的產(chǎn)層和大孔隙的老地層。即ρp＜1.0g/cm33、上覆巖層壓力P0（1）上覆巖層壓力的定義任意深度巖層的上覆巖層壓力是指上覆巖層的巖石骨架及孔隙中流體的總重量所產(chǎn)生的壓力，用P0表示，單位為MPa。（2）計(jì)算公式

P0＝M+PP＝0.0098H［（1－Φ）ρr＋Φρ］式中P0：上覆巖層壓力，MPa；

M：基體巖石重力，MPa；

PP：地層孔隙壓力，MPa；

H：所求地層的垂直深度，m；

Φ：巖石的孔隙度，％；

ρr：巖石的密度，g/cm3；

ρ：巖石孔隙中流體的密度，g/cm3。（3）異常低壓：地層壓力低于正常地層壓力的下限，稱為異常低壓20

或G0＝GM+Gp式中G0：上覆巖層壓力梯度，kPa/m；平均約為22.625kPa/m；

GM：基體巖石壓力梯度，kPa/m；

GM＝12.104kPa/m；

Gp：孔隙壓力梯度，kPa/m。（若鹽水密度為1.074g/cm3）則為10.516kPa/m。

4、地層破裂壓力Pf1)地層破裂壓力定義是指某一深度地層抵抗水力壓裂的能力。當(dāng)作用于井內(nèi)某一地層的水力壓力達(dá)到一定值時(shí)，地層原有的裂縫擴(kuò)大延伸或無裂縫的地層產(chǎn)生裂縫。此壓力值就是該地層的破裂壓力。

Pf=0.0098ρfHf或

Gf=Pf/Hf=0.0098ρf

或G0＝GM+Gp21

從鉆井安全角度講，地層破裂壓力越大，地層抗破裂強(qiáng)度就越大，越不容易被壓漏，鉆井越安全。一般情況下，地層破裂壓力隨著井深的增加而增加。所以，上部地層（套管鞋處）的強(qiáng)度最低，易于壓漏，最不安全，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證下入足夠深度的套管以提高上部裸眼井段的地層破裂壓力。

2)、實(shí)測地層破裂壓力試驗(yàn)?zāi)康模?）檢查注水泥作業(yè)的質(zhì)量。每層套管注完水泥并鉆掉水泥塞后，再鉆1米新井眼，進(jìn)行液壓試驗(yàn)，檢查套管鞋處水泥封閉質(zhì)量。（2）實(shí)測地層破裂壓力。鉆至套管鞋以下第一個(gè)砂層即可進(jìn)行液壓試驗(yàn)。因?yàn)樯皫r層的破裂壓力梯度值一般較頁巖層小。液壓試驗(yàn)時(shí)，套管鞋處地層所受靜液壓力梯度比其下部

其它地層為大，而套管鞋處地層壓實(shí)程度一般又較

其下部地層差，容易被壓漏。故以套管從鉆井安全角度講，地層破裂壓力越大，地層抗22鞋以下第一個(gè)砂層為試壓地層。液壓試驗(yàn)步驟和方法井眼準(zhǔn)備：⑴鉆開套管鞋以下第一個(gè)砂層后，循環(huán)調(diào)整鉆井液性能（尤其是試驗(yàn)密度），使鉆井液密度均勻穩(wěn)定。一般鉆3～5米，最多不超過10米新井眼。將鉆頭提至套管鞋內(nèi)，關(guān)封井器（一般關(guān)半封閘板防噴器）。⑵緩慢啟動(dòng)泵，以小排量0.8～1.32L/S向井內(nèi)泵入鉆井液（用水泥車或柱塞泵），如排量過大，地層可能突然斷裂，鉆井液很快漏失，難以確定漏失壓力。⑶準(zhǔn)確記錄不同時(shí)間的泵入量和立管壓力。當(dāng)井內(nèi)壓力不再升高并有下降時(shí)，停泵，記錄數(shù)據(jù)后，從節(jié)流閥泄壓。在直角坐標(biāo)系中作出立管壓力與泵入量的試驗(yàn)曲線；如果泵速不變，也可作出立管壓力和泵入時(shí)間的關(guān)系曲線。如圖所示：鞋以下第一個(gè)砂層為試壓地層。230泵入量,L地面立管壓力,MPaPfPLPro0泵入量,L地面立管壓力,MPaPfPLPro24⑷從圖上確定各個(gè)壓力值。

漏失壓力PＬ，即開始偏離直線的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力值，此點(diǎn)之后的壓力仍然上升；破裂壓力Pf，即壓力最大值之點(diǎn)，此點(diǎn)之后壓力下降；傳播壓力Pｒｏ，即壓力趨于平緩之點(diǎn)。

我們以漏失壓力來計(jì)算地層的破裂壓力。⑸地層破裂壓力當(dāng)量密度（ρf）的計(jì)算

ρf＝ρm試+PL/0.0098Hf

式中:ρf—破裂壓力當(dāng)量密度，g／cm3；

ρm試—試驗(yàn)所用的鉆井液密度，g／cm3；

PL—地層漏失時(shí)的井口壓力，MPa；

Hf—套管鞋處垂深，m。⑷從圖上確定各個(gè)壓力值。25⑹確定最大允許鉆井液密度ρｍｍａｘ?？紤]安全附加壓力，實(shí)際允許的最大鉆井液密度應(yīng)小于地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度。通常表層套管取安全附加壓力Sｆ＝0.06g／cm3，技術(shù)套管取安全附加壓力Sｆ＝0.12g／cm3，則：

表層套管以下：ρｍｍａｘ＝ρf－0.06，g／cm3

技術(shù)套管以下：ρｍｍａｘ＝ρf－0.12，g／cm3⑹確定最大允許鉆井液密度ρｍｍａｘ?？紤]安全附加壓力，實(shí)265、波動(dòng)壓力（1）波動(dòng)壓力的定義它是激動(dòng)壓力和抽吸壓力的總稱。抽吸壓力是指：當(dāng)井內(nèi)鉆柱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液應(yīng)向下流動(dòng)，但由于鉆井液的特性致使它與井壁、鉆柱壁均有一定的粘滯作用而產(chǎn)生流動(dòng)阻力，這個(gè)力方向向上，其結(jié)果是使井底壓力降低。鉆頭泥包時(shí)，抽吸壓力最大。激動(dòng)壓力是指：當(dāng)鉆柱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆井液被擠向上行，它與井壁和鉆柱壁產(chǎn)生流動(dòng)阻力，這個(gè)力的方向向下，致使井底壓力增加。（2）波動(dòng)壓力對(duì)鉆井安全的影響由于鉆井液具有一定的粘度和切力，當(dāng)快速提升鉆柱（尤其是出現(xiàn)縮徑、鉆頭泥包）時(shí)，都將引起過大的抽吸壓力。當(dāng)抽吸壓力達(dá)到一定值時(shí)就會(huì)引起井噴或井眼垮塌，因此應(yīng)引起足夠重視。當(dāng)下鉆速度過快時(shí)，同樣會(huì)引起過大的激動(dòng)壓力，造成井漏，影響井眼安全。5、波動(dòng)壓力27（3）引起波動(dòng)壓力的主要因素

①鉆井液靜切力；②起下鉆速度；③慣性力（4）減小波動(dòng)壓力對(duì)井眼影響的措施①嚴(yán)格控制起下鉆速度，防止速度過快，尤其是鉆頭在井底附近時(shí)，更應(yīng)高度重視。②起下鉆具時(shí)，嚴(yán)禁猛提猛剎，防止產(chǎn)生過大的慣性力和波動(dòng)壓力。③起鉆前充分循環(huán)鉆井液，使其性能均勻，進(jìn)出口密度差小于0.02g/cm3。同時(shí)調(diào)整好鉆井液性能，因切力、粘度過大產(chǎn)生較大的波動(dòng)壓力。④應(yīng)保持井眼暢通，防止縮徑、泥包等引起嚴(yán)重抽吸。井控技術(shù)培訓(xùn)教材課件286、環(huán)空流動(dòng)阻力循環(huán)鉆井液時(shí)，鉆井液在環(huán)空產(chǎn)生的流動(dòng)阻力作用于井底，使井底壓力增加，停泵后，流動(dòng)阻力消失。其影響因素有：鉆井液上返速度、井深、井徑是否規(guī)則、環(huán)空間隙、鉆井液密度、切力等。7、井底壓力井底壓力是指地面和井內(nèi)各種壓力作用在井底的總壓力。在鉆一口井的各種作業(yè)中，壓力始終作用于井底和井壁，且大部分來自于鉆井液液柱壓力。另外還有泵提供的環(huán)空流動(dòng)阻力，這個(gè)值較小。此外還有激動(dòng)壓力、抽吸壓力、地面回壓等。

井底壓力隨鉆井作業(yè)工況不同而變化。井控技術(shù)培訓(xùn)教材課件29（1）靜止?fàn)顟B(tài)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力（2）正常鉆進(jìn)時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力＋環(huán)空流動(dòng)阻力（3）起鉆時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力－抽吸壓力－起鉆時(shí)未及時(shí)

灌漿而產(chǎn)生靜液壓力減小值（4）下鉆時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力＋激動(dòng)壓力（5）關(guān)井時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力＋井口回壓＋氣侵附加壓力（6）節(jié)流循環(huán)出氣侵時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力＋環(huán)空流動(dòng)阻力＋節(jié)流閥回壓（7）用旋轉(zhuǎn)防噴器循環(huán)鉆井液時(shí)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力＋環(huán)空流動(dòng)阻力＋旋轉(zhuǎn)防噴器的回壓（1）靜止?fàn)顟B(tài)井底壓力＝環(huán)空靜液壓力30

只有在起鉆作業(yè)時(shí)，井底壓力會(huì)小于靜液壓力，所以起鉆要格外注意。在近平衡鉆井中，規(guī)定的安全余量就考慮了抽吸壓力和起鉆時(shí)未及時(shí)灌漿而產(chǎn)生靜液壓力減小值的影響。注意!注意!318、井底壓差井底壓差是指井底壓力與地層壓力之差。9、壓力損失壓力損失是由于鉆井液循環(huán)時(shí)與所碰到的物體發(fā)生摩擦而引起的。壓力損失的大小取決于鉆井液密度、粘度、排量和流通面積。大部分的壓力損失在鉆柱內(nèi)和鉆頭噴嘴。10、泵壓、液壓泵壓是克服井內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中摩擦損失所需的壓力。正常情況下，摩擦損失發(fā)生在地面管匯、鉆柱、鉆頭水眼和環(huán)形空間。液壓用于驅(qū)動(dòng)大多數(shù)的防噴設(shè)備，包括防噴器。三、地層與井眼間的壓力平衡

1、地層—井眼系統(tǒng)的壓力平衡

8、井底壓差32

打開地層后，井底壓力與地層壓力的關(guān)系有三種：

（1）井底壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地層壓力，井底為正壓差，此種狀態(tài)下的鉆井，我們叫過平衡鉆井。（2）井底壓力稍大于或等于地層壓力，井底壓差為零或接近于零，這種情況叫近平衡或平衡鉆井。（3）井底壓力小于地層壓力，井底為負(fù)壓差，這種情況下的鉆井我們叫欠平衡鉆井。2、鉆井液密度的確定依據(jù)：根據(jù)全井壓力剖面（地層壓力剖面、地層破裂壓力剖面）及淺氣層資料分段設(shè)計(jì)確定鉆井液密度。在考慮地應(yīng)力和地層破裂壓力的情況下，以裸眼井段的最高地層壓力為基準(zhǔn)，再加一個(gè)附加值：

ρm=ρp+ρe

油井：ρe=0.05～0.10g/cm3或控制井底壓差1.5～3.5Mpa

打開地層后，井底壓力與地層壓力的關(guān)系有三種：33氣井：ρe=0.07～0.15g/cm3或控制井底壓差3.0～5.0MPa井控技術(shù)培訓(xùn)教材課件34復(fù)習(xí)題名詞解釋：井控、溢流、井噴、井噴失控井噴失控的危害有哪些？什么是井控的三個(gè)階段？什么叫地層壓力？正常的地層壓力是指壓力不變的地層嗎？地層壓力如何分類？地層破裂壓力是什么？對(duì)鉆井有何重大意義？現(xiàn)場如何獲得此數(shù)據(jù)？抽吸壓力與什么因素有關(guān)？現(xiàn)場如何確定鉆井液密度？井底壓力大于地層壓力時(shí)，會(huì)不會(huì)發(fā)生氣侵？復(fù)習(xí)題名詞解釋：井控、溢流、井噴、井噴失控35

一、溢流的原因與預(yù)防二、溢流的發(fā)現(xiàn)

第三節(jié)溢流及其檢測一、溢流的原因與預(yù)防第三節(jié)溢流及其檢測36

一、溢流的原因與預(yù)防

產(chǎn)生溢流的最根本的原因:井底壓力＜地層壓力。1、對(duì)地層壓力掌握不準(zhǔn)，設(shè)計(jì)的鉆井液密度偏低。預(yù)防：（1）

提高地層壓力預(yù)報(bào)設(shè)備的測量精度與有關(guān)地質(zhì)人員的技術(shù)水平，由地質(zhì)部門較準(zhǔn)確地提出正常壓力地層和異常高、低壓層的地層壓力。（2）

鉆井隊(duì)?wèi)?yīng)從異常壓力井段前500～1000米開始利用dc指數(shù)法進(jìn)行地層壓力監(jiān)測。按監(jiān)測的地層壓力值重新調(diào)整鉆井液密度值。（3）

為了進(jìn)一步提高監(jiān)測精度，可進(jìn)行中途電測。利用電測檢測地層壓力準(zhǔn)確度較高，資料來源方便，計(jì)算簡便可靠。（4）

在鉆調(diào)整井時(shí)，在鉆開油氣層前，必須首先停止鄰井注水并泄壓后才能鉆開油氣層。

一、溢流的原因與預(yù)防

產(chǎn)生溢流的最根本的原因:井底壓力372、井內(nèi)鉆井液高度下降

井內(nèi)鉆井液高度下降，鉆井液靜液柱壓力減小，是引起溢流的一個(gè)重要原因。（1）起鉆時(shí)沒有灌鉆井液或灌鉆井液不夠。預(yù)防：

鉆井現(xiàn)場一般采用每起3～5柱鉆桿或每起一柱鉆鋌灌滿一次鉆井液，探井每起2柱鉆桿灌滿一次。實(shí)際灌入井內(nèi)的鉆井液體積可用下列裝置進(jìn)行測量。①泵沖數(shù)計(jì)數(shù)器：根據(jù)鋼套尺寸和泵的沖程，就可計(jì)算出每起1m鉆桿或1m鉆鋌應(yīng)泵送鉆井液需要的沖數(shù)。這樣就很容易計(jì)算出每起3～5柱鉆桿或一柱鉆鋌時(shí)灌鉆井液所需的泵的沖數(shù)。②流量表：用鉆井泵向井內(nèi)灌鉆井液時(shí)，流量表可以監(jiān)測泵送到井內(nèi)的鉆井液量。但流量表的精確度受鉆井液流變性的影響。2、井內(nèi)鉆井液高度下降38③鉆井液補(bǔ)充灌：最普通的形式是重力式灌注罐，也有用一個(gè)小離心泵不斷地把鉆井液從補(bǔ)充灌循環(huán)到井里的灌注方式。④自動(dòng)灌鉆井液裝置：當(dāng)起出一定數(shù)量的鉆柱時(shí)，它可以及時(shí)自動(dòng)向井內(nèi)灌滿鉆井液。⑤鉆井液罐面指示器：現(xiàn)場應(yīng)單獨(dú)隔離一個(gè)泥漿罐，從而提高計(jì)量的靈敏度。（2）井漏。預(yù)防：①設(shè)計(jì)好井身結(jié)構(gòu)、正確確定下套管深度，封隔住易漏地層。②下鉆速度不要過快，不猛放、猛剎鉆具。在下鉆至套管鞋處、易漏層、油氣層時(shí)，要嚴(yán)格控制下鉆速度。（在下套管時(shí)也應(yīng)注意這一點(diǎn)。）

③鉆井液補(bǔ)充灌：最普通的形式是重力式灌注罐，也有用一個(gè)39③保持鉆井液性能處于良好狀態(tài)，使鉆井液密度、粘度、切力維持在最小值附近。鉆井液的密度以能平衡地層壓力為基礎(chǔ)，其值越小越好。鉆井液粘度、靜切力只要能保證有效地?cái)y帶、懸浮巖屑即可，其值越小越好。④開泵不要過猛，泵壓不要過高。如果井內(nèi)鉆井液靜止時(shí)間過長，可以分段循環(huán)鉆井液。下鉆到井底后，先用小排量頂通水眼，形成循環(huán)，然后再提高到正常鉆進(jìn)排量。⑤在易漏地層，鉆速不要過快，防止巖屑過多使井底壓力過大。發(fā)生井漏后，要及時(shí)向井內(nèi)灌鉆井液或清水，并準(zhǔn)備向井內(nèi)注入堵漏物質(zhì)。（3）井內(nèi)鉆井液柱有效高度下降

井下氣柱向上運(yùn)移時(shí)，體積膨脹，使井內(nèi)鉆井液柱有效高度下降。井控技術(shù)培訓(xùn)教材課件403、鉆井液密度下降

當(dāng)鉆至油、氣、水層時(shí)，地層流體進(jìn)入井內(nèi)使鉆井液密度下

降；雨水或向鉆井液中加水、加絮凝處理劑；泡油解卡、降低鉆井液摩阻時(shí)向井內(nèi)混油等情況也會(huì)降低

鉆井液密度。預(yù)防:①不擅自向井內(nèi)加水、加絮凝劑。②泡油解卡、調(diào)整鉆井液性能時(shí)所用的原油、柴油用量應(yīng)校核井底壓力，同時(shí)還應(yīng)控制混油速度。③鉆井液油侵、鹽水侵較嚴(yán)重時(shí)，從井內(nèi)返出的受侵鉆井液應(yīng)改道儲(chǔ)存。④鉆至較厚的氣層時(shí)，鉆速要緩慢，要分段打開氣層，防止造成嚴(yán)重氣侵。氣侵后要及時(shí)除氣，否則形成惡性循環(huán)而導(dǎo)致井噴。⑤在油氣層中下鉆時(shí)，應(yīng)分段循環(huán)，（可采用節(jié)流循環(huán)的方式），不可一次將鉆具下至井底后再循環(huán)鉆井液，返出的鉆井液若有氣，應(yīng)及時(shí)除掉。

3、鉆井液密度下降41４、抽吸壓力過大

預(yù)防：①起鉆速度不要過快，不猛提猛剎鉆具。②維持鉆井液性能處于良好狀態(tài)，使鉆井液密度、粘度、切力維持在最小值附近。③鉆進(jìn)時(shí)排量要充足，防止干鉆，避免鉆頭泥包，鉆頭泥包后一定要緩慢起鉆。為避免抽吸壓力過大造成的井噴，起鉆前應(yīng)檢查抽吸壓力，采用短起下鉆的方法或校核起出鉆具的體積是否等于灌入的泥漿量。若抽吸壓力過大，應(yīng)將鉆柱重新下放到井底，調(diào)整鉆井液性能后再起鉆。４、抽吸壓力過大42

方法：一般情況下試起5－10柱鉆具，再下入井底，開泵循環(huán)一周，待井底鉆井液從井口返出后，認(rèn)真進(jìn)行觀察和測量。若鉆井液無油氣侵，則可正式起鉆；否則，應(yīng)循環(huán)并調(diào)整鉆井液密度后再起鉆。

（司鉆負(fù)責(zé)檢查，是主要負(fù)責(zé)人。）短起下鉆法目的：檢查溢流

方法：一般情況下試起5－10柱鉆具，再下入井底，開泵循43

以下情況需進(jìn)行短起下鉆：鉆開油氣層后第一次起鉆前鉆開油氣層井漏后或尚未完全堵住，起鉆前鉆井中若嚴(yán)重油氣侵，但未溢流，起鉆前鉆頭在井底連續(xù)長時(shí)間工作后中途需刮井壁需長時(shí)間停止循環(huán)，進(jìn)行其它作業(yè)（電測前、下套管、下油管、中途測試等）起鉆前溢流壓井后起鉆前以下情況需進(jìn)行短起下鉆：445、循環(huán)流動(dòng)阻力消失

停止循環(huán)時(shí)，作用在井底的環(huán)空流動(dòng)阻力消失，使井底壓力減小。此時(shí)，若鉆井液密度略小于地層壓力，循環(huán)時(shí)無溢流，但停止循環(huán)時(shí)發(fā)生溢流。6、其它原因

多數(shù)情況下，溢流是由上述原因造成的但是還有下列情況也會(huì)引起溢流和井涌：中途測試控制不好；射孔時(shí)控制不?。还叹钅酀{失重；過快的鉆穿含氣砂層；鉆到鄰近井里去了。5、循環(huán)流動(dòng)阻力消失45二、溢流的發(fā)現(xiàn)1、鉆井中已經(jīng)發(fā)生溢流的顯示⑴鉆井液返出量增加（出口管流速增加。）⑵鉆井液池中鉆井液量增加，液面升高。⑶停泵后，井內(nèi)鉆井液外溢。⑷起鉆灌入量小于起出鉆具體積；下鉆返出量大于鉆具排替量。

當(dāng)鉆柱內(nèi)鉆井液密度比環(huán)空鉆井液密度高的多時(shí)，井內(nèi)鉆井液也會(huì)外溢。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，司鉆應(yīng)仔細(xì)分析原因，采取正確措施，必要時(shí)可關(guān)井。

二、溢流的發(fā)現(xiàn)462、鉆井時(shí)可能發(fā)生溢流的顯示

鉆進(jìn)中機(jī)械鉆速、錄井巖屑以及鉆井液性能的各種變化，可用來監(jiān)測井下情況是否正常。⑴機(jī)械鉆速明顯增加或鉆時(shí)明顯加快；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩增大，蹩跳鉆嚴(yán)重，鉆壓放空。正常情況下，隨著井深的增加，機(jī)械鉆速逐漸下降，但當(dāng)我們鉆到異常高壓地層；高孔隙度、高滲透性地層；溶洞、裂縫地層；巖性變化的地層時(shí)，鉆時(shí)都會(huì)明顯加快，當(dāng)鉆時(shí)是正常鉆時(shí)的1／2～1／3時(shí)，我們稱為快鉆時(shí)。此時(shí)，應(yīng)人為控制鉆速，快鉆時(shí)進(jìn)尺不超過1米。⑵井口返出的巖屑?jí)K大、量多，條狀，棱角分

明。2、鉆井時(shí)可能發(fā)生溢流的顯示鉆進(jìn)中機(jī)械鉆速、錄井47⑶循環(huán)泵壓下降，泵充數(shù)增加。⑷懸重發(fā)生變化。⑸鉆井液性能發(fā)生變化。如果是油侵，鉆井液密度、粘度均下降；如果是氣侵，鉆井液密度下降、粘度增加；少量的鹽水侵使鉆井液密度、粘度均下降；大量的鹽水侵使鉆井液密度下降、粘度增加變得很稠，流動(dòng)困難。鉆井液中有油滴、油跡、氣泡、硫化氫氣味；含烴量增加；氯離子含量增加。⑶循環(huán)泵壓下降，泵充數(shù)增加。48處理方法：

當(dāng)發(fā)生上述顯示時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，停鉆、上提鉆具、停泵10～15分鐘，觀察井口是否有溢流，若有溢流，要迅速關(guān)井。若無溢流，則至少循環(huán)一個(gè)遲到時(shí)間，觀察返出的鉆井液情況，然后再停泵觀察。若井口有溢流顯示則關(guān)井，若無溢流，而返出的鉆井液有油氣顯示，則適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度再繼續(xù)鉆進(jìn)。處理方法：49⑹鉆井液液柱高度降低。監(jiān)測井漏一般通過鉆井液出口流量計(jì)和鉆井液罐的液面變化來顯示。⑺起鉆時(shí)灌鉆井液不正常。起鉆引起的靜液壓力降低的原因有兩個(gè)。一個(gè)是起出鉆具使井內(nèi)鉆井液液面降低；二是由于過快的起鉆速度，鉆柱下部造成的抽吸力將地層流體抽入井內(nèi)。因此，起鉆時(shí)應(yīng)定期校對(duì)鉆井液的灌入量。⑹鉆井液液柱高度降低。50復(fù)習(xí)題溢流發(fā)生的根本原因是什么？如何預(yù)防？鉆井時(shí)已經(jīng)發(fā)生溢流有何顯示？可能發(fā)生溢流有何顯示？如何正確處理？復(fù)習(xí)題溢流發(fā)生的根本原因是什么？如何預(yù)防？51

一、為什么要迅速關(guān)井？二、關(guān)井方法三、關(guān)井程序四、關(guān)井后注意事項(xiàng)五、關(guān)井后數(shù)據(jù)的錄取第四節(jié)關(guān)井第四節(jié)關(guān)井52一、為什么迅速關(guān)井？

⑴控制住井口，使井控工作處于主動(dòng)，有利于

實(shí)現(xiàn)安全壓井。

⑵制止地層流體繼續(xù)進(jìn)入井內(nèi)。

⑶保持井內(nèi)有較多的原漿，減小關(guān)井和壓井時(shí)的

套壓值。

⑷可準(zhǔn)確地計(jì)算地層壓力和壓井鉆井液密度。

一、為什么迅速關(guān)井？53二、關(guān)井方法

硬關(guān)井是指關(guān)防噴器時(shí)，節(jié)流管匯是關(guān)閉的。軟關(guān)井是指先打開節(jié)流管匯，再關(guān)防噴器，再關(guān)節(jié)流管匯的關(guān)井方法。二、關(guān)井方法54硬關(guān)井與軟關(guān)井的比較

硬關(guān)井時(shí)，由于關(guān)井動(dòng)作比軟關(guān)井少，所以關(guān)井快；但硬關(guān)井時(shí)，井控裝置受到“水擊效應(yīng)”的作用，特別是高速油氣沖向井口時(shí)，對(duì)井口裝置作用力很大，存在一定危險(xiǎn)性，故我國一般不采用此方法關(guān)井。只有在特殊情況下，如鉆井四通兩側(cè)平板閥均打不開，溢流量沒有超過最大允許溢流量，這時(shí)應(yīng)果斷采取硬關(guān)井方法實(shí)現(xiàn)對(duì)井口的控制。

軟關(guān)井盡管比硬關(guān)井動(dòng)作多，關(guān)井慢，但它防止了“水擊效應(yīng)”作用于井口裝置，還可在關(guān)井過程中試關(guān)井。我國各油田均采用軟關(guān)井方法制定關(guān)井程序。硬關(guān)井與軟關(guān)井的比較硬關(guān)井時(shí)，由于關(guān)井動(dòng)作比軟關(guān)55三、關(guān)井程序1、鉆進(jìn)過程中發(fā)生溢流的關(guān)井程序：⑴發(fā)出警報(bào)。⑵停轉(zhuǎn)盤，上提方鉆桿使第一個(gè)鉆桿接頭出轉(zhuǎn)盤面0.4～0.5m，

停泵。⑶打開4號(hào)平板閥。⑷關(guān)防噴器（先關(guān)環(huán)形防噴器，再關(guān)閘板防噴器）。⑸關(guān)節(jié)流閥，試關(guān)井。⑹向井隊(duì)長或技術(shù)員匯報(bào)。⑺認(rèn)真觀察、準(zhǔn)備記錄立管壓力和套管壓力以及鉆井液池鉆井液增量。三、關(guān)井程序562、起下鉆桿時(shí)發(fā)生溢流的關(guān)井程序：⑴發(fā)信號(hào)。⑵停止作業(yè)，搶裝鉆具內(nèi)防噴器。⑶打開4號(hào)平板閥。⑷關(guān)防噴器（先關(guān)環(huán)形防噴器，再關(guān)半封閘板防噴器）。⑸關(guān)節(jié)流閥，試關(guān)井。⑹向井隊(duì)長或技術(shù)員匯報(bào)。。⑺接方鉆桿，錄取套管壓力及鉆井液增量，測關(guān)井立管壓力。2、起下鉆桿時(shí)發(fā)生溢流的關(guān)井程序：573、起下鉆鋌發(fā)生溢流關(guān)井程序：

⑴發(fā)信號(hào)。⑵搶接鉆桿，搶裝鉆具內(nèi)防噴器。⑶打開4號(hào)平板閥。⑷關(guān)防噴器（先關(guān)環(huán)形防噴器，再關(guān)半封閘板防噴器）。⑸關(guān)節(jié)流閥，試關(guān)井。⑹向井隊(duì)長或技術(shù)員匯報(bào)。⑺接方鉆桿，錄取套管壓力及鉆井液增量，測關(guān)井立管壓

力。3、起下鉆鋌發(fā)生溢流關(guān)井程序：584、空井發(fā)生溢流關(guān)井程序：⑴發(fā)信號(hào)。⑵停止作業(yè)，根據(jù)溢流的嚴(yán)重程度采取相應(yīng)的措施：如果噴勢(shì)強(qiáng)烈，則開4號(hào)平板閥；關(guān)全封閘板防噴器；關(guān)節(jié)流閥試關(guān)井。若噴勢(shì)不強(qiáng)烈，則搶下一柱鉆桿，裝鉆具內(nèi)防噴器：⑶打開4號(hào)平板閥。⑷關(guān)防噴器（先關(guān)環(huán)形防噴器，再關(guān)半封閘板防噴器）。⑸關(guān)節(jié)流閥，試關(guān)井。⑹向井隊(duì)長或技術(shù)員匯報(bào)。⑺接方鉆桿，錄取關(guān)井套管壓力和鉆井液增量，測關(guān)井立管

壓力。

如測井作業(yè)時(shí)發(fā)生溢流，噴勢(shì)不大，可起出電纜，再關(guān)井；噴勢(shì)大，來不及起出電纜，則切斷電纜，迅速關(guān)井。4、空井發(fā)生溢流關(guān)井程序：595、淺層氣或易壓裂地層的處理程序：

*

淺層氣的特點(diǎn)：

1、體積小、難以預(yù)測；層位淺，經(jīng)常是突然出現(xiàn)；2、壓力高，一旦井噴能使油氣井突然卸載，導(dǎo)致所有的

鉆井液噴出；3、層位淺，報(bào)警信號(hào)反應(yīng)時(shí)間短，尤其是起鉆時(shí)；4、表層一般薄弱，容易蹩漏，造成嚴(yán)重后果，5、淺井段鉆進(jìn)時(shí)，井口的控制裝置少；6、對(duì)淺層氣的認(rèn)識(shí)不足。

*

處理：分流。（是關(guān)井還是分流，取決于最大允許關(guān)井套壓）

5、淺層氣或易壓裂地層的處理程序：60程序：⑴發(fā)出信號(hào)；⑵停轉(zhuǎn)盤，上提鉆具使第一根鉆桿接頭出轉(zhuǎn)盤面0.4～0.5m，停泵；⑶檢查井口是否有鉆井液流出；⑷開液動(dòng)平板閥（4＃閘門）,全開節(jié)流閥；⑸關(guān)閘板封井器；⑹如有油氣到井口，則開下風(fēng)方向放噴閥，關(guān)節(jié)流閥；

⑺以雙泵大排量向井內(nèi)注入水或一定量的重泥漿。程序：61關(guān)井程序的步驟：

一、報(bào)警二、為關(guān)井創(chuàng)造條件三、軟關(guān)井四、匯報(bào)五、觀察記錄關(guān)井程序的步驟：62四、關(guān)井時(shí)應(yīng)注意的問題

1、井內(nèi)有鉆具不能全封閘板；2、合理控制井口壓力，井口壓力不準(zhǔn)超過最大允許關(guān)井套壓；3、關(guān)井后正確活動(dòng)鉆具，活動(dòng)鉆具時(shí)，慢起慢放。不準(zhǔn)

轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，也不準(zhǔn)接頭臺(tái)肩過閘板或環(huán)形封井器（我國大部分用平臺(tái)肩鉆桿接頭，一旦接頭出了膠芯，則不能再入井）；

4、關(guān)封井器應(yīng)果斷，一次使封井器實(shí)現(xiàn)關(guān)閉；5、嚴(yán)禁用封井器泄壓；6、長時(shí)間關(guān)井用鎖緊裝置鎖緊閘板，并把油腔內(nèi)油壓泄

掉；7、完成關(guān)井程序后，準(zhǔn)備或等待壓井階段，應(yīng)密切注意關(guān)井套壓變化。四、關(guān)井時(shí)應(yīng)注意的問題63五、關(guān)井后立管壓力的確定與套管壓力的控制

1、關(guān)井立壓的確定

⑴關(guān)井狀態(tài)壓力平衡關(guān)系當(dāng)井內(nèi)壓力達(dá)到平衡后有：

Pb=Pp

(4-1)

Pp=Pd+0.0098ρmH(4-2)Pp=Pa+0.0098ρm(H-hw)+0.0098ρwhw(4-3)

式中Pd—關(guān)井立管壓力，MPa；

ρm—原鉆井液密度，g/cm3;H—垂直井深，m;Pp—地層壓力，MPa;Pd—關(guān)井套管壓力，MPa;Hw—溢流高度，m;ρw—溢流密度，g/cm3;

hw=ΔV/Va(4-4)五、關(guān)井后立管壓力的確定與套管壓力的控制64⑵鉆具內(nèi)無回壓凡爾時(shí)關(guān)井立管壓力的錄取

a、關(guān)井后井內(nèi)壓力達(dá)到平衡需一定時(shí)間。一般關(guān)井后10～15分鐘后錄取。

b、圈閉壓力。圈閉壓力是指從關(guān)井立管壓力表及關(guān)井套管壓力表記錄到的超過平衡地層壓力的關(guān)井壓力值。

產(chǎn)生圈閉壓力的原因：

①關(guān)井先于停泵，圈閉著一部分泵的能量或泵未停穩(wěn)及泵沖慣性；

②氣體在關(guān)井狀態(tài)下滑脫上升，形成圈閉壓力。⑵鉆具內(nèi)無回壓凡爾時(shí)關(guān)井立管壓力的錄取65圈閉壓力檢查方法：通過節(jié)流管匯（打開節(jié)流閥）放出少量鉆井液(40～80L)，然后關(guān)井（關(guān)節(jié)流閥），觀察壓力變化。如果立管壓力和套管壓力均有下降，則有圈閉壓力存在。應(yīng)再次放出少量鉆井液，關(guān)井。如果立管壓力和套管壓力仍有下降，重復(fù)上述操作，直到立壓不下降為止。如果放出少量鉆井液后，立壓沒有變化，只是套壓有所上升，說明不存在圈閉壓力。圈閉壓力檢查方法：66⑶鉆柱中裝有回壓閥爾時(shí)，關(guān)井立管壓力的錄取。

1)不循環(huán)法(泵頂回壓閥法）

在不知道壓井排量和該排量下的循環(huán)壓力時(shí)采用：

①緩慢啟動(dòng)泵，向鉆具內(nèi)注入少量鉆井液，并觀察立壓及套壓的變化。

②當(dāng)套壓開始升高時(shí)（超過關(guān)井套壓0.5－1MPa時(shí)），停泵，說明鉆具回壓閥已被頂開。

③錄取此時(shí)的立管壓力及套管壓力。則：

Pd=Pd1-ΔPa

(4-6)ΔPa=Pa1-Pa(4-7)

式中：Pd－關(guān)井立管壓力，MPa；

Pd1－停泵時(shí)記錄的立管壓力，MPaΔPa—套壓升高值，MPa；

Pa1—停泵時(shí)記錄的套壓值，MPa；

Pa—關(guān)井套壓，MPa。⑶鉆柱中裝有回壓閥爾時(shí)，關(guān)井立管壓力的錄取。672）循環(huán)法

在知道壓井排量和該排量下的循環(huán)壓力時(shí)，采用：

①緩慢啟動(dòng)泵，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，保持套壓等于關(guān)井套壓。

②使排量達(dá)到壓井排量，保持套壓始終等于關(guān)井套壓。

③這時(shí)記錄循環(huán)立管壓力PT，停泵，關(guān)節(jié)流閥及下游的平板閥。

Pd＝PT－Pci(4-8)

式中：Pd－關(guān)井立管壓力，MPa；

PT－測量的立管壓力，MPa；

Pci－壓井排量循環(huán)時(shí)的立管壓力，MPa。(Pci及壓井排量從預(yù)先記錄的資料中查出。)2）循環(huán)法682、關(guān)井套壓的控制⑴確定最大允許關(guān)井套壓的原則：關(guān)井后的最高套壓值不能超過下面三個(gè)極限中的最小值：1)井口裝置的額定工作壓力；2)套管最小抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80％；3)地層破裂壓力所允許的關(guān)井套壓值。

一般情況下，現(xiàn)場以地層破裂壓力所允許的關(guān)井套壓值作為最大允許關(guān)井套壓。(在鉆開油氣層前必須確定好）2、關(guān)井套壓的控制69⑵最大允許關(guān)井套壓的確定：1)計(jì)算法

Pamax=(Gf-Gm)Hf(4-9)式中Pamax－最大允許關(guān)井套壓，MPa；

Gf－地層破裂壓力梯度，MPa／m；

Gm－井內(nèi)鉆井液壓力梯度，MPa／m；

Hf－套管以下漏失層井深，m。（一般把套管鞋井深作為Hf）

注:最大允許關(guān)井套壓與井內(nèi)泥漿密度成反比關(guān)系。⑵最大允許關(guān)井套壓的確定：702)圖解法

以地層破裂壓力為縱坐標(biāo)，以最大破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度為橫坐標(biāo)，把兩點(diǎn)連成一直線，則從圖中很快得出新用鉆井液密度的最大允許關(guān)井套壓。0ρmρf2)圖解法0ρmρf713)以最大允許溢流量為依據(jù)，指導(dǎo)關(guān)井操作。最大允許溢流量可由下式計(jì)算；

ΔVmax=Vhwmax=Vp(ρf-ρm-Sf)Hf-SkH/ρm-ρw式中:Vamx－最大允許溢流，m3；Vp－溢流所在井段容積系數(shù)，m3/m；hwmax－溢流柱最大允許高度，m；ρf－套管鞋處漏失壓力當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3，ρm－井內(nèi)鉆井液密度，g/cm3，Sf－地層壓裂安全增值，中原油田取0.03（美國取0.24），g/cm3，Hf－套管鞋處漏失井深，m；Sk－井涌允許條件，一般美國取值0.06g/cm3，中原取0.06～0.14g/cm3H－產(chǎn)層井深，m；ρw－溢流密度，g/cm3。

關(guān)井時(shí)，如果鉆井液增量小于Δ

Vamx時(shí)，關(guān)井是安全的,不會(huì)超

過最大允許關(guān)井套壓。3)以最大允許溢流量為依據(jù)，指導(dǎo)關(guān)井操作。最大允許溢流量可由723、關(guān)井后，井口壓力分析1.關(guān)井立壓、套壓都等于0。

說明：鉆井液液柱壓力仍能平衡地層壓力，鉆井液受油氣侵污染并不嚴(yán)重。處理：可打開防噴器，循環(huán)除氣或節(jié)流循環(huán)。不需加重泥漿。2.關(guān)井立壓等于0、套壓大于0說明：鉆井液液柱壓力仍能平衡地層壓力，但環(huán)空受侵嚴(yán)重。處理：應(yīng)節(jié)流循環(huán)。3.關(guān)井立壓、套壓都大于0。

說明：鉆井液受侵嚴(yán)重，原漿不能平衡地層壓力。處理：壓井。3、關(guān)井后，井口壓力分析73復(fù)習(xí)題為什么要迅速關(guān)井？什么叫軟關(guān)井？熟悉鉆進(jìn)、起下鉆桿、起下鉆鋌、和空井時(shí)的關(guān)井程序。關(guān)井后如何錄取關(guān)井立壓、套壓？圈閉壓力是什么？如何產(chǎn)生的？怎樣檢查？關(guān)井后井口立壓、套壓都為0，怎么辦？復(fù)習(xí)題為什么要迅速關(guān)井？74第五節(jié)井內(nèi)氣體的膨脹與運(yùn)移一、天然氣的特點(diǎn)及危害二、天然氣進(jìn)入井內(nèi)的方式三、天然氣對(duì)井內(nèi)壓力的影響四、關(guān)井狀態(tài)下，天然氣對(duì)井內(nèi)壓力的影響五、天然氣上升到井口的處理第五節(jié)井內(nèi)氣體的膨脹與運(yùn)移一、天然氣的特點(diǎn)及危害75一、天然氣的特點(diǎn)與危害

1、可壓縮

2、密度小，擴(kuò)散性大

3、易燃，易爆，有劇毒（H2S,CO2）

氣體定律：P1V1=P2V2

一、天然氣的特點(diǎn)與危害P1V1=P2V276二、天然氣侵入井內(nèi)的方式

1、巖屑?xì)馇?、重力置換氣侵3、擴(kuò)散氣侵

4、氣體溢流5、抽吸壓力

即使在井底壓力大于地層壓力時(shí)，天然氣也會(huì)侵入井內(nèi)。二、天然氣侵入井內(nèi)的方式即使在井底壓力大于地層壓力時(shí)，天然77三、氣體侵入井內(nèi)對(duì)井內(nèi)液柱壓力的影響

1、天然氣在井內(nèi)存在的形式氣泡或氣柱2、運(yùn)動(dòng)形式

循環(huán)上升，滑脫上升。

三、氣體侵入井內(nèi)對(duì)井內(nèi)液柱壓力78

3、氣侵對(duì)鉆井液密度的影響天然氣侵入井內(nèi)后，井內(nèi)鉆井液密度隨井深自下而上逐漸變小。

3、氣侵對(duì)鉆井液密度的影響79氣侵鉆井液密度的計(jì)算:

-----井深H處氣侵鉆井液密度------地面氣侵鉆井業(yè)與氣侵前鉆井液密度之比--------未氣侵鉆井液密度------地面壓力0.098MPa氣侵鉆井液密度的計(jì)算:80

氣侵后液柱壓力減小值

式中:ΔPm--受侵鉆井液柱壓力減小值，MPa；

ρh—在井深處氣侵鉆井液密度，g/cm3；

a—地面氣侵鉆井液密度與氣侵前鉆井液密度的比值；

ρm—未氣侵鉆井液密度，g/cm3；

H—井深，m。

Ps—地面壓力（0.098MPa）氣侵后液柱壓力減小值81四、開井狀態(tài)下,氣柱對(duì)井內(nèi)壓力的影響

氣柱膨脹上升，井底壓力逐漸減小。（體積膨脹）0.26m310m20m40m80m160m320m8.35m335.37831.615四、開井狀態(tài)下,氣柱對(duì)井內(nèi)壓力的影響0.26m310m2082123

結(jié)論：1、氣體在上升過程中，體積一直在膨脹，但體積膨脹增加量較小，只是在靠近地面時(shí)，才迅速增加，而在此時(shí)，鉆井液池增量才比較明顯。2、氣體體積膨脹上升對(duì)井底壓力影響很小，只是到靠近地面時(shí)，井底壓力才明顯降低。1體積；2井底壓力；3氣體所受壓力30000體積，m3壓力，MPa井深，m102030123結(jié)論：1體積；2井底壓力；3氣體所受壓力300083注意的問題：

①密度計(jì)算

②對(duì)井內(nèi)壓力的影響

③首要措施：地面有效除氣

注意的問題：84

五、關(guān)井狀態(tài)下氣柱對(duì)井內(nèi)壓力的影響

氣柱不膨脹，滑脫上升，井底及井口壓力逐漸增大L2

L1

P氣五、關(guān)井狀態(tài)下氣柱對(duì)井內(nèi)壓力的影響L2L1P85思考:

某井在井深3600米時(shí)發(fā)生氣柱侵入,泥漿池增量3m3,使用鉆井液密度1.70g/cm3,關(guān)井立壓3.5MPa,關(guān)井套壓6.5MPa,已知環(huán)空容積為14L/m，氣柱密度為0.3g/cm3,因等待加重，需長時(shí)間關(guān)井，求氣柱在井底、2400米和井口時(shí)的井內(nèi)壓力。

思考:86Pa=P氣－0.00981L2Pb=P氣＋0.00981

L1結(jié)論：1、關(guān)井時(shí)井口要承受很高的壓力，要求井口防噴器要有足夠高的承壓能力。2、發(fā)生氣體溢流不應(yīng)長時(shí)間關(guān)井，避免超過最大關(guān)井套壓。3、氣體滑脫上升引起井口壓力不斷升高，不能認(rèn)為地層壓力很高，不能錄取這時(shí)的井口壓力。

Pa=P氣－0.00981L2結(jié)論：87四、井內(nèi)氣體運(yùn)移的處理（放壓）

關(guān)井后天然氣上升，會(huì)引起井內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力升到一定值時(shí)要釋放出部分壓力以保證安全。1、立管壓力法原理：通過節(jié)流閥，間斷放出一定數(shù)量的鉆井液，使天然氣膨脹，氣體壓力降低，通過立管壓力控制天然氣的膨脹和井底壓力，使井底壓力略大于地層壓力，以防止天然氣再進(jìn)入井。

內(nèi)，又不壓漏地層。四、井內(nèi)氣體運(yùn)移的處理（放壓）88操作方法：1)先確定一個(gè)比初始關(guān)井立管壓力高的允許立管壓力值Pd1和放壓過程中立管壓力的變化值ΔPd；國外一般取ΔPd=50～100Psi（0.343～0.686MPa，此值在壓力表上不好讀出，可取Pd=0.5～1MPa。）；Pd1比初始關(guān)井壓力Pd大1MPa。2）當(dāng)關(guān)井立管壓力Pd增加到(Pd1+ΔPd)時(shí)，通過節(jié)流閥放鉆井液，立管壓力下降到Pd1，關(guān)節(jié)流閥。3）關(guān)井后天然氣繼續(xù)上升，立管壓力再次升到(Pd1+ΔPd)時(shí)，再按上述方法放壓，然后關(guān)井。這樣重復(fù)進(jìn)行，可使天然氣上升到井口。

操作方法：89放壓過程中，由于環(huán)空放出鉆井液，環(huán)空靜液壓力減小，因此套壓增加一個(gè)值，增加的值等于環(huán)空靜液壓力減小值。

不適應(yīng)立管壓力法的情況：

1、鉆頭水眼堵死

2、鉆頭位置在氣體之上

3、鉆具刺壞等

放壓過程中，由于環(huán)空放出鉆井液，環(huán)空靜液壓力減小902、容積法原理

原理：依據(jù)井底壓力、環(huán)空靜液壓力和井口套壓的變化關(guān)系，控制井底壓力略大于地層壓力，讓氣體上升膨脹。井底壓力的變化是由于地面套壓的變化或環(huán)空靜液壓力的變化引起的。環(huán)空靜液壓力變化又是由于氣體膨脹時(shí)鉆井液量的減少所致。環(huán)空靜液壓力減小值可通過增加套壓來補(bǔ)償。2、容積法原理91

環(huán)空靜液壓力減小值為：

ΔPm＝0.0098ρm(ΔV/Va)(8-4)式中ΔPm－環(huán)空靜液壓力減小值，MPa；

ρm

－環(huán)空鉆井液密度，g/cm3；

ΔV－環(huán)空鉆井液減少值（放出的鉆井液量，應(yīng)放

入計(jì)量罐中計(jì)量），m3；

Va－每m環(huán)空容積，m3/m。

環(huán)空靜液壓力的減小值，也就是套壓升高值（補(bǔ)償靜液壓力減小值，維持井底壓力平衡地層壓力）。環(huán)空靜液壓力減小值為：92操作步驟：1）先確定一個(gè)大于初始關(guān)井套壓的允許值Pa1，再確定一個(gè)套壓變化值ΔPa。2)當(dāng)關(guān)井套壓上升到Pa1+ΔPa時(shí)，通過節(jié)流閥放出鉆井液，此時(shí)環(huán)空靜液壓力下降為ΔPm1。（氣體膨脹使環(huán)空靜液壓力的減少值就是套壓的升高值）ΔPa1=ΔPm1=0.0098ρm（ΔV1/Va）（ΔV1通過計(jì)量得知）。3)關(guān)井后氣體繼續(xù)上升，使套壓再次升高到Pa1+ΔPm1+ΔPa時(shí)，通過節(jié)流閥再次放出鉆井液，使套壓下降到Pa1+ΔPm1。

ΔPa2=ΔPm2=0.0098ρm（ΔV2/Va）4)關(guān)井后氣體上升，繼續(xù)按上述步驟操作，使套壓上升到Pa1+ΔPm1+Pm2+…….+Pmn+ΔPa，通過節(jié)流閥放出鉆井液使套壓下降到Pa1+ΔPm1+Pm2+…….+Pmn關(guān)井，直到氣體一直上升到井口。操作步驟：93五、天然氣升到井口的處理

方法：置換法。置換法是從井口注入鉆井液置換井內(nèi)氣體，以降低井口壓力并保持井底壓力略大于地層壓力。操作方法：1、通過反循環(huán)管線注入一定量的鉆井液，允許套壓上升某一值（以最大允許值為準(zhǔn)），然后停注。2、鉆井液在重力作用下沉落后，通過節(jié)流閥慢慢釋放氣體，套壓降到某一值后關(guān)節(jié)流閥。套壓降低值應(yīng)等于注入鉆井液的靜液壓力值。3、重復(fù)上述步驟至井內(nèi)充滿鉆井液為止。五、天然氣升到井口的處理94天然氣上升速度的計(jì)算

在關(guān)井條件下，天然氣在環(huán)空的上升速度可由套壓的升高值來確定。套壓升高值就是氣上面泥漿的減小值。

Vg＝Pa1-Pa/Gm式中Vg－氣柱上升速度，米／小時(shí)

Pa1－初始關(guān)井套管壓力，帕

Pa－關(guān)井一小時(shí)后的套壓，帕

Gm－氣柱上面泥漿液柱壓力梯度，帕／米通常，天然氣在井內(nèi)的上升速度大致為270～360米。根據(jù)天然氣上升速度和上升時(shí)間可求得上升的距離。

L=Vg*t天然氣上升速度的計(jì)算95復(fù)習(xí)題天然氣進(jìn)入井內(nèi)的方式有哪些？關(guān)井后天然氣對(duì)井內(nèi)壓力有何影響？應(yīng)怎樣操作？某井關(guān)井立壓4.5MPa,關(guān)井套壓5MPa，最大允許關(guān)井套壓10MPa，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一放壓方案。復(fù)習(xí)題天然氣進(jìn)入井內(nèi)的方式有哪些？96第六節(jié)壓井壓井原理及基本計(jì)算常規(guī)壓井非常規(guī)壓井第六節(jié)壓井壓井原理及基本計(jì)算97?

§1壓井原理及基本計(jì)算

一、定義

壓井是發(fā)現(xiàn)溢流關(guān)井后，泵入能平衡地層壓力的重鉆井液，并始終控制井底壓力略大于地層孔隙壓力，以排除溢流，重建井眼與地層系統(tǒng)的壓力平衡關(guān)系。二、壓井原理壓井是以“Ｕ“形管原理為依據(jù)，在壓井施工過程中，保持井底壓力為一恒定值，即略大于地層壓力。?§1壓井原理及基本計(jì)算一、定義98

“Ｕ”形管原理

U鉆具與井眼所建立的循環(huán)系統(tǒng)可視為一個(gè)“Ｕ形管，鉆具和環(huán)形空間分別為“Ｕ形管的連通管?！埃招喂艿幕驹硎恰埃招喂艿牡撞繛橐粋€(gè)壓力平衡點(diǎn)，此處的壓力只能有一個(gè)值，這個(gè)值可以通過分析連通管的任意一條管的壓力而獲得。

“Ｕ”形管原理

U鉆具與井眼所建立的循環(huán)系99⑴靜止?fàn)顟B(tài)井底壓力＝鉆柱水眼內(nèi)靜液柱壓力＝環(huán)空靜液柱壓力⑵靜止關(guān)井條件井底壓力＝關(guān)井管壓力＋鉆柱水眼內(nèi)靜液柱壓力＝關(guān)井套管壓力＋環(huán)空靜液柱壓力⑶動(dòng)態(tài)條件井底壓力＝環(huán)空靜液柱壓力＋環(huán)空和節(jié)流管線壓力損失＋套管壓力

井內(nèi)的各種壓力平衡關(guān)系：以“Ｕ”形管原理分析⑴靜止?fàn)顟B(tài)井內(nèi)的各種壓力平衡關(guān)系：以“Ｕ”形管原理分析100⑴判斷溢流類型

Hw=ΔV/Vaρw=ρm-102(Pa-Pd)/Hw式中ρw—溢流密度，g/cm3;ρm—原鉆井液密度，g/cm3;Pa—關(guān)井套管壓力，MPa;Pd—關(guān)井立管壓力,MPa;Hw—溢流在環(huán)空的高度，m;ΔV—鉆井液池增量，m3;Va—溢流所在位置的環(huán)空截面積，m2。三、壓井基本數(shù)據(jù)計(jì)算⑴判斷溢流類型三、壓井基本數(shù)據(jù)計(jì)算101通常情況下，算出溢流密度后，按如下確定：

0．12～0．36g/cm3為氣體；0．36～0．6g/cm3為油與氣或水與氣的混合物；0．6～0．84g/cm3為油或油水混合物。溢流的密度確定后，鉆井液密度的附加值可按下列兩種方法之一確定：①油水井為0.05～0.10g/cm3，氣井為0.07～0.15g/cm3②油水井為1.5～3.5MPa，氣井為3.0～5.0MPa

同時(shí)還應(yīng)考慮地層孔隙預(yù)測精度；油、氣、水層的埋藏深度；地層油氣中硫化氫的含量；井控裝置配套情況；工作人員的井控水平等因素。通常情況下，算出溢流密度后，按如下確定：102

Pp=Pd+0.0098ρmH式中Pp—地層壓力，MPa;Pd—關(guān)井立壓，MPa;Pm—原鉆井液密度，g/cm3;H—垂直井深，m。⑵計(jì)算地層壓力⑵計(jì)算地層壓力103①依據(jù)地層壓力計(jì)算ρm1=102Pp/H式中ρm1—壓井鉆井液密度，g/cm3;Pp—地層壓力，MPa;H—垂直井深,m。②依據(jù)關(guān)井立管壓力計(jì)算

ρm1=ρm+102Pd/H式中ρm—原鉆井液密度,g/cm3;Pd—關(guān)井立管壓力,MPa。⑶壓井鉆井液密度①依據(jù)地層壓力計(jì)算⑶壓井鉆井液密度104①鉆柱內(nèi)容積

V1=VdL式中V1—鉆柱內(nèi)容積,m3;Vd—鉆柱水眼截面積,m2,L—鉆柱長度,m。如果是復(fù)合鉆具，應(yīng)分段計(jì)算后再相加。②環(huán)空容積V2

V2=VaL式中V2—環(huán)空容積,m3;Va—環(huán)空截面積,m2;L—對(duì)應(yīng)Va的井段長度,m。井眼中環(huán)空面積不相等時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算后再相加。③總?cè)莘eVV=V1+V2所需加重鉆井液量一般取總?cè)莘e的1．5～2倍。⑷計(jì)算鉆柱內(nèi)容積、環(huán)空容積及加重鉆井液量①鉆柱內(nèi)容積⑷計(jì)算鉆柱內(nèi)容積、環(huán)空容積及加重鉆井液量105①注滿鉆柱內(nèi)容積的時(shí)間

t1=1000V1/60Q式中t1—注滿鉆柱內(nèi)容所需時(shí)間，min；

V1—鉆柱內(nèi)容積m3；

Q—壓井排量L/s。②注滿環(huán)形空間所需時(shí)間，

t２=1000V２/60Q式中t２—鉆柱環(huán)空所需時(shí)間，min；Ｖ２—環(huán)空容積m3；

Q—壓井排量，L/s。⑸計(jì)算注入加重鉆井液的時(shí)間⑸計(jì)算注入加重鉆井液的時(shí)間106壓井排量的選擇：

通常壓井排量取鉆進(jìn)時(shí)排量的取鉆進(jìn)時(shí)排量的?~?。壓