非常規(guī)井控技術(shù)

非常規(guī)井控技術(shù)前面主要講解了常規(guī)的井控作業(yè)。然而，有些現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的問題不能直接用這些傳統(tǒng)的“循環(huán)出氣侵鉆井液”的方法解決。不過，大多數(shù)情況不會(huì)太大地改變井控的基本步驟。每一井噴的情形是獨(dú)特的。常規(guī)井控技術(shù)有時(shí)不能充分解決問題，因?yàn)橛行┣樾蜗虏荒苓M(jìn)行循環(huán)。例如，鉆柱不在井底、井漏、鉆柱堵塞或空井等。當(dāng)出現(xiàn)這種非常規(guī)情形時(shí)，就需要用非常規(guī)的井控技術(shù)。本章講述以下四種非常規(guī)井控技術(shù)：（1）體積控制法；（2）硬頂法，即強(qiáng)行將侵入井內(nèi)的流體頂回到地層去的方法；（3）鉆頭不在井底壓井法；（4）低節(jié)流壓力法；（5）頂部壓井技術(shù)；（6）關(guān)井起下鉆。1.1體積控制法這是在不能循環(huán)的情況下而要實(shí)現(xiàn)井控，即不循環(huán)調(diào)節(jié)井內(nèi)壓力的方法。其要點(diǎn)是在維持井控時(shí)，從系統(tǒng)中放出鉆井液以允許氣體膨脹和運(yùn)移。這種方法的實(shí)質(zhì)仍是“保持井底壓力恒定”的技術(shù)。其目的是在不超過任何裸露地層破裂壓力或設(shè)備壓力極限情況下維持井底壓力恒定，防止額外地層流體涌入井眼。在鉆柱堵塞時(shí)或井內(nèi)鉆井液不能循環(huán)時(shí)，這種方法特別有用。如果使用“等待加重法”，在循環(huán)建立之前必須使用體積法。為了說明體積控制技術(shù)，先要研究一下氣體的具體運(yùn)移情況。1.1.1氣體的運(yùn)移圖5-3氣體運(yùn)移示意圖氣侵物在井底或近井底處進(jìn)入井眼。通常氣侵物的密度比當(dāng)時(shí)所用鉆井液的密度小得多。密度的差異將使密度較小的流體在密度較大的流體中向上運(yùn)移。試想在鉆進(jìn)或起下鉆時(shí)發(fā)生氣體井涌的情形：檢測(cè)到氣侵后關(guān)井，此時(shí)氣體通常仍向地面運(yùn)移，并攜帶氣泡圈閉的壓力一起上移。氣泡上移的速度取決于下列因素：（1）環(huán)空間隙；（2）井眼中氣體與液體的相對(duì)密度差；（3）鉆井液的稠度；（4）環(huán)空中氣泡的形狀（氣泡在環(huán)空的一側(cè)上移而鉆井液在其對(duì)側(cè)下移）。已有一些預(yù)測(cè)氣泡運(yùn)移速度的數(shù)學(xué)模型，但這些模型太復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)難以應(yīng)用。為了指導(dǎo)井控作業(yè)，可采用根據(jù)地面壓力反應(yīng)，預(yù)測(cè)井內(nèi)氣泡運(yùn)移速度的近似方法。此近似方法有一定的假設(shè)條件：如果不允許氣體膨脹而溫度又保持恒定，則氣泡內(nèi)的壓力將不會(huì)有大的變化。溫度不變的假設(shè)在運(yùn)移距離較短時(shí)是準(zhǔn)確的。因此，對(duì)計(jì)算地面壓力每一微小增量引起的井內(nèi)氣體運(yùn)移速度的變化，這一方法也相當(dāng)準(zhǔn)確。圖5-3表示這一方法的原理。從圖5-3可以看出，氣泡在t=t1時(shí)刻處在井底，系統(tǒng)壓力處在靜態(tài)。一段時(shí)間后，t=t2，氣泡高度，體積或溫度沒有大的變化而向地面方向運(yùn)移一段距離Hm。因此，從氣體定律知，t=t2時(shí)氣泡底部的壓力與t=t1時(shí)刻的壓力完全相同。地面和井底壓力增加量為ΔP。在t=t2時(shí)氣泡底部從井眼底部上升到Hm處。此時(shí)井底壓力Pbh可由下式表示（忽略氣柱自重）：Pbh=P+0.0098ρmHm=P+ΔP5-20式中:P—地層壓力；ΔP—t=t2時(shí)刻地面壓力P2與t=t1時(shí)刻地面壓力P1的差，即ΔP=P2-P15-21由上式可知:Hm=（P2-P1）/（0.0098ρm）5-22式中：Hm—?dú)馀葸\(yùn)移的高度，m；P1—t=t1時(shí)刻的地面壓力或初始?jí)毫1=P-0.0098ρmHMPa；P2—t=t2時(shí)刻的地面壓力或最終壓力P2=P-0.0098ρm（H-Hm）MPa；ρm———鉆井液密度，g/cm3。用式確定出氣體運(yùn)移高度后，可用下式求出氣泡運(yùn)移的速度：vg=Hm/（t2-t1）5-23式中：vg—?dú)怏w運(yùn)移速度，m/h；t1—初始?jí)毫ψx值的時(shí)刻，h；t2—最終壓力讀值的時(shí)刻，h。[例題]氣體運(yùn)移。已知在01：43由于井涌關(guān)井。初始?jí)毫?.241MPa，在02:25壓力增到4.378MPa，井內(nèi)鉆井液密度為1.41g/cm3。求（1）氣泡向上運(yùn)移的高度；（2）氣泡上移的速度。解:用式5-22計(jì)算出運(yùn)移高度Hm=（P2-P1）/（0.0098ρm）=154.5m。用式5-23式算出運(yùn)移速度vg=Hm/（t2-t1）=221m/h。由此可見，只要記下壓力變化和相應(yīng)的時(shí)刻，就可估計(jì)出氣泡的運(yùn)移速度及其相應(yīng)的位置。如果在兩個(gè)壓力讀數(shù)之間放壓，該法也應(yīng)產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)樵谟?jì)算時(shí)只需使用壓力的變化。1.1.2鉆柱在井底、鉆柱與環(huán)空連通的情形鉆柱在井底或近井底時(shí)，如果環(huán)空和鉆桿連通，問題不會(huì)十分復(fù)雜。如果井眼流體密度已知，通過鉆桿壓力便可直接算出井底壓力。這可用來指導(dǎo)壓井作業(yè)。這種情況下，通過放掉環(huán)空中一定體積鉆井液，保持鉆桿壓力不變，就會(huì)使井底壓力保持恒定。然而，保持鉆桿壓力不變是一件困難的事情。一個(gè)重要的因素是，不管使用那種控制方法，如果井底壓力保持恒定，氣泡膨脹的體積將是相同的。預(yù)測(cè)出為保持井底壓力不變而要放掉的鉆井液體積和預(yù)計(jì)氣體到達(dá)地面時(shí)的環(huán)空壓力固然重要，但更重要的是必須制定出應(yīng)急計(jì)劃以防地層破裂而井漏。1.1.3鉆柱堵塞、離開井底或空井的情形圖5-4放壓控制氣體運(yùn)移和井底壓力當(dāng)鉆柱堵塞，即鉆柱與環(huán)空不連通時(shí)，只能通過觀察地面環(huán)空壓力來指導(dǎo)井控。對(duì)要放掉的鉆井液的體積和地面壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)是可能的，也可算出井底壓力，把計(jì)算值與許可值進(jìn)行比較。排放到地面的鉆井液體積與用司鉆法循環(huán)出井涌的體積相同。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)來說，計(jì)算是十分煩瑣的。1.1.4井涌的大小、程度未知在不知道氣侵程度的情況下也可能進(jìn)行井控。這一過程要求準(zhǔn)確地觀察關(guān)井環(huán)空壓力，從井中放掉一定體積的鉆井液并準(zhǔn)確地測(cè)量出放掉流體的體積。其步驟如下（見圖5-4）：（1）關(guān)井后，記下套壓，允許環(huán)空壓力增加到一預(yù)定的值（通常高于初始關(guān)井套壓0.7MPa-1.4MPa）。這可給地層空隙壓力施加一壓力附加值以保證安全。這一安全附加值是必須的。因?yàn)閺木蟹懦鲢@井液時(shí)難以維持確切的壓力。在放鉆井液過程中如有壓力波動(dòng)，該關(guān)井壓力附加值可防止更多的地層流體進(jìn)入井眼。當(dāng)然，在確定安全增量時(shí)一定要考慮到地層的壓裂。如果過平衡太大，可能會(huì)引起地層破裂和由此而造成的井漏，最惡劣的情況是可能引起地下井噴。（2）允許套壓額外增加0.35MPa-1MPa（破裂壓力將限制該值）。緩慢地有控制地放掉鉆井液并仔細(xì)地測(cè)量放掉鉆井液的體積，從放掉鉆井液的量計(jì)算出鉆井液液柱靜壓力損失量，計(jì)算出井底壓力。如果井底壓力過平衡太多，重復(fù)放鉆井液步驟（小增量地放），直到過平衡在要求的范圍內(nèi)，通常高于預(yù)計(jì)地層壓力0.7MPa-1.4MPa。注意事項(xiàng)：A、如果不知道氣泡的位置，計(jì)算出的鉆井液體積可能有誤差，這就存在使井眼欠平衡的危險(xiǎn)，會(huì)使額外的地層流體進(jìn)入井眼，以致使控制過程復(fù)雜化。如果有鉆桿壓力的話，可用關(guān)井環(huán)空壓力作為備用手段來指導(dǎo)壓井過程。B、保持環(huán)空壓力恒定可能非常困難，這取決于氣泡的運(yùn)移速度和井隊(duì)人員操作節(jié)流閥的能力。保持環(huán)空壓力恒定的另一途徑是放掉少量的鉆井液和壓力。放完后，計(jì)算出井底壓力看井底是否維持適當(dāng)?shù)钠胶?。?）重復(fù)這一步驟，允許壓力增加，然后放掉少量鉆井液，直到氣體到達(dá)地面或壓力穩(wěn)定為止。（4）氣體到達(dá)地面時(shí)將少量的加重鉆井液緩慢地泵入環(huán)空中。稀鉆井液，如加重的鹽水作用最好，因?yàn)槠湔扯容^低能相當(dāng)快地通過氣侵鉆井液下行。然后放掉氣體，直到關(guān)井套壓降低的值與泵入重漿產(chǎn)生的靜液壓頭值相等為止。不要放掉液體，允許液體有充足的時(shí)間通過氣體下行。泵重漿時(shí)由于壓縮氣柱可能增加地面壓力。這一增加的壓力也應(yīng)放掉。盡管這種方法可能不能最終地解決問題，因?yàn)橛袝r(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)泵入的加重鉆井液沒有泵入井內(nèi)，但當(dāng)不能循環(huán)或循環(huán)不理想時(shí)，它是解決氣體運(yùn)移的一種方法。當(dāng)氣體在井內(nèi)上升時(shí)一定允許它膨脹，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。否則，在裸眼層段或套管上會(huì)作用有較高的壓力，這會(huì)造成地面或地下井噴。然而，這種方法比起循環(huán)出氣侵鉆井液的司鉆法來并不更加困難或危險(xiǎn)。1.1.5空井時(shí)的井控當(dāng)鉆具起出井眼時(shí)，如發(fā)生井涌，處理辦法是：要么在空井時(shí)控制井，要么強(qiáng)行將鉆具下入井內(nèi)。鉆具起出井眼的井控取決于所用的鉆井液和進(jìn)入井眼的地層流體的類型。要列出所有可能存在的情形是困難的。一種情形是當(dāng)鉆井液是鹽水而地層流體為氣體。對(duì)這一問題的可能的答案如例2所示（圖）。[例題]體積控制法。已知井深3048m；鉆井液為鹽水，密度1.04g/cm3；套管外徑為244.5mm，內(nèi)徑為222.3mm，下入深度762m；鉆桿外徑為114.3mm，內(nèi)徑為97mm，鉆桿長度2865m；鉆鋌外徑為165mm，內(nèi)徑為70mm，鉆鋌長度183m；井眼直徑200mm。當(dāng)起出最后幾柱立根時(shí)發(fā)生了井涌，初始關(guān)井壓力為0.759MPa，套管鞋處地層破裂壓力梯度為15.835kPa/m，觀察到的泥漿池液面增量為1.18m3，溫度梯度21℃+0.667℃/30m。求（1）侵入井眼流體的類型。（2）若允許氣體膨脹，從環(huán)空中逐漸放出鉆井液，當(dāng)氣體接近地面時(shí)，套管鞋處地層是否破裂？（3）空井，在氣體運(yùn)移過程中井控所要求的步驟。解（1）假定井底壓力由1.04g/cm3密度的鉆井液形成，則井底壓力Pbh=9.81×1.04×3048=31.097MPa。氣侵高度Hg=1.180/(0.785×0.22)=101m。所有的壓力必須平衡。地面總壓力加上井內(nèi)的靜液柱壓力一定是剛關(guān)井后氣體還沒運(yùn)移的地層壓力。Pbh=井內(nèi)所有流體靜液壓力+關(guān)井套壓=鉆井液靜液柱壓力+氣體靜壓力PG+關(guān)井套壓。即:31.097=9.81×1.04×(1.048-0.101)+PG+0.759故:PG=0.270MPa因此，侵入物為氣體，預(yù)計(jì)會(huì)快速運(yùn)移（運(yùn)移會(huì)即刻開始）。在求井涌物的密度時(shí)，必須準(zhǔn)確知道其體積和井眼尺寸。大多情況下，可忽略氣體的靜壓力。（2）合理地處理氣體的運(yùn)移與用司鉆法循環(huán)出井涌相同。下式可用來預(yù)計(jì)環(huán)空壓力（套管鞋在762m處）Pan=B/2+5-24B=Pbh-9.81ρm(H-Hc)=31.097-9.81×1.40(1.048-0.762)=7.774MPaC=9.81ρmPbhvk/A（A是套管鞋處井眼或環(huán)空的截面積，m2）=32074392Pan=B/2+=10.756MPa套管鞋處的破裂壓力：15.835×762=12.066MPa12.066MPa>10.756MPa10.756MPa壓力低于12.066MPa破裂壓力，如果作業(yè)不犯嚴(yán)重錯(cuò)誤，可以允許氣體向上運(yùn)移。（4）有控制地放出環(huán)空鉆井液以使氣體膨脹。當(dāng)氣體到達(dá)地面時(shí)，使用鹽水替換。如果選用的控制方法為硬頂法，可能會(huì)發(fā)生地下井噴。在這種情況下，氣體一但到達(dá)地面，推薦的處理方法是準(zhǔn)確地測(cè)量泵入井中鹽水的量。應(yīng)允許有一段時(shí)間以使泵入井中的鉆井液穿過氣頂下落。井口壓力將增加一氣體壓縮的壓力。然后放掉泵入過程而增加的壓力和泵入鉆井液液柱壓力兩者之和。這一過程如表所示。記下關(guān)井時(shí)井內(nèi)的靜液壓力（忽略氣體高度所產(chǎn)生的壓力）。當(dāng)氣體運(yùn)移到地面時(shí)，已放掉10.557m3鹽水，加上1.18m3的初始溢流，其溢流體積為11.737m3。壓井必須用鹽水替換氣體。最后一步為向井內(nèi)泵送鹽水。鹽水穿過氣體下落，然后放掉氣體，降低環(huán)空壓力。重復(fù)這一過程直到所有氣體都已放掉，井眼處于控制之下為止。這些實(shí)用的步驟能夠控制上例條件下的氣體。許多上例中所沒有列舉到的情形可能會(huì)出現(xiàn)，因此必須熟悉非理想氣體的膨脹和壓縮特性。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，本章所列某些計(jì)算可能不必要。然而，認(rèn)真記錄下放掉的流體體積和相應(yīng)的套壓變化總是必要的，這樣可以及時(shí)了解總靜液壓力的作用。在美國路易斯安那州立大學(xué)有一口實(shí)驗(yàn)井，用來演示井控方法和培訓(xùn)人員。在練習(xí)中，將天然氣高壓注入2286m的井底。這一過程中只允許學(xué)生觀察環(huán)空壓力。該實(shí)驗(yàn)井有鉆桿接到地面。教師操作臺(tái)上有一關(guān)井鉆桿壓力的地面閱讀器，可讀出井底壓力。這是將鉆桿內(nèi)液柱壓力加上關(guān)井鉆桿壓力而求得的。使用關(guān)井套壓預(yù)測(cè)井底壓力時(shí)必須運(yùn)用本章所述之步驟。圖,用曲線方式顯示這些培訓(xùn)練習(xí)之一的結(jié)果。把用環(huán)空壓力計(jì)算的井底壓力和觀察的關(guān)井鉆桿壓力進(jìn)行比較，這兩種方法產(chǎn)生相同的結(jié)果。施加到井底的壓力變化范圍從0.7-2.8MPa之間。在該練習(xí)中，教師加上一定的井底壓力。過幾分鐘后，學(xué)員必須確定出要放掉的體積及要維持的壓力。從圖,中可以看出，用放掉鉆井液的量可改變井底壓力，也可維持井底壓力。2、3、4和5點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示出不放鉆井液時(shí)壓力的遷移。6、7、8、9和10點(diǎn)表明能把井底壓力維持一恒量。整個(gè)練習(xí)表明能把井底壓力控制在一高于設(shè)置量的值（在該情況下油藏壓力為19.996MPa）并低于最大值（在此情況下為21.443MPa）。1.1.6體積控制法評(píng)述體積控制法并不復(fù)雜，只需一只壓力表，一臺(tái)控制放鉆井液和準(zhǔn)確測(cè)量放掉鉆井液量的設(shè)備即可。首要的是記住關(guān)井套壓與井眼中氣液柱壓力之和等于井底壓力這一點(diǎn)。要跟蹤放出液體的量并觀察關(guān)井套壓?？捎孟癖砗?，這樣簡(jiǎn)單的表格來跟蹤氣泡的運(yùn)移。仔細(xì)觀察放出井眼的質(zhì)量以保證在作業(yè)過程中維持要求的井底壓力。圖5-5體積控制法所用裝置放掉鉆井液體積的預(yù)測(cè)和關(guān)井套壓預(yù)測(cè)需相當(dāng)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)計(jì)算。這種計(jì)算在學(xué)術(shù)上可能很有刺激性，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)來說太費(fèi)時(shí)費(fèi)事費(fèi)力。這里所介紹的方法著重在氣體定律，能在井場(chǎng)上容易而安全地實(shí)行。要再次強(qiáng)調(diào)的是，井底壓力等于關(guān)井套壓加上井內(nèi)液柱與氣柱靜壓力。因此，讀取關(guān)井套壓并計(jì)算注入或放出鉆井液的壓力增減，能夠用來維持要求的井底壓力。1.1.7體積控制法的現(xiàn)場(chǎng)步驟在所有的井底常壓井控法中，井隊(duì)人員對(duì)體積控制法了解最少，原因是必要的計(jì)算看起來很復(fù)雜。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)中這種方法可大大地簡(jiǎn)化而產(chǎn)生良好的效果?？紤]到許多變量的不準(zhǔn)確性，有必要忽略一些變量而對(duì)另一些變量作一估計(jì)以使這一方法適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。該步驟僅需要?dú)馇值幕局R(shí)，簡(jiǎn)單的計(jì)算和記錄壓井作業(yè)步驟的系統(tǒng)方法：即記錄從井內(nèi)流出的鉆井液體積或泵入井內(nèi)的鉆井液體積。這一計(jì)算不會(huì)高準(zhǔn)確度地計(jì)算出地層的壓力，但能產(chǎn)生高于平衡壓力的合理可用的壓力變化值。當(dāng)?shù)貙訅毫κ钱a(chǎn)生地面壓力的驅(qū)動(dòng)力的時(shí)候，關(guān)井初始狀態(tài)就成了其后所有變化的基準(zhǔn)線；也是對(duì)井隊(duì)放漿或灌漿的比較精確和有效的指南。這里的假設(shè)條件有：（1）與總的鉆井液柱壓力相比，初始狀態(tài)下井涌的壓頭和密度很小，因此可忽略不計(jì)。（2）能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出放出的鉆井液體積（即泵入容積16m3或更小的起下鉆罐，能測(cè)到80L的精度）。（3）放出鉆井液以有控制的方式進(jìn)行（用手動(dòng)節(jié)流閥）。（4）使用一取樣軟管，了解放出的是氣體還是液體。（5）從同一個(gè)壓力表上采集地面壓力，壓力表范圍相當(dāng)準(zhǔn)確地在觀察的范圍之內(nèi)（即避免在大刻度表盤上讀小的讀數(shù)）。如果地面有多處可讀出壓力，讀壓力時(shí)必須只使用一只壓力表，而其他表僅作備用（即在步驟實(shí)施中間不要更換壓力表）。井控的裝置很簡(jiǎn)單，如圖5-5所示。其操作步驟如下：（1）關(guān)井，待壓力穩(wěn)定。在第1和2欄中細(xì)心記下時(shí)間和壓力（每5min記錄一次）。（2）按照表建立起一記錄步驟以記錄時(shí)間，壓力和放出及泵入的鉆井液量。估計(jì)出井內(nèi)流體的液靜壓力（如不精確知道井涌大小，可假定為零。并假定初始液靜壓力等于整個(gè)鉆井液柱壓力），以kPa/m為單位計(jì)算出鉆井液壓力梯度（A）和關(guān)井時(shí)的初始?jí)侯^（B）。使用整個(gè)鉆井液柱壓力計(jì)算該值，作為相對(duì)值，不求準(zhǔn)確，只需作出合理的估計(jì)。在平衡整個(gè)井底壓力的過程中，始終保持此基準(zhǔn)值。設(shè)定一施加到地層和油藏上的最大壓力。例如，套管鞋處最大許可地面壓力可超過地層壓力1.4MPa到2.1MPa。（3）觀察并記錄關(guān)井壓力的變化值，完成每一欄所要求的計(jì)算。初始狀態(tài)為關(guān)井井口壓力首先穩(wěn)定下來的時(shí)刻。這一方法的關(guān)鍵是把該點(diǎn)用作平衡點(diǎn)，使用相對(duì)差（過平衡）作為放漿、灌漿或觀察的根據(jù)（參閱表后的填寫說明）。（4）當(dāng)壓力達(dá)到接近裸眼井段的破裂壓力或地層的預(yù)計(jì)過平衡壓力1.4MPa-2.1MPa時(shí)，以有控制的方式從井中放出少量鉆井液，仔細(xì)地測(cè)量放出的鉆井液量。（5）記錄新的關(guān)井井口壓力，計(jì)算出過平衡值。（6）重復(fù)（3）和（4）直到地面壓力穩(wěn)定為止（大部分氣體到達(dá)地面）。（7）泵出放掉氣體（等待鉆井液落到氣帽以下為止）。注意放漿過程中不要使地層欠平衡。用取樣管測(cè)定鉆井液是否落在氣帽以下。重復(fù)泵入過程，每次泵入，都按計(jì)算程序?qū)侯^增量進(jìn)行計(jì)算。總之，當(dāng)發(fā)生井涌不能循環(huán)時(shí)體積控制法是一種可行的方法。此時(shí)即為恒定井底壓力法。實(shí)施時(shí)，它與司鉆法相比，不會(huì)對(duì)裸眼井段或設(shè)備施加大的應(yīng)力。此簡(jiǎn)化的適合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的步驟，井隊(duì)人員可放心地進(jìn)行實(shí)施。1.2硬頂法圖5-6硬頂法技術(shù)比較硬頂法壓井技術(shù)是扣裝井口之后常用的。在有些情況下硬頂法是使井得到控制最便捷的方法。由于井下?lián)p壞而不能使用常規(guī)法進(jìn)行循環(huán)，必須使用硬頂法。但事先應(yīng)特別小心，以保證硬頂壓井引起的壓力不會(huì)進(jìn)一步損害井眼。在扣裝井口之后，在開始硬頂壓井之前，井眼狀況要么處于分流狀態(tài)要么處于關(guān)井狀態(tài)。如果處于關(guān)井狀態(tài)，井口壓力通常處在最高值。泵送壓力必須高于該值以迫使流體泵入井中。這會(huì)給井眼，裸眼井段和井口作用更大的應(yīng)力?？垩b作業(yè)之后的另一種常見的情況是將正噴的或分流的井轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力控制之下。假定井下條件、井中的鉆具和地面設(shè)備能承受關(guān)井壓力和硬頂壓井所施加的額外壓力，則可以關(guān)井關(guān)以適當(dāng)速度泵入壓井密度的鉆井液將井壓住。圖5-6比較了關(guān)井后壓井的作業(yè)（曲線A）和關(guān)井后采用硬頂法壓井的作業(yè)（曲線B）。每一種情形都須根據(jù)具體情況仔細(xì)地判斷。在考慮硬頂法的多數(shù)情況下，如果在壓力恢復(fù)升高前進(jìn)行硬頂壓井的話，所產(chǎn)生的地面壓力都較小，這決定于以下因素：（1）井眼的幾何形狀（鉆具的外徑、內(nèi)徑，井徑，井斜等）；（2）壓力恢復(fù)的速度（井的噴量）；（3）噴流的性質(zhì)（壓縮性，溫度，密度等）；（4）向井內(nèi)泵送的速度；（5）泵送鉆井液的密度和流變性。這些因素本質(zhì)上很復(fù)雜，本身不能一般化，經(jīng)驗(yàn)化，因此，推薦使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來指導(dǎo)硬頂作業(yè)。這可對(duì)每一口井進(jìn)行仔細(xì)而徹底的分析。如果所選定的方法是關(guān)井后馬上泵入壓井液，則必須確定一最優(yōu)排量。在大多數(shù)噴后情況下，井下狀況一般不清楚或不能確定套管或井口是否損壞。在將井壓住之前說不清因噴流或發(fā)熱而損壞的問題。這會(huì)使井隊(duì)難以對(duì)壓井作業(yè)作出決策，因?yàn)橐欢ㄒ苊膺M(jìn)一步的損壞。在某些稀有的情況下，蓋帽之后的壓井作業(yè)可能會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，當(dāng)正噴井或分流井壓井時(shí)須格外地小心和仔細(xì)研究。然而，許多井都用硬頂法進(jìn)行了成功的壓井。壓井作業(yè)時(shí)注意減小地面泵送壓力。這樣也減小了井下壓力，因?yàn)榈孛鎵毫κ蔷聣毫Φ囊幻骁R子。試想井眼正分流而選用硬頂法壓井，必須對(duì)壓井方法、壓井速度、鉆井液密度和流變性進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算和對(duì)比研究，建議使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。Wild井控制公司開發(fā)了一軟件用來輔助硬頂法壓井的設(shè)計(jì)。該軟件名為BULLHEAD。1.3鉆具離開井底壓井盡管起鉆前要求井隊(duì)檢查井眼是否處于靜態(tài)并處于控制之下，但正常起下鉆過程中仍可能有大量的井涌發(fā)生。當(dāng)鉆到壓力增加的地層（不是大超壓）時(shí)常會(huì)發(fā)生問題。此時(shí)的孔隙壓力處在靜態(tài)鉆井液密度與當(dāng)量循環(huán)密度之間。停止循環(huán)時(shí)，當(dāng)量循環(huán)密度的影響將消失。然后上提方鉆桿井眼會(huì)有抽吸壓力，其作用可能會(huì)達(dá)到在鉆頭下方抽吸進(jìn)某些地層流體。在現(xiàn)有的近平衡狀態(tài)下，地層涌入物會(huì)跟著鉆頭上行。當(dāng)鉆桿起出井眼一半時(shí)，氣體開始巨大的膨脹并繼續(xù)上升膨脹，迫使更多的鉆井液排出井眼，這更進(jìn)一步降低了靜液壓頭。如果不快速采取措施，便會(huì)發(fā)生井噴。在井眼到達(dá)這一階段并關(guān)井之前，必須把握這一過程?？紤]這樣一種情形，即鉆井液密度接近套管鞋處地層的破裂梯度（或其他弱裸眼地層），當(dāng)下鉆時(shí)司鉆瞬間分散了注意力使鉆柱快速下沖，鉆柱的快速下落造成很大的激動(dòng)壓力，結(jié)果招致超過弱地層的破裂梯度，而造成鉆井液嚴(yán)重漏失。鉆井液液面下落而不能測(cè)出，從而造成液柱壓力損失。壓力下降直到等于油藏壓力。油藏可能在漏層上方，但多在漏層下方。漏失繼續(xù)到漏層，那么油氣層的流體就會(huì)進(jìn)入井眼環(huán)空、膨脹，很快環(huán)空鉆井液面就會(huì)到達(dá)地面，形成溢流。向井內(nèi)注鉆井液，因量大而無法實(shí)現(xiàn)。此后很快便失去了控制。另一個(gè)非常規(guī)情況是在井涌之前或控制井涌時(shí)已卸開了鉆具。這種情況可能發(fā)生在起下鉆時(shí)。根據(jù)井控情況的一份油田現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，大部分井涌發(fā)生在正常壓力范圍內(nèi)早班起鉆的過程中。每一個(gè)公司都有詳細(xì)的控制起下鉆井涌的步驟，應(yīng)按這些步驟進(jìn)行。然而，下列準(zhǔn)則應(yīng)予以遵守：（1）千萬不要試圖超越井涌；（2）如果已察覺井正在噴涌，要毫不遲疑地關(guān)井。井控的經(jīng)驗(yàn)表明應(yīng)迅速采取措施，而不是象某些作業(yè)者建議的那樣對(duì)井涌先進(jìn)行評(píng)估。盡快地發(fā)現(xiàn)井涌是控制井涌的關(guān)鍵。沒有任何情況允許井眼繼續(xù)噴涌，除非可采取措施分流。要準(zhǔn)確地確定起下鉆時(shí)井眼應(yīng)排出和灌入的鉆井液量（鉆桿鋼的體積，如果堵了水眼則加上鉆桿容積）。如果起鉆時(shí)從不噴鉆井液到噴鉆井液，應(yīng)確定出原因。如果起鉆仍噴，那么可能是井涌。如果觀察到任何這種情況，應(yīng)引起格外注意，停止起鉆。坐上卡瓦，使鉆桿接頭高于鉆盤面。然后接上并上緊對(duì)扣閥將它關(guān)上，保證井內(nèi)充滿鉆井液，盡快地關(guān)井。這里不提倡軟關(guān)井。如果要關(guān)井的話，應(yīng)盡快地關(guān)上，毫無疑問，這是唯一明智的方法。關(guān)井后，可通過節(jié)流閥將井涌分流回灌漿罐。檢測(cè)并記錄噴流量得到初始流量。分流一段時(shí)間以后，最大480-800L，應(yīng)把井關(guān)上。如果井已強(qiáng)烈噴涌，不應(yīng)再考慮回流。如果井況要求，不允許井涌鉆井，建議的關(guān)井方法是打開手控節(jié)流閥將溢流引入鉆井液氣體分離器；關(guān)掉萬能防噴器或閘板防噴器，然后關(guān)節(jié)流閥而關(guān)井。觀察壓力增加，保證不超過最大允許套壓。提起方鉆桿插入并接到關(guān)閉的對(duì)扣閥上。打開該閥并檢測(cè)關(guān)井鉆桿壓力和關(guān)井套管壓力，直到壓力穩(wěn)定為止。每幾分鐘讀出并記錄一次壓力。此時(shí)決定是在此點(diǎn)壓井，還是強(qiáng)行下鉆到井底然后壓井。注意：如果嘗試軟關(guān)井或低節(jié)流壓力法，一定確定隊(duì)伍能勝任這項(xiàng)工作。這需要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)劃和專門的培訓(xùn)。常規(guī)的井控培訓(xùn)不培訓(xùn)鉆井人員低節(jié)流壓力法和體積控制法作業(yè)。在該點(diǎn)壓井：如果決定在該點(diǎn)壓井，所需的鉆井液密度比鉆頭下到井底時(shí)所需密度大，也比鉆開地層所用的鉆井液密度大。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)此高密度壓井鉆井液循環(huán)到鉆柱周圍時(shí)可把井打開。缺點(diǎn)是井眼盡管此時(shí)處于平衡狀態(tài)，而井涌仍會(huì)向上遷移（盡管其上部有超壓井密度鉆井液）。井隊(duì)必須準(zhǔn)備將氣體循環(huán)出井或?qū)嵤w積法壓井。如果井是穩(wěn)定的，則可以下鉆（不必是強(qiáng)下）。但不要下得過深，否則，增加的鉆井液密度會(huì)增加套管鞋處的靜液壓頭而引起地層破裂，增加地下井噴的可能性。一般的方法是在首先注意到噴流時(shí)先用超壓井密度鉆井液將井壓住。然后使用正常的通過鉆桿泵送鉆井液的方法壓井。把井打開，下入一短而經(jīng)過計(jì)算知道套管鞋處地層不會(huì)破裂的距離。根據(jù)過壓井密度和下入的距離以及所需的最終鉆井液密度而降低鉆井液密度。此時(shí)的鉆井液密度即應(yīng)為原先鉆井時(shí)的鉆井液密度。如果當(dāng)循環(huán)和降低鉆井液密度時(shí)井眼開始噴涌，再增加一點(diǎn)密度看井眼是否穩(wěn)定下來。如果返出有氣侵，應(yīng)關(guān)上防噴器，并使返出物通過鉆井液氣體分離器。再下入一段并降低鉆井液密度。繼續(xù)這一過程，直到鉆柱下到井底，鉆井液密度降到原鉆井液密度為止。循環(huán)鉆井液，至井眼穩(wěn)定；然后起鉆到套管鞋處。在此處循環(huán)，看鉆井液密度是否足以克服抽吸壓力，然后恢復(fù)到正常的鉆井作業(yè)。強(qiáng)下到井底然后壓井：如果看到氣體上升（壓力增加），方法有二：一是強(qiáng)行下鉆，二是用體積法控制。體積法需用幾天的時(shí)間，大大地增加了卡鉆的可能性。如果要進(jìn)行強(qiáng)行下鉆的話，要強(qiáng)下到鉆頭位于氣泡下方或到底為止。如果鉆桿已強(qiáng)下到井底，可以使用以前鉆該地層的鉆井液密度或稍重點(diǎn)的鉆井液進(jìn)行循環(huán)。是否要強(qiáng)行下鉆決定于井隊(duì)和鉆機(jī)的準(zhǔn)備情況。通常氣體以150-450m/h的速度上升，這具體取決于井眼和鉆井液的狀況。對(duì)于稀薄的鉆井液，氣體上移的速度可達(dá)1067m/h。路易斯安那州立大學(xué)實(shí)驗(yàn)井上天然氣從井底遷移到地面（2286m，井內(nèi)流體為水）時(shí)間不到兩小時(shí)。1.4低節(jié)流壓力法低節(jié)流壓力法是標(biāo)準(zhǔn)的或常規(guī)的循環(huán)井控法的改型。經(jīng)典的井控法假設(shè)在整個(gè)壓井過程中井底壓力保持不變或稍高于初始穩(wěn)定的關(guān)井壓力。低節(jié)流壓力法與經(jīng)典法不同的是它允許井底壓力降低甚至低于初始關(guān)井壓力，并可允許更多的地層流體進(jìn)入井內(nèi)，然后將之循環(huán)出去。在正常情況下不需使用低節(jié)流壓力法，但特殊情況要求使用這種方法。從概念上講，低節(jié)流壓力法與欠平衡鉆井相似。鉆致密的高壓氣層，用低密度鉆井液，使用旋轉(zhuǎn)頭，進(jìn)行的是欠平衡鉆井。有時(shí)，油藏壓力約高達(dá)2.04g/cm3，而所用鉆井液密度僅為1.32g/cm3，這樣，在旋轉(zhuǎn)頭上便作用了約2.758MPa的壓力。鉆進(jìn)過程中允許地層產(chǎn)出流體。使用這種方法大大地降低了鉆井時(shí)間和成本。在電測(cè)、起下鉆和下套管前將井壓住。在井控情況下，當(dāng)表套下得較淺而有長裸眼井段時(shí)這種方法可用得恰到好處。若套管下得較深而裸眼井段較短，則可不用低節(jié)流壓力法，但這種情形并不總是可能的。計(jì)算井涌容許系數(shù)以適應(yīng)預(yù)期的井涌的大小及其密度，在井涌容許系數(shù)低于該地區(qū)可接受的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)時(shí)下套管，這都會(huì)使低節(jié)流壓力法無用武之地。低節(jié)流壓力法用于下列情況：（1）為了保護(hù)井隊(duì)人員；（2）為了保護(hù)鉆機(jī)和地面設(shè)備；（3）為了保護(hù)套管鞋處地層，減小地下井涌、地下井噴和氣體從套管外（套管下得淺）竄出的可能性。低節(jié)流壓力法的使用與最大許可地面壓力有關(guān)。最大許可地面壓力為下列三個(gè)數(shù)值中較小的值：（1）防噴器及有關(guān)設(shè)備測(cè)試的額定工作壓力；（2）最近一層套管的設(shè)計(jì)抗崩壓力（70%的屈服值）；（3）最近一層套管鞋處地層漏失壓力。第1，2條保護(hù)人員和鉆機(jī)；第3條保護(hù)套管鞋處地層。在大多數(shù)情況下如果防噴器設(shè)計(jì)得安全系數(shù)足夠，第1，2項(xiàng)永遠(yuǎn)不會(huì)接近。但在鉆大直徑淺井時(shí)地層破裂可能會(huì)成為擔(dān)心的問題，這通常要求分流技術(shù)或無隔水管鉆井。下式可用于確定引起套管鞋處地層破裂的當(dāng)量鉆井液密度：ρf=PL/(0.0098Hc)+ρL5-25式中:ρf—破裂壓力，g/cm3；PL—漏失壓力，MPa；Hc—套管鞋垂直深度，m；ρL—試漏時(shí)用的鉆井液密度，g/cm3。之后任一時(shí)刻，最大許可地面壓力都可用下式計(jì)算：Pcmax=0.0098Hc(ρf-ρm)5-26式中:ρf—破裂壓力，g/cm3；ρm—循環(huán)時(shí)井內(nèi)鉆井液密度,g/cm3；Hc—套管鞋垂直深度，m。關(guān)井時(shí)套壓很快接近最大許可地面壓力時(shí)，很難決定怎么辦。這通常意味著井眼設(shè)計(jì)不充分，井隊(duì)本應(yīng)采取措施避免這種情形。這時(shí)可以維持最大地面許可壓力，開始將壓井鉆井液泵入井中而實(shí)行動(dòng)態(tài)壓井。更為典型的是，井控開始時(shí)很正常，但套壓逐步接近最大許可地面壓力?？捎袔追N方法進(jìn)行處理。如果這種狀況是井涌頂部已經(jīng)進(jìn)入套管封固段，可不必?fù)?dān)心或采取措施。因?yàn)檎玫氖呛愣ň讐毫Ψ?。?dāng)井涌的前端通過了套管鞋時(shí)，套管鞋處的臨界壓力開始下降。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)計(jì)算的井底壓力和套管鞋處液靜壓力確定出套管鞋處實(shí)際的當(dāng)量鉆井液密度。井涌前端上行離套管鞋越遠(yuǎn)，只要套壓不超過套管或井口的額定工作壓力，就越不用擔(dān)心。如果套管鞋處計(jì)算的壓力大于破裂壓力，可有幾種方法處理。一種是短時(shí)間地釋放相同量的環(huán)空壓力，這會(huì)釋放套管鞋處的壓力，同時(shí)也減小井底壓力和泵送壓力。壓井過程中井底壓力也應(yīng)包括環(huán)空摩擦壓降作為安全系數(shù)。只要壓力降低不超過環(huán)空摩擦壓力，井控壓力就不會(huì)發(fā)生大的變化。如果減小壓力超過了環(huán)空摩擦壓耗，井底壓力就將小于地層壓力同一值，因而地層流體就會(huì)進(jìn)入井眼。但第一個(gè)氣泡的前端現(xiàn)在遠(yuǎn)在井眼的上方，應(yīng)對(duì)套管鞋處繼續(xù)進(jìn)行壓力計(jì)算以盡快地施加正確的回壓。這可減少第二次井涌量。繼續(xù)按正常情況進(jìn)行壓井，但應(yīng)繼續(xù)有控制地循環(huán)至少到第二次井涌完全循環(huán)出井口為止。如果懷疑井內(nèi)仍有井涌，建議使用節(jié)流閥控制，繼續(xù)循環(huán)。另一種方法是降低泵的排量。要選定多個(gè)低泵速循環(huán)排量。用壓力與排量的關(guān)系曲線圖，以內(nèi)插法可準(zhǔn)確地求出實(shí)際記錄的排量之間的那些排量值。在壓井時(shí)，通常選用低排量中最快的一個(gè)排量以減小總的鉆機(jī)時(shí)間，費(fèi)用和卡鉆的危險(xiǎn)等。然而，使用較低排量是有益的，特別是壓力達(dá)到臨界時(shí)，應(yīng)停泵關(guān)井，記錄關(guān)井套壓。為了保證泵啟動(dòng)時(shí)恒定的環(huán)空壓力，應(yīng)以最低的泵速重新開泵。另一種方法是保持環(huán)空壓力不變?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)中改變泵排量。保持所用的對(duì)鉆井液密度較正過的排量將壓力控制傳到鉆桿，繼續(xù)作業(yè)。如果計(jì)算的套壓仍然接近套管鞋的臨界值，可能需要再降低一點(diǎn)回壓。壓井時(shí)始終都要觀察返出的鉆井液，當(dāng)接近最大許可地層壓力時(shí)，應(yīng)特別當(dāng)心井漏?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)指出，5%-15%漏失不會(huì)從實(shí)質(zhì)上影響控制的基本步驟。如果所有的或大部分的鉆井液漏掉就不能使井得到控制。最后，應(yīng)評(píng)估地層涌出物的來源。如果氣體來自非常致密的地層，而套管鞋處地層相對(duì)較弱，進(jìn)入井眼氣體會(huì)很少。允許氣體進(jìn)入井眼，可能不會(huì)造成復(fù)雜情況，但如流進(jìn)套管鞋處地層就會(huì)造成嚴(yán)重問題。如果氣體來自高產(chǎn)氣藏，減壓后采用經(jīng)典井控法進(jìn)行壓井時(shí)一定要格外小心，要補(bǔ)償環(huán)空摩擦當(dāng)量壓降。只要可能的話，應(yīng)維持壓力并檢測(cè)漏失。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，在裸眼井段鉆進(jìn)應(yīng)盡可能慎重，只要作業(yè)一恢復(fù)正?？刂?，即下套管。1.5頂部壓井技術(shù)當(dāng)井內(nèi)起出鉆具、噴空、鉆具刺漏或鉆頭水眼被堵塞，鉆具無法正常循環(huán)時(shí)，最為安全的處理方法就是使用頂部壓井技術(shù)。其處理方法可分為兩個(gè)過程；容積法排溢流和反循環(huán)壓井。1.5.1容積法排溢流其原理是依據(jù)井底壓力和井口套壓之間的變化關(guān)系控制井底壓力略大于地層壓力，允許天然氣在沿井眼滑脫上升過程中適度膨脹，直至井口，在進(jìn)行頂部壓井操作。在關(guān)井期間井底壓力等于環(huán)空靜液壓力與井口套壓之和，即Pb=Pm+Pa。為了確保整個(gè)排溢流和壓井期間的井底壓力略大于地層壓力并將期保持在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)氣體滑脫上升、井內(nèi)液柱壓力減小時(shí)，需將井內(nèi)液柱壓力的減小值加在井口套壓上，以補(bǔ)償井底壓力，平衡地層壓力。環(huán)空靜液壓力的減小值為：△Pm=0.0098ρm△V/Va5-27式中:△Pm——環(huán)空靜液壓力的減小值，MPa；ρm——環(huán)空鉆井液密度，g/cm3;△V——環(huán)空鉆井液體積減小值（為了讓井內(nèi)氣體膨脹而放出的鉆井液量，用計(jì)量罐計(jì)量），m3；Va——環(huán)空容積系數(shù)（即每米環(huán)空容積或環(huán)空截面積），m3/m;環(huán)空靜液壓力的減小值應(yīng)等于井口套壓的增加值，即:△Pm=△Pa5-28式中:△Pa——井口套壓增加值，MPa。操作程序：（1）先確定一個(gè)大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值Pa1，再給定一個(gè)允許套壓變化值△Pa′，例如初始關(guān)并套壓Pa＝5MPa，允許套壓值Pa1＝6MPa，允許套壓變化值△Pa′＝0.5MPa。（2）當(dāng)關(guān)井套壓由Pa上升至（Pa1+△Pa′）=（6+0.5）MPa時(shí)，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至Pa1，即6MPa，關(guān)井，并將放出的鉆井液體積△V1換算成環(huán)空靜液壓力的減小值，即得套壓增加值：△Pa1=△Pm1=0.0098ρm△V1/Va。（3）當(dāng)關(guān)井套壓由Pa1上升至（Pa1+△Pa′+△Pa1）=（6+0.5+△Pa1）MPa時(shí)，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至（Pa1+△Pa1）,關(guān)井；放出鉆井液體積△V2，則套壓增加值△Pa2為：△Pa2=△Pm2=0.0098ρm△V2/Va。（4）當(dāng)關(guān)井套壓由（Pa1+△Pa1）上升至（Pa1+△Pa1+△Pa2+△Pa′）=（6+0.5+△Pa2+△Pa′）時(shí)，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至（Pa1+△Pa1+△Pa2），關(guān)井；放出鉆井液體積△V3，則套壓增加值△Pa3為：△Pa3=△Pm3=0.0098ρm△V3/Va。（5）按上述方法使氣體滑脫上升膨脹，排放鉆井液，使套壓增加一定值以維持井底壓力與地層壓力的平衡，直至氣柱到達(dá)井口。此時(shí)不能放氣泄壓，以免井底失去平衡，再次溢流。維持套壓值是平衡地層壓力的關(guān)鍵。1.5.2反循環(huán)頂部壓井當(dāng)井眼內(nèi)天然氣上升至井口時(shí)，常采取反循環(huán)頂部壓井法來置換井口氣體，進(jìn)行壓井。其原理是從井口間斷泵入大密度壓井液置換出井口天然氣，使泵入壓井液液住壓力等于放氣后套壓下降值，直至將井眼中的天然氣全部排除干凈?！鱌ak=△Pmk=0.0098ρk△Vk/Va5-29式中：△Pak——環(huán)空套壓減小值，MPa；△Pmk——環(huán)空壓井液靜液壓力的增加值，MPa；ρk——環(huán)空壓井液密度，g／cm3；△Vk——環(huán)空壓井液體積增加值，m3;Va——環(huán)空容積系數(shù)（即每米環(huán)空容積或環(huán)空截面積），m3／m。操作程序：（1）通過地面反循環(huán)壓井管線向井口泵入一定量的大密度的壓井液，使套壓上升一允許值（方法同前或以最大套壓值為準(zhǔn)）。（2）當(dāng)壓井液因重力的作用下沉后，通過節(jié)流閥緩慢放氣，使套壓下降至一定值（即泵入的壓井液靜液壓力的增加值）后關(guān)閉節(jié)流閥。（3）重復(fù)上述步驟直至井內(nèi)全部充滿鉆井液。1.6關(guān)井起下鉆發(fā)生溢流關(guān)井時(shí)，井內(nèi)有壓力（即關(guān)井后井口壓力Pa不等于0）的情況下，將鉆具下入井內(nèi)或下到井底，或?yàn)榱司畠?nèi)鉆具、測(cè)量工具及儀器的安全，將管具或鉆具從井內(nèi)起出的操作技術(shù)統(tǒng)稱關(guān)井起下鉆。根據(jù)是否需要額外的輔助加壓設(shè)備，可將其分為非加壓關(guān)井起下鉆技術(shù)和加壓強(qiáng)行關(guān)井起下鉆技術(shù)。非加壓關(guān)井起下鉆就是在溢流或井噴關(guān)開后，當(dāng)井口回壓較小而井內(nèi)剩有較長的鉆具時(shí)，無需外力支持，只靠鉆具自身重量就能實(shí)現(xiàn)關(guān)井起下鉆具的操作技術(shù)。它通常被簡(jiǎn)稱為關(guān)井起下鉆。該方法較為簡(jiǎn)單。操作方便，不需要其它的輔助圖5-7關(guān)井下鉆優(yōu)選程序流程圖設(shè)備；而加壓強(qiáng)行關(guān)井起下鉆則是在溢流或井噴關(guān)井后，由于井內(nèi)憋壓過大（即關(guān)井后井口回壓Pa過大），作用于鉆具底部或鉆具接箍橫截面上的上頂力大，當(dāng)其大于或等于鉆具的有效重力時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)上述常規(guī)關(guān)井起下鉆操作，只能在外力的幫助下實(shí)現(xiàn)將鉆具強(qiáng)行下入井內(nèi)或從井內(nèi)強(qiáng)行起出的操作技術(shù)。它通常被簡(jiǎn)稱為強(qiáng)行起下鉆技術(shù)。1.6.1關(guān)井下鉆原理實(shí)現(xiàn)關(guān)井起下鉆作業(yè)既可以通過環(huán)形防噴器，也可以通過兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行。是采用環(huán)形防噴器，還是采用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井起下鉆作業(yè)，在此之前必須先解決兩個(gè)問題：一是鉆柱的有效重量是否允許不加壓關(guān)井起下鉆作業(yè)；二是如果允許關(guān)井起下鉆，是通過環(huán)形防噴器還是通過兩個(gè)閘板防噴器。這就要先進(jìn)行受力分析和相關(guān)計(jì)算。只有有效的鉆具重量大于井內(nèi)的上頂力時(shí)，才能靠其自重進(jìn)行關(guān)井下鉆作業(yè)，將鉆具下入井內(nèi)，直至井底。為了成功與安全地實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆作業(yè)，既要考慮關(guān)井條件下鉆具重力的平衡因素，又要考慮壓井作業(yè)時(shí)間、安全、人力和設(shè)備等諸多因素。其優(yōu)選順序方案見圖5-7。計(jì)算鉆具有效重量為：5-29式中：W—鉆具有效重量，kN；u—浮力系數(shù)；G—鉆具的每米質(zhì)量（鉆具線密度），kg／m；L—鉆具的長度，m。各種關(guān)井下鉆時(shí)的鉆具受力分析如圖5-8和圖5-9所示。通過建模分析得知：井內(nèi)壓力作用在鉆具橫截面上，從而產(chǎn)生使鉆具上竄的上頂力，即：F=APa=π/410-3PaD25-30式中:P—鉆具上頂力，kN；A—井內(nèi)鉆具接頭或本體截面積，m2；Pa—井眼內(nèi)壓力，MPa；D—鉆具外徑，mm；注：1）當(dāng)選用一個(gè)環(huán)形防噴器封井下鉆時(shí)，D為鉆具接頭或接箍的外徑；2）當(dāng)選用兩個(gè)閘板防噴器封井下鉆時(shí)，D為鉆具本體外徑。從上式得知：在同樣的井眼和鉆具條件下，由于鉆具受力部位的不同，D的大小就不一樣。所以，選用環(huán)形防噴器進(jìn)行封井下鉆時(shí)產(chǎn)生的上頂力（下鉆時(shí)必須克服的阻力）比選用圖5-8環(huán)形防噴器封圖5-9閘板防噴器封井下鉆時(shí)鉆具受力分析井下鉆時(shí)鉆具受力分析兩個(gè)閘板防噴器下鉆時(shí)的上頂力大。因此，在相同的井口壓力和有效鉆具重量的情況下，選用兩個(gè)閘板防噴器封井下鉆比選用環(huán)形防噴器下鉆更有可能或更容易實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆。在關(guān)井下鉆期間，鉆具與防噴器膠心或閘板芯子之間的摩擦阻力可能是相當(dāng)大的。其大小取決于鉆具的外徑、粗糙度、密封元件的條件、液控油壓、井內(nèi)壓力及下鉆時(shí)的潤滑處理等因素。當(dāng)鉆具的重量大于鉆具的上頂力時(shí)，摩擦阻力將阻止鉆具下行，因此，必須將摩擦阻力加到鉆具上頂力上，只有鉆具的有效重量足夠大時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆。即：W≥F+f5-31式中：W—鉆具的有效重量，kN；f—封井起下鉆時(shí)鉆具與防噴器膠芯或芯子之間的摩擦阻力，kN。關(guān)井下鉆時(shí)選用兩個(gè)閘板防噴器，還是采用一個(gè)環(huán)形防噴器，除了力的問題，還有時(shí)間效率和井下安全的因素。而時(shí)間和效率直接影響壓井作業(yè)的成功率及井眼安全，所以，必須進(jìn)行全面分析考慮，以確定最優(yōu)的關(guān)井起下鉆操作方法。如果采用兩個(gè)閘板防噴器，其優(yōu)點(diǎn)是關(guān)井下鉆時(shí)產(chǎn)生的上頂力（阻力）較小，只用較小的鉆具重量就可以實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆（特別是在空井關(guān)井下鉆初期）。但缺點(diǎn)是要使鉆具接頭通過防噴器，必須采用較多較繁的倒換步驟，延長了排除溢流和壓井的時(shí)間，增加了井眼的不安全性。如果用環(huán)形防噴器，優(yōu)點(diǎn)是關(guān)井下鉆時(shí)，鉆具接頭通過防噴器的步驟較為簡(jiǎn)單，占用時(shí)間較少，能及時(shí)、迅速地將鉆具下到井底。但缺點(diǎn)是關(guān)井下鉆時(shí)產(chǎn)生的上頂力（尤其是鉆具接頭過膠芯時(shí)）較大。當(dāng)井內(nèi)鉆具的有效重量不足以克服上頂力時(shí)，必須借助于外力，迫使鉆具通過環(huán)形防噴器膠芯下入井內(nèi)。只有足夠的鉆具重量才能實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆。所以，在剛開始關(guān)井下鉆時(shí)，由于鉆具有效重量較小，一般采用倒換兩個(gè)閘板防噴器的方法進(jìn)行下鉆。當(dāng)下至一定的深度，鉆具有效重量足夠大時(shí)，為了盡快將鉆具下至井底，可采用環(huán)形防噴器將鉆具下至井底。這就需要求出在將兩個(gè)閘板防噴器換成環(huán)形防噴器封井下鉆之前，需要采用兩個(gè)閘板防噴器下入多少鉆具。鉆具需要額外增加的重量為：W額＝F-W5-32式中：W額——需要多下的鉆具有效重量，kN；F——鉆具上頂力，kN；W——井內(nèi)鉆具有效重量，kN?？梢詫⑿枰嘞碌你@具有效重量換算成鉆具的長度，即：5-33式中L額——需要多下的鉆具長度，m。圖5-10關(guān)閉腔壓力與井口套壓曲線也就是說，在換成環(huán)形防噴器之前需要多下L額長的鉆具。[例題]某井從3048m起鉆，起出2621m鉆桿后，發(fā)現(xiàn)溢流并關(guān)井。測(cè)得Pa=7MPa。井內(nèi)鉆鋌外徑165mm，內(nèi)徑61.5mm，長度122m，線密度為143kg／m；鉆桿外徑為114mm，線密度24.7kg/m，接頭外徑156mm；鉆井液密度為1.56g／cm3，摩擦力取90kN。問：（1）使用兩個(gè)閘板防噴器還是采用環(huán)形防噴器進(jìn)行封井下鉆？（2）如果使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行封井下鉆，在換成環(huán)形防噴器之前,應(yīng)下入多少鉆具。解:浮力系數(shù)u=(ρs-ρm)/ρs=(7.854-1.56)/7.854=0.801井內(nèi)現(xiàn)有鉆艇122m，鉆桿305m，鉆具有效重量為：W=Wdp1+Wdp2=1*10-3*9.8*305*24.7*0.801+1*10-3*9.8*122*143*0.801=196.085(kN)封井下鉆時(shí)需要克服的阻刀（鉆具上頂力與摩擦阻力之和）為當(dāng)使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行封井下鉆時(shí)：F+f=0.785*10-3PaD2+f=0.785*10-3*7*1142+90=161.41(kN)當(dāng)采用環(huán)形防噴器進(jìn)行封井下鉆時(shí)：F+f=0.785*10-3PaD接頭2+f=0.785*10-3*7*1562+90=221.726(kN)由以上計(jì)算可知．196.085kN的鉆柱有效重量大于使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井下鉆時(shí)的井內(nèi)阻力161.41kN,所以使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井下鉆是可行的。但是作用在接頭上的井內(nèi)阻力（221.726kN）大于鉆柱有效重量（196.085kN）,所以無法采用環(huán)形防噴器進(jìn)行下鉆.在換成環(huán)形防噴器之前應(yīng)關(guān)井下入的鉆具有效重量為：W額=221.726-196.085=27.641（kN）.在換成環(huán)形防噴器之前,應(yīng)使用兩個(gè)閘板防噴器關(guān)井下入的鉆桿長度:=27.641/(1*10-3*9.8*0.801*24.7)=142.56(m)。若是根據(jù)井內(nèi)壓力決定采用環(huán)形防噴器關(guān)井下鉆，則要考慮井內(nèi)壓力越高，所需液控油壓也越大，鉆具與防噴器膠芯或芯子之間的摩擦阻力就越大，環(huán)形防噴器膠芯的密封橡膠磨損就越嚴(yán)重考慮可以使用的液控關(guān)閉油壓為10.5MPa。雖然試驗(yàn)表明Hydril和Shaffer的環(huán)形防噴器膠芯足以承受21MPa，但為了提高關(guān)井下鉆過程中鉆桿接頭過膠芯的次數(shù)，避免其過早損壞通常在鉆桿過膠芯的過程中，液控油壓值的選取應(yīng)按廠家推薦的最低曲線值來密封井口，如圖5-10所示。當(dāng)使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井下鉆時(shí)，鉆井四通下噴器的重要作用就是使鉆桿接頭方便順利地通過上防噴器時(shí)能關(guān)往井口，并允許接頭下行足夠距離（兩個(gè)防噴器之間應(yīng)有足夠距離，以便容納鉆柱接頭）。從轉(zhuǎn)盤面到每一個(gè)防噴器的距離必須清楚，并畫圖表示（如圖5-11所示），以便隨時(shí)確定鉆桿接頭位置，確保鉆具接頭正好坐入兩個(gè)閘板防噴器芯子之間。以免閘板防噴器芯子誤卡在鉆具接頭上，損壞閘板芯子，從而造成井口失控.在關(guān)井下鉆期間，每次打開上防噴器之前應(yīng)將兩防噴器之間的壓力泄掉，每次打開下防噴器之前應(yīng)給兩防噴器之間充壓至井口壓力。其目的之一是使防噴器閘板上下的壓力達(dá)到平衡，保護(hù)閘板密封在打開的過程中不被過大的壓力差損壞掉；其二是在整個(gè)關(guān)井下鉆中不使井口壓力和井底壓力減少，能更快建立或維持井眼與地層之間的壓力平衡，減少或杜絕溢流。泄壓操作可從節(jié)流管匯處利用打開節(jié)流閥的方式實(shí)現(xiàn)，充壓操作可通過高壓泵來提供這個(gè)壓力。1.6.2關(guān)井下鉆的操作程序（1）關(guān)井下鉆的準(zhǔn)備a、防噴器組中的兩個(gè)閘板之間必須有足夠的高度，以便容納鉆柱接頭。b、鉆井四通要安裝在兩個(gè)閘板防噴器之間，最好不用底部的防噴器閘板就可關(guān)井起下鉆。c、鉆井液補(bǔ)充罐不能離井口太近，以防天然氣釋放出來，造成事故。d、井口上應(yīng)安裝有試壓合格的壓井管線、節(jié)流管線及齊全的閥件（