油氣井壓力控制

油氣井壓力控制第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1地層壓力、破裂壓力及坍塌壓力

一、地層壓力的有關(guān)概念

(theConceptofFormationPressure)1、靜液壓力:滲透性地層中液體液柱重量引起的靜液柱壓力

式中Ph——深Ｈ處的靜液壓力，Pa；

ρ——液體密度，kg/m3

；地層水密度：1.3×103～1.07×103原油密度：0.88×103泥漿密度：1.04×103～2.35×103水泥漿密度：1.8×103～1.9×103

H——液柱垂直高度，m。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、上覆巖層壓力(OverburdenPressure)

——覆蓋在某一深度處地層以上的地層巖石和巖石孔隙中的流體的總重量造成的壓力

式中Po——上覆巖層壓力，Pa；

H——該處垂直深度，m；

ρ——巖石孔隙中流體的密度，kg/m3

；

Φ——巖石孔隙度，％；

rm——巖石密度，。

第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、地層壓力Pp（PorePressure)

——某地層巖石孔隙和裂縫中油、氣、水等流體的壓力連通體系：Pp＝Ph

封閉體系：→異常高壓地層、異常低壓地層異常高壓：地層壓力高于正常壓力；異常低壓：地層壓力低于正常壓力；正常壓力標(biāo)準(zhǔn)：1.0～1.07g/cm3淡水或鹽水靜液柱壓力。

第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、異常高壓起因-theCaseofAbnormallyPressure由靜液柱壓力引起的壓力異常由欠壓實(shí)（圈閉）引起的高壓

a、垂直方向

b、水平方向壓力圈閉＋壓實(shí)─→異常高壓─→阻礙壓實(shí)─→欠壓實(shí)

第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月5、異常高壓預(yù)報-theForecastofAbnormallyPressure

（1）地震資料（地震層速度法）（2）鉆井資料(dc指數(shù)法)（3）測井資料（聲波時差法）第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、地層破裂壓力(FormationFracturePressure)

1、定義：使地層受壓破裂的最低壓力（1.6～2.407g/cm3）

2、因素：埋藏深度，地質(zhì)年代，覆蓋壓力，地層壓力，巖石性質(zhì)，巖石應(yīng)力狀態(tài)，巖石壓實(shí)程度

第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、確定方法（1）公式估算法休伯特（Hubbert）法馬修斯（Matthews）法伊頓（Eaton）法（2）液壓試驗法

a關(guān)閉環(huán)形空間

b小排量（0.66～1.32L／s）

c記錄灌注液量和立管壓力立管壓力突降（峰值）——漏失壓力P1

Gf——地層破裂壓力梯度，kpa/m。第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、地層坍塌壓力

——當(dāng)井眼壓力小于某一壓力值時，井壁巖石在地應(yīng)力的作用下發(fā)生變形破裂，此時的壓力稱為坍塌壓力

第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四、壓力的表示方法1、壓力值形式表示公制Mpa，Kpa，Pa；英制psi1MPa=103KPa=106Pa；1MPa=145psi；

2、壓力梯度單位長度（深度）壓力增長值。Gh=Ph/H3、當(dāng)量泥漿密度——某一點(diǎn)處的壓力與某一密度的泥漿在該深度處的靜液壓力相等，則稱該密度值為該壓力的當(dāng)量密度。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4．壓力系數(shù)

——某一點(diǎn)處的壓力與該深度處的淡水柱靜壓力之比。第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月五、壓力剖面的具體應(yīng)用簡介1、確定合理的井身結(jié)構(gòu)2、確定合理的鉆井液密度3、防止井噴、卡鉆、井漏等事故的發(fā)生

第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2地層--井眼壓力平衡和平衡的破壞一、地層--井內(nèi)壓力平衡(Formation-WellborePressureBalanced)1、壓力系統(tǒng)模型

P鉆靜＝9.81HρP環(huán)靜＝9.81[(H－h(huán))ρ+hρ’]P底＝P環(huán)靜＋P環(huán)循＋P套

P鞋＝P鞋靜＋P鞋循＋P套

第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、幾種常見井內(nèi)壓力關(guān)系（1）靜止平衡狀態(tài)

——未鉆入高壓油、氣、水層，鉆井液未受侵，鉆井液靜止不流動Ｐ鉆＝0；Ｐ套＝0；Ｐ底＝Ｐ鉆靜＝Ｐ環(huán)靜＝9.81Ｈρ；Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ；第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)狀態(tài)

——未鉆入油、氣、水高壓層，鉆井液未受侵，井口敞開Ｐ鉆＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管；Ｐ套＝0；Ｐ底＝Ｐ環(huán)靜＋Ｐ環(huán)循；Ｐ鞋＝Ｐ鞋靜＋Ｐ鞋循；

第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）大排量循環(huán)狀態(tài)

鉆入高壓油、氣層，環(huán)空一段鉆井液受侵，關(guān)閉封井器以調(diào)節(jié)阻流器控制套管回壓Ｐ底＝Ｐ環(huán)靜＋Ｐ環(huán)循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地）Ｐ鞋＝Ｐ鞋靜＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破）

第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、鉆井壓力控制-DrillPressureControl根據(jù)Ｕ形管壓力平衡原理，使用壓力控制設(shè)備，按規(guī)定的方法和程序，建立和保持井內(nèi)的壓力平衡。Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ△ρ＝0.05～0.1g/cm3(油層)△ρ＝0.07～0.15g/cm3(氣層)第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、失去壓力平衡的原因

（一）壓力組成1、洗井液液柱靜壓力2、抽吸壓力（拔活塞）

影響因素：上提速度↑、鉆井液粘度和切力↑、鉆頭泥包↑→抽吸壓力↑第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、激動壓力

（1）下鉆激動壓力

因素：下鉆速度↑、鉆井液粘度和切力↑、井徑↓→激動壓力↑（2）開泵激動壓力因素：鉆井液流變性，靜止時間，鉆具、井眼幾何尺寸，溫度、壓力。

Pkb——開泵壓力。

第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、環(huán)空壓降引起的壓力增量因素：鉆井液流變性；井深；鉆具、井眼幾何尺寸；溫度；壓力。5、其它原因引起的壓力增加（井口憋回壓）6、起鉆未及時灌鉆井液或灌入量不足，井內(nèi)液面下降，井底液柱壓力下降。

第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）失去壓力平衡的原因1．鉆井液密度偏低，Ｐ環(huán)靜↓；2．突然鉆遇高壓油、氣層；3．起鉆未灌漿→液柱高度↓；4．鉆頭或鉆鋌泥包＋起鉆速度過快→抽吸壓力↑；5．油、氣上串→體積膨脹→Ｐ環(huán)靜↓↓；6．井漏→液柱高度↓→Ｐ環(huán)靜↓。

第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、地層流體的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)采取的措施

Pm<Pp→地層流體進(jìn)入井底→Pm↓→溢流速度↑

1、溢流時的異?，F(xiàn)象2、監(jiān)測方法3、溢流發(fā)現(xiàn)后的處理措施

第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四、地層流體侵入井內(nèi)的特點(diǎn)

（一）氣侵的方式1、擴(kuò)散侵入氣泡分散在鉆井液中2、欠平衡侵入氣體以高含氣量狀態(tài)或氣柱狀態(tài)存在于井下

第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）氣侵對泥漿柱壓力的影響

第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）井下聚有氣柱時，發(fā)生自溢和井噴的條件

（四）關(guān)井后氣體對井內(nèi)壓力的影響

第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3溢流時恢復(fù)和重建壓力平衡的方法—壓井

1、求關(guān)井立管壓力Ｐ地＝Ｐ關(guān)鉆＋9.81Ｈρ

Ｐ地──ＭＰａＨ──Ｋｍ

ρ──ｇ／ｃｍ３

第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、判斷地層侵入物的性質(zhì)P關(guān)鉆＋9.81H＝P底＝P環(huán)靜＋P關(guān)套

P關(guān)鉆＋9.81H＝9.81（H－Hi）＋9.81Hii＋P關(guān)套

i＝－（P關(guān)套－P關(guān)鉆）／（9.81Hi）

Hi──侵入物高度，Km，可根據(jù)井眼環(huán)空尺寸和泥漿池增量計算

i＝0.12～0.36g/cm3，氣體；

i＝0.36～0.60g/cm3，油、氣或水、氣混合物；

i＝0.60～0.84g/cm3，油、水混合物。

第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、確定壓井液密度

重＝P地／（9.81H）＋△＝P關(guān)鉆／（9.81H）＋＋△

第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、基本壓井方法和步驟

（一）關(guān)井立管壓力為零（二）關(guān)井立管壓力不為零

1、原則2、壓井過程（1）二次循環(huán)壓井法（司鉆法）（2）一次循環(huán)法壓井（等待－加重法，工程師法）（3）循環(huán)加重法第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、壓井時套壓、立壓的變化

（1）立壓的確定方法（2）套壓的確定方法（3）司鉆法壓井時立壓、套壓的變化規(guī)律（4）工程師法壓井時立壓、套壓的變化規(guī)律第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、其它壓井方法簡介

1、起下鉆時的壓井方法2、沖量壓井法（空井壓井、置換法壓井）3、反循環(huán)法壓井4、動力壓井法

第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、套管程序設(shè)計的主要原則和基礎(chǔ)參數(shù)

（一）、井身結(jié)構(gòu)內(nèi)容：1)

下入套管的層次；2)

各層套管下入深度；3)

水泥返高；4)

套管、鉆頭尺寸的配合。11.4套管程序設(shè)計第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）套管的層次

一口井的套管可分為：導(dǎo)管、表層套管（surfacecasing）、技術(shù)（中間）套管（protectioncasing、intermediatecasing）和油層套管（productioncasing、oilstring）。

第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）原則1．保護(hù)儲層2．保證井下安全、快速鉆井

3．控制溢流的能力

第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）依據(jù)及參數(shù)

1．主要依據(jù)（1）地層壓力剖面和巖性剖面（2）工程系數(shù)

2．重要參數(shù)（1）最大泥