非常規(guī)壓井技術(shù)

第十節(jié)非常規(guī)壓井技術(shù)一、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)，最為安全有效的井控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、容積法排溢流其原理是依據(jù)井底壓力、環(huán)空靜液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，再進(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。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其保持在一定的壓差范圍內(nèi)，當(dāng)氣體滑脫上升、井內(nèi)液柱壓力減少時(shí)，需將井內(nèi)液柱壓力的減少值加在井口套壓上，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=0.0098pm(AV/Va) (1-10-1)式中△Pm 環(huán)空靜液壓力的減小值，MPa；pm 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=△Pa (1-10-2)式中△Pa——井口套壓增加值，MPa。操作程序：先確定一個(gè)大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值△Pai，再給定一個(gè)允許套壓變化值△P」，例如初始關(guān)井套壓Pa=5Mpa，允許套壓值△Pai=6Mpa，允許套壓變化值△P「=0.5Mpa。節(jié)流閥放出鉆井液當(dāng)關(guān)井套壓由Pa上升至(Pai+△Pai')=(6+0.5)Mpa時(shí)，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至Pal，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=0.0098pm(△V1/Va)(1-10-3)當(dāng)關(guān)井套壓由上升至?xí)r，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至，關(guān)井；放了鉆井液體積，則套壓增加值為：△Pa2=APm2=0.0098pm(AV2/Va)(1-10-4)當(dāng)關(guān)井套壓由上升至?xí)r，從節(jié)流閥放出鉆井液，使套壓下降至，關(guān)井；放出鉆井液體積，則套壓增加值為：△Pa3=APm3=0.0098pm（AV3/Va）（1-10-5）按上述方法使氣體上升膨脹，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。2、置換壓井法當(dāng)井眼天然氣上升至井口時(shí)，常采取反循環(huán)頂啊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全部排除干凈。Pak=△Pk=0。0098pkX（AVk/Va） （1-10-6）式中△Pak-一環(huán)空套壓減小值，MPa；Pk-—環(huán)空壓井液靜液壓力的增加值，MPa；pk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：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)）。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。重復(fù)上述步驟直至井內(nèi)全部充滿鉆井液。二、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）的情況下，將個(gè)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)井后，當(dāng)井口回壓較小而井內(nèi)剩有較長(zhǎng)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，不需要其它的輔助設(shè)備；而加壓強(qiáng)行關(guān)井起下鉆則在在溢流或井噴關(guān)井后，由于井內(nèi)憋壓過大（即關(guān)井后井口回壓過大），作用于鉆具底部或鉆具接箍截面上的頂力大，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、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1—10—1。計(jì)算鉆具有效重量為：W=1X10-3ug￡GiLi （1-10-7）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(zhǎng)度，m。各種關(guān)井下鉆時(shí)的鉆具受力分析如圖1—10—2和圖1—10—3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=AXPa=n/4X10-3PaD2（1-10-8）式中F——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 鉆具鉆徑，mm。注：①當(dāng)選用一個(gè)環(huán)形防噴器封井下鉆時(shí)，為鉆具接頭或接箍的鉆徑；當(dāng)選用兩個(gè)閘板防噴器封井下鉆時(shí)，為鉆具本體外徑。從上式中得知：在同樣的井眼和鉆具條件下，由于鉆具受力部位不同，的大小就不一樣。所以，選用環(huán)形防噴器進(jìn)行封井下鉆進(jìn)生產(chǎn)的上頂力（下鉆時(shí)必須克服的阻力）比選用兩個(gè)閘弧防噴器封井下鉆的上頂力大。因此，在相同的井口壓力和有效鉆具生理的情況下，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，鉆具與防噴器膠芯或閘板芯子之間的磨擦阻力可能是相當(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)壓力及鉆具下行，因此，必須將重量大于鉆具上頂力時(shí)，磨擦阻力將阻止鉆具下行，因此，必須將磨擦阻力加到鉆具上頂力上。只有鉆具有效重量足夠大時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)關(guān)井下鉆。即：W沱F+f （1-10-9）式中W――鉆具的有效重量，；f――封井起下鉆時(shí)鉆具與防噴器膠芯或芯子之間的磨擦阻力，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(zhǎng)了排除溢流和壓井的時(shí)間，增加了井眼的不安全性。如果采用環(huán)形防噴器，優(yōu)點(diǎn)是關(guān)井下鉆時(shí)，鉆具接通過以噴器的步驟較為簡(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—W (1-10-10)式中W,——需要多下的鉆具有效重量，KN；額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@具長(zhǎng)度，即：L額=W額-4-(1X10-3guG) (1-10-11)式中L――需要多下的鉆具長(zhǎng)度，m。額也就是說，在換成環(huán)形防噴器之前需要多下長(zhǎng)的鉆具。例：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63.5mm，長(zhǎng)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1.56kg/cm3，磨擦力取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)行封下鉆，在換成環(huán)形防噴器之前，應(yīng)下入多少鉆具？例：浮力系數(shù)u=(ps—pm)/ps=(7.854—1.56)/7.854=0.801井內(nèi)現(xiàn)有鉆鋌，鉆桿，鉆具有效重量為：W=Wdp1+Wdp2=1X10-3X9.8X305X24.7X0.801+1X10-3X9.8X122X143X0.801=196．085(kN)封井下鉆時(shí)需要克服的阻力(鉆具上頂力與磨擦阻力之和)為：當(dāng)作用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行封井下鉆時(shí)：F+f=0.785X10-3PaD2+f=0.785X10-3X7X1142+90=161.41(kN)當(dāng)采用環(huán)形防噴器進(jìn)行封下鉆時(shí)：F+f=0.785X10-3PaD2接頭+f=0.785X10-3X7X1562+90=223．726(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223.726kN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=223.726-196.085=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(zhǎng)度：L額=可額/(1X10-3guG)=27.641/(1X10-3X9.8X0.801X24.7)=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磨擦阻力就越大，環(huán)形防噴器膠芯的密封膠磨損就越嚴(yán)重?？紤]可以使用的液控關(guān)閉油壓為。雖然試驗(yàn)表明和的環(huán)形防噴器膠芯足以承受，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1—10—4所示。當(dāng)使用兩個(gè)閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井下鉆時(shí)，鉆井四通下面的防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)住井口，并允許接頭下行足夠距離(兩個(gè)防噴器之間應(yīng)有足夠的距離，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1—10—5所示)，以便隨時(shí)確定鉆桿接頭的準(zhǔn)確位置，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。2、關(guān)井下鉆的操作程序⑴關(guān)井下鉆的準(zhǔn)備防噴器組的兩個(gè)閘板之間必須有足夠的高度，以便容納鉆柱接頭。鉆井四通要安裝在兩個(gè)曾板防噴器之間，歸好不用底部的防噴器閘板就可關(guān)井起下鉆。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。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(為了精確控制，最好配有手動(dòng)節(jié)流閥)、以便在兩個(gè)防噴器之間泵送壓井液。鉆臺(tái)上應(yīng)配備足夠數(shù)量和種類齊全的、試壓合格的鉆具內(nèi)防噴器工具，如：鉆具安全閥、鉆具止回閥、投入式止回閥等，以便下鉆時(shí)控制鉆具內(nèi)噴。在下鉆之前，應(yīng)將入井鉆具及接頭的數(shù)據(jù)預(yù)查出，并做好記錄，在便壓井時(shí)查用，如：鉆具接頭的長(zhǎng)度、外徑、鉆具長(zhǎng)度、每米鉆具內(nèi)容積和排替量、每米環(huán)空容積(包括裸眼段、套管段)。應(yīng)畫出井口防噴器頂面的距離、每個(gè)防噴器之間的距離以及其它可能的數(shù)據(jù)資料。⑵采用環(huán)形防噴器進(jìn)行關(guān)井起下鉆作業(yè)的程序在進(jìn)行關(guān)井起下鉆作業(yè)之前，防噴器控制系統(tǒng)的儲(chǔ)能器內(nèi)必須按標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備有足夠壓力和足夠數(shù)量的液控油。在油泵失效的情況下，領(lǐng)靠?jī)?chǔ)能器儲(chǔ)存的能量就能關(guān)閉或打開防噴器。當(dāng)鉆桿接頭通過已關(guān)閉的防噴器密封膠芯時(shí)，環(huán)形防噴器應(yīng)能根據(jù)預(yù)先調(diào)整設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整其膠芯密封壓力，從10.5Mpa降至關(guān)井下鉆所需的油壓。在下鉆過程中，用很短的時(shí)間，引導(dǎo)鉆桿接頭進(jìn)入防噴器以后，調(diào)節(jié)減壓調(diào)壓閥，將壓力調(diào)節(jié)最佳的關(guān)閉壓力。當(dāng)鉆桿接頭進(jìn)入環(huán)形防噴器時(shí)，驅(qū)動(dòng)防噴器活塞向下運(yùn)動(dòng)，以便使密封元件適應(yīng)較大尺寸的鉆桿接頭。這個(gè)動(dòng)作將增加防噴器關(guān)閉系統(tǒng)腔體內(nèi)的油壓。假如這個(gè)增加的壓力，沒有被及時(shí)釋放掉，那么密封元件可能很快損壞。一旦將減壓調(diào)壓閥的壓力調(diào)到所需的壓力后，就應(yīng)力圖保持這一壓力。下入鉆具要慢，并在鉆桿的表面上涂上潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑油以減少防噴器密封膠芯的磨損。更重要的是要知道從轉(zhuǎn)盤面到環(huán)形防噴器頂部的距離，這樣才能使鉆具接頭易于進(jìn)入密封膠芯中。如果井內(nèi)壓力較高，在鉆桿接頭通過環(huán)形防噴器時(shí)，允許在鉆具與密封膠芯之間有少量的滲漏。⑶采用雙閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井起下鉆作業(yè)的程序利用雙閘板防噴器進(jìn)行關(guān)井起下鉆作業(yè)時(shí)，需要考慮的步驟較多。下鉆使用的兩個(gè)閘板防噴器之間必須有足夠的高度，以容納下入的鉆具接頭。通常利用上閘板防噴器和鉆井四通下面的閘板防噴器實(shí)現(xiàn)下鉆作業(yè)。注意必須清楚從轉(zhuǎn)盤面到每一個(gè)防噴器的距離，以便隨時(shí)確定鉆桿接頭的位置高度。在關(guān)井下鉆期間，所用的兩個(gè)防噴器之間必須間斷地增壓或泄壓。增壓的目的是使下防噴器，這一程序是必要的。假如它不平衡，在打開下防噴器時(shí)，井內(nèi)液體就會(huì)在閘板芯子之間高速流過，從而導(dǎo)致閘板前緣的密封被刺壞。泄壓壓力降為零，使上防噴器閘板上下的壓力達(dá)到平衡，以便安全順利地打開上防噴器，以防過早損壞，延長(zhǎng)其使用壽命。在已關(guān)井的情況下利用雙閘板防噴器進(jìn)行封井起下鉆的具體程序如下：閘板防噴器采用低關(guān)閉油壓，即0.7?3.5Mpa，這個(gè)壓力取決于井壓，以延長(zhǎng)防噴器芯子的壽命。下放鉆具直到接頭上防噴器閘板以上時(shí)，應(yīng)在桿上劃上記號(hào)。下放鉆具的同時(shí)應(yīng)定時(shí)泄壓。調(diào)節(jié)減壓閥，增大關(guān)閉系統(tǒng)的關(guān)閉油壓，直至達(dá)到時(shí)10.5Mpa，關(guān)閉下防噴器。操作節(jié)流閥，釋放兩個(gè)防噴器之間的壓力為零。打開上防噴器。調(diào)節(jié)減壓調(diào)壓閥，降低關(guān)閉壓力直到密封壓力。下放鉆具使鉆具接下至兩防噴器之間。調(diào)節(jié)減壓調(diào)壓閥，提高關(guān)閉壓力到。關(guān)閉上防噴器，并在兩個(gè)防噴器之間增壓，直至井壓。打開下防噴器。調(diào)節(jié)減壓閥調(diào)壓閥，降低上防噴器的關(guān)閉壓力直到密封壓力。下放直至下一個(gè)接頭到開始的位置。觀察并比較井內(nèi)壓力值。⑷加壓強(qiáng)行下鉆假如井內(nèi)壓力作用在鉆具斷面上的力大于鉆具的有效重量，就需要在鉆具上施加外力，使其強(qiáng)行通過防噴器。目前有兩種類型的不壓井加壓強(qiáng)行下鉆裝置，能提供足夠的下鉆力，以滿足需要。它們分別是：機(jī)械加壓裝置和液壓加壓裝置。機(jī)械加壓裝置所需要的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，其原理是利用現(xiàn)有的鉆機(jī)，用一套滑輪系統(tǒng)和纜索與鉆機(jī)上的游動(dòng)滑車和鉆臺(tái)相連接。當(dāng)游車滑車向上提起時(shí)，游動(dòng)卡瓦用于游動(dòng)卡瓦打開時(shí)阻止鉆具向是移動(dòng)。鋼絲繩通過游動(dòng)滑車的中心潤(rùn)滑輪（或大鉤）并固定于游動(dòng)卡瓦的手柄中。當(dāng)滑車上提的時(shí)候，鋼絲繩用來傳遞一平衡向下的壓力給游動(dòng)卡瓦，并且通過施加相等的下壓力來消除管子彎曲的趨勢(shì)。當(dāng)游動(dòng)滑車下放的時(shí)候，游動(dòng)卡瓦打開，平衡重錘自動(dòng)使游動(dòng)卡瓦升高到鉆具上新的位置。標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)液壓加壓裝置本身設(shè)備齊全，不需要井場(chǎng)上的鉆機(jī)，其使用方便、簡(jiǎn)單、可靠。典型的液壓加壓裝置可產(chǎn)生幾百幾千牛的下鉆力，所下鉆具的直徑范圍為89?127mm。三、硬頂法硬頂法壓井技術(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，在開始三頂壓井之前，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。扣裝作業(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10-5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：⑴井眼的幾何形狀（鉆具的外徑、內(nèi)徑，井徑，井斜等）；⑵壓力恢復(fù)的速度（井的噴量）；⑶噴流的性質(zhì)（壓縮發(fā)，濕度，密度等）；⑷向井內(nèi)泵送的速度；⑸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)可能全產(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，許多井都要用硬頂法進(jìn)行了成功的壓井。壓井作業(yè)時(shí)注意小地面泵送壓力。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)算和正對(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。該程序只限于用在氣井或高產(chǎn)油比的油井上。要用此軟件計(jì)算，需輸入下列數(shù)據(jù)：⑴井眼幾何形狀（圖示10—6）⑵初始井口壓力（在開始作業(yè)之前的噴流井口壓力和壓力的增加）；⑶油氣層參數(shù)（壓縮性，Z，溫度，壓力恢復(fù)速度，油氣層壓力等）；⑷試漏壓力；⑸要泵入的前置重鉆井液（體積，密度和粘度）；⑹壓井鉆井液（密度和粘度）；⑺管子效率百分?jǐn)?shù)（用范氏磨擦公式，新而干凈的管子0.90?0.95,帶銹和污垢的舊管子，0.80?0.85；⑻計(jì)算中要用的最大和最小壓井排量。計(jì)算中考慮了氣體的壓縮性，壓井液密度增量和泵送液體的磨擦損耗。這些參數(shù)表示在圖10—7中。其關(guān)系式如下：Pc=（P2+Pfl）+△Pm+APpil—Pm—Ppil式中Pc——井口套壓；P2――液柱壓縮造成的氣柱壓力；Pfl――地層液體涌向井眼而造成氣柱壓力的增加；APm 流體運(yùn)動(dòng)所造成的磨擦損失；APpil――通常泵在前面的重漿的磨擦損失；Pm――泵入液體長(zhǎng)度所產(chǎn)生的壓頭；Ppil通常泵在前面的重漿的壓力增量；以很低的速度泵送壓井所取得的效果幾乎與使井壓力增到最大值再以低排量壓井的效果一樣。這會(huì)引起最大的井口壓力。因此有理由府為高排量壓井控制正噴的井有更好的機(jī)會(huì)。但是如果所用排量很高，磨擦力就會(huì)起作用并在地面上反映出來。因此，考慮到上述的所有因素后，存在一個(gè)產(chǎn)生最小地面泵壓的最佳排量。例3表示怎樣使用計(jì)算機(jī)確定最佳壓井排量。例3硬頂法壓井實(shí)例。已知下列數(shù)據(jù)，試確定最優(yōu)排量和硬頂法壓井步驟（如圖10—8）。輸入數(shù)據(jù)：上部管柱深度2286m下部管柱深度2499.36mm初始?jí)毫?.034Mpa 壓力增加速度3.792Mpa/min靜態(tài)井底壓力22.754Mpa壓縮系數(shù)100%前置重漿密度2.16g/cm3 重漿粘度0.014Pa?s重漿體積7.949m3壓井鹽水密度1.08g/cm3壓井鹽水粘度0.001Pa?s 管子系數(shù)95%最小排量3.18m3/min 最大排量19.08m3/min計(jì)算的數(shù)據(jù)：上部管柱當(dāng)量?jī)?nèi)徑219.2mm下部管柱當(dāng)量?jī)?nèi)徑215.9mm前置重漿靜壓頭21.174kPa/m鹽水壓頭10.587kPa/m上部管柱容積0.0377m3/m 上部管柱容積0.0366m3/m上部管柱體積86270m3 上部管柱體積7811m3總體積 94.081m3圖10—8表示不同泵排量的壓井結(jié)果。在這種情況下，如果泵入排量為15.140m3/min，能將井口壓力保持在3.448Mpa以下。這看起來可能太過，但泵入通過的只有地面管線，要克服的壓力很小，因此對(duì)功率的要求不高。如果井口壓力限選為6.895Mpa，泵速要求可降到13.5114m3/min。這會(huì)在大大地增加要求的功率。四、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)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：⑴千萬不要試圖超越井涌；⑵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)流閥將溢流相引入鉆井液氣體分離器；關(guān)掉成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。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)行下到井底然后壓井：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。體積法需用幾天時(shí)間，大大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。通常氣體以的速度上升，這具體取決于井隊(duì)和鉆井液的情況。對(duì)于稀薄的鉆井液，氣體上移的速度可達(dá)。路晚易斯安那州立大學(xué)實(shí)驗(yàn)井上天然氣從井底遷移到地面時(shí)間不到兩小時(shí)。五、 低節(jié)流壓力法低節(jié)流壓力是標(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)，而所用鉆井液密度僅為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(zhǎng)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：⑴為了保護(hù)井隊(duì)人員；⑵為了保護(hù)鉆機(jī)和地面設(shè)備；⑶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(套管下得深)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：⑴防噴器及有關(guān)設(shè)備測(cè)試的額定工作壓力；⑵最近一層套管的設(shè)計(jì)抗崩壓力(70%的屈服值)；⑶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)就永遠(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