井控技术

渤海钻探 井控技术培训教程（技师）,渤海钻探技服培训中心2011.08,第一章 溢流的原因、预防,井控技术,第二章 关井压力的确定和处理第三章 压井计算,第四章 常规压井法,直接原因：,原因分析,井底压力低于地层孔隙压力,第一章 溢流的原因预防,主要原因：,钻井液密度不够,循环漏失,过大的抽汲压力,起钻未及时灌满钻井液,地层压力异常,井喷失控,井涌、井喷的原因分析,4.钻遇地质未预测到的高压油气水层,5.井漏、溢流未发现或未处理好就钻开下部油气层,6.起钻前循环观察时间不够,7.钻井取心循环观察时间不够就起钻,8.固井前置液密度低且过量,9.候凝期间环空液柱压力低于地层压力,10.处理溢流方法不当或压井失败,11.压井过程中井控装置失效,等等,3、钻井液密度不够,2、循环漏失,5、地层压力异常,1、起钻时井内未灌满钻井液,2、过大的抽汲压力,一、溢流主要原因分析与预防,原因分析： 起钻时，由于钻杆的起出使井内钻井液面下降，如不及时灌入钻井液，或灌入钻井液体积小于起出钻柱体积，会使井内液柱压力下降，造成井底压力不能平衡地层压力而发生溢流。,（1）在起钻过程中，每起3柱钻杆或1柱钻铤要往井内灌满钻井液一次；欠平衡井或不压井作业井，每起1柱钻具要及时往井内灌入与钻具体积等量的钻井液。每次灌注钻井液后，要及时记录、校核钻井液的灌入量，及时发现异常情况。,（2）通过灌钻井液管线向井内灌钻井液，不能用压井管线灌钻井液，防止压井管线和阀门腐蚀，这样在应急的情况下就不能发挥其作用。,灌钻井液原则是,返回,2、井眼漏失,原因分析：1）钻井液密度过高或下钻速度过快产生的激动压力，使得作用于地层上的压力超过地层的破裂压力或漏失压力而发生井漏。2）再深井、小井眼里使用高粘度的钻井液钻进时，环空圧耗过高也可能引起循环漏失。3） 在钻遇高渗透地层或裂缝、溶洞以及产层亏空等地层，往往会发生井漏，当井内液柱压力下降到一定程度时，就可能发生溢流。,1）设计好井身结构，正确确定下套管深度是防止漏失的最好办法。2）试验地层，测出地层的压裂强度，这样有助于确定下套管的位置，有助井涌发生时选择最佳方法。3）在下钻时，将压力激动减小到最低程度。,减小循环漏失的一般原则是：,4）保持钻井液处于良好的状态，使钻井液的粘度、切力维持在最小值上。5）做好向井内灌钻井液的准备。,3、钻井液密度低,原因分析： 1）钻开高压油气层时，油气侵引起钻井液密度下降，静液压力减小。 2）处理事故、降低井内摩阻时向井内注解卡液、混油、造成的钻井液密度下降，静液压力降低。 3）甲方要求降低钻井液密度。,4）处理钻井液时加水过量或不均。,避免钻井液密度降低的做法,3) 安装适当的地面装置，以便及时除掉钻井液中的气体，不要把气侵的钻井液再重复循环到井内。,1）钻开异常高压油气层时，油气侵引起钻井液密度下降，静液压力减小。发现此情况，应调整钻井液密度，平衡地层压力，防止溢流的发生。,2）向井内混油造成静液压力降低。此时要控制混油速度，并校核井内压力是否平衡。,4、起钻抽汲,原因分析： 1）起钻速度越快,抽吸压力越大。 2）钻井液粘度、切力越大，抽吸压力越大。 3）井径越不规则，摩擦系数越大，抽吸压力越大。 4）井眼环形空间尺寸越小，抽吸压力越大。 5）井越深，钻柱越长，抽吸压力就越大。,1) 钻井液静液压力维持在稍高于地层压力;2) 环空间隙要适当;3) 起钻前充分循环钻井液，使其性能均匀稳定，进出口密度差小于0.02g/cm3。钻井液粘度、静切力保持在最低水平， 防止钻头泥包。4) 控制起钻速度。,减少起钻时抽吸作用,5、地层压力异常,原因分析： 1）注水造成地层压力升高。 2）压实作用、构造运动、成岩作用、密度差作用、流体运移等形成的异常高压。 3）对新探区、新区块地层压力不熟悉。突然打开未预备的高压浅气层。,注水井未停注或停注后压力未泄下来,注水层位在二开井段的在开钻前、注水层位在三开井段的在三开前，使注水井井口压力符合下列要求：1相关注水深度在1000m以内的注水井，其井口压力控制在2MPa以内。2相关注水深度在1001-1500m的注水井，其井口压力控制在2.5MPa以内。3相关注水深度在1501-2000m的注水井，其井口压力控制在3MPa以内。4相关注水深度大于2000m的注水井，其井口压力控制在4MPa以内。,1、 在钻井过程中，做好随钻地层压力监测，准确判断地层压力。2、 井控设备的选择、安装要符合井控规定的要求，保证井控装备处于良好的工作状态。3、要严格执行坐岗制度，确保发现溢流后能正确关井。3、加强应急能力的培训。,避免地层压力异常造成溢流的措施,1、最大允许关井套压的确定,2、关井立压的确定,第二章 关井压力的确定及处理,1、最大允许关井套压的确定,1）一般情况，最大允许关井套压不得超过井口装置额定工作压力、套管抗内压强度80%和薄弱地层破裂压力所允许关井套压三者中的最小值。.,2）.对于只有表层套管且其下深小于350m的井，最大允许关井套压不得超过套管鞋处地层破裂压力所允许的最大关井压力。,1、最大允许关井套压的确定,3.）对于技术套管下至油层顶部的井，最大允许关井套压不得超过井口装置额定工作压力、套管抗内压强度80%两者中的最小值。,1、最大允许关井套压的确定,2、关井立管压力确定,3）钻柱中装有回压凡尔立管压力的确定,2）钻具内未装回压凡尔立管压力的确定,1) U形管原理,1）“U”型管的基本原理,Pd,Pa,Pp,PR,pmd,pma,（1）关井后，钻柱、环空与地层压力的关系：,式中 pd关井立管压力，MPa； pmd钻柱内静液柱压力，MPa； pp 地层压力，MPa； pa 关井套压，MPa； pma.环空内气液混合静液柱压力，MPa。,（2）发生井涌关井后的立管压力与套压,pd = PP-Pmd,pa= PP-Pma,2）钻具内未装回压凡尔（浮动阀）,立管压力影响因素,时间,圈闭压力,正确的关井取压应为:做立压、套压与时间的关系曲线，一般情况下，当曲线变化平滑时，其拐点处，即可读为关井立压与关井套压。,开始阶段压力急剧上升(这个阶段的时间渗透好的地层需1015分，渗透差的地层需2025分)，然后压力缓慢上升，出现拐点。,所谓圈闭压力，就是指关井后记录到的关井立管压力和关井套管压力超过平衡地层压力所应有的关井压力值。,圈闭压力对关井立压的影响,圈闭压力产生的原因 关井时，泥浆泵还未停稳，就将井关死，致使关井压力值升高，或者是气体在环空内滑脱上升而导致关井压力值升高。显然如果用含有圈闭压力的关井立管压力值计算地层压力是错误。,从节流阀每次放少量泥浆（40-80升），放后关闭节流阀，并观察立管压力变化情况，如果放压后立管压力和套管压力均有下降，说明还有圈闭压力，应继续放压。直至立管压力不再下降时才停止释放压力。这时记录的压力才是真实的关井立管压力和关井套管压力。如果放压后，立管压力没有变化，而套管压力继续上升，说明没有圈闭压力。套管压力的上升是因环空内有地层流体进一步侵入井内所引起的。,圈闭压力的释放,在此情况下求关井立管压力的方法通常有两种。 1）溢流前已知压井排量和相应的泵压时，关井 立压的求法。2）溢流前未知压井排量和相应泵压时，关井立压的求法,3、钻柱中装有回压凡尔（浮动阀）,1）溢流前已知压井排量和相应的泵压时，关井立压的求法其操作步骤是：（循环法）记录关井套管压力；缓慢开泵和打开节流阀；控制节流阀，使套压等于关井套压，并保持套压不变当排量达到压井排量，套压也等于关井套压时，记录此时的循环立管压力值Ps ；停泵、关节流阀计算关井立管压力 Ps = Pd + P0 Pd = Ps P0式中：P0-求出的溢流前压井排量下立管压力；Pd -关井立压Ps -记录的循环立管总压力。,2）溢流前未知压井排量和相应泵压时，关井立压的求法（不循环法）这种方法是在关井条件下，用小排量向井内注入泥浆，顶开回压阀的方法求关井立压。其操作步骤是：,记录关井套管压力；缓慢开泵，向井内注入泥浆。观察记录立管和套管压力；当套管压力由关井套压升高到某一值时停泵，（超过关井套压0.5-1MPa）同时记录套管和立管压力；计算关井立管压力，则Pd = Pd - Pa式中：Pa -套压的升高值Pa= Pa - PaPa -停泵时的套压值；Pd -停泵时的立管压力值；Pd -关井立管压力Pa -关井套管压力。,4、关井后的处理,按照公司溢流发现与处置管理制度要求：关井后，司钻或班长应立即将有关情况向值班干部或技术员汇报。值班干部或技术员核查关井是否准确到位并组织分析原因，在确认不是溢流（关井套压、立压为零，且打开放喷阀无流体溢出）并经所在单位上级主管部门同意后，方可开井继续作业。,经确认是溢流的，钻井队应迅速向本单位上级主管部门汇报。主管部门在接到钻井队发生溢流的汇报后，要立即将有关情况向本单位主管领导汇报。,4、关井后的处理,队号、井号、地理位置、实际井深、地层、管柱组合、钻头（工具）位置、钻（修）井液性能、溢流性质与数量、关井立压与套压值、现场重钻（修）井液及加重剂储备、初步处理方案等。,汇报内容包括：,钻井队值班干部同时应组织检查（1）司钻控制台、远程控制台防喷器控制手柄关井是否正确；（2）储能器压力是否正常；（3）井控装置各法兰连接部位有无渗漏、各闸阀开关状态是否正确；（4）储备的应急压井液、加重剂数量是否够用等，发现问题立即纠正或及时汇报。（5）欠平衡操作人员检查节流管汇控制箱手柄开关位置是否正确。,4、关井后的处理,思考题,1、井控关井程序中，如四号平板阀是手动的由 负责打开平板阀。2、在起下钻时发现井涌，抢装 的目的是及时控制钻具内环空，以防内喷。3、在钻进过程中发现溢流，因起升系统原因方钻杆不能提出转盘面，此时应立即停泵，关 防喷器控制井口。4、最大允许关井 值在节流管汇处以明显的标示牌进行标示，且其标识应面对节流阀的操作者。5、关井以后，套管压力 超过最大允许关井套管压力。6、钻井时最大允许钻井液密度 地层破裂压力当量钻井液密度。7、发生溢流硬关井时，容易产生 水击 现象。,8、当发现溢流关井后，通常人们把关井 压力作为判断地层压力的压力计来使用9、关井后套管压力升高到最大允许关井套压值时，就要打开 管汇泄压10、硬关井的特点较软关井 ，但易产生水击效应。11、发生溢流关井后，如不能通过钻柱正常循环，可通过 压井 管汇，泵入加重钻井液，以便恢复井内压力平衡。12、发现溢流关井后，应及时求得关井 压力、关井 压力和溢流量等数据。13、发现溢流要及时发出报警信号，报警信号为一声长笛、关井信号为 、开井信号为三声短笛。14、硬关井是在节流管汇 的状态下直接关井的方法。,5、简述常规钻机在起下钻杆时的软关井程序。6、简述常规钻机在正常钻进时的软关井程序。,第三章 压井计算,1、计算压井所需的基本数据,1）判断溢流类型,2）计算压井钻井液密度,3）计算钻柱内、外容积及加重钻井液量,4）计算注入加重钻井液的时间,6）计算最大允许关井套压,5）计算压井循环时的立管总压力,2、填写压井施工单,Va每米环空容积,1）判断溢流类型,pa、 pd为关井套压和关井立压,w在1.07-1.20g/cm3之间为盐水。w在0.12-0.36g/cm3之间为天然气。w在0.36-1.07g/cm3之间为油或混合气体溢流。,确定溢流类型，选取安全附加当量钻井液密度和安全附加压力。,依据地层压力计算压井钻井液密度值,2）计算压井钻井液密度,依据关井立管压力计算压井钻井液密度,返回,0.05-0.1g/cm3(油水井) 0.07-0.15g/cm3 (气层)压力增量为1.5-3.5MPa(油水井) 3-5MPa(气层),钻井液安全增量,工程设计书应根据地质设计提供的资料进行钻井液设计，钻井液密度以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准，另加一个安全附加值：,钻柱内容积V1,3）计算钻柱内、外容积及加重钻井液量,环空容积,总容积,V=V1+V2,V1钻柱内容积(m3); V2 环空容积(m3);D 钻具内径(m); Dh 井眼直径或套管内径(m);DP 钻具外径(m); L 钻具或井段长(m);所需加重钻井液量一般取总容积的2-3倍。,计算注满钻柱内容积所需时间,4）计算注入加重钻井液的时间,注满环形空间所需时间,压井时，压井排量一般取钻进时排量的1/31/2。,初始压井立管压力,ps初始压井循环立管压力， MPa；pd关井立管压力， MPapo压井排量循环立管压力， MPa；,ps=pd+po,5）计算压井循环时的立管总压力,初始循环立管压力是压井循环开始时所需的压力。,初始立管压力Ps =低泵速泵压+关井立管压力,终了循环立管压力,PF-最终立管压力Mpa；0-原钻井液密度g/cm3。k-压井浆密度 g/cm3。P0-原低泵速泵压。,当新钻井液到达钻头位置，并开始上返时的立管压力叫终了循环立管压力。用PF表示,低泵速泵压是在低于钻进时正常排量的某一个排量下测定的泵压。使用地面防喷器的井，低排量大约是正常排量的1/3至1/2，或者是对应的泵压应该减少到正常值的1/9至1/4。, 低泵速泵压,低泵速泵压实测法当钻开油气层前100150米开始，用正常钻进1/31/2的排量进行低泵冲实验，以后每加深200米或钻井液密度调整或更换钻井泵缸套后要进行一次，取全压井施工数据，将所用排量、泵压记到班报表上。便于压井时查用。,若已知钻进排量为Q，泵压为Pc，压井排量为QL，压井泵压为PO,根据循环系统压力损耗公式： Pc/PO=（Q/QL）2,井队人员配制重钻井液需要一定的时间；如果气侵量大，大排量进行循环时，气体循环上升到达井口时，气体膨胀流量过大，处理困难；避免节流阀堵塞产生大的压力波动；, 避免循环过程中，开关节流阀时，套管压力和立管压力变化剧烈，使我们难以控制节流阀。,压井时采用低排量的原因,小排量压井的缺点是压井周期长，对于不稳定井眼增加了卡钻可能性。基于上述原因，对于气侵量不大，或油水侵，特别是具有破坏井眼稳定的盐水侵入，也可以采用较大排量。,Pa=（GfGm）Hf,Pa最大允许关井套压，MPa,Gf地层破裂压力梯度，MPa/m,Gm原钻井液压力梯度，MPa/m,Hf套管鞋处井深，m,6) 计算最大允许关井套压,根据计算出的各项压井数据和关井前后的记录数据，认真、准确的填写好压井施工单，作为施工的依据。,2、填写压井施工单,压井施工单,（升/秒）,（升/秒）,（升/冲）,（升/冲）,一、压井方法,第四章 常规压井法,三、井控作业中易出现的错误做法,二、压井法操作具体步骤,1、司钻压井法,2、工程师压井法,3、循环加重法,一、压井方法,又称二次循环法。压井过程中需要循环两周钻井液。 第一循环周，用原浆将环空中的井侵流体顶替到地面，同时配制压井钻井液。 第二循环周，用压井钻井液将原浆顶替到地面。,1、司钻法,又称一次循环法。压井过程中只需要循环一周钻井液。,配制压井钻井液。 用压井钻井液将环空中井侵流体顶替到地面，直到重钻井液返出地面。,2、工程师法,3、循环加重法,循环加重法就是边循环边加重，压井可在一个或几个循环周内完成，视井的具体情况而定。,1、司钻法（二次循环法）,重泥浆配置时间较长。 井眼不稳定，有卡钻倾向性。 井口装置承压较好，对于气侵溢流大，井口回压大情况，不容易造成井口装置损坏。,不同压井方法适应性评价,2、工程师法（一次循环法）,重泥浆配置时间较短。 井眼稳定性。 井口装置承压较低，对于气侵溢流大，利用本方法可以适当降低井口回压。适合套管鞋处与地层破裂压力较低情况 。,3、边循环边加重法压井,关井并计算了压井钻井液密度以后，如果此时地面已有储备的密度较高的钻井液，且较长时间关井井下容易卡钻等，则可以立即用重钻井液循环压井。压井期间，仍然通过调节节流阀，保持井底压力略大于地层压力，并维持不变。本方法立压随重钻井液循环而下降值可参照司钻法第二循环周原理计算。由于用于压井的重钻井液其密度低于应该配置的钻井液密度，故在压井期间，还必须按要求或按阶段加重压井钻井液密度。每加重并循环一次，立压就下降一次，直至到达要求。 本方法兼有司钻法与工程法优点，但压井期间立压下降值计算复杂，实施难度较大。,（1）关井立压，关井套压都等于零, Pd=Pa=0,4、关井立压为零的压井,这种情况说明虽然发生溢流但原钻井液柱压力环空和钻杆内都能平衡地层压力可打开防喷器循环除气。 溢流的发生是因为抽汲、井壁扩散气、钻屑气等使钻井液静液压力降低所致。,Pd=0 Pa0 说明原浆液柱压力能平衡地层压力，环空侵入了地层流体。,(2)关井立压为零，关井套压大于零,再用短起下钻检验，决定是否调整钻井液密度，然后恢复正常作业。,处理:按司钻法第一个循环周处理。,二、压井法操作具体步骤,第一循环周,第二循环周,2、工程师法压井法操作具体步骤,1、司钻压井法操作具体步骤,4、关井立压为零时的压井法,3、循环加重法,缓慢启动泵，同时打开节流管汇，使套管压力保持不变。将泵排量调整到压井排量。,如果套压小于关井套压则关小节流阀，如果套压大于关井套压，则开大节流阀,第一循环周,当排量调整到压井排量时，立管压力表上呈现的压力便是初始循环立管压力。在第一循环周向井内注入原浆时，首先要保持压井排量不变，然后要调整节流阀使立管压力始终等于初始循环立管压力不变。,环空受侵的钻井液排完后，应停泵、关节流管汇。此时关井套压应等于关井立压，若关井套压大于关井立压，则继续循环排除新的受侵钻井液。 同时配制压井重钻井液。,缓慢启动泵，同时打开节流管汇，保持第一循环周末的关井套压不变，将泵排量调整到压井排量，并保持压井排量不变，向井内不断注入重钻井液，并调整节流阀，使套压仍等于第一循环周末的关井套压不变，直到重钻井液到达钻头处。,第二循环周,在重钻井液由环空上返的过程中，要保持压井排量不变，并调整节流阀，使立管压力等于终了循环立管压力不变，直至重钻井液从环空返出地面。,停泵、关节流管汇，关井套压、关井立压均应等于零。若关井套压不为零，在注入1.5-3方压井液,若还不为零,则应重新压井。若关井套压、关井立压均为零，则打开节流阀检查是否有溢流。若有溢流，在注入1.5-方压井液。若无溢流则打开防喷器。,司钻法压井立管压力和套管压力的变化规律见图,套管压力和立管压力变化规律图,1、计算压井所需的基本数据,2、填写压井施工单,（以上三步同司钻压井法）,3、配制压井钻井液,工程师法压井步骤,4、压井具体操作步骤,缓慢启动泵，同时打开节流阀，使套压等于关井时的套压值。当泵速或排量达到选定的压井泵速或压井排量时，保持泵速不变，调节节流阀的开启程度，使立管压力等于初始循环立管压力。重钻井液由地面到达钻头的这段时间内，通过调节节流阀控制立管压力，由初始立管循环压力逐渐降到终了循环立管压力。继续循环，重钻井液在环形空间上返，调节节流阀使立管压力保持终了立管压力不变，当重钻井液到达地面后，停泵、关节流阀。检查套管和立管压力是否为零，若为零说明压井成功。,4、工程师法压井操作具体步骤,工程师法压井立管和套管压力变化规律见图,1）用压井排量节流循环,同时加重罐内的压井液,并及时测量压井液的进、出口密度；2）调节节流阀的大小，在整个压井过程中，控制立管压力=（压井液密度/原钻井液密度）低泵速泵压，保持不变直到最终能平衡地层压力的加重压井液达到井口时，停泵，观察套压为零即可。,5、边循环边加重法的压井过程,边循环边加重法的压井步骤,此方法用于现场储备的压井液密度低，需要加重调整时。,1、发现溢流后不及时关井，仍继续观察。2、发现溢流后起钻。3、在关井的情况下活动钻具。（如果有性能可靠的备用防喷器，为了防止粘卡，可以活动钻具。）4、起下钻中途发现溢流，仍继续起下钻。这种情况要具体分析，区别对待；如果溢流是天然气，无论是起钻还是下钻，发现溢流立即关井。,三、井控作业中容易出现的错误作法,如果溢流是油水，发现溢流后不一定立即关井，因为由溢流发展到井喷有一个渐变过程，可以利用这段时间争取多下入一些钻具。所以无论是起钻还是下钻都应立即下钻。如果没安装井控装置，在起下钻中途发现溢流，不管是什么性质的溢流，都应立即强行下钻。5、关井后长时间不进行压井作业。6、压井液密度不当。7、敞开井口压井。8、在钻杆敞开下关闭环空。9、把闸板关在钻杆接头上。, 压井循环开始时，节流阀应在钻井泵启动后的瞬间打开。 两台泵的缸套尺寸，凡尔数要相同。做到压井中需要倒换泵时，保持相同的泵速继续压井。 严格控制压井钻井液密度，要始终保持一致和清洁。 要注意立压的滞后现象,压井过程中，通过调节节流阀控制立、套压，从而达到控制井底压力的目的，压力从节流阀处传递到立压表上，要滞后一段时间，其长短主要取决井深、溢流的种类及溢流的严重程度。,压井注意事项,司钻法压井 压井施工单 (一)原始数据 井 深 H = 3000 m 原浆密度 =1.25 g/cm3 钻进排量 =30 L/S 压井排量 =15 L/S 钻进泵压 =12 MPa,钻柱容积系数Vd=0.009246m3/m环空容积系数Va=0.026342m3/m破裂压力梯度Gf=0.026MPa/m套管鞋处深度h=1200m压井附加密度e=0.10g/cm3,(二)溢流时记录数据 关井立管压力Pd=2MPa 关井套管压力Pa=3.5MPa 地面钻井液增量V=3.2m3,举例,(三)压井计算数据,1.压井钻井液密度k= m(102Pd/H) e =1.25(1022/3000) 0.10 =1.42 g/cm3 2.初始循环立管压力Ps= Pd(Q1/Q)2 Pc =2(15/30)212 =5MPa 3.终了循环立管压力PF= (K/m) (Q1/Q)2Pc =(1.42/1.25)(15/30)212 =3.41MPa,司钻法压井举例,4.最大允许关井套压Pa=(GfGm) h =(0.0260.00981.25) 1200=16.5MPa5.钻杆内容积=钻杆内容积系数Vd钻杆长度 =0.0092463000=27.738m3,(三)压井计算数据,司钻法压井举例,6.环空容积=环空容积系数Va井深H =0.0263423000=79.026m37.总容积V总=27.73879.026=106.764m38.配置重浆量=（1.52）井眼容积 V总=（1.52）106.764 =160.146m3213.528m3,(三)压井计算数据,司钻法压井举例,9.注满钻杆内所须时间（重浆由地面到达钻头的时间） T1=27.7381000（6015）=30.82min10.注满环空内所须时间（重浆由钻头到达地面的时间） T2=79.0261000（6015）=87.81min,(三)压井计算数据,司钻法压井举例,第一个循环周用原钻井液循环排溢流 1.接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵同时调节节流阀使套压保持关井套压3.5MPa(加1.53.5兆帕)不变。 2.当排量达到压井排量15升/秒时，调节节流阀，使立管压力达到初始循环立管压力5MPa (加1.53.5兆帕)。,司钻法压井举例,