油气井压力控制

1、第十一章油气井压力控制 (Well Co ntrol )井眼和地层同处于一相互连通的压力系统内。钻井过程中保持井下压力系统平衡使钻井高效安全，发生溢流等井下压 力失衡现象时及时恢复压力系统平衡的一系列技术的总称第一节地层压力、破裂压力及坍塌压力一、地层压力的有关概念1、静液压力渗透性地层中液体液柱重量引起的静液柱压力。Phg h式中Ph 深H处的静液压力，Pa；P液体密度，kg m3;地层水密度：1.3 X 1031.07 X 103 原油密度：0.88 X 103泥浆密度：1.04 X 1032.35 X 103 水泥浆密度：1.8 X 1031.9 X 103H液柱垂直高度，m2、上覆岩层

2、压力覆盖在某一深度处地层以上的地层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量 造成的压力。Po =9.8H(1 - ”m T式中Po上覆岩层压力，Pa；h该处垂直深度，mP 岩石孔隙中流体的密度，kg m3;一一岩石孔隙度，; 岩石密度，kg . m3。3、 地层压力(地层孔隙压力)Pp (pore pressure) 某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流体的压力。 地下压力间的关系：连通体系：Pp= Ph封闭体系：异常高压地层、异常低压地层异常高压：地层压力高于正常压力；异常低压：地层压力低于正常压力；正常压力标准：1.01.07g/cm3淡水或盐水静液柱压力4、异常高压的起因（1）由静液柱压力引起的压

3、力异常在同一含水层中，由于井的位置不同，表现出地 层压力的不同。（2）由欠压实（圈闭）引起的高压 垂直方向：岩性变化（页岩、盐岩、石膏）水平方向：断层、褶皱、盐丘、尖灭一-压力圈 闭（即有一个无法渗透的界面，地层中的流体在岩石 受压实时无法向外泄漏而形成压力圈闭）。压力圈闭+压实一-异常高压一-阻碍压实一-欠压实5、异常高压的预报（1）地震资料（地震层速度法）（2）钻井资料（de指数法）（3） 测井资料（声波时差法）二、地层破裂压力（formation fracture pressure）1、定义：使地层受压破裂的最低压力（1.62.4 g cm3）2、因素：埋藏深度，地质年代，覆盖压力，地层

4、压力，岩石性质，岩石应力状态，岩石压实程度3、确定方法：（1）公式估算法休伯特（Hubbert ）法（p16 8-22，8-23）马修斯（Matthews）法伊顿（Eaton ）法（2）液压试验法a关闭环形空间b小排量（0.661.32升/秒）c记录灌注液量和立管压力立管压力突降（峰值）一一漏失压力 P1Gf =9.8仃旦HGf地层破裂压力梯度，千帕/米。三、地层坍塌压力当井眼压力小于某一压力值时，井壁岩石在地应力的作用下发生变形破 裂，此时的压力称为坍塌压力。四、压力的表示方法1、压力值形式表示公制 Mpa，Kpa, Pa；英制 psi1 MPa=10 3 KPa= 106 Pa；1 MPa

5、 = 145 psi ；2、压力梯度单位长度（深度）压力增长值。G=R/H淡水：9.81千帕/米； 含盐量8X 104ppm 10.5千帕/米。3、当量泥浆密度定义：某一点处的压力和某一密度的泥浆在该深度处的静液压力相等, 则称该密度值为该压力的当量密度。Pg H例如：1Km深度处的压力为11.8 MPa.其当量密度值为：1.2 g/cm 34压力系数定义：某一点处的压力和该深度处的淡水柱静压力之比。水g h例如：1Km深度处的压力为11.8 MPa.其压力系数为：1.2五、压力剖面的具体使用简介1、确定合理的井身结构(套管程序和套管下深)2、确定合理的钻井液密度3、防止井喷、卡钻、井漏等事故

6、的发生第二节地层-井眼压力平衡和平衡的破坏一、地层-井内压力平衡1、压力系统模型P 钻静=9.81H pP 环静= 9.81 ( H- h) p + hp'P 底=P 环静 + P 环循 + P 套P 鞋=P鞋静+ P鞋循+ P套2、几种常见井内压力关系(1) 静止平衡状态 未钻入高压油、气、水层，钻井液未受侵，钻井液静止不流动 卩钻=0;卩套=0;卩底=卩钻静=P环静二9.81 H 卩鞋=9.81 H'p;(2) 标准循环状态未钻入油、气、水高压层，钻井液未受侵，井口敞开 卩钻=卩循=卩泵=卩立管；卩套=0;卩底=卩环静+P环循；卩鞋=卩鞋静+P鞋循；(3) 大排量循环状态钻

7、入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，关闭封井器以调节阻流器控 制套管回压卩底=卩环静+P环循+P套（要求p地）卩鞋=卩鞋静+P鞋循+P套（要求VP破）3、钻井压力控制根据U形管压力平衡原理，使用压力控制设备，按规定的方法和程序, 建立和保持井内的压力平衡。P底=Pe + P地=卩地+ 9.81 HA p p = 0.05 0.1 g/cm 3 （油层） p= 0.07 0.15 g/cm 3 （气层）二、失去压力平衡的原因（一）压力组成1、洗井液液柱静压力2、抽吸压力（拔活塞）由于井径接近于钻头直径，洗井液又有粘度和切力，所以上提钻柱时造 成了抽吸，使钻头以下井筒中压力减小。影响因素：上提速度

8、T、钻井液粘度和切力T、钻头泥包T-抽吸压力3、激动压力（1）下钻激动压力由于井径接近于钻头直径，洗井液又有粘度和切力，所以下钻时，压缩 钻头下部的钻井液，弓I起钻头以下井筒内压力增加。影响因素：下钻速度T、钻井液粘度和切力T、井径激动压力T（2）开泵激动压力使钻井液由静止状态进入流动状态时克服钻井液结构力所必须形成的（附加）压力因素：钻井液流变性，静止时间，钻具、井眼几何尺寸，温度、压力Pkb3.3Dh - DpP kb开泵压力。4、环空压降引起的压力增量因素：钻井液流变性；井深；钻具、井眼几何尺寸；温度；压力5 、其它原因引起的压力增加（井口憋回压）6 、起钻未及时灌钻井液或灌入量不足，井

9、内液面下降，井底液柱压力下 降。（二）失去压力平衡的原因1 钻井液密度偏低，P环静J;2 突然钻遇高压油、气层；3 起钻未灌浆f液柱高度J;4 钻头或钻铤泥包+起钻速度过快f抽吸压力T;5 油、气上串f体积膨胀fP环静JJ;6 .井漏f液柱高度JfP环静J。三、地层流体的发现和应采取的措施Pm < Pp f 地层流体进入井底 f Pm Jf溢流速度T1 、溢流时的异常现象（ 1 ）循环时出口排量大于进口排量;（2）停泵时井口有钻井液外溢;（3）泥浆池液面增高;（4）钻速加快，钻柱放空，钻井液中出现又花、气泡，有可能井侵。2 、监测方法（1 ）泥浆池液面的升高（2）环空返速增加、流量差（3

10、）声波探测法a 主动式b 被动式3、溢流发现后的处理措施 关井，关井方式：（1）硬关井（2）软关井p42p45 关井步骤四、地层流体侵入井内的特点气体溢流比其它类型流体的溢流都严重，是井控技术研究的主要对象。（一）气侵的方式1、扩散侵入气泡分散在钻井液中2、欠平衡侵入气体以高含气量状态或气柱状态存在于井下（二）气侵对泥浆柱压力的影响750 -一 1.04m 340m1500 -3 .53m 3_20m2250 -.26m33000二 10m1J134.931.638.35m 3320m35.435.2井底压力，兆帕81/井眼，41/钻杆环形空间，泥浆密度.20g/cm3（三）井下聚有气柱时，发

11、生自溢和井喷的条件750-Mpa二1500 -2250 -3二.26m 33000二.26m 3（四）关井后气体对井内压力的影响61.935.444.2关井时，气侵泥浆对作用在井筒的压力影响35.4.26m70.7第四节 溢流时恢复和重建压力平衡的方法一一压井、压井基本数据的计算1、求关井立管压力卩地=卩关钻+ 9.81 H pP地MPaH Kmp g/cm 32、判断地层侵入物的性质P关钻+ 9.81H= P底=P环静+ P关套P 关钻 + 9.81H 二=9.81 ( H- Hi) ：、+ 9.81H"i+ P 关套:-i =一( P关套一P关钻)/( 9.81Hi)h i侵入物

12、高度，Km可根据井眼环空尺寸和泥浆池增量计算:-i = 0.12 0.36 g/cm 3,气体；订=0.360.60 g/cm 3，油、气或水、气混合物；订=0.600.84 g/cm 3,油、水混合物。3、确定压井液密度:重= P地/( 9.81H)+A :=P 关钻/(9.81H) + ：、+二、基本压井方法和步骤(一) 关井立管压力为0(二) 关井立管压力不为01、原则：压井过程中要始终保持井底压力等于或略大于地层压力，并保持不变2、压井过程(1) 二次循环压井法(司钻法)第一循环周替出受侵钻井液后，第二循环周替入加重钻井液 压井过程示意图(2) 次循环法压井(等待加重法，工程师法)从井

13、内替出钻井液和泵入加重钻井液同时进行，在一个循环周内完成(3) 循环加重法边循环边加重，压井可在一个或一个以上循环周内完成。3 、压井时套压、立压的变化（1）立压的确定方法（2）套压的确定方法（3）司钻法压井时立压、套压的变化规律（4）工程师法压井时立压、套压的变化规律 三、其它压井方法简介1 、起下钻时的压井方法2 、冲量压井法（空井压井、置换法压井） 井内泥浆已喷光，但井口能关闭泥浆从管柱下端喷出时的冲量（泥浆质量X速度）井内天然气上喷时的冲量3 、反循环法压井4 、动力压井法第五节 套管程序设计一、套管程序设计的主要原则和基础参数（一）、井身结构内容：（1）下入套管的层次；（2）各层套管

14、下入深度；（3）水泥返高；（4）套管、钻头尺寸的配合。（二）套管的层次一口井的套管可分为：导管、表层套管（ surface casing ）、技术（中间） 套管（ protection casing 、intermediate casing ）和油层套管 （ production casing 、oil string ）。1、导管510m钻井液循环出口，封隔地表疏松层；2、表层套管一一50100m封隔、加固地表疏松层、水层；安装井口装 置；承担以后几层套管的部分重量。3 、技术（中间）套管解决钻进过程中难以处理的各种漏、塌、喷等 复杂地层问题。4 、油层套管为采油目的而下的套管，即封隔油、气、水层；封闭暂 不开采的油、气层，利于分层开采；形成生产通道。5 、尾管在上层套管内向下延伸的一段套管（回接接头）（三）原则1 保护储层 2保证井下安全、快速钻井 3控制溢流的能力（四）依据及参数1主要依据 （1）地层压力剖面和岩性剖面（2）工程系数a.b.c.d.e.f.2 重要参数 （1）最大泥浆密度 （2）最大井内压力梯度二、设计步骤1 确定油层套管的下深和尺寸 径向尺寸：采油的要求 下深：完井方式2 确定上一级套管的尺寸及下深