石油钻井作业现场压井液密度确定方法

1、    石油钻井作业现场压井液密度确定方法            作者：张发展时间：2010-5-10 12:56:00                       论文关键词：压井液  密度  附加值

2、0; 计算论文摘要：本文对目前压井液密度计算的各种方法进行分析研究，指出了这些方法存在的不足之处，并进行分析，使大家对压井液密度计算有一个明确的认识。前言钻井过程中，做好井控工作的目的是防止地层液体侵入井内，为此需保持井底压力略大于地层压力。即实现近平衡钻井，这时的关键问题就是研究怎样最合理地确定压井液密度。井眼的裸眼井段存在着地层孔隙压力（地层压力）Pp、压井液柱压力Pm和地层破裂压力Pf。三个压力体系必须满足以下条件：即： 式中：ef井眼的裸眼井段地层破裂压力当量密度，g/cm3；my井眼内压井液密度，g/cm3；md井眼的裸眼井段地层液体密度，g/cm3。压井液密度的确定应以钻井资料显示

3、最高地层压力系数或实测地层压力为基准，再加一个附加值。中国石油天然气总公司对附加当量压井液密度值的规定如下：（1）油水井为0.050.1g/cm3；气井为0.070.15 g/cm3（2）油水井为1.53.5MPa；气井为3.05.0 MPa具体选择附加值时应考虑：地层孔隙压力大小、油气水层的埋藏深度、钻井时的钻井液密度、井控装置等。所确定的压井液密度还要考虑保护油气层、防止粘卡满足井眼稳定的要求。为确保钻井过程中的施工安全，在各种作业中，均应使井底压力略大于地层压力，这样可达到近平衡钻井和保护油气层的目的。但是，怎样最合理地确定压井液密度，各种材料上介绍了多种方法，这些方法如何使用，往往使大

4、家无从着手，各种方法计算结果差异又较大，本文试图对此问题进行分析，希望对大家有所帮助。    压井液密度确定的各种方法一、常规压井液密度确定方法（一）附加当量密度计算法根据中国石油天然气公司钻井井控技术规程的规定可知：又因为所以：                （1-1）式中：H油层中部深度，m；Pp地层压力，MPa；md地层液体密度，g/cm3，一般为1.00-1.07 g/cm3；p地层压力当量压井液密度，g/c

5、m3；e附加当量密度，g/cm3，油水井为0.050.1g/cm3、气井为0.070.15 g/cm3。（二）、压力倍数计算法又因为：所以：                 （1-2）式中：K附加系数，对于一般作业，K=1.00-1.15；对于修井作业K=1.15-1.30。（三）附加压力计算法             

6、;    （1-3）式中：Pe附加压力，油水井为1.53.5MPa；气井为3.05.0MPa。（四）压井液相对密度计算法压井管住深度不超过油层中部深度时，压井液密度计算公式为：              （1-4）式中：h实际压井深度，m；H油层中部深度，m；Gp地层压力梯度，MPa/m；其它同上。二、根据实测地层压力确定根据实测地层压力理论计算公式可知：       

7、;                 （1-5）其中： 代入式1-1得：                          （1-6）式中：Pp地层压力，MPa；my压井液密度，g/

8、cm3；md地层液体密度，g/cm3；H地层深度，m。    三、根据实测溢流关井立管压力确定根据钻井过程中发生溢流时关井立管压力确定压井液密度公式为（考虑附加密度）：                       （1-7）式中：m井筒内原来液体的密度，g/cm3；Pgl发生溢流后的关井立管压力，MPa；四、根据起钻时的井底压力计算在钻井

9、或者井下作业的所有工况中，起钻时的井底压力最低，如果在起钻时能够保证井口不发生溢流，这时的井内压井液密度应当是安全的。起钻时的井底压力为：因此考虑到附加密度，压井液密度为：              （1-8）式中：Ph井内液柱压力，MPa;Psb起钻抽汲压力，MPa;Pdp起钻未灌液体井底压力的减小值，MPa;压井液密度计算过程中几个问题的讨论一、附加密度和附加压力的关系许多人把附加密度和附加压力认为是等同的关系，这是认识上的误区，实际上，到底采用附加密度法好还是

10、采用附加压力密度法好，要根据具体情况来定。          下图2是井深与附加压差关系图，下图3是压差为3MPa、5MPa时井深与钻井液密度附加值的关系曲线。    从这两个图可以看出：采取当量密度附加法：气井为0.070.15 g/cm3。对于浅井此法确定的泥浆密度值小，安全底线是泥浆密度足以平衡环空压耗和起钻抽吸的共同作用，保证起下钻安全。采取井底压差附加法：按气井井底压差3.0MPa5.0MPa确定当量密度。这种方法对于浅井设计出的泥浆密度值大，足

11、以抵消环空压耗和上提钻具的抽吸力。但是，要防止泥浆密度过大压漏地层，造成先漏后喷。二、常规法计算压井液密度应考虑的问题常规法计算压井液密度计算的四个公式中，参数附加当量密度e、K附加系数K、附加压力Pe都有一个取值范围，在这个取值范围中如何取值要遵循如下五个原则，否则对压井液密度计算也有很大影响。（1）油气井能量的大小：产能大则多取，产能小则少取；（2）油气水井生产状况：油气比高的井多取，低的井少取；注水开发见效的井多取，反之少取；（3）油气井修井施工内容、难易程度与时间长短：作业难度大、时间长的井多取，反之少取；（4）井深结构：大套管多取，小套管少取；（5）井深：井深多取，井浅少取。三、根据

12、地层压力确定压井液密度的影响因素及其它表示方法根据地层压力确定my的误差的大小取决于地层液体密度md的准确与否，一般来讲md=1.00-1.07g/cm3，影响md的因素有地层液体中溶解的固体（盐类）的多少；地层液体中溶解的气体的多少和地层温度梯度的高低，一般来讲地层液体中溶解的固体（盐类）越少、气体越多、地层温度梯度越低，地层液体密度md越小，反之，地层液体密度md就越大。一般来讲，地层压力还有三种表示的方法：（1）用地层压力梯度来表示即： 式中：Gp地层压力梯度；MPa/m.（2）用地层压力当量压井液密度表示即： 式中：ed地层压力当量压井液密度, g/cm3；（3）用地层压力系数表示即：

13、 式中：H2O地面淡水的密度,g/cm3；K地层压力系数，无单位。因此，我们也可以得到如下三个计算压井液密度的公式（考虑附加密度）：                            （1-9）            

14、;                 （1-10）                             （1-11）四、如何确定发生溢流后的关井立管

15、压力Pgl 根据发生溢流后的关井立管压力Pgl确定my的误差的大小取决于发生溢流后的关井立管压力Pgl确定的准确与否。井筒发生溢流后的关井立管压力Pgl确定有两种工况：一是发生溢流关井后钻柱内没有装回压凡尔（例如钻进工况等），这种情况确定关井立管压力Pgl分两部进行：            首先消除关井时间对关井压力的影响。方法是发生溢流关井后，根据关井时间连续记录立压和套压，并做立压、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。

16、但是，对于低渗油气藏或井眼不稳定情况，关井后立压与套压较长时间不出现平稳段及拐点，对这种情况可根据早期压力恢复曲线趋势读取最高压力值，并适当考虑压力安全附加值，以实现快速获取关井立压与套压，从而达到快速井控的目的。不同性质的套压、立压与关井时间的关系如图3。通过大量数据统计，渗透性好的地层10-15min可以稳定，渗透性差的地层25-30min压力可以稳定。其次是准确判断并消除圈闭压力对关井压力的影响。方法是从节流管汇处放出40-80L液体后观察Pgl和Pgt，如果Pgl无变化，Pgt略有上升，说明无圈闭压力；如果Pgl和Pgt均有下降，说明有圈闭压力；继续二次放出40-80L液体后观察，直到

17、消除了圈闭压力为至。经过上述两步后就可获得准确的关井压力。二是发生溢流关井后钻柱内装有回压凡尔（例如起下钻工况等），这种情况确定关井立管压力Pgl有两种方法：方法一：已知压井排量Qy(正常钻进排量的1/2-1/3)和相应的泵压Py（正常钻进过程中实际测量）时，根据如下步骤确定：记录关井套管压力Pgt；缓慢开泵和打开节流阀；控制节流阀，使套压Pt等于关井套压Pgt，并保持套压不变；当排量达到压井排量Qy时，Pt套压也等于关井套压Pgt时，记录此时的循环立管压力值Pl；停泵、关节流阀;计算关井立管压力PglPl=Pgl+PyPgl=PlPy式中：Py-求出的溢流前压井排量下立管压力；Pgl-关井立

18、压;Pl-记录的循环立管总压力。因此考虑到附加密度，压井液密度为：                    （1-12）方法二：未知压井排量Qy(正常钻进排量的1/2-1/3)和相应的泵压Py（正常钻进过程中实际测量）时，根据如下步骤确定：记录关井套管压力Pgt；缓慢开泵，向井内注入泥浆。当套管压力Pt由关井套压Pgt升高到某一值时停泵，（超过关井套压Pgt0.5-1MPa）同时记录停泵时的套管Pt和泵时的立管压力Pl；计算关井立管压力Pgl，则Pgl=Pl-Pt式中：Pt-套压的升高值;    Pt=Pt-PgtPt