井底压力培训教材

井底压力培训教材为了实施近平衡钻井，我们在掌握了地层压力的基本知识后，还必须理解和掌握井底压力的基本知识。井底压力主要包括有：钻井液静液柱压力、抽汲压力、激动压力、环空流动阻力。1.1静液柱压力钻井液静液柱压力是井内钻井液液柱重量所产生的压力。如图2-10。我们己经知道，钻井液静液柱压力是井底压力的主要压力，它对井底压力起决定性因素，有时人们认为，井底压力就是钻井液静液柱压力。现在，我们进一步深入分析一下钻井液静液柱压力。1.1.1静液柱压力的定义与计算静液柱压力可用下式计算Pm=0.0098ρmH2-15式中:Pm—钻井液静液柱压力，MPa；ρm—钻井液密度，g/cm3；H—钻井液液柱高度，m。在一般情况下，井眼内是充满钻井液的，因此，钻井液液柱高度一般以井深的数值进行计算。在定向斜井中，井深一定要是垂直井深。1.1.2静液柱压力的影响因素由钻井液静液柱压力的计算公式可知，钻井液静液柱压力的影响因素是钻井液密度的变化和钻井液液柱高度的变化。※钻井液密度的变化：（1）钻速越快，岩屑越多，钻井液密度增加越快，钻井液静液柱压力增加越快；反之，钻井液静液柱压力减少。（2）向钻井液中加入重晶石粉等加重材料或固体处理剂后，钻井液密度增加，钻井液静液柱压力增加。（3）向钻井液中加水或雨水通过泥浆池或泥浆罐进人钻井液中，会使钻井液密度下降，从而钻井液静液柱压力减小。（4）发生油气水侵后，钻井液密度减小，钻井液静液柱压力减小。由于天然气比较轻，因此钻井液气侵会严重影响钻井液密度，使钻井液静液柱压力大幅度下降。（5）钻井液中加人絮凝处理剂，固相颗粒在钻井液罐等地面设备中絮凝沉淀，并被有关设备排除出去，使钻井液密度减小，从而钻井液静液柱压力减小。※钻井液静液柱高度的变化：（1）井越深，钻井液静液柱高度越大，钻井液静液柱压力越大。（2）井深一定，起出一定数量的钻柱后，井眼内的钻井液高度就要下降，钻井液静液柱压力也随之下降。（3）当钻遇易漏层后，钻井液发生漏失，井眼内钻井液高度下降，钻井液静液柱压力下降。（4）开泵过猛，下钻过快而造成井下压力激动，引起井漏，使井眼内钻井液高度下降，从而使钻井液静液柱压力下降。1.2波动压力1.2.1波动压力的定义波动压力是抽汲压力和激动压力的总称。抽汲压力是指由于上提钻柱，而使井底压力减小的压力。抽汲压力值就是阻挠压井液向下流动的流动阻力值。激动压力是指由于下放钻柱，而使井底压力增加的压力。激动压力值就是阻挠压井液向上流动的流动阻力值。1.2.2波动压力给施工带来的危害管柱提升速度快，压井液切力大、粘度大，井眼缩径和钻头泥包都将引起过大的抽汲压力，过大的抽汲压力是引起井喷和井眼垮塌的因素，因此应引起足够的重视。引起过大激动压力的主要因素是下钻速度快，其它影响因素同抽汲压力。过大的激动压力会引起井漏，带来的危害更大1.2.3引起波动压力的主要原因（1）压井液静切力引起的波动压力压井液静止时，粘土颗粒之间要形成网状结构，静止时间越长，网状结构的强度越大，压井液静切力也随之增大。当压井液由静止状态变为流动状态时，必须先克服静切力，然后压井液才会流动。在井内的压井液和钻柱都处于静止状态时，钻柱由静止状态变为运动状态，而压井液却不能在钻柱运动的同时立刻产生流动，必须克服压井液的静切力后才能开始流动。因此下放钻具的开始，为克服压井液的静切力，会使井底压力增加，即产生激动压力；相反，起升钻柱时，会产生抽汲，使井底压力减小。压井液的静切力越大，产生的激动压地和抽汲压力越大。（2）起下钻引起的波动压力起钻时，钻柱在井内的体积不断减小，压井液要充填起出钻柱所空出的空间而向下流动，产生流动阻力，使井底压力减小。下钻时，井内钻具体积不断增加，排挤压井液向上流动，而产生流动阻力，使井底压力增加。（3）惯性力引起的波动压力在起下钻或接单根等作业中，钻柱的运动有加速和减速的过程，从而产生惯性力。引起井内压力波动。加速度越大，产生的波动压力越大。1.2.4减小波动压力对井眼影响的措施（1）控制起下钻速度，不要过快。在钻开高压油气层和压井液性能不好时，更应注意。（2）起下钻具时，防止猛提猛刹，防止过大的惯性力产生的波动压力。（3）要调整好压井液性能，防止因切力、粘度过大产生无穷大的波动压力。（4）要保持井眼畅通，防止钻头泥包、井眼缩径等造成的严重抽汲。1.2.4波动压力的影响因素※抽汲压力的影响因素：（1）起钻时加速度或速度越大，随同钻柱一同上行的钻井液就越多，抽汲压力就越大。无论起钻速度多慢，抽汲作用都会存在，但我们应当尽量减小抽汲作用，并必须使钻井液液柱压力始终能够平衡地层压力。这样才可以防止溢流和井涌。（2）粘度、切力越大，钻井液向下流动的阻力就越大，抽汲压力越大:图2-11抽吸压力的产生（3）井径越不规则，座擦系数越大，钻井液向下流动的阻力就越大，抽汲压力越大。（4）井眼环形空间尺寸越小，胶皮护箍尺寸越大，钻头泥包程度越大，钻井液向下流动的阻力就越大，抽汲压力越大。如果泥包特别严重，钻具与泥包钻头在井眼内就会象一个打气筒或皮下注射器一样将油气水大量抽汲到井内。（5）井越深，钻柱越长，随钻柱一同上行的钻井液就越多，钻具中问和环空中间的钻井液就越不能及时充填空出的井眼空间，因此，抽级压力就越大。最大的抽汲作用是钻头刚离开井底的时候，因此，在起钻前期，很容易把地层流体抽入井内。※激动压力的影响因素：（1）粘度、切力越大，对钻井液产生的流动阻力越大，激动压力越大。（2）井径越不规则，摩擦系数越大，对钻井液的流动阻力越大，激动压力越大。（3）下钻时加速度或速度越大，下入的钻柱体积就越多，被挤出的钻井液体积就越多。钻井液向上流动的速度就越大，由钻井液粘度、切力等引起的流动阻力也越大，激动压力也越大。1.2.5波动压力的形成过程分析（1）抽汲压力的形成过程分析图2—12起钻时钻井液流速分布图2—13激动压力的产生如图2-11，上提钻柱时，钻柱下端会因钻柱上升而空出一部分环形空间，井内的钻井液应该向下流动，迅速充满这个空间，但是由于钻具内壁和外壁与钻井液之间存在有摩擦力巨钻井液具有一定的粘度和切力，从而对钻井液的向下流动产生一定的流动阻力，其结果是只有钻柱内中间的部分钻井液向下流动，而紧靠钻具内外壁的钻井液却附在钻柱上随钻柱一同上行，这部分钻井液失去了对井底的压力作用。从而使井底压力降低。另外，当上提钻柱时，环形空间的钻井液也力图填补因钻柱上升而空出来的井眼空间，但是，由于井壁与钻井液之间也存在有摩擦力，再加上钻井液的粘度与切力，这就又对环形空间的钻井液向下流动产生了一定的流动阻力，其结果是只有环形井眼中间的钻井液能够迅速充满环形空间，而紧靠井壁的钻井液却不能迅速充满空出的井眼空间，这部分钻井液也失去了对井底的压力作用，使井底压力减小（如图2-12）。抽汲压力就是由于上提钻柱而使井底压力减小的压力。抽汲压力值就是阻挠钻井液向下流动的流动阻力值。由于抽汲压力的存在，使得井内钻井液不能及时充满上提钻柱时空出来的井眼空间，这样，在钻头下方就会对地层中的流体产生抽汲作用，而使地层流体进入井内造成油气水侵。（2）激动压力的形成过程如图2—13，下放钻柱时，钻柱下行，挤出钻柱下端的钻井液向上流动，由于井径不规则和钻井液具有一定的粘度与切力，从而对钻井液向上流动产生一定的流动阻力使钻井液难于向上流动，只有克服了这个流动阻力，钻井液才会向上流动。在钻柱下行克服这个流动阻力迫使钻井液向上流动时，井壁与井底也承受了该流动阻力，因此，使井底压力增加，形成激动压力。动压力就是由于下放钻柱而使井底压力增加的压力，激动压力值就是阻挠钻井液向上流动的流动阻力值。1.3环空流动阻力1.1.1环空流动阻力定义流动阻力:在压力的推动下压井液从泵进入循环系统。由于压井液循环及其与所碰到的物体发生摩擦所引起的压力降低。环空流动阻力：循环压井液时，压井液在环空上返。产生的流动阻力作用于井底，使井底压力增加。当停止循环时，流动阻力消失。压井液经地面管汇，沿钻柱向下，通过钻头喷嘴而后沿环形空间上返，当钻井液返至地面进入泥浆池时，处于大气压的情况下，表压为零，数十兆帕的压力损失到循环系统中。损失压力的大小取决于钻井液密度，钻井液的粘度、排量和流通面积，大部分压力损失在钻柱内和钻头喷嘴处。如图2-14所示。1.1.2环空流动阻力的形成过程图2-14井内循环压力损失在钻井过程中，当开泵循环钻井液，钻井液在井眼环形空间上返流动时，由于井径不规则，钻井液具有一定的粘度，切力等因素，从而对钻井液向上流动产生一定的流动阻力，这个流动阻力就是环空流动阻力。在钻井泵克服这个流动阻力迫使钻井液向上流动时，井壁和井底也承受了该流动阻力，因此，使井底压力增加。当停泵钻井液停止循环时，流动阻力消失，井底压力又减小。1.1.3环空流动阻力的影响因素钻井液上返速度越大，井越深，并径越不规则，环空间隙越小，钻井液密度越高，粘度、切力越高，环空流动阻力越大；反之，环空流动阻力越小。环空流动阻力的大小取决于：（1）压井液上返速度；（2）环空间隙；（3）井深和压井液性能。如返速越大、井越深，环空间隙越小，压井液密度和粘度越高，则流动阻力越大。反之，流动阻力则越小。1.4井底压力1.4.1井底压力的定义所有作用在环形空间的压力总合，就是井底压力。这个压力随井下作业不同而变化。1.4.2不同工况下井底压力的计算方法（1）井内钻井液处于静止状态（包括空井、电测、射孔等）时：井底压力=钻井液静液柱压力。（2）下钻时：井底压力=环空钻井液静液柱压力+激动压力。（3）钻进时：井底压力二环空钻井液静液柱压力+环空流动阻力+钻井液中岩屑引起的附加压力。（4）起钻时：井底压力=环空钻井液静液柱压力-抽汲压力-起钻时液面下降而减小的压力。（5）关井时：井底压力=环空钻井液静液柱压力+井口套压+气侵附加压力。（6）压井循环时：井底压力=环空钻井液静液柱压力+环空流动阻力+井口节流阀回压+气侵附加压力。由以上公式可以看出，在钻井液静液