小井眼的井控方法动态压井法

小井眼的井控方法动态压井法由于井眼变小，尤其是环空体积大大缩小（大约是常规井的十分之一），在小井眼钻井过程中井控具有其特殊性。其原因主要有两个：第一，小井眼环空体积太小，对井底溢流的监测比常规井敏感；第二，常规的压力损失计算模式和传统的压井方法不一定适应。为分析和解决小井眼井控问题，选用如图5-12所示的常规井和小井眼井进行两个系统间的比较。1.1小井眼钻井过程中井控的特殊性分析1.1.1环空体积小的影响环空体积小是小井眼井与常规井之间最显著的差异。从井控观点来考虑，当发生溢流时，地层侵入井中流体的高度对井控形势的严峻性是非常重要的。侵入的流体柱越高，井控问题则越严重。[实例]考察一下如图5-12所示的2438．4m深的常规井和小井眼井中溢流为0.318m3气体的后果。在常规井中，0.318m3的气体将占据12.21m高的环空，使井底静液压力降低为0.103MPa，但在小井眼中，则占据了111.3m高的环空，使井底的静液压力降低约0.827MPa。图5-12常规井和小井眼井井身剖面图1-φ141.50mm井眼；2-φ339.73mm套管；3-φ311.15mm井眼；4-φ241.48mm套管；5-φ215.90mm井眼；6-φ141.30mm钻杆；7-φ215.90mm井眼；8-φ177.80mm套管；9-φ152.40mm井眼；10-φ127mm套管；11-φ111.13mm井眼；12-φ93.98mm钻杆；由于从井底循环到井口过程中气体要膨胀，为保证钻井液对井底的压力不变，就必须要增加井口的套管压力。小井眼井上高出的套管压力（1.965MPa）是由于井中多出了274m高的气柱。各井上作用的套管鞋压力是457.2m处静压力与井口套管压力之和。在常规井中，套管鞋压力接近7.79MPa或1.737g/cm3当量钻井液密度，而在小井眼中，套管鞋处压力约为9.756MPa或2.168g/cm3当量钻井液密度。如图5-13。1.1.2系统压力损失的影响掌握系统压力损失是小井眼井控的关键，有关测试数据表明，小井眼中的压力损失分布与正常井是相反的。在正常井中，大约90％的泵压损失在钻柱内及钻头处。而在小井眼中，泵压的90％损失在环空。传统的环空压力损失计算方法对小井眼也是不适用的，而且钻柱在井内的偏心度对小井眼环空压力损失也有很大影响。图5-13常规井和小井眼气柱上升比较1-气柱顶=457.20m；2-气柱底=503m；3-气柱底=911.4m；4-φ208.28mm井眼；5-φ111.03mm井眼；6-1.018g/cm3的泥浆；7-0.275g/cm3的气体小井眼中的环空压力损失在钻井及井控过程中有正反两方面的影响：一方面，大的环空压力损失可用来实施动态压井技术达到井控目的；另一方面，对某些弱地层或低压层可能造成井漏。在实际钻井过程中，这个大的环空压力损失是不可避免的。在井控问题上，我们应尽量利用这个大的环空压力损失。1.2小井眼的井控方法——动态压井法1.2.1动态压井法的概念在循环过程中用环空摩阻损失控制地层压力的压井方法叫动态压井法。而传统的压井法是用地面阻流阀来对地层施加一定压力达到平衡地层的目的。小井眼最关键的井控问题是及早发现溢流，即在少量溢流时就能发现，以保证正常压井，在压井过程中不致使套管鞋处于危险压力状态。1.2.2溢流检测方法传统的溢流检测方法是观察并测量钻井液池体积的变化，这种方法的灵敏度取决于计量设备及仪器的精确度。在正常井的钻井过程中，一般来说地面钻井液多出2.4m3左右的量并不算异常，但这2.4m3的多余量在小井眼里问题就严重了。在小井眼钻井过程中要求能发现小于0.16m3的溢流量，这样靠测量地面钻井液体积变化，灵敏度是远远不够的。要解决这个问题，可以在泵的吸入口或立管及井的出口安装电磁流量计，在钻井过程中，经常观察流量变化，最好能把入井流量、出井流量及地面钻井液体积随时间变化作出曲线图。从图中曲线的变化就可以及时发现溢流。用流量计测流量的变化来发现溢流比测量地面钻井液体积变化效果要好得多，流量计不仅精确，而且反映速度快。从仪表读数不一定能明显地立即反映出井下溢流，但把读数实时地作出曲线图，从曲线的变化就可立即发现井涌。图5-14所示的是将流入及流出钻井液的计量读数与钻井液池钻井液体积测量结果一起作在一张图上进行对比。从图中可看出，采用钻井液池钻井液体积测量方法比采用流量计显示溢流量滞后一段时间。正常钻井一般不这样用流量计，而小井眼钻井液过流断面小，流量低，适合用电磁图5-14计量钻井液流入流出量监测溢流曲线图流量计。1.2.3动态压井法的基本原理图5-15在小井径井中用动态法和司钻法压井时套管鞋处的压力比较压井法与传统的压井法（司钻法、等待加重法）相比有它的优越性。动态压井法压井速度快，在压井过程中套管鞋处压力小，而且压井操作简便。在一般情况下，在发现溢流以后，只要把排量增加到一定值就可以控制溢流，在加大排量时要考虑地面管汇、泵、裸眼段破裂庄力及预测的地层压力等限制条件。若在低转速或低泵速情况下发生溢流，只要把转速或泵速恢复到正常值就有可能控制住溢流，若起下钻过程中发生溢流，要视具体情况而定。图5-15显示出了用动态压井法及司钻法压井时套管鞋处的压力差别。用动态法压井时，并非套管鞋在任意井深都承受较高的压力，而是套管鞋位置越深，压井时套管鞋处的压力变化越小。实施动态压井时，首先应加大排量以增加对地层的平衡力，使溢流减少到最低限度，其次是上提钻柱，打开阻流管线，关防喷器。动态压井法与传统的压井法相比，套管鞋处压力最小，压井过程中，井眼中任何深度对地层的平衡力等于这一深度的静液柱压力加上这一深度到井口的环空压力损失。而传统的压井法是用地面阻流阀来对地层施加一定压力达到平衡地层的目的。某一深度对地层平衡力等于这一深度的静液柱压力加上地面阻流阀的压力，若钻井液密度一定，某一深度到地面的环空压力损失一般小于阻流阀压力，那么这一深度的动态压井法压力就小于传统压井法压力，这样在压井过程中就减少了地层破裂的机会。在钻井设计时，井控方法的选择要根据预测的地层压力及各深度所能达到的环空压力损失，所能达到的环空压力损失取决于井径、钻柱尺寸、深度、钻井液性能及泵的性能，这些参数除井径外其它都是可以控制的，而井径可由钻头尺寸及井壁冲刷情况来确定。在钻井过程中要确定实际的环空压力损失，要定期进行实际环空压力损失试验，就象传统压井法要求每次接班开始要进行低泵速循环损失试验一样。当钻头接近井底时，缓慢开泵使排量从零逐渐增到最大，