第六章油气井压力控制课件.ppt

《第六章油气井压力控制课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章油气井压力控制课件.ppt（66页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第六章 油气井压力控制 本章主要内容:井眼与地层压力系统 欠平衡压力钻井 井涌的原因、征兆与检测方法 发生井喷的失控的原因 关井方式与关井程序 侵入流体性质的判别 压井恢复井内压力平衡方法,概述 油气井压力控制在钻井过程中对地层压力进行控制。井控的基本要求：1、有效地控制地层压力，防止井喷。2、防止井漏、井塌和缩径等复杂情况的发生 3、有效的保护油气层井控的技术内容：1、地层压力的预测和监测 2、钻井液密度的控制 3、合理井身结构的设计 4、防喷器装置的配置 5、溢流后的正确处理,起钻抽吸，起钻过程中不及时灌泥浆。起完钻后空井时间过长；未及时发现溢流，或发现溢流后处理措施不当；井口未安装防喷器

2、，或承压能力太低；防喷器及管汇安装不符合要求 井身结构设计不合理 对浅气层缺乏足够的认识 地层压力预测不准，泥浆密度偏低 在发生井漏后，没有预防可能发生的井喷 思想麻痹，违章操作。,第一节 井眼地层系统的压力平衡 一、井眼内的各种压力 1、地层孔隙压力 2、地层破裂压力 3、钻井液静液柱压力 4、环空循环压降 5、井内波动压力 抽吸压力：激动压力：,井底有效压力：正常钻进时：起钻时：下钻时：最大井底压力：最小井底压力：安全钻井的压力平衡条件：,地层流体侵入井眼；平衡压力钻井；压裂地层，发生井漏；过平衡压力钻井，地层流体有控制入井眼，欠平衡压力钻井,二、井眼地层系统压力基本关系,安全附加压力；安

3、全附加密度；油井：=1.53.5 Mpa=0.05 0.1 气井：=3.55.0 Mpa=0.070.15,三、平衡与欠平衡压力钻井 1、平衡压力钻井（1）概念：在有效的控制地层压力和维持井壁稳定的前提下，尽可能降低钻井液密度，使钻井液液柱压力刚好等于或略大于地层压力，达到解放钻速和保护油气层的目的，这种钻井方法称为平衡压力钻井。（2）技术关键：地层压力的准确预测 合理钻井液密度的确定,2、欠平衡压力钻井（1）概念：所谓欠平衡压力钻井，即在钻井过程中允许地层流体进入井内，循环出井，并在地面得到控制。在井底有效压力低于地层 压力的条件下进行钻井作业。在井下，允许地层流体进入井内，在井口，利用专门

4、的井控装置对循环出的流体进行控制和处理，这样可及时发现和有效的保护油气层，同时可显著提高钻进速度。（2）技术关键：1）地层孔隙压力和破裂压力的准确预测 2）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3）井口压力控制和循环出井流体的处理 4）起下钻过程的欠平衡 5）井底有效压力的计算与监测 6）井壁稳定 7）完井,（3）欠平衡钻井适用的储层：1、高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏 2、裂缝性油气藏 3、致密性（低孔低渗）油气藏 4、压力衰竭的低压油气藏（4）欠平衡钻井方式（欠平衡产生条件）1、流钻：常规钻井液密度，边喷边钻 2、气体钻井：人工诱导产生欠平衡，包括：（1）空气钻井；（2）雾化钻井；（3）泡沫钻井

5、；（4）充气钻井。,第二节 溢流的侵入及其检测一、有关溢流和井喷的概念 溢流（又称为井涌、静侵）：地层流体（油、气、水）侵入井内，井口返出的钻井液量大于泵入量，或停泵后钻井液从井口自动外溢的现象。井喷：地层流体失去控制地喷出地面。二、地层流体侵入井内的原因 1、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低 2、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低 3、起钻未按规定灌泥浆，或井漏井内液面降低 4、起钻速度过快，引起抽过大，地层流体侵入井内 5、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。统计表明，近70%的井涌或井喷发生在起钻（起完钻）过程中。,三、气侵的特点 1、气侵的途径与方式 岩石孔

6、隙内的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液 气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散 当井底压力小于地层压力时，气层中的气体大量流入或深入井内 2、气侵的特点及危害（1）侵入井内的气体由井底向井口运移，体积逐渐膨胀，越接近地面，膨胀越快，因此，在地面看起来气侵很严重的钻井液，在井底只有少量气体侵入。（2）一般情况下，气体侵入钻井液呈分散状态，井底泥桨液柱压力的降低是非常有限的，只要及时有效的除气，就能有效的避免井喷。,（3）当井底气体形成气柱时，随着气柱的 上升（滑脱上升或循环上升），在井口未关闭的情况下，环境压力降低，体积膨胀变大，替代的钻井液液量越来越多，使井底压力大大降低，更多的气体以更快的速

7、度侵入井内，最终导致井喷。,（4）在井口关闭的情况下，气体在滑脱上升中保持体积不变，因此，其压力亦保持不变，此情况下，井口和井底压力都会逐渐增加，当气体达到井口时，井口承受的压力为地层压力，井底的压力为2倍地层压力，此情况下可能压漏地层，发生井下井喷。因此，在井内气体上升过程中，应逐渐有效控制地放压，使套压小于允许套压。,3、的危害 属剧毒性气体，对人体有极强的损害和设备有较强的腐蚀性，在含 地层进行施工作业时，为了确保人身和设备的安全，井控要求具有一定的特殊性。（1）的物理化学性质 硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫化氢有臭蛋味，其相对密度为 1.176，硫化氢燃点 250 摄氏

8、度，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫，硫化氢与空气混合，浓度达4.3%46%时就形成一种爆炸性混合物。硫化氢的毒性较一氧化碳大五六倍，几乎与氰化物同样的毒性，是一种剧毒性气体。正常条件下，对人的安全临界浓度是 14 PPm（国外标准 10 PPm）,（2）气体的分布 就地下而言，多存在于碳酸盐岩地层中，特别是与硫酸岩伴生的的硫酸盐沉积环境中大量、普遍的存在着硫化氢气体。世界上含 气体最高的地区是美国的南德克萨斯气田，含量高达98%，沙特阿拉伯的油气田大多含有高浓度的硫化氢（10200PPm）我国油田硫化氢气体的含量分布如下：华北油田冀中坳陷赵兰庄气田下第三系孔店组碳酸岩气藏 含量跨度在 1

9、090%。,四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏 含量9.610%新疆塔里木的轮古油田 含量300400PPm,以上地区皆属中高含 地区。克拉玛依油田在南缘的卡10井、西4 井、东湾1井、安4井等都出现过 气体，在红山嘴、八区、稠油区等区块的油田开发过程中也出现过 气体。,（3）注意事项 1、起钻初期一定要控制起钻速度，2、起钻时注意及时灌浆 3、尽可能防止长时间的空井 4、在含气量比较大的地区或气田要有高度的警惕性，下钻时，可采用分段循环的方法排除侵入井内气 体。5、发生井漏时要预防井喷 6、发现井涌后要及时关井，切不可采用循环观察的方 法来确定井内情况。7、在发现井涌时，不要开着井

10、口抢下钻，或者企图把 钻头提到套管鞋内，以免造成井喷。,四、地层流体侵入的检测 1、地层流体侵入的征兆（1）钻速（钻时）加快、憋跳钻、钻进放空（2）泥浆池液面升高（3）钻井液返出量多于泵入量（4）钻井液性能发生变化 密度降低 粘度上升或下降 气泡、氯根离子、气测羟类含量增加 油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓 温度升高 泥浆电导率增大或减小,（5）泵压上升或下降，悬重减小或增大 钻遇高压气层时，井底压力突然升高，导致悬重减小，泵压升高；地层流体侵入钻井液后，钻井液密度降低，浮力减小，悬重增大，泵压减小。（6）起钻时灌不进泥浆或灌入量小于正常值（7）停止循环后，井口仍有泥浆外溢,2、地层流体

11、侵入井眼的检测方法（1）泥浆池液面检测 利用泥浆池液面传感器（2）钻井液返出流量检测 利用泥浆出入口流量计,（3）声波检测 声波在水中的传播速度为 1500m/s，在空气中的传播 速度为340m/s，在气液两相流中的传播速度可以低 于每秒几十米。（4）利用综合录井仪实施监测（5）泵压上升或下降，悬重减小或增大 钻遇高压气层时，井底压力突然升高，导致悬重减 小，泵压升高；地层流体侵入钻井液后，钻井液密度降低，浮力减 小，悬重增大，泵压减小。（6）起钻时灌不进泥浆或灌入量小于正常值（7）停止循环后，井口仍有泥浆外溢,第三节 油气井压力控制 关井与压井井控装置简介：,一、关井程序 利用井口防喷器将井

12、口关闭，井口防喷器产生的回压与环空泥桨液柱压力之和平衡地层压力，防止地层流体的继续侵入。（一）、关井方式及选择 1、硬关井 发生溢流后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。优点：关井程序简单，时间短，地层流体侵入量小。缺点：产生“水击”，使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加，可能超过井口装置的额定压力、套管抗内压强度和地层破裂压力。,2、软关井 发生溢流后，先打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。优点：可避免“水击”现象 缺点：关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量。3、半软关井 发现井涌后，先适当打开节流阀，再关井防喷器，或边开节流阀边关防喷器。特点：适用于井涌速度较高、井口装置承压能

13、力较低、裸眼井段有薄弱地层的情况。关井方式的选择：在溢流速度不高或者井口装置承压能力较高的情况下，可使用“硬关井”，否则，应选择“软关井”或“半软关井”。推荐使用半软关井。,（二）、关井程序（关井步骤）1、钻进时发生井涌（1）立即停止钻进，发出报警信号，停转盘、上提方钻杆到钻杆接头露出转盘面；（2）停泵；（3）适当打开节流阀；（4）关防喷器先关环形、再关闸板；（5）关截流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。,2、起下钻杆时发生井涌（1）发出警报信号并立即停止起下钻作业；（2）抢接回压阀（或投钻具止回阀）；（3）适

14、当打开节流阀；（4）关防喷器先关环形、再关闸板；（5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。,3、起下钻铤时发生井涌（1）发出警报信号，抢接回压阀（或投钻具止回阀）；（2）抢接钻杆；（3）适当打开节流阀；（4）关防喷器先关环形、再关闸板；（5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。,4、空井时发生井涌（1）发出警报信号；（2）适当打开节流阀；（3）关防喷器先关环形、再关闸板；（4）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；

15、（5）打开环型防喷器；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。,关井中应注意的几个问题：1、关防喷器时要先关环型防喷器，再关闸板防喷器；2、关节流阀时，速度不要太快，注意套压不要超过极限允许值；3、关闸板防喷器时，应使钻具处于悬吊状态，不能坐在转盘上，以防止钻具不居中而封不住；4、如确实需要向井内下入钻具，不能在泥浆外溢的情况下敞着井口抢下钻，而应采用上下两个闸板防喷器强行下钻。5、当关井套压大于允许关井套压时，则不能把节流阀全关死，应在保持尽可能高的套压下进行节流循环。,（三）地层渗透率大小的判断 精确判断地层渗透率的大小较为困难，但可根据现场经验进行

16、粗略判断。关井后十几分钟，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是高渗地层；关井后40 分钟以内，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是中渗地层；关井后80 分钟后，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是低渗地层；一般情况下，高压高渗地层，井控难度最大，危险性高；高压中渗和中压高渗地层，井控有一定的难度和危险性；中低压、中低渗地层，井控相对较容易。,（四）“圈闭压力”的释放油水侵时：在关井后，立压和套压达到一定值后趋于稳定。气 侵 时：在关井后，气体在滑脱上升过程中，侵入的气体不能自由膨胀，会带压上升。因此，即使是立压或套压与浆液柱压力之间和达到了可平衡地层压力值以后，立压和套压还可能随时间不断

17、升高。有可能压漏地层或超过设备的承压能力。这种在立压或套压记录上超过平衡地层压力值以后，压力继续升高的增量，称为圈闭压力。为了防止套压超过极限套压，较为准确地确定地层压力，对圈闭压力可进行释放。,释放方法：适当开启节流阀，释放4080升钻井液后，关闭节流阀并观察立管压力变化。若立管压力无变化或略有增高，表明无圈闭压力。此时记录的立管压力即是关井立管压力。若立管压力下降，则继续释放钻井液，直到立管压力不再下降。此时圈闭压力已释放掉，所读取得立管压力就是真实的关井立管压力。在放压过程中，立压的变化滞后于节流阀的动作，因此，释放泥浆后应等待一定时间。（如3000m的井，压力传递路程为6000m）,大

18、约需要2030秒时间。上述方法在实际操作过程中比较复杂，应根据具体情况具体分析。,二、压井液密度计算“U”形管原理 1、关井时的压力平衡关系（静态关系）式中：关井立管压力，钻柱内静液柱压力，地层压力，关井套压，环空内静液柱压力,2、关井立管压力的确定(1)、钻柱中未装钻具回压凡尔时 对于具有良好渗透性的地层，关井1015分钟后地层和井眼之间可以建立起平衡；对于致密性地层建立起平衡所需时间较长。关井等待立管压力趋于稳定后（或圈闭压力释放后），即可分别从“立压表”和“套压表”上分别读取关井立管压力值 和关井套管压力值。,特征曲线取压：关井后每隔24min记录一次立压和套压，绘曲线，拐点读压。,(2

19、)、钻柱中装有回压凡尔时关井立管压力的确定 非循环状态下钻柱内与井底不连通，立压表无显示。不循环法：关井后等待套压相对稳定，记录下套压;不开节流阀，小排量缓慢启动泵，直到套压开始升高 为 时停泵，并记录下此时的立压；计算关井立压：此法适用于不知道泵速及相应循环压耗的情况。,循环法：关井后等待套压相对稳定，记录下套压;启动泵，以压井泵速泵入钻井液，同时调节节流阀保持套压不变，记录此时的立管压力；停泵，关闭节流阀；计算关井立压力：此法适用于已知道压井泵速及相应循环压耗 的情况下。,3、地层压力和所需钻井液密度的计算 地层压力：压井钻井液密度：,油井：气井：,注意：不能用 计算地层压力，因环空钻井液

20、受地层流体污染严重，其密度难以确定。,实际施工中，为安全起见，往往在计算值基础上附加一安全附加值。,三、压井理论与方法（一）压井的概念与原则 压井的目的：恢复井眼与地层间的压力平衡，使井内泥浆液柱压力不低于地层孔隙压力。压井的基本工艺过程：将配置好的具有一定密度的钻井液，采用合适的泵速和泵压泵入井内，替换出井内被污染的泥浆。,压井过程应遵循的基本原则：1、在整个压井过程中，通过调节节流阀的开启度始终保持井底压力稍大于地层压力。井底常压法。2、压井过程中套压不能超过以下压力:1)井口装置的额定工作压力;2)套管抗内压强度的80%；3）套压与环空内的液柱压力之和不能超过地层的最小破裂压力。,（二）

21、压井的基本数据、压井钻井液密度、压井泵速确定 采用低泵速压井：压井排量，L/s；Q 钻进时的正常排量，L/s；采用低泵速的主要目的是便于在压井过程中节流阀和立压的控制。,3、压井立管压力的计算 为保证压井过程中井底压力不变，随着重泥浆的不断入井，立管压力应逐渐降低。（1）压井过程中井底压力的平衡关系 循环时的立管总压力：循环总压耗，Mpa；钻柱内和钻头水眼内循环压耗，Mpa;环空循环压耗，Mpa；,由压力平衡关系可以看出：只要在压井过程中保持等式左侧的值不变就保持井底压力不变。式中唯一可调节和控制的参数就是循环时的立管总压力。由于压井时井眼内的钻井液密度由 变为，因此，循环立管压力从初始循环立

22、管压力 逐渐变化为压井结束时的终了循环立管压力,（2）初始循环立管压力 的确定 初始循环压耗，Mpa；的确定方法：早期实测法 在即将钻达高压层时，要求井队每天上班一开始就用选定的压井排量试循环，记录循环压力，以此作为循环压耗。循环测量法 缓慢开启节流阀并启动泵，控制套压保持关井套压不变；调整泵速使排量达到压井排量，保持套压等于关井套压；读取此时的立管压力为初始循环的立管压力。,（3）终了循环立管压力 的确定 当加重的钻井液循环到井底时，钻柱内的钻井液柱压力已能平衡地层压力，此时关井立管压力 应为 0，系统循环压耗也由泥浆液密度的变化由初始循环压耗 变为终了循环压耗。由于在同一水力系统中循环压耗

23、近似正比于循环介质的密度，所以有：,（4）压井作业时间 压井钻井液从地面到达钻头的时间：单位长度钻柱的容积，L/m；Qr-压井排量，L/s。压井钻井液 充满环空所需的时间：单位长度环空的容积，L/m.,（min),（min),（三）常规压井方法 常规压井方法适用于钻头在井底或接近井底，能正常关井和循环，能通过控制立管压力保持井底压力略大于地层压力的情况。（1）二次循环压井（司钻法）发现溢流关井后，先用原钻井液循环一周排除井内受污染钻井液，然后用配制好的重钻井液进行第二次循环，建立地层井眼系统的压力平衡。（2）一次循环压井（工程师法、等待加重法）关井等候配制压井重钻井液，然后开启节流阀并开泵注入

24、压井液；在一个循环周内用重泥浆将原来的钻井液替出，恢复地层井眼系统的压力平衡。,1、二次循环压井方法（司钻法）施工工序：第一循环周（排出井内受污染的钻井液）缓慢开泵注入原钻井液，调节节流阀使套压等于关井套压；调整泵速达到压井排量，调节节流阀使立管压力等于初始循环的立管压力，保持立管压力等于 不变，直到替换出井内全部钻井液；停泵，并关闭节流阀，此时套压等于关井立管压力值,第二循环周（用重钻井液将原来的钻井液替出）缓慢开泵，调节节流阀保持套压等于第一循环周后的关井套压；调节泵速使排量等于压井排量，此时的立管压力接近初始循环立管压力：调节节流阀，使立管压力在重钻井液由井口到达钻头的 时间内由初始循环

25、立管压力 降到终了循环立管压力：在重钻井液从井底返至地面的时间 内，调节节流阀，保持立管压力始终等于 不变当压井液返至井口时，套压降为零，压井结束,2、一次循环压井方法（工程师法）施工工序：缓慢开泵，调节节流阀保持套压等于关井套压；调节泵速使排量达到压井排量并保持排量不变，此时立管压力等于初始循环立管压力；泵入压井液，调节节流阀使立管压力在 时间内由初始循环立管压力 降到终了循环立管压力；在压井液从井底返至地面的时间 内，调节节流阀，保持立管压力始终等于 不变当压井液返至井口时，套压降为零，压井结束,3、边循环边加重法 压井程序：1)发生溢流关井取的有关数据后，立即缓慢启动泵，调节节流阀使套压

26、等于关井套压保持套压不变，调整泵速达到压井排量，此时立管压力等于或接近初始循环立管压力。2)边循环边加重钻井液，逐步将钻井液密度由 提高到 密度每提高一次（0.01），当其到达钻头时，则循环立管压力降低：3)当钻井液密度提高到，并到达钻头后时，立管压力应降低到，此后保持立管压力不变，直到密度为 的压井液到达井口，压井结束,三种压井方法的比较与选择：关井等候压井的时间：司钻法、边循环边加重法 边循环边加重法 工程师法套压峰值：司钻法 边循环边加重法 工程师法作业难度：边循环边加重法 司钻法、工程师法 工程师法适用于井口装置承压及地层破裂压力较低的情况；边循环边加重法适用于已储备了一定的压井液，且

27、井下有易卡钻地层的情况；司钻法适用于井下有易卡钻的情况。,（四）几种特殊情况下的压井方法 1、钻头不在井底情况下的压井 当钻头不在井底时，关井后地层压力的大小及压井所应采用的泥浆密度不容易准确确定视钻具在井内的长度的大小，所采用的压井方法也有一定区别（1）强行下钻到井底循环压井法 在井口关闭的情况下，强行下钻到井底在强行下钻过程中，应释放掉与下入的钻具体积相同大小的钻井液，并且，当为气侵时，还要考虑气体的滑脱上升过程中的膨胀 强行下钻时通过四通上下的两个防喷器组合进行 一般此方法适用于关井立压和关井套压较低的情况。,（2）不强行下钻到井底循环压井法（顶部压井法）采用重泥浆进行循环压井当钻头离地

28、面较近时，压井钻井液密度可大于地层的破裂强度 这种方法可以减小套压，但不能排出井内侵入的流体。用重浆循环一段时间后，如果立压和套压降到一定程度，可强行下钻到井底，进行压井作业。（？）如果立压和套压降为零，可正常下钻到井底，但密切关注泥浆的反出情况钻具下到井底后关井，通过节流阀，保持立压不变进行循环，排出侵入的地层流体 说明：一般情况下，不论强行下钻，还是正常下钻，一次都不应当 下入太长，因为如果底部含有大量气体，在循环出时，很危险，因 此要采用分段多次循环压井。,2、空井压井（置换法）1、向井内泵入定量的重泥浆；2、关井使其下落，3、释放一定套压，套压减小值小于或等于重泥浆液柱产生的压力 4、

29、重复上述过程；5、当套压降到一定程度后，可强行下钻3、压回法 所谓压回法就是从环形空间泵入压井钻井液，把侵入井内的流体压回到地层中去以不超过最大允许套压作为施工的最高工作压力。此方法使用于空井，套管下得较深、裸眼短，只有一个产层的情况，或者是含 的情况注：此方法要慎用！,4、浅气层压井 在较前的地层钻遇气层发生井涌时，由于其危险性较大，一般不能采用常规的关井节流方法进行压井 浅气层具有如下特点：1、从发现到井喷时间很短；2、当含气量较大时，容易从地表喷出，造成地面塌陷；3、容易形成较高的套压，的压井设备难以满足要求。主要压井方法：l、打入一段超重钻井液控制井涌，根据具体情况决定是否下套管封 隔

30、，封隔器封隔，还是加重钻井液。2、若确认浅气层气量较少，也可采用有控制地节流放喷，使其在短 时间内衰竭，然后再采取相应措施。,5、关井后或压井过程中套压接近极限套压时的处理 此情况是比较危险的原因可能有以下几种：(1)井内套管下入深度大浅；(2)钻遇超高压地层时，泥浆密度大小；(3)井内钻井液污染严重，特别是气侵时；(4)防喷系统承压能力不够 处理方法：1、决不能使套压大于极限套压；2、根据地区经验确定压井泥浆密度(可稍高些)：3、控制节流阀使套压在安全套压范围内(稍小于极限套压)，同时泵入重浆，此情况可加大排量，使环空循环压耗增大，控制地层流体流入井内的速度；当重浆到达环空后，随重浆高度的加大，套压会逐渐下降。注意：重浆密度不能过大，以防压漏地层,井控过程中的错误做法1、发现井涌后不立即关井，采取循环观察；2、发现井涌后把钻具提到套管鞋内；3、起下钻井涌时仍企图起下完钻；4、关井后长时间不进行压井作业；5、压井泥浆密度过大或过小：6、企图敞开井口，使泵入速度大于喷出速度,