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1、欢迎参加井控学习 一 概述二 井眼和地层之间的相互关系三 溢流的原因 预防及检测四 关井五 天然气溢流六 压井教师 胡晓芬 井控技术 第一节概述 一 井控技术发展回顾二 井控及其相关概念三 井喷失控的原因及危害四 井控工作的 三早 一 井控技术发展回顾五十年代喷射钻井的出现与发展 推动了钻井事业的迅猛前进 六十年代近平衡压力钻井及井控技术的问世与应用 更为钻井的飞跃注入了新的活力 这两项技术的成功推广应用 为科学化钻井奠定了坚实的基础 在此基础上 先后发展起来的油气层保护技术 综合录井技术 地层压力检测 取心 事故处理 钻井液与完井液 完井固井 测试等各项专业技术 以及相应钻井装备 工具及仪表
2、的进的进一步完善发展 为当今钻井的飞速发展起了十分重要的作用 我国引进与应用上述两项基础技术与美国等发达国家相比 推迟近20年 虽然如此 我国石油行业实行自力更生 改革开放政策 科学化钻井的发展受到各方面的重视与关注 其发展速度 推广应用新工艺 新技术的普及程度以及在钻井生产中获得的显著效益 是十分惊人的 井控技术是科学钻井的重要内容之一 是实施近平衡钻井和欠平衡钻井作业时 提高钻井速度 防止井喷 安全钻井的关键和保障 二 井控及其相关的概念 井控的概念1 井控的概念井控 即对油气井压力控制的简称 2 井控方式人们根据溢流的规模和采取的控制方法不同 把井控作业分为三级 即一级井控 二级井控 三
3、级井控 一级井控 初级井控 主井控 是依靠合理的钻井液密度 正确的技术及操作措施 满足近平衡压力钻井的要求 防止溢流的发生实现 安全生产的井控工艺 实质 近平衡安全钻穿油气层 二级井控是指及早发现溢流 迅速实现对井口的控制 用压井工艺重建井内压力平衡的井控工艺 实质 关井 压井 三级井控是指井喷失控后 重新恢复对井的控制 一般地说 要力求使一口井经常处于初级井控状态 同时做好一切应急准备 一旦发生溢流和井喷能迅速地做出反应 加以处理 恢复正常钻井作业 与井控有关的概念 1 井侵地层流体 油 气 水 侵入井内 称之为井侵 最常见的井侵为气侵和盐水侵 2 溢流当井底压力小于地层压力时 地层流体侵入
4、井内 推动井内钻井液上返 井口返出的钻井液量比泵入量大 停泵后井口钻井液自动外溢的现象叫溢流 3 井涌溢流进一步发展 钻井液涌出井口的现象叫井涌 4 井喷当井底压力远小于地层压力时 地层流体大量涌入井筒并喷出转盘面的现象叫井喷 井喷流体自地层经井筒喷出地面叫地面井喷 从井喷地层流入其它低压地层叫地下井喷 5 井喷失控井喷发生后 无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象称为井喷失控 总之 井侵 溢流 井涌 井喷 井喷失控反应了地层压力与井底压力失去平衡后井下和井口所出现的各种现象及事故发展变化的不同严重程度 三 井喷失控的原因及危害井喷失控的原因 起钻抽吸 造成诱喷 起钻不灌钻井液或没有灌满 不能
5、及时准确的发现溢流 发现溢流后处理措施不当 比如有的井发现溢流后不是及时正确的关井 而是继续循环观察 致使气侵段钻井液或气柱迅速上移 再想关井 为时已晚 井口不安装防喷器 井控设备的安装及试压不符合 石油与天然气钻井井控技术规定 的要求 井身结构设计不合理 对浅气层的危害性缺乏足够的认识 地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料 造成使用的钻井液密度低于地层孔隙压力 空井不能时间过长 又无人观察井口 钻遇漏失层段发生井漏未能及时处理或处理措施不当 相邻注水井不停注或未减压 钻井液中混油过量或混油不均匀 造成液柱压力低于地层孔隙压力 思想麻痹 违章操作 井喷失控的危害井喷失控是钻井工程中性质严重
6、损失巨大的灾难性事故 其危害概括为以下几个方面 打乱全面的正常工作次序 影响全局生产 使钻井事故复杂化 恶性化 井喷失控易引起火灾和地层塌陷 影响周围千家万户的生命安全 造成环境污染 影响农田水利 渔场 牧场 林场建设 伤害油气层 破坏地下油气资源 造成机毁人亡和油气井报废 带来巨大的经济损失 涉及面广 在国际 国内造成不良的社会影响 降低企业形象 四 井控工作中 三早 内容早发现 溢流被发现越早越便于关井控制 越安全 现场一般将溢流量控制在1 2m3发现 这是安全顺利关井的前提 早关井 在发现溢流或预兆不明显 怀疑有溢流时 应停止一切作业 立即按关井程序关井 早处理 在准确录取溢流数据和填写
7、压井施工单后 就应节流循环排出溢流和进行压井作业 第二节井眼与地层之间的压力及其平衡关系一 压力基本概念二 井眼与地层压力关系三 钻井液密度的确定 一 有关压力的基本概念1 压力压力是指物体单位面积上所受的垂直力 常用单位帕斯卡 Pa 千帕 kPa 兆帕 MPa 1Pa 1N m21kPa 1 103Pa1Mpa 1 106Pa它与过去的工程大气压的换算关系是 1MPa 10 194kgf cm2或1kgf cm2 98 067kPa英制中 压力的单位是每平方英寸面积上受多少磅的力 psi 1psi 6 895kPa 7kPa如 3000psi 21MPa或1巴 bar 0 1MPa 2 压力
8、梯度压力梯度指的是每增加单位垂直深度 压力的变化量 Gp P Hp g 式中Gp 压力梯度MPa m P 压力Mpa Hp 深度 公制中g 0 0098m s2英制中g 0 052ft s2如 钻井液液柱压力P 0 052 H3 压力的表示方法 1 用压力的具体数值来表示 如 10 486MPa 2 用地层压力梯度来表示 10 486kPa m 3 用当量密度来表示 1 0g cm3 p Pp gH 4 用压力系数来表示 如 1 0压力系数是某点压力与该深度处淡水的静液压力之比 数值上与当量钻井液密度相同 只是无量纲 二 井眼与地层间各种压力概念1 静液压力Pm静液压力是指静止的液体重力产生的
9、压力 钻井中的静液压力实际上是钻井液液柱压力pm 或称浆柱压力 Pm 0 0098 mH式中 m 钻井液密度 g cm3 H 钻井液液柱垂直高度 m Pm 钻井液液柱压力 MPa 2 地层压力Pp地层压力是指作用在地层孔隙内流体上的压力 也称地层孔隙压力 其计算公式为 Pp 0 0098 pHp式中Pp 地层压力 MPa p 地层压力当量密度 g cm3 Hp 地层垂直高度 m 地层压力的分类 1 正常地层压力 正常情况下 地下某一深度处的地层压力等于地层流体作用于该处的静液压力 地层流体密度通常为1 0 1 07g cm3 2 异常高压 地层压力大于正常地层压力的上限 称为异常高压 即 p
10、1 07g cm3 当地层孔隙中的流体被封闭层或隔层截断时 它必须支撑上部岩层的一部分重量 岩石重于地层流体 所以 地层压力将超过静液压力 3 异常低压 地层压力低于正常地层压力的下限 称为异常低压 这种情况发生于衰竭的产层和大孔隙的老地层 即 p 1 0g cm33 上覆岩层压力P0 1 上覆岩层压力的定义任意深度岩层的上覆岩层压力是指上覆岩层的岩石骨架及孔隙中流体的总重量所产生的压力 用P0表示 单位为MPa 2 计算公式P0 M PP 0 0098H 1 r 式中P0 上覆岩层压力 MPa M 基体岩石重力 MPa PP 地层孔隙压力 MPa H 所求地层的垂直深度 m 岩石的孔隙度 r
11、 岩石的密度 g cm3 岩石孔隙中流体的密度 g cm3 或G0 GM Gp式中G0 上覆岩层压力梯度 kPa m 平均约为22 625kPa m GM 基体岩石压力梯度 kPa m GM 12 104kPa m Gp 孔隙压力梯度 kPa m 若盐水密度为1 074g cm3 则为10 516kPa m 4 地层破裂压力Pf1 地层破裂压力定义是指某一深度地层抵抗水力压裂的能力 当作用于井内某一地层的水力压力达到一定值时 地层原有的裂缝扩大延伸或无裂缝的地层产生裂缝 此压力值就是该地层的破裂压力 Pf 0 0098 fHf或Gf Pf Hf 0 0098 f 从钻井安全角度讲 地层破裂压力
12、越大 地层抗破裂强度就越大 越不容易被压漏 钻井越安全 一般情况下 地层破裂压力随着井深的增加而增加 所以 上部地层 套管鞋处 的强度最低 易于压漏 最不安全 在设计时应保证下入足够深度的套管以提高上部裸眼井段的地层破裂压力 2 实测地层破裂压力试验目的 1 检查注水泥作业的质量 每层套管注完水泥并钻掉水泥塞后 再钻1米新井眼 进行液压试验 检查套管鞋处水泥封闭质量 2 实测地层破裂压力 钻至套管鞋以下第一个砂层即可进行液压试验 因为砂岩层的破裂压力梯度值一般较页岩层小 液压试验时 套管鞋处地层所受静液压力梯度比其下部其它地层为大 而套管鞋处地层压实程度一般又较其下部地层差 容易被压漏 故以套
13、管 鞋以下第一个砂层为试压地层 液压试验步骤和方法井眼准备 钻开套管鞋以下第一个砂层后 循环调整钻井液性能 尤其是试验密度 使钻井液密度均匀稳定 一般钻3 5米 最多不超过10米新井眼 将钻头提至套管鞋内 关封井器 一般关半封闸板防喷器 缓慢启动泵 以小排量0 8 1 32L S向井内泵入钻井液 用水泥车或柱塞泵 如排量过大 地层可能突然断裂 钻井液很快漏失 难以确定漏失压力 准确记录不同时间的泵入量和立管压力 当井内压力不再升高并有下降时 停泵 记录数据后 从节流阀泄压 在直角坐标系中作出立管压力与泵入量的试验曲线 如果泵速不变 也可作出立管压力和泵入时间的关系曲线 如图所示 0 从图上确定
14、各个压力值 漏失压力P 即开始偏离直线的点所对应的压力值 此点之后的压力仍然上升 破裂压力Pf 即压力最大值之点 此点之后压力下降 传播压力P 即压力趋于平缓之点 我们以漏失压力来计算地层的破裂压力 地层破裂压力当量密度 f 的计算 f m试 PL 0 0098Hf式中 f 破裂压力当量密度 g cm3 m试 试验所用的钻井液密度 g cm3 PL 地层漏失时的井口压力 MPa Hf 套管鞋处垂深 m 确定最大允许钻井液密度 考虑安全附加压力 实际允许的最大钻井液密度应小于地层破裂压力当量钻井液密度 通常表层套管取安全附加压力S 0 06g cm3 技术套管取安全附加压力S 0 12g cm3
15、 则 表层套管以下 f 0 06 g cm3技术套管以下 f 0 12 g cm3 5 波动压力 1 波动压力的定义它是激动压力和抽吸压力的总称 抽吸压力是指 当井内钻柱向上运动时 钻井液应向下流动 但由于钻井液的特性致使它与井壁 钻柱壁均有一定的粘滞作用而产生流动阻力 这个力方向向上 其结果是使井底压力降低 钻头泥包时 抽吸压力最大 激动压力是指 当钻柱向下运动时 钻井液被挤向上行 它与井壁和钻柱壁产生流动阻力 这个力的方向向下 致使井底压力增加 2 波动压力对钻井安全的影响由于钻井液具有一定的粘度和切力 当快速提升钻柱 尤其是出现缩径 钻头泥包 时 都将引起过大的抽吸压力 当抽吸压力达到一
16、定值时就会引起井喷或井眼垮塌 因此应引起足够重视 当下钻速度过快时 同样会引起过大的激动压力 造成井漏 影响井眼安全 3 引起波动压力的主要因素 钻井液静切力 起下钻速度 惯性力 4 减小波动压力对井眼影响的措施 严格控制起下钻速度 防止速度过快 尤其是钻头在井底附近时 更应高度重视 起下钻具时 严禁猛提猛刹 防止产生过大的惯性力和波动压力 起钻前充分循环钻井液 使其性能均匀 进出口密度差小于0 02g cm3 同时调整好钻井液性能 因切力 粘度过大产生较大的波动压力 应保持井眼畅通 防止缩径 泥包等引起严重抽吸 6 环空流动阻力循环钻井液时 钻井液在环空产生的流动阻力作用于井底 使井底压力增加 停泵后 流动阻力消失 其影响因素有 钻井液上返速度 井深 井径是否规则 环空间隙 钻井液密度 切力等 7 井底压力井底压力是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力 在钻一口井的各种作业中 压力始终作用于井底和井壁 且大部分来自于钻井液液柱压力 另外还有泵提供的环空流动阻力 这个值较小 此外还有激动压力 抽吸压力 地面回压等 井底压力随钻井作业工况不同而变化 1 静止状态井底压力 环空静液压力
