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1、,井控技术,高级讲师 张发展 长庆培训中心,2018年10月4日,长庆培训中心,2,2018年10月4日,长庆培训中心,3,2018年10月4日,长庆培训中心,4,2018年10月4日,长庆培训中心,5,井控技术概述,长庆局井控工作的特点 地貌特点 陕甘宁盆地，地域辽阔，地貌复杂，北面是沙漠或沼泽，南面是黄土高原，水源缺乏，一旦发生井喷，所需大量水难以满足。 地下特点 气层埋深一般在32003800m左右，个别井在4000m以上；目的层有压力较高的上古生界砂岩孔隙层、灰岩裂缝层和压力较低的下古生界灰岩裂缝、孔洞发育层，两层在同一裸眼打开，钻井液密度控制范围要求严格。,2018年10月4日,长庆
2、培训中心,6,井控技术概述,井身结构简化 同一直径钻头要钻经多层不同压力地层，裸眼段长，一旦发生井喷失控，易导致既喷又漏、井壁跨塌、卡钻等多种复杂事故的发生，且表层较浅，关井允许套压低，给井底常压法压井带来困难。,2018年10月4日,长庆培训中心,7,井控技术概述,井队分散，远离指挥基地 一旦发生井喷，物资供应及井控干部很难及时到达现场。要求井队独立作战能力强。 产层的产能和压力特点：属低压、低渗、中低产、低孔隙度气田，易造成钻井人员大意。 同一层位处于相近的压力系统 地层压力当量密度受到上覆岩层厚度的影响，气田南北地层压力系数差异较大。北部易出浅层水，南部易发生漏失，给钻井液密度控制和压井
3、作业都带来一定困难。,2018年10月4日,长庆培训中心,8,长庆气田主要层位压力系数,2018年10月4日,长庆培训中心,9,井控技术概述,井喷的危害 在钻井作业中，一旦发生井喷，就会使井下情况更加复杂化，不仅无法正常钻井，而且油气井也有可能造成火灾等重大事故。被迫进行的压井作业，对油气层将造成不同程度的损害。井喷失控后，将使油气资源受到严重破坏，油气井报废，自然环境受到污染。所以，井喷失控是钻井工程中性质严重、损失巨大的灾难性事故。,2018年10月4日,长庆培训中心,10,井控技术概述,井喷失控的危害性可概括为以下八个方面： 打乱全局的正常工作程序，影响全局生产； 使钻井事故复杂化； 极
4、易引起火灾； 影响周围群众的生命安全； 污染周围环境，影响农田=水利和鱼牧业等； 伤害油气层，破坏地下油气资源； 涉及面广，造成不良的社会影响； 严重时造成机毁人亡和油气井报案，经济损失巨大。,2018年10月4日,长庆培训中心,11,井控技术概述,井控的概念 井控 井控是油气井压力控制的简称。 油气侵 油气侵是指在井底压力大于地层压力的情况下，岩屑中的油、气或地层气经扩散作用侵入钻井液的现象。 溢流 地层压力大于井底压力时，地层中的流体在压差的作用下向井内流动，使井内的液体增加，停泵后井口钻井液自动外溢的现象，这种现象称为溢流或井涌。,2018年10月4日,长庆培训中心,12,井控技术概述,
5、井喷 溢流喷出地面的现象称为井喷。井喷分为地面井喷和地下井喷两种。 地下井喷 地层流体侵入井内后从井下流入到其它地层的现象。地下井喷是无法控制的，地下井喷后的流体可沿地层缝隙向上推进，经井场周围的松软地表向外喷出，遇到火源后使井场会变成一片火海。,2018年10月4日,长庆培训中心,13,井控技术概述,井喷失控 井喷发生后，无法用常规方法控制井口和压井而出现井口敞喷的现象称之为井喷失控。 井喷失火 井喷后失去控制的地层流体在地面遇到火源着火的现象称为井喷失火。,2018年10月4日,长庆培训中心,14,井控技术概述,井控的三个阶段 一级井控是指以合理的钻井液密度，满足近平衡压力钻井的要求，防止
6、发生溢流，实现安全钻井的井控工艺。 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。 三级井控是指井喷失控后，重新恢复对井的控制。,2018年10月4日,长庆培训中心,15,井控技术概述,井控工作中“三早”的内容：早发现、早关井和早处理。 早发现：溢流被发现得越早越便于关井控制，越安全。国内现场一般将溢流量控制在1-2m3之前发现。这是安全、顺利关井的前提。 早关并：在发现溢流或预兆不明显、怀疑有溢流时，应停止一切其它作业，立即按关井程序关井。 早处理：在准确录取溢流数据和填写压井施工单后，就应节流循环排出溢流和进行压井作业。,2018年10月4日,长庆培
7、训中心,16,井控技术概述,井控在钻井中的重要性 过去曾存在的两种错误认识和做法 一是用超重钻井液把油气层压死来防止井喷。由于过去井控设备简陋，不能有效地关井。特别是高压油气井、为了防止井喷，使用超重钻井液钻井。只要不井喷，就片面地认为井控工作做好了，至于是否污染油气层、枪毙油气层，则考虑甚少。 二是用井喷的方法发现油气层。使用低于油气层压力的低密度钻井液钻井，试图用井喷发现油气藏。虽然其主观愿望很好，但其结果却相反。井喷后，不仅不能进行正常的钻井作业，而且井喷后的压井作业，不可避免的对油气层造成严重损害。,2018年10月4日,长庆培训中心,17,井控技术概述,井控技术是实现近平衡压力钻井的
8、必要条件 大量事实使人们认识到，只有实施近平衡压力钻井和采用先进的井控技术，才是发现和保护油气层的唯一正确途径，才是提高钻井速度、提高钻井效益、实现安全钻井的重要途径。,2018年10月4日,长庆培训中心,18,井控技术,概述 井筒压力有关计算 一级井控方法 二级井控方法 防喷演习,2018年10月4日,长庆培训中心,19,井筒压力有关计算,地层压力及地层破裂压力 地层压力 压力概念 压力定义 压力也称压强，其定义是单位面积上所受的力。 压力表达式P=F/A 式中： P压力，N/m2； A面积，m2；F作用在面积上的力，N。,2018年10月4日,长庆培训中心,20,井筒压力有关计算,压力的单
9、位 1Pa=1N/m2 1kPa=1000 Pa1MPa=1000 kPa 1MPa=10.194kg/cm21kg/cm2 =98.067kPa 1psi=6.895kPa,2018年10月4日,长庆培训中心,21,井筒压力有关计算,静液压力 静液压力的定义 静液压力定义在静止液体中的任意点液体所产生的压力，用符号表示。静液压力是由液体自身重量产生的，静液压力的大小取决于液体的密度和液体的垂直高度，而与液体的断面形状无关。,2018年10月4日,长庆培训中心,22,井筒压力有关计算,静液压力计算 Ph=gH=0.0098H 式中：Ph静液压力，MPa；g重力加速度，9.8m/s2；液体密度，
10、g/cm3；H液体的垂直高度m。 在陆上井中，H为井深，起始点自转盘转台平面算起；液体密度为钻井液密度，用m表示，单位为g/cm3.钻井液密度数值与钻井液比重数值一样大。,2018年10月4日,长庆培训中心,23,井筒压力有关计算,静液压力梯度 静液压力梯度定义 静液压力梯度定义为单位垂直高度静液压力的变化. 静液压力梯度表达式Gh=Ph/H=0.0098 式中：Gh静液压梯度，MPa/m其他符号同前。,2018年10月4日,长庆培训中心,24,井筒压力有关计算,钻井液液柱压力梯度Gm=Pm/H=0.0098m 式中：Gm钻井液液柱压梯度，MPa/m；其他符号同前,2018年10月4日,长庆培
11、训中心,25,井筒压力有关计算,地层压力 地层压力定义 地层压力是指作用在地层孔隙流体上的压力，用Pp表示。,2018年10月4日,长庆培训中心,26,井筒压力有关计算,正常地层压力等于从地表到地下该地层处的静液压力。即Pp=Ph=0.0098H 地层压力梯度Gp=Gh=0.0098Pp地层压力，MPa；Gp地层压力梯度，MPa/m；地层水密度，（一般为11.07g/cm3）；H地层垂直深度m。,2018年10月4日,长庆培训中心,27,井筒压力有关计算,地层压力的表示方法 用压力Pp的具体数值表示。如：地层深度为1000m时地层压力为10.486MPa。 用地层压力梯度Gp表示。正常地层压力
12、与地层深度成正比，地层深度增加几倍，正常地层压力随着增加几倍；同样，地层深度减小，地层压力也随着减小。它们扩大、减小的规律是：地层压力和地层深度的比值总是一定的。,2018年10月4日,长庆培训中心,28,井筒压力有关计算,地层压力梯度是单位地层深度地层压力的变化量。其计算公式为：G= Pp /H 又因为： Pp=Ph=0.0098H所以：G= 0.0098H / H = 0.0098式中：G地层压力梯度，MPa/m； Pp地层压力，MPa；H地层深度，m。,2018年10月4日,长庆培训中心,29,井筒压力有关计算,对于某地区来说，由于地层水密度是一定的，所以某地区的正常地层压力梯度是一个固
13、定不变的值。正常地层压力梯度能够较直观地表示某地区的正常地层压力。在异常压力地层，同样可以用异常地层压力梯度来表示异常压力地层。,2018年10月4日,长庆培训中心,30,井筒压力有关计算,用地层压力当量钻井液密度e表示地层压力 地层压力梯度消除了地层深度的影响，如果同时消除地层深度和重力加速度的影响，那么，地层压力便可直接用地层压力当量压井液密度来表示，地层压力当量压井液密度就是平衡地层压力所需的压井液密度： e= Pp /(gH) 又因为 Pp=0.0098H e= 0.0098H /(0.0098H )= 式中：e地层压力当量压井液密度，g/cm3。,2018年10月4日,长庆培训中心,
14、31,井筒压力有关计算,用地层压力系数来表示地层压力 当用地层压力当量压井液密度表示地层压力时，人们在叙述时要说某地区正常地层压力为1.07gcm3。为了叙述方便起见，人们往往把单位去掉，而说某地层压力为1.07，这就是地层压力系数。 地层压力系数是指某地层深度的地层压力与该深度处的淡水静液柱压力之比。地层压力系数无单位，其数值等于平衡该地层压力所需压井液密度的数值。,2018年10月4日,长庆培训中心,32,井筒压力有关计算,上覆岩层压力 上覆岩层压力定义任意深度岩层上覆岩层的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Po表示，单位MPa。,2018年10月4日,长庆培训
15、中心,33,井筒压力有关计算,上覆岩层压力计算公式 Po=0.0098H(1-)r+ 式中：Pp上覆岩石压力，MPa；H所求地层的垂直度，m；岩石的孔隙度%；r岩石的密度，g/cm3；岩石孔隙中流体的密度，g/cm3。 从上式中可知，如果地层埋藏的深度越深（H越大），岩石的密度r越大，孔隙度越小，则上覆岩层压力越大。,2018年10月4日,长庆培训中心,34,井筒压力有关计算,基岩应力（岩石的骨架应力） 基岩应力是指岩石颗粒与颗粒之间的压力。 地层压力、基岩应力及上覆岩层压力三者之间的关系Po=Pp+ 式中基岩应力，MPa其他符号同前。 从上式中可知，若地层压力越大（对一个确定的地层，也就是上
16、覆岩层压力一定时），则基岩应力越小，地层越易破碎，所以钻高压地层时，机械钻速发生突快现象。最早人们是依据这一现象防止井喷的。,2018年10月4日,长庆培训中心,35,井筒压力有关计算,压实作用 正常压实 地层沉积物在上覆岩层重量作用下，其颗粒被压紧,地层孔隙减小,孔隙中流体通过孔隙系统的通道向四周或上部被排走.随着上覆重量的增加,对其下沉积物的压实作用增加,孔隙会进一步减小.岩石在压实过程中,孔隙内流体排出的“通道”若能保持一定的容量，即岩层压缩体积等于排出流体的体积时，地层孔隙将保持静液压力。这就是岩石的压实作用。,2018年10月4日,长庆培训中心,36,井筒压力有关计算,欠压实地层 在
17、沉积过程中由于某些原因，如沉积速率过快、地层渗透性差、断层遮挡等，形成封闭的环境。使正常的静液压力沉积环境不能保持，造成岩层孔隙中的液体与外界不连通的隔绝状态，排水过程停止。在这样的压实过程中，排出孔隙水的速率小于沉积的速率。地层没有足够的时间正常压实，同时，由于埋深增加，上覆层载荷继续增加。部分增加的上覆层载荷的作用，以保持地层新的平衡，由于流体具有不可压缩的性质，因此，这时压实作用也就停止。这种情况下，地层为欠压实的，表现为地层孔隙度大于正常压实的孔隙度，地层孔隙中的流体压力高于静压，即形成了超压地层。另外，形成超压地层的原因还有：水热增压、蒙脱土的脱水、渗透及构造作用等。但压实作用是造成超压地层最根本、最主要原因。,
