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1、井控技术,井控技术,钻井过程中，为了将侵入井眼的地层流体安全排出或防止地层流体侵入井眼的一切活动称为井控。 (1)溢流(Overflow)。 返出钻井液流量大于泵入钻井液流量称为溢流，但返出流体不会到达转盘以上。 (2)井涌(Kick) 国内：井口返出流体超过转盘面，但低于二层平台。 国外：地层压力大于井底压力时，在其压差作用下，地层流体进入井眼，这种流体流动称为井涌。 (3)井喷(Blowout) 国内：当井口返出流体超过二层平台时称为井喷 国外：将井涌失控称为井喷。,目录,第一节 井眼与地层压力关系 第二节 溢流与环空气液两相流 第三节 地层流体侵入检测 第四节 溢流关井程序 第五节 压井
2、计算与压井方法,第一节 井眼与地层压力关系,静液压力Pm Pm=9.81mH 式中 Pm井底压力，KPa; m钻井液密度，g/cm； H液柱垂直深度，m。 当Pm=Pp时，为平衡压力钻井(Balanced Drilling)。 钻井液循环时，附加了环空循环摩阻 钻柱或套管提升过程中，产生抽汲压力 钻柱或套管下放过程中，井眼中会产生激动压力,平衡压力钻井,Pb=Pp+p 式中 Pb井底有效压力，MPa; p压力附加值。 油井：p1.53.5MPa； 气井：p3.05.0MPa。 折合为钻井液密度增加量， 油井钻井液密度应增加0.050.10g/ cm； 气井钻井液密度应增加0.070.15g/
3、cm。,第二节 溢流与环空气液两相流 一、地层流体侵入原因,(1)钻井液密度低。 由于地层压力不清楚，钻井液密度设计过低。 (2)环空钻井液液柱降低。 起钻时补灌钻井液不足或发生漏失。 (3)起钻抽汲。 在钻井液循环或静止情况下，井底压力大于地层压力，而提钻产生抽汲后则会造成井底压力小于地层压力。 (4)循环情况下。 井底压力大于或等于地层压力，停止循环后，则井底压力小于地层压力。,第二节 溢流与环空气液两相流 二、环空气液两相流型分布与流动,实际井眼情况，钻井液一般为非牛顿流体，根据进气情况，沿井眼环空气液两相流型可以分为四种情况， （a)微小气量 (b)小气侵量 (c)中气侵量 (d)大气
4、侵量,第二节 溢流与环空气液两相流 垂直井眼环空气液两相流型分布规律,(a)微小气侵量下井眼气体分布规律 整个井眼为泡状流，这种情况在地面可以看到钻井液槽内有气泡 (b)小气侵量下井眼内气体分布规律 在井眼的中下部为泡状流，但在上部为段塞流，这种情况可以在井口看到一股股的干气，并呈喷状。它既可以由(a)情况演变而来，也可能由于地下进气量增加所致。,第二节 溢流与环空气液两相流 垂直井眼环空气液两相流型分布规律,(c)是中气侵量下井眼气体分布规律 在井底为泡状流，但在井眼中上部为段塞流，而在井口为搅拌流。这种情况可以在井口出现连续的喷势，成为较为强烈的井喷，它可由图(b)演变而来。 (d)是大气
5、侵量下井眼气体分布规律。 对于高压裂缝性溶洞性气藏，进入井眼的气体流量大，在井眼的底部可能会出现段塞流，但这并不等于连续气柱，而且差别很大，在井的中上部，将出现搅拌流。在井的上部出现环状流。在地面可以看到强烈的井喷。(c)中的情况如果控制不当，可以导致本种情况,第三节 地层流体侵入检测,一、地层流体侵入井眼征兆 (1)钻时加快； (2)泥浆池液面增高； (3)钻井液返出液流量增加； (4)返出钻井液温度增高； (5)返出钻井液密度变低； (6)返出钻井液电导率变化； (7)返出钻井液粘度变化； (8)循环压力下降； (9)地面油气显示； (10)大钩负荷增大；,二、地层流体侵入井眼的检测法,(
6、1)泥浆池液面检测。 当地层流体侵入井眼后，泥浆池液面将会升高。 目前泥浆池液面检测是地层流体侵入检测的主要方法。 (2)返出钻井液流量检测法。当环空钻井液返出量大于泵入量时，可考虑溢流。多用挡板流量计测量钻井液返出流量。测量钻井液在返出管线的充满度，计量精度差。 (3)声波气侵检测法。,声波在气液两相流传播速度模型： 式中a声波在气液两相流中传播速度，m/s; mixgm（-） mixgm（-） 截面含气率(0)； g气体密度，kg/m；m液体密度，kg/m； g气体压缩系数； m液体压缩系数。,在工程上，常用简化的伍德公式 式中P气液混合物压力，Pa。 实验表明，本方法比上述两种方法检测到
7、气侵提前很多时间，为及早井控与安全钻井提供了依据。,第四节 溢流关井程序,一、关井方式分类 1硬关井 硬关井是在节流阀关闭的情况下关闭防喷器 本方法关井最迅速，地层流体侵入井眼最少。 2软关井 软关井是先打开节流阀，再关闭防喷器。本方法对井口装置及环空水击作用最小。但由于其关井时间长，地层流体侵入量也最大。 3半软关井 半软关井是先适当打开节流阀，再关闭防喷器。 本方法介于硬关井与软关井之间。,二、关井方式选择,(1)硬关井适应下列情况 井口溢流速度不高； 盐水侵入量越大，井壁越不稳定，应尽可能采用本方法； 井口装置能够承受较大压力。 (2)软关井适应下列情况： 井口溢流速度过高； 井口装置承
8、压较低； 地层破裂压力过低。,三、半软关井步骤 1.钻进中发生溢流,(1)发出信口，停转盘，停泵； (2)上提方钻杆； (3)适当打开节流阀； (4)关防喷器； (5)关节流阀，试关井，如果关节流阀时，井口套压剧烈上升，不一定马上关闭节流阀，可适当放喷。 (6)迅速向队长或钻井技术人员报告； (7)认真观察、准确记录立管和套管压力及泥浆池增减量。,2.起下钻杆时发生溢流,(1)发出信号并停止起下钻作业； (2)抢接回压阀(或投钻具止回阀)； (3)适当打开节流阀； (4)关防喷器； (5)关节流阀，试关井； (6)迅速向队长或钻井技术人员报告； (7)认真观察、准确记录立管和套管压力及泥浆池增
9、减量。,3起下钻铤时发生溢流,(1)发出信号，抢接回压阀(或投钻具止回阀)； (2)抢接钻杆； (3)(3)(7)同上。 如果需要采用硬关井，可省略掉上述关井步骤(3)：如果需要采用软关井，则将上述关井步骤(3)改为将节流阀全打开。 如果地层流体侵入检测及时，一般可推荐硬关井方式。,第五节 压井计算与压井方法,压井基本目的 是不让地层中流体继续进入井眼，并且还必须把地层进入井眼中的流体要么安全地排出井眼，要么安全地再压回地层。井底常压法是完成上述目的的方法之一。 要求在压井过程中，井底压力始终略大于地层压力，并且通过控制节流阀、合适的钻井液密度使井眼内地层进入的流体循环排出，既不损坏井口装置及
10、套管，又不压裂地层，压井循环结束后,第五节 压井计算与压井方法 一、“U”型管原理,关井期间“U”型管原理图当井底压力与地层压力之差为零时， 则 d+md=p=a+ma （） 式中d关井立管压力，MPa; md钻柱内静液柱压力，MPa; p地层压力，MPa； a关井套压，MPa； ma环空内气液混合静液柱压力,MPa。,Pd,Pa,Pp,Pmd,Pma,二 钻柱中未装钻具回压凡尔时 测定关井立压与套压,1.气侵情况 (1)关井立压与套压上升理论分析 对于气侵,刚关井时 环空内为含气钻井液,钻柱内为纯钻井液,钻柱顶部有一小段无钻井液.由于地层压力大于井底压力,地层中气体继续侵入井眼.气体进入环空
11、并通过水眼进入钻柱内，滑脱上升。因水眼尺寸小，进入钻柱内气体就少。 关井初期 井底压力与地层压力负压差大，地层流体侵入速度快。进入井眼中的流体一方面压缩了环空中的气体，一方面填补了钻柱中无钻井液段，并将地层压力传向立压与套压。随着地层流体继续侵入，立压与套压将同时上升。,地层流体进一步进入井眼，使立压与套压进一步升高，并使井底压力与地层压力负压差进一步减少，从而导致地层流体侵入越来越缓慢。 当立压与套压达到一定值时，井底压力将等于地层压力，此时地层流体将不再进入井眼。 对于气侵来说，由于环空与钻柱内均含有气体，气体仍将继续滑脱上升，而液体下移，从而使立压与套压继续升高。立压与套压升高的速率依赖
12、于此时含气量、气液两相流流型、液相流变性等。,(二) 钻柱中未装钻具回压凡尔时 测定关井立压与套压,随着立压与套压继续上升，井底压力也将随之增加。当井底压力高于地层孔隙压力与地层孔隙流动阻力之和时，井眼内的井底流体将会返流入地层中，这样就使得井眼中气体有膨胀的空间。因此在气体上升过程中，其携带的压力就有所释放，从而减慢了立压与套压上升速度与可能上升的最大值；也即关井期间气体滑脱上升过程中，井眼并不是一个刚性的密闭空间。 井眼内的井底流体返流入地层的情况常见于高渗地层、连通性好的裂缝性与溶洞地层。但由于一般地层孔隙流动阻力较大，特别是钻井液泥饼的屏蔽作用，使得井底流体返流入地层的量一般不会太大。
13、 对于低渗地层，井底流体返流入地层情况较少见。由此可见，对于气侵情况，随着关井时间增加，井底压力可以高于地层压力，即 d+md= p+Ppc =Pa+Pma 式中：Pmd钻柱内气液混合静液柱压力，a。； Ppc井底流体返入地层孔隙流动阻力，a。,Ppc与地层污染情况、地层渗透性等油藏特征有关。对于高渗透性、比较发育的裂缝性油气藏，Ppc 值小。 上式表明： 气侵关井后，不仅环空内钻井液中含气，钻柱内钻井液中也含气。一般情况下后者含气率比前者含气率低。但当关井时间很长时，二者差别将减少。如果环空内钻井液中含气率与钻柱内钻井液中含气率相近，那么 Pmd=Pma并且a=d,气侵后关井 立压与套压相接
14、近的情况分析。,第一种情况 钻柱内含气少，同样说明在环空内含气也少,井控相对容易； 特点 立压与套压始终接近 第二种情况 关井时间长，钻柱内液体有时间与地层气体进行置换，导致钻柱内含气量增加，井控相对困难。 开始套压上升明显快，并且与立压差值偏大；较长时间后，立压上升变快，并且与套压值接近。,对于高渗透性及裂缝发育的气层，关井压力平衡后井眼内液体与地层气体可以不断交换，致使环空内与钻柱内气体越来越多，而液体越来越少。由于地层压力是基本不变的，则液柱压力越来越小，而立压套压将越来越高，其变化速率依赖于油藏情况、井眼情况及钻井液情况。有时现场也发现，气侵关井后立压与套压较长时间是呈上升趋势。,（）
15、关井立压与套压测定,根据下式 d+md= p =Pa+Pma 如果能准确判断井底压力等于地层压力的时刻，并读取此时立压值，由于钻柱内钻井液密度已知，地层压力就能够准确确定。,确定井底压力等于地层压力的时刻,绘制理想的气侵关井后立压与套压变化曲线,发现气侵后，在。时刻停泵，然后将方钻杆提到转盘上面，1时刻关井。之后，套压开始上升，而立压将延迟一段时间后上升。 对于高压高渗透性油气藏及裂缝发育的油气藏，地层气体侵入速度快，在。时刻立区开始上升，并且立压与套压上升快，其对应曲线斜率高。在5时刻，立压与套压相对稳定，认为地层流体停止进入井眼。,对于中压中渗透性油气藏 时刻关井后，套压上升；在3时刻，立压开始上升。由于地层气体侵入速度较高压高渗情况慢，故t32，且立压与套压上升速度慢，相对稳定。在6时刻，认为地层流体停止进入井眼，则65。 对于低压低渗油气藏 43，且76，且所对应的立压与套压上升度慢，相对稳定慢。 鉴于以上分析，简单地用关井后多少时间取关井立压与套压是不合适的。宜作出曲线，根据曲线特征求取关井立压与套压。,关井取压具体步骤为：,每隔记录一次立压与套压 以时间为横坐标，以立压、套压为纵坐标，作曲线
