油气井压力控制油气井压力控制Lesson 11 Well Control 11.111.1地层压力、破裂压力及坍塌压力地层压力、破裂压力及坍塌压力 •一、地层压力的有关概念一、地层压力的有关概念 (the Concept of Formation Pressure) 1、静液压力:渗透性地层中液体液柱重量引起的静液柱压力 式中 Ph——深Ｈ处的静液压力，Pa； ρ——液体密度，kg/ m3 ； 地层水密度：1.3×103～1.07×103 原油密度：0.88×103 泥浆密度：1.04×103～2.35×103 水泥浆密度：1.8×103～1.9×103 H——液柱垂直高度，m 2 2、、上覆岩层压力上覆岩层压力( (Overburden Pressure)Overburden Pressure) ——覆盖在某一深度处地层以上的地层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成的压力 式中 Po——上覆岩层压力，Pa； H——该处垂直深度，m； ρ——岩石孔隙中流体的密度， kg/ m3 ； Φ——岩石孔隙度，％； rm——岩石密度，。
3、地层压力Pp（Pore Pressure) ——某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流体的压力 连通体系：Pp＝Ph 封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层 异常高压：地层压力高于正常压力； 异常低压：地层压力低于正常压力； 正常压力标准：1.0～1.07g/cm3淡水或盐水静液柱压力 4、、异常高压起因异常高压起因-the Case of Abnormally PressureØ由静液柱压力引起的压力异常Ø由欠压实（圈闭）引起的高压 a、垂直方向 b、水平方向 压力圈闭＋压实─→异常高压─→阻碍压实─→欠压实 5、异常高压预报-the Forecast of Abnormally Pressure （1）地震资料（地震层速度法） （2）钻井资料 (dc指数法) （3）测井资料 （声波时差法） 二、地层破裂压力二、地层破裂压力( (Formation Fracture Pressure)Formation Fracture Pressure) • 1、定义：使地层受压破裂的最低压力（1.6～2.4 07g/cm3 ）• 2、因素：埋藏深度，地质年代，覆盖压力，地层压力，岩石性质，岩石应力状态，岩石压实程度 3 3、、确定方法确定方法 （1）公式估算法 休伯特（Hubbert）法 马修斯（Matthews）法 伊顿（Eaton）法（2）液压试验法 a 关闭环形空间 b 小排量（0.66～1.32L／s） c 记录灌注液量和立管压力 立管压力突降（峰值）——漏失压力P1 Gf——地层破裂压力梯度，kpa/m。
三、地层坍塌压力三、地层坍塌压力 ——当井眼压力小于某一压力值时，井壁岩石在地应力的作用下发生变形破裂，此时的压力称为坍塌压力 四、压力的表示方法四、压力的表示方法 1、压力值形式表示 公制 Mpa，Kpa，Pa； 英制 psi 1 MPa=103 KPa= 106 Pa； 1 MPa = 145 psi； 2、压力梯度 单位长度（深度）压力增长值 Gh=Ph/H 3、当量泥浆密度 ——某一点处的压力与某一密度的泥浆在该深度处的静液压力相等，则称该密度值为该压力的当量密度 4．压力系数 ——某一点处的压力与该深度处的淡水柱静压力之比 五、压力剖面的具体应用简介五、压力剖面的具体应用简介• 1、确定合理的井身结构、确定合理的井身结构• 2、确定合理的钻井液密度、确定合理的钻井液密度• 3 3、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生 11.211.2地层地层----井眼压力平衡和平衡的破坏井眼压力平衡和平衡的破坏 一一、、地地层层----井井内内压压力力平平衡衡( (Formation-Formation-WellboreWellbore Pressure Balanced)Pressure Balanced) 1、压力系统模型 P钻静＝9.81Hρ P环静＝9.81[(H－h)ρ+hρ’] P底＝P环静＋P环循＋P套 P鞋＝P鞋静＋P鞋循＋P套 2 2、几种常见井内压力关系、几种常见井内压力关系 （1）静止平衡状态 ——未钻入高压油、气、水层，钻井液未受侵，钻井液静止不流动 Ｐ钻＝0； Ｐ套＝0； Ｐ底＝Ｐ钻静＝Ｐ环静＝9.81Ｈρ； Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ； （2）标准循环状态 ——未钻入油、气、水高压层，钻井液未受侵，井口敞开 Ｐ钻＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管； Ｐ套＝0； Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循； Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循； （3）大排量循环状态 钻入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，关闭封井器以调节阻流器控制套管回压 Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地） Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破） 3、钻井压力控制-Drill Pressure Control 根据Ｕ形管压力平衡原理，使用压力控制设备，按规定的方法和程序，建立和保持井内的压力平衡。
Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ △ρ＝0.05～0.1 g/cm3 (油层) △ρ＝0.07～0.15 g/cm3 (气层) 二、失去压力平衡的原因二、失去压力平衡的原因 v （一）压力组成 1、洗井液液柱静压力 2、抽吸压力（拔活塞） 影影响响因因素素：上上提提速速度度↑、、钻钻井井液液粘粘度度和切力和切力↑、钻头泥包、钻头泥包↑→抽吸压力抽吸压力↑ 3、激动压力 （1）下钻激动压力 因因素素：：下下钻钻速速度度↑、、钻钻井井液液粘粘度度和和切切力力↑、、井径井径↓→激动压力激动压力↑ （2）开泵激动压力 因因素素：：钻钻井井液液流流变变性性，，静静止止时时间间，，钻钻具具、、井眼几何尺寸，温度、压力井眼几何尺寸，温度、压力 Pkb——开泵压力 4、环空压降引起的压力增量 因素：钻井液流变性；井深；钻具、井眼几何尺寸；温度；压力 5、其它原因引起的压力增加（井口憋回压） 6、起钻未及时灌钻井液或灌入量不足，井内液面下降，井底液柱压力下降。
（二）失去压力平衡的原因 1．钻井液密度偏低，Ｐ环静↓； 2．突然钻遇高压油、气层； 3．起钻未灌浆→液柱高度↓； 4．钻头或钻铤泥包＋起钻速度过快→抽吸压力↑； 5．油、气上串→体积膨胀→Ｐ环静↓↓； 6．井漏→液柱高度↓→Ｐ环静↓ 三、地层流体的发现和应采取的措施三、地层流体的发现和应采取的措施 v Pm < Pp → 地层流体进入井底 → Pm↓→溢流速度↑ 1、溢流时的异常现象 2、监测方法 3、溢流发现后的处理措施 四、地层流体侵入井内的特点四、地层流体侵入井内的特点 （一）气侵的方式 1、扩散侵入 气泡分散在钻井液中 2、欠平衡侵入 气体以高含气量状态或气柱状态存在于井下 （（二）气侵对泥浆柱压力的影响二）气侵对泥浆柱压力的影响 （三）井下聚有气柱时，发生自溢和井喷的条件 （四）关井后气体对井内压力的影响 11.311.3溢流时恢复和重建压力平衡的方法溢流时恢复和重建压力平衡的方法—压井压井 1、求关井立管压力 Ｐ地＝Ｐ关钻＋9.81Ｈρ Ｐ地──ＭＰａ Ｈ ──Ｋｍ ρ ──ｇ／ｃｍ３ 2、判断地层侵入物的性质 P关钻＋9.81H＝P底＝P环静＋P关套 P关钻＋9.81H＝9.81（H－Hi）＋9.81Hii＋P关套 i＝－（P关套－P关钻）／（9.81Hi） Hi──侵入物高度，Km，可根据井眼环空尺寸和泥浆池增量计算 i＝0.12～0.36 g/cm3，气体； i＝0.36～0.60 g/cm3，油、气或水、气混合物； i＝0.60～0.84 g/cm3，油、水混合物。
3、确定压井液密度 重＝P地／（9.81H）＋△＝P关钻／（9.81H）＋＋△ 二、基本压井方法和步骤二、基本压井方法和步骤 （一）关井立管压力为零（二）关井立管压力不为零 1、原则、原则 2、压井过程、压井过程 （ （1）二次循环压井法（司钻法））二次循环压井法（司钻法） （（2））一一次次循循环环法法压压井井（（等等待待－－加加重重法法，，工工程师法）程师法） （（3）循环加重法）循环加重法 3 3、压井时套压、立压的变化、压井时套压、立压的变化 （（1）立压的确定方法）立压的确定方法 （（2）套压的确定方法）套压的确定方法 （（3））司司钻钻法法压压井井时时立立压压、、套套压压的的变变化化规律规律 （（4））工工程程师师法法压压井井时时立立压压、、套套压压的的变变化规律化规律 三、其它压井方法简介三、其它压井方法简介 1、起下钻时的压井方法 2、冲量压井法（空井压井、置换法压井） 3、反循环法压井 4、动力压井法 一、套管程序设计的主要原则和基础参数一、套管程序设计的主要原则和基础参数 （（一）、井身结构内容：一）、井身结构内容： 1) 1) 下入套管的层次； 下入套管的层次； 2) 2) 各层套管下入深度；各层套管下入深度； 3) 3) 水泥返高； 水泥返高； 4) 4) 套管、钻头尺寸的配合。
套管、钻头尺寸的配合11.4 11.4 套管程序设计套管程序设计 （二） 套管的层次 一口井的套管可分为：导管、表层套管（surface casing）、技术（中间）套管（protection casing、intermediate casing）和油层套管（production casing、oil string） （三）原则（三）原则 1．保护储层．保护储层 2．保证井下安全、快速钻井．保证井下安全、快速钻井 3 3．控制溢流的能力．控制溢流的能力 （四）依据及参数 1．主要依据 （1）地层压力剖面和岩性剖面 （2）工程系数 2．重要参数 （1）最大泥浆密度 （2）最大井内压力梯度 1．确定油层套管的下深和尺寸 径向尺寸：采油的要求 下深：完井方式 2．确定上一级套管的尺寸及下深 径向尺寸：根据油层套管（或下一级）确定 下深的确定： （1）初选点的确定 （2）压差校核 （3）是否下尾管，下深 二、设计步骤二、设计步骤 。