钻井工程第六章+油气井压力控制课件

直井防斜技术直井防斜技术 井斜原因井斜原因 满眼钻具组合满眼钻具组合 钟摆钻具组合钟摆钻具组合 定向井造斜工具与轨迹控制定向井造斜工具与轨迹控制 动力钻具造斜工具动力钻具造斜工具 转盘钻造斜工具转盘钻造斜工具 扭方位：装置角、反扭角扭方位：装置角、反扭角课堂回顾课堂回顾直井防斜技术课堂回顾直井防斜技术课堂回顾第一节第一节 井眼与地层压力系统井眼与地层压力系统第二节第二节 溢流的侵入及其检测溢流的侵入及其检测第三节第三节 油气井压力控制关井与压井油气井压力控制关井与压井第六章第六章 油气井压力控制油气井压力控制第一节第一节 井眼与地层压力系统第六章井眼与地层压力系统第六章 油气井压力控制油气井压力控制 概述概述 油气井压力控制油气井压力控制在钻井过程中对地层压力进行控制。在钻井过程中对地层压力进行控制。井控的基本要求：井控的基本要求：1 1、有效地控制地层压力，防止井喷。、有效地控制地层压力，防止井喷。2 2、防止井漏、井塌和缩径等复杂情况的发生、防止井漏、井塌和缩径等复杂情况的发生 3 3、有效的保护油气层、有效的保护油气层井控的技术内容：井控的技术内容：1 1、地层压力的预测和监测、地层压力的预测和监测 2 2、钻井液密度的控制、钻井液密度的控制 3 3、合理井身结构的设计、合理井身结构的设计 4 4、防喷器装置的配置、防喷器装置的配置 5 5、溢流后的正确处理、溢流后的正确处理 概述概述失控原因：失控原因：起钻抽吸，起钻过程中不及时灌泥浆。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；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；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，或承压能力太低；井口未安装防喷器，或承压能力太低；防喷器及管汇安装不符合要求；防喷器及管汇安装不符合要求；井身结构设计不合理；井身结构设计不合理；对浅气层缺乏足够的认识；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；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；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。思想麻痹，违章操作。失控原因：失控原因：Risks of Blowout井 喷 的 危害？Risks井井 喷喷 的的 危害？危害？重庆开县井喷重庆开县井喷重庆开县井喷20032003年年1212月月2323日，重庆日，重庆市开县高桥镇，由川东市开县高桥镇，由川东石油钻探公司承钻的中石油钻探公司承钻的中国石油天然气集团公司国石油天然气集团公司西南油气田分公司西南油气田分公司川东川东北气矿罗家北气矿罗家1616井井在在起起钻钻时，突然发生井喷，时，突然发生井喷，富含硫化氢的气体从钻富含硫化氢的气体从钻井喷出达井喷出达3030米米高程，失高程，失控的有毒气体随空气迅控的有毒气体随空气迅速扩散，导致在短时间速扩散，导致在短时间内发生大面积灾害。内发生大面积灾害。点点火火燃燃烧烧排排除除毒毒气气大大火火映映红红半半边边天天特大井喷事故特大井喷事故2003年年12月月23日，重庆市开县高桥镇，由川东石油钻探公司日，重庆市开县高桥镇，由川东石油钻探公司我我们们的的眼眼睛睛看看不不见见了了 动动物物死死尸尸 井喷事故波及井喷事故波及2828个个村庄，造成村庄，造成243243人人死亡、死亡、40004000多人受多人受伤，疏散转移伤，疏散转移6 6万万多人，多人，9.39.3万多人万多人受灾。受灾。2004 2004年年4 4月，中国月，中国石油天然气集团公石油天然气集团公司司总经理马富才总经理马富才引引咎辞职。咎辞职。我们的眼睛看不见了我们的眼睛看不见了 动物死尸动物死尸 井喷事故波及井喷事故波及28个村庄，造成个村庄，造成2 着火！加拿大井喷加拿大井喷 着火！加拿大井喷着火！加拿大井喷 事故现场事故现场 2005年年6月月19日日12时时20分左右，位于河南范县濮城镇的中原油田分左右，位于河南范县濮城镇的中原油田采油二厂施工中因意外发生井喷并起火。中原油田迅速调集采油二厂施工中因意外发生井喷并起火。中原油田迅速调集23辆辆救火车、救火车、140多名消防官兵紧急进行抢险，没有人员伤亡。多名消防官兵紧急进行抢险，没有人员伤亡。事故现场事故现场 中原油田井喷事故现场中原油田井喷事故现场 中原油田井喷事故现场中原油田井喷事故现场 消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 调查组专家认调查组专家认为，事故原因为，事故原因是是由于对复杂由于对复杂油层认识不够，油层认识不够，射孔后由于油射孔后由于油气比高，能量气比高，能量迅速释放导致；迅速释放导致；井喷发生后，井喷发生后，来不及关闭封来不及关闭封井器，井内电井器，井内电缆和枪身被油缆和枪身被油气冲出，撞击气冲出，撞击抽油机产生火抽油机产生火花造成着火。花造成着火。因此，初步认因此，初步认定井喷着火系定井喷着火系突发性意外事突发性意外事故。故。消防人员在事故现场抢救消防人员在事故现场抢救 调查组专家认为，事故原因是由于对复杂调查组专家认为，事故原因是由于对复杂钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件1983年年4月月29日日 胜利油田永胜利油田永6-9井井1983年年4月月29日日 钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件井场周围井场周围冒气泡冒气泡井场周围冒气泡井场周围冒气泡井场周围井场周围地层塌陷地层塌陷井场周围地层塌陷井场周围地层塌陷 点火车点火车启动装置启动装置喷嘴喷嘴 点火车启动装置喷嘴点火车启动装置喷嘴 点火车启动点火装置点火车启动点火装置 点火车启动点火装置点火车启动点火装置钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件点火枪点火枪点火枪点火枪钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件 井井 喷喷 的的 危危 害害1 1打乱全局的正常工作程序，影响全局生产；打乱全局的正常工作程序，影响全局生产；2 2使钻井事故复杂化、恶性化；使钻井事故复杂化、恶性化；3 3极易引起火灾（如井场、苇地及森林）；极易引起火灾（如井场、苇地及森林）；4 4影响井场周围居民的正常生活，甚至生命安全；影响井场周围居民的正常生活，甚至生命安全；5 5污染环境，影响农田、水利和渔牧业生产以及交通、污染环境，影响农田、水利和渔牧业生产以及交通、通讯的正常运行等；通讯的正常运行等；6 6伤害油气层，毁坏地下油气资源；伤害油气层，毁坏地下油气资源；7 7造成人力及物力上的巨大损失，严重时造成机毁人亡造成人力及物力上的巨大损失，严重时造成机毁人亡 和油气井报废；和油气井报废；8 8降低企业形象，造成不良的社会影响。降低企业形象，造成不良的社会影响。井井 喷喷 的的 危危 害害1打乱全局的正常工作程序，影响打乱全局的正常工作程序，影响 第一节第一节 井眼井眼地层系统的压力平衡地层系统的压力平衡 一、井眼内的各种压力一、井眼内的各种压力 1 1、地层孔隙压力、地层孔隙压力 2 2、地层破裂压力、地层破裂压力3 3、地层坍塌压力、地层坍塌压力 4 4、钻井液静液柱压力、钻井液静液柱压力 5 5、环空循环压降、环空循环压降 6 6、井内波动压力、井内波动压力 抽吸压力：抽吸压力：激动压力：激动压力：第一节第一节 井眼井眼地层系统的压力平衡地层系统的压力平衡井底有效压力井底有效压力PbPb：正常钻进时：正常钻进时：起钻时：起钻时：下钻时：下钻时：最大井底压力：最大井底压力：最小井底压力：最小井底压力：安全钻井的压力平衡条件：安全钻井的压力平衡条件：地层流体侵入井眼；地层流体侵入井眼；平衡压力钻井；平衡压力钻井；压裂地层，发生井漏；压裂地层，发生井漏；过平衡压力钻井，过平衡压力钻井，欠平衡压力钻井欠平衡压力钻井否则，井壁否则，井壁坍塌掉块坍塌掉块井底有效压力井底有效压力Pb：地层流体侵入井眼；否则，井壁坍塌掉块：地层流体侵入井眼；否则，井壁坍塌掉块二、平衡与欠平衡压力钻井二、平衡与欠平衡压力钻井 1 1、平衡压力钻井、平衡压力钻井 （1 1）概念：）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。力钻井。（2 2）技术关键：）技术关键：地层压力的准确预测地层压力的准确预测 合理钻井液密度的确定合理钻井液密度的确定二、平衡与欠平衡压力钻井二、平衡与欠平衡压力钻井2 2、欠平衡压力钻井、欠平衡压力钻井p pb b p pp p（1 1）概念：）概念：指钻井液作用于井底的压力小于地层孔隙压力的钻井，即指钻井液作用于井底的压力小于地层孔隙压力的钻井，即p pb b p pp p，在钻井过程中允许地层流体进入井内，循环出井，并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。在地面得到控制。原理：原理：井底压差井底压差 ，“压持效应压持效应”，钻头破岩效率钻头破岩效率 ，钻速，钻速 “边喷边钻边喷边钻”优点：优点：（1 1）减少油层损害。）减少油层损害。（2 2）有利于识别评价低压油气藏。）有利于识别评价低压油气藏。（3 3）提高机械钻速。）提高机械钻速。（4 4）减少或避免压差卡钻和井漏事故。）减少或避免压差卡钻和井漏事故。2、欠平衡压力钻井、欠平衡压力钻井pb pp 原理：原理：“边喷边钻边喷边钻”优点：优点：（2 2）技术关键：）技术关键：1 1）地层孔隙压力和破裂压力的准确预测）地层孔隙压力和破裂压力的准确预测 2 2）钻井液类型选择和密度等性能的控制）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3 3）井口压力控制和循环出井流体的处理）井口压力控制和循环出井流体的处理 4 4）起下钻过程的欠平衡）起下钻过程的欠平衡 5 5）井底有效压力的计算与监测）井底有效压力的计算与监测 6 6）井壁稳定）井壁稳定 7 7）完井）完井（2）技术关键：）技术关键：（3 3）欠平衡钻井适用的储层：）欠平衡钻井适用的储层：高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏 裂缝性油气藏裂缝性油气藏 致密性（低孔低渗）油气藏致密性（低孔低渗）油气藏 压力衰竭的低压油气藏压力衰竭的低压油气藏（3）欠平衡钻井适用的储层：）欠平衡钻井适用的储层：（4 4）欠平衡钻井方式（）欠平衡钻井方式（依据欠平衡产生条件依据欠平衡产生条件）流钻：流钻：低密度钻井液，边喷边钻低密度钻井液，边喷边钻 气体钻井：气体钻井：人工诱导产生欠平衡，人工诱导产生欠平衡，包括：（包括：（1 1）空气钻井；）空气钻井；（2 2）雾化钻井；）雾化钻井；（3 3）泡沫钻井；）泡沫钻井；（4 4）充气钻井。）充气钻井。（4）欠平衡钻井方式（）欠平衡钻井方式（依据欠平衡产生条件）依据欠平衡产生条件）基本工序：基本工序：用大功率压缩机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷用大功率压缩机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷嘴喷出。高速气流冲洗井底并携带岩屑返到井口。井口配置旋转控制嘴喷出。高速气流冲洗井底并携带岩屑返到井口。井口配置旋转控制头（旋转防喷器），用以封闭环形空间，携带岩屑的气流从旋转控制头（旋转防喷器），用以封闭环形空间，携带岩屑的气流从旋转控制头下面的排放管线排出。头下面的排放管线排出。（1 1）空气钻井）空气钻井采用空气作为循环介质采用空气作为循环介质基本工序：用大功率压缩机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷嘴基本工序：用大功率压缩机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷嘴空气钻井现场：空气压缩机组空气钻井现场：空气压缩机组空气钻井现场：空气压缩机组空气钻井现场：空气压缩机组空气钻井的优缺点：空气钻井的优缺点：优点：优点：显著提高机械钻速；显著提高机械钻速；保护油气层；保护油气层；解决井漏问题。解决井漏问题。缺点：缺点：井内产生碳氢化合物时，易着火、爆井内产生碳氢化合物时，易着火、爆炸；炸；井内进水后携带岩屑困难；井内进水后携带岩屑困难；钻头和钻具得不到有效冷却和润滑。钻头和钻具得不到有效冷却和润滑。空气钻井的优缺点：空气钻井的优缺点：（2 2）雾化钻井（以气体为主）雾化钻井（以气体为主）主要特点：在主要特点：在空气中掺入水或轻质钻井液空气中掺入水或轻质钻井液，自，自钻头喷嘴喷出后形成钻头喷嘴喷出后形成雾状流体雾状流体，冲洗井底和携，冲洗井底和携带岩屑。带岩屑。主要优点：不易着火和爆炸；有少量地层水进主要优点：不易着火和爆炸；有少量地层水进入井眼也能有效携带岩屑。入井眼也能有效携带岩屑。（2）雾化钻井（以气体为主）雾化钻井（以气体为主）（3 3）泡沫钻井）泡沫钻井主要特点：采用主要特点：采用稳定泡沫稳定泡沫作为循环介质进行钻井。稳定泡作为循环介质进行钻井。稳定泡沫由气体（氮气或沫由气体（氮气或coco2 2）、液体和表面活性剂配制。）、液体和表面活性剂配制。主要优点：密度低，粘度和切力高，携岩能力强。主要优点：密度低，粘度和切力高，携岩能力强。（4 4）充气钻井）充气钻井(以钻井液为主以钻井液为主)主要特点：主要特点：在钻井液中掺入气体在钻井液中掺入气体，从而降低钻井液密度。，从而降低钻井液密度。充气钻井液密度可控制在充气钻井液密度可控制在0.45 0.45 1.20g/cm1.20g/cm3 3范围内。范围内。主要优点：密度可调范围大；能消除空气钻井可能引起的主要优点：密度可调范围大；能消除空气钻井可能引起的井下爆炸；较一次性的泡沫钻井经济；可用于易出水地层。井下爆炸；较一次性的泡沫钻井经济；可用于易出水地层。（5 5）边喷边钻）边喷边钻主要特点：采用主要特点：采用低密度钻井液低密度钻井液，控制井底有效压力低于地，控制井底有效压力低于地层孔隙压力。层孔隙压力。主要优点：适用于主要优点：适用于地层压力较高地层压力较高的油气藏。的油气藏。（3）泡沫钻井）泡沫钻井欠平衡压力钻井的技术难点：欠平衡压力钻井的技术难点：主要设备主要设备-旋转防喷器的质量及可靠性；旋转防喷器的质量及可靠性；地层孔隙压力预测的精度；地层孔隙压力预测的精度；井底有效压力的计算及检测；井底有效压力的计算及检测；井口压力的控制技术；井口压力的控制技术；井壁稳定性保证；井壁稳定性保证；固井和完井；固井和完井；起下钻及接单根过程中的欠平衡；起下钻及接单根过程中的欠平衡；欠平衡钻井适用的油气藏；欠平衡钻井适用的油气藏；欠平衡钻井液技术。欠平衡钻井液技术。欠平衡压力钻井的技术难点：欠平衡压力钻井的技术难点：钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件 第二节第二节 溢流的侵入及其检测溢流的侵入及其检测一、有关溢流和井喷的概念一、有关溢流和井喷的概念 溢流（又称为井涌、气侵）：溢流（又称为井涌、气侵）：地层流体（油、气、水地层流体（油、气、水 ）侵入井内，井口返出的钻井液量）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。大于泵入量，或停泵后钻井液从井口自动外溢的现象。井喷：井喷：地层流体失去控制地喷出地面。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二、地层流体侵入井内的原因 1 1、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低 2 2、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低 3 3、起钻未按规定灌泥浆，或井漏井内液面降低、起钻未按规定灌泥浆，或井漏井内液面降低 4 4、起钻速度过快，引起抽过大，地层流体侵入井内、起钻速度过快，引起抽过大，地层流体侵入井内 5 5、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。统计表明，近统计表明，近70%70%的井涌或井喷发生在起钻（起完钻）过的井涌或井喷发生在起钻（起完钻）过程中。程中。第二节第二节 溢流的侵入溢流的侵入三、气侵的特点三、气侵的特点 1、气侵的途径与方式、气侵的途径与方式 岩石孔隙内的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液岩石孔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或深入井内 2、气侵的特点及危害、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）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。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）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，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。就能有效的避免井喷。三、气侵的特点三、气侵的特点（3）当井底气体形成当井底气体形成气柱气柱时，时，随着气柱的上升（滑脱上升或循随着气柱的上升（滑脱上升或循环上升），环上升），在井口未关闭的情况在井口未关闭的情况下，环境压力降低，体积膨胀下，环境压力降低，体积膨胀变大，替代的钻井液液量越来越变大，替代的钻井液液量越来越多，使井底压力大大降低，更多多，使井底压力大大降低，更多的气体以更快的速度侵入井内，的气体以更快的速度侵入井内，最终导致井喷。最终导致井喷。（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）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（4）在）在井口关闭的情况井口关闭的情况下，气体在滑脱上升中保持体下，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，井底的压力为承受的压力为地层压力，井底的压力为2倍地层压力，倍地层压力，此情况下可能压漏地层，发生井下井喷。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。地放压，使套压小于允许套压。（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）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3、的危害的危害 属剧毒性气体，对人体有极强的损害和设备有较强属剧毒性气体，对人体有极强的损害和设备有较强的腐蚀性，在含的腐蚀性，在含 地层进行施工作业时，为了确保人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）的物理化学性质的物理化学性质 硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫低浓度的硫化氢有臭蛋味，其相对密度为化氢有臭蛋味，其相对密度为 1.176，硫化氢燃点，硫化氢燃点 250 摄氏摄氏度，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫，硫化氢与度，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，浓度达空气混合，浓度达4.3%46%时就形成一种爆炸性混合物。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。样的毒性，是一种剧毒性气体。正常条件下，正常条件下，对人的安全临界浓度是对人的安全临界浓度是 14 PPm（国外标准（国外标准 10 PPm）3、的危害的危害钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件（2）气体的分布气体的分布 就地下而言，就地下而言，多存在于碳酸盐岩地层中，特别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。着硫化氢气体。世界上含世界上含 气体最高的地区是美国的南德克萨气体最高的地区是美国的南德克萨斯气田斯气田 ，含量高达含量高达98%98%，沙特阿拉伯的油气田大多，沙特阿拉伯的油气田大多含有高浓度的硫化氢（含有高浓度的硫化氢（10200PPm10200PPm）我国油田硫化氢气体的含量分布如下：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气藏 含量跨度在含量跨度在 1090%1090%。（2）气体的分布气体的分布四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏 含量含量9.610%新疆塔里木的轮古油田新疆塔里木的轮古油田 含量含量300400PPm,以上地以上地区皆属中高含区皆属中高含 地区。地区。克拉玛依油田在南缘的卡克拉玛依油田在南缘的卡10井、西井、西4 井、东湾井、东湾1井、安井、安4井等都出现过井等都出现过 气体，在红山嘴、八区、稠油区等气体，在红山嘴、八区、稠油区等区块的油田开发过程中也出现过区块的油田开发过程中也出现过 气体。气体。四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏（3）注意事项）注意事项 1、起钻初期一定要控制起钻速度，、起钻初期一定要控制起钻速度，2、起钻时注意及时灌浆、起钻时注意及时灌浆 3、尽可能防止长时间的空井、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，、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下钻时，可采用分段循环的方法排除侵入井内气 体。体。5、发生井漏时要预防井喷、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、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。法来确定井内情况。7、在发现井涌时，不要开着井口抢下钻，或者企图把、在发现井涌时，不要开着井口抢下钻，或者企图把 钻头提到套管鞋内，以免造成井喷。钻头提到套管鞋内，以免造成井喷。（3）注意事项）注意事项四、地层流体侵入的检测四、地层流体侵入的检测 1、地层流体侵入的征兆、地层流体侵入的征兆 （1）钻速（钻时）加快、憋跳钻、钻进放空）钻速（钻时）加快、憋跳钻、钻进放空 （2）泥浆池液面升高）泥浆池液面升高 （3）钻井液返出量多于泵入量）钻井液返出量多于泵入量 （4）钻井液性能发生变化）钻井液性能发生变化 密度降低密度降低 粘度上升或下降粘度上升或下降 气泡、氯根离子、气测羟类含量增加气泡、氯根离子、气测羟类含量增加 油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓 温度升高温度升高 泥浆电导率增大或减小泥浆电导率增大或减小四、地层流体侵入的检测四、地层流体侵入的检测（5）泵压上升或下降，悬重减小或增大）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；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。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）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）停止循环后，井口仍有泥浆外溢（5）泵压上升或下降，悬重减小或增大）泵压上升或下降，悬重减小或增大2、地层流体侵入井眼的检测方法、地层流体侵入井眼的检测方法 （1）泥浆池液面检测）泥浆池液面检测 利用泥浆池液面传感器利用泥浆池液面传感器 （2）钻井液返出流量检测）钻井液返出流量检测 利用泥浆出入口流量计利用泥浆出入口流量计2、地层流体侵入井眼的检测方法、地层流体侵入井眼的检测方法（3）声波检测）声波检测 声波在水中的传播速度为声波在水中的传播速度为 1500m/s，在空气中的传播，在空气中的传播 速度为速度为340m/s，在气液两相流中的传播速度可以低，在气液两相流中的传播速度可以低 于每秒几十米。于每秒几十米。（4）利用综合录井仪实施监测）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）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；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。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）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）停止循环后，井口仍有泥浆外溢（3）声波检测）声波检测 当发现井喷预兆或井口溢流时，应立即采取关井措施当发现井喷预兆或井口溢流时，应立即采取关井措施，其目的是：，其目的是：1)1)尽量减少进入井内的流体量，流入量越小，越容易处理；尽量减少进入井内的流体量，流入量越小，越容易处理；2)2)尽尽 可可 能能 多多 地地 保保 持持 环环 空空 内内 的的 钻钻 井井 液液 量量，以以 减减 少少 循循 环环 压压 井井 时时 的的 井井 口口 回回 压压；3)3)取得压井数据，以确定地层压力、压井所需钻井液密度及判断流体类型。取得压井数据，以确定地层压力、压井所需钻井液密度及判断流体类型。一、关井一、关井关井方法：关井方法：硬关井、软关井、半软关井硬关井、软关井、半软关井第三节第三节 压力控制关井与压井压力控制关井与压井1、硬关井、硬关井 发生溢流后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。发生溢流后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。优点：优点：关井程序简单，时间短，地层流体侵入量小。关井程序简单，时间短，地层流体侵入量小。缺点：缺点：产生产生“水击水击”，使井口装置、套管和地层所承受的压力，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。地层破裂压力。当发现井喷预兆或井口溢流时，应立即采取关井措施，其当发现井喷预兆或井口溢流时，应立即采取关井措施，其钻井工程第六章钻井工程第六章+油气井压力控制课件油气井压力控制课件2、软关井、软关井 发生溢流后，发生溢流后，先打开节流阀先打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。节流阀。优点：优点：可避免可避免“水击水击”现象现象 缺点：缺点：关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量。关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量。3、半软关井、半软关井 发现井涌后，发现井涌后，先适当打开节流阀先适当打开节流阀，再关闭防喷器，或边，再关闭防喷器，或边开节流阀边关防喷器。开节流阀边关防喷器。特点：特点：适用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井适用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井段有薄弱地层的情况。段有薄弱地层的情况。关井方式的选择：关井方式的选择：在溢流速度不高或者井口装置承压能在溢流速度不高或者井口装置承压能力较高的情况下，可使用力较高的情况下，可使用“硬关井硬关井”，否则，应选择，否则，应选择“软软关井关井”或或“半软关井半软关井”。推荐使用半软关井。推荐使用半软关井。2、软关井、软关井 按按照照一一定定的的方方法法往往井井内内注注入入适适当当密密度度的的加加重重钻钻井井液液来来制制止止井井涌涌(或或称称溢溢流流)，以以达达到到迅迅速速恢恢复复或或重重建建井井内内的的压压力力平平衡衡，此作业称为压井。此作业称为压井。二、压井二、压井压井的目的：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。低于地层孔隙压力。压井的基本工艺过程：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。泵压泵入井内，替换出井内被污染的泥浆。按照一定的方法往井内注入适当密度的加重钻井液来制止井涌按照一定的方法往井内注入适当密度的加重钻井液来制止井涌压井过程应遵循的基本原则：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、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。保持井底压力稍大于地层压力。井底常压法。井底常压法。2、压井过程中套压不能超过以下压力、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井口装置的额定工作压力;2)套管抗内压强度的套管抗内压强度的80%；3）套压与环空内的液柱压力之和不能超过地层的最）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。小破裂压力。压井过程应遵循的基本原则：压井过程应遵循的基本原则：1.1.压井基本数据的计算压井基本数据的计算 (1)关井钻杆压力的确定关井钻杆压力的确定 关关井井前前由由于于发发生生地地层层流流体体的的侵侵入入，地地层层流流体体压压力力下下降降，关关井井后后地地层层压压力力开开始始恢恢复复，经经过过一一段段时时间间后后达达到到压压力力的的平平衡衡和和稳稳定定。因因此此关关井井后后101015 15 minmin即即可可进进行行关井钻杆压力关井钻杆压力的确定，具体分两种情况：的确定，具体分两种情况：1)1)钻杆中未装回压阀钻杆中未装回压阀：在关井：在关井101015 min15 min后，即可从立管压力表直接测出。后，即可从立管压力表直接测出。2)2)钻钻杆杆中中装装有有回回压压阀阀：其其步步骤骤是是:关关井井；装装一一个个低低容容积积的的高高压压泵泵与与立立管管相相接接；开开始始泵泵入入，充充满满地地面面管管线线；逐逐渐渐加加大大负负荷荷，继继续续泵泵入入，使使液液体体沿沿钻钻杆杆向向下下移移动动；顶顶开回压阀，液体开始流动的立管压力，即为关井钻杆压力。开回压阀，液体开始流动的立管压力，即为关井钻杆压力。(2)地地层压力的确定力的确定 把地层井眼系统看成一个压力系统，则可将钻柱与环形空间视为把地层井眼系统看成一个压力系统，则可将钻柱与环形空间视为连通的连通的“U U”形管，其底部视为井底地层。根据形管，其底部视为井底地层。根据“U U”形管压力平衡原理，形管压力平衡原理，知道关井时井内的压力平衡关系为：知道关井时井内的压力平衡关系为：1.压井基本数据的计算压井基本数据的计算(1)关井钻杆压力的确定关井钻杆压力的确定p pd d p pa a p pp pp pddddp pdada当井深为当井深为D Dw w、钻柱内未受侵钻井液密度为、钻柱内未受侵钻井液密度为d d时，时，根据以上压力平衡关系，可得根据以上压力平衡关系，可得 (3)(3)压井所需钻井液新密度压井所需钻井液新密度d1d1 根据关井钻杆压力，可求出地层压力根据关井钻杆压力，可求出地层压力及平衡此压力所需的钻井液新密度及平衡此压力所需的钻井液新密度d1d1，即，即 (4)(4)地地层层流流体体的的判判别别可以由可以由G GDfDf的大小，初步判断地层流体的种类。的大小，初步判断地层流体的种类。一般一般:天然气天然气 G GDfDf=1.08=1.084.51 kPa4.51 kPam m；天然气与石油天然气与石油(盐水的混合物盐水的混合物)G)GDfDf=4.51=4.519.03 kPa9.03 kPam m；石油或盐水石油或盐水 G GDfDf=9.03=9.0311.28 kPa11.28 kPam m。pd pa pppddpda当井深为当井深为Dw、钻柱内未受侵钻井液、钻柱内未受侵钻井液2.2.压井方法压井方法 常用的压井方法常用的压井方法:(1)(1)井底压力不变的概念井底压力不变的概念 在循环压井时用节流阀开关来调节回压，其在循环压井时用节流阀开关来调节回压，其主要原则是主要原则是保持井底压力不变保持井底压力不变，从而使井底压力与地层压力在循环压井过程中一直保持平衡关系。这样，一方从而使井底压力与地层压力在循环压井过程中一直保持平衡关系。这样，一方面可防止地层流体进一步流入，另方面也可防止因井底压力过大而压漏地层，面可防止地层流体进一步流入，另方面也可防止因井底压力过大而压漏地层，使井内情况复杂化。使井内情况复杂化。1)1)用原密度钻井液循环压井用原密度钻井液循环压井 用用原原密密度度钻钻井井液液循循环环压压井井时时，立立管管压压力力、井井底底压压力力和和套套管管压压力力与与关关井井时时不不同同，将发生变化：将发生变化：立管压力立管压力ptpt：由于循环时钻井液在整个系统中有流动阻力：由于循环时钻井液在整个系统中有流动阻力ppcscs，必然加在立，必然加在立管压力表上，因此，管压力表上，因此，ptpt将等于：将等于：2.压井方法压井方法 常用的压井方法常用的压井方法:(1)井底压力不变的井底压力不变的井底压力井底压力p pwfwf：循环到井底时，：循环到井底时，ppcscs的大部分已损耗在钻杆和钻头水眼上，只剩的大部分已损耗在钻杆和钻头水眼上，只剩下环空压力损失下环空压力损失pplala，此时：，此时：套管压力套管压力p pa a：在环空井口，循环阻力已消耗完，仍保持原有的关井套管压力。：在环空井口，循环阻力已消耗完，仍保持原有的关井套管压力。由此可得压力平衡关系式由此可得压力平衡关系式 p pa a随气体在环空中上升，不断变化，不能通过控制套压办法来保持井底压随气体在环空中上升，不断变化，不能通过控制套压办法来保持井底压力不变。实现井底压力不变的方法是：在保持循环压井泵速不变的条件下，力不变。实现井底压力不变的方法是：在保持循环压井泵速不变的条件下，控制循环时立管压力不变，使控制循环时立管压力不变，使 这就需要在循环压井中通过调节节流阀来控制这就需要在循环压井中通过调节节流阀来控制p pt t和和p pwfwf不变。不变。井底压力井底压力pwf：循环到井底时，：循环到井底时，pcs的大部分已损耗在钻杆和的大部分已损耗在钻杆和可以根据这个直线关系建立一个可以根据这个直线关系建立一个p pt t随时间变化的图表，从图上可知任一时刻随时间变化的图表，从图上可知任一时刻(任一累计冲数任一累计冲数)的立管压力，以便在循环压井时用节流阀调节，使立管压力达到的立管压力，以便在循环压井时用节流阀调节，使立管压力达到此数值此数值 ，以实现井底压力保持不变。，以实现井底压力保持不变。2)2)用加重钻井液循环压井用加重钻井液循环压井 分分析析式式(6-28)(6-28)可可知知，当当加加重重钻钻井井液液注注入入钻钻柱柱内内时时，钻钻柱柱内内钻钻井井液液柱柱p pdddd将将随随时时间间(或或总总的的泵泵冲冲数数)成成直直线线地地增增大大，为为了了保保持持井井底底压压力力不不变变(等等于于p pp p)，必必须须成成线线性性减减少少立立管压力管压力p pt t。开始循环时：开始循环时：立管压力立管压力 重钻井液到达井底时：立管压力重钻井液到达井底时：立管压力 司钻法压井司钻法压井 例：例：井深井深3000 m3000 m，套管，套管1331338in8in，下深，下深1060 m1060 m，允许套压，允许套压17.4 MPa17.4 MPa，泵速，泵速60 60 冲冲minmin时泵压为时泵压为21.1MPa21.1MPa，35 35 冲冲min min 时泵压为时泵压为7.0 MPa(7.0 MPa(压井泵速压井泵速)，p pd d=1.8 MPa=1.8 MPa，p pa a=2.8 MPa=2.8 MPa，d d=1440kg/m3=1440kg/m3，pplala=0.4 MPa=0.4 MPa，环空单位长度体积，环空单位长度体积0.034 m0.034 m3 3,钻井液池体积过盈钻井液池体积过盈2.8 m2.8 m3 3。可以根据这个直线关系建立一个可以根据这个直线关系建立一个pt随时间变化的图表，从图上随时间变化的图表，从图上1)1)先用原密度钻井液循环出受侵钻井液先用原密度钻井液循环出受侵钻井液(图中图中A A、B B、C C点点)。a.a.关井。当压力稳定后测关井的关井。当压力稳定后测关井的p pd d和和p pa a。地地层层压压力力 p pp p=p=pd d+d dgDgDw w=1.8+14409.8300010-6=44=1.8+14409.8300010-6=44(MPa)(MPa)地层流体压力梯度地层流体压力梯度 判断为气体。判断为气体。b.b.开开始始以以选选定定的的泵泵速速(35(35冲冲min)min)泵泵 入入 原原 密密 度度 钻钻 井井 液液(d=1440kg/m3)(d=1440kg/m3)，开开节节流流阀阀，使使p pa a等等于于原原关关井井套套压压2.8 2.8 MPaMPa，此此 时时 立立 管管 压压 力力 应应 等等 于于p pt t=p=pd d+p+pcscs=1.8+7.0=8.8(MPa)=1.8+7.0=8.8(MPa)由由于于附附加加pplala为为0.4 0.4 MPaMPa，则则井井底底压压力力为为44+0.4=44.4 44+0.4=44.4 MPaMPa为为了了保保持持井井底底压压力力不不变变，需需调调节节节节流流阀阀保保持持立立管管压压力力不不变变(8.8(8.8 MPa)MPa)，此此时时气气柱柱被被循循环环上上升升，不不断断膨膨胀胀，到到达达一一半半井井深深时时p pa a上上升升到到6.3 MPa6.3 MPa。1)先用原密度钻井液循环出受侵钻井液先用原密度钻井液循环出受侵钻井液(图中图中A、B、C点点)c.c.气气体体到到达达井井口口，套套压压最最大大，为为10.5 10.5 MPaMPa。此此时时立立管管压压力力仍仍保保持持为为8.8 8.8 MPaMPa。检检查查允允许许套套压压为为17.4 17.4 MPaMPa，实实际际套套压压未未超超过过额额定定负负荷荷。气气体体开开始始从从节节流流阀阀排排出出，同同时时套套压压急急剧剧下下降降。当当全全部部受受侵侵钻钻井井液液排排出出后后，关关井井检检查查，此此时时立立管管压压力力和和套套压均应为压均应为1.8 MPa1.8 MPa。准备好加重钻井液进行下一步，用加重钻井液循环压井。准备好加重钻井液进行下一步，用加重钻井液循环压井。压井钻井液新密度压井钻井液新密度 2)2)用加重钻井液循环压井，顶替出原有轻钻井液，以恢复井内压力平衡。用加重钻井液循环压井，顶替出原有轻钻井液，以恢复井内压力平衡。a.a.开始泵入加重钻井液开始泵入加重钻井液(1500 kg/m(1500 kg/m3 3)，此时，此时p pt t=8.8 MPa=8.8 MPa，而，而p pa a=1.8 MPa=1.8 MPa。b.b.当当加加重重钻钻井井液液泵泵入入钻钻柱柱内内时时，钻钻井井液液柱柱压压力力不不断断加加大大，为为了了保保持持井井底底压压力力不不变变，使使用用节节流流阀阀控控制制来来改改变变立立管管压压力力比比较较复复杂杂。最最简简便便的的方方法法是是在在加加重重钻钻井井液液到到达达井井底底以以前，用保持套压前，用保持套压(1.8 MPa)(1.8 MPa)不变的方法调节节流阀，以保持井底压力不变。不变的方法调节节流阀，以保持井底压力不变。当加重钻井液到达井底后，钻柱内钻井液柱压力刚与地层压力平衡，此时当加重钻井液到达井底后，钻柱内钻井液柱压力刚与地层压力平衡，此时p pt t=p=pcscs=7.0=7.0 MPaMPa。c.c.继续循环，为保持井底压力不变，需调节节流阀保持立管压力为继续循环，为保持井底压力不变，需调节节流阀保持立管压力为7.0 MPa7.0 MPa不变。加重钻井液在环空中不断上升，直至井口，此时套压应降为零。井内压力恢复不变。加重钻井液在环空中不断上升，直至井口，此时套压应降为零。井内压力恢复平衡，关井检查时平衡，关井检查时p pd d和和p pa a均为零，压井结束。均为零，压井结束。图图c.气体到达井口，套压最大，为气体到达井口，套压最大，为10.5 MPa。此时立管压。此时立管压工程师法压井工程师法压井 工工程程师师法法压压井井如如图图6-76-7所所示示，与与司司钻钻法法相相比比，其其共共同同点点是是两两种种方方法法均均以以保保持持井井底底压压力力不不变变的的原原则则进进行行循循环环压压井井，其其不不同同点点在在于于工工程程师师法法压压井井时时，循循环环排排出出受受侵侵钻钻井井液液和和把把加重钻井液打入井内是同时完成的，不是分两步进行。其步骤是加重钻井液打入井内是同时完成的，不是分两步进行。其步骤是：1)1)关井，读出关井的关井，读出关井的p pd d，p pa a和和VV。2)2)开始用加重钻井液泵入开始用加重钻井液泵入(密度求法同司钻法密度求法同司钻法)，选用压井泵速进行循环。初始立管，选用压井泵速进行循环。初始立管压力压力 p ptiti=p=pd d+p+pcscs。工程师法压井工程师法压井3)3)在加重钻井液到达井底之前，钻杆内原有轻钻井液被加重钻井液所顶替，立管压在加重钻井液到达井底之前，钻杆内原有轻钻井液被加重钻井液所顶替，立管压力随之减少；同时环空的气体循环上升，不断膨胀，套压也在不断变化。为了保持压力随之减少；同时环空的气体循环上升，不断膨胀，套压也在不断变化。为了保持压井循环过程中井底压力不变，需找出加重钻井液到达井底之前的立管压力变化规律。井循环过程中井底压力不变，需找出加重钻井液到达井底之前的立管压力变化规律。如图如图6-76-7所示，立管压力随时间所示，立管压力随时间(或总的泵冲数或总的泵冲数)应成直线减少，从开始循环时的应成直线减少，从开始循环时的p ptiti=p=pd d+p+pcscs，到加重钻井液到达井底时的，到加重钻井液到达井底时的p ptftf=p=pcscs。在施工时就应按照上述图表，。在施工时就应按照上述图表，在循环压井的任一时刻，调节节流阀，使立管压力等于图上查得的数值，以实现井底在循环压井的任一时刻，调节节流阀，使立管压力等于图上查得的数值，以实现井底压力不变的原则。压力不变的原则。4)4)当加重钻井液进入环空后，为当加重钻井液进入环空后，为了保持井底压力不变，应调节节流了保持井底压力不变，应调节节流阀，使立管压力不变，即阀，使立管压力不变，即p pt t=p=pcscs。加重钻井液刚进入环空时，因气体加重钻井液刚进入环空时，因气体膨胀有限，套压下降；而当气体接膨胀有限，套压下降；而当气体接近地面时气体膨胀加剧，套压升高；近地面时气体膨胀加剧，套压升高；在在D D点气体到达井口，套压最大；点气体到达井口，套压最大；之后，气体从井口排出，套压急剧之后，气体从井口排出，套压急剧下降。下降。5)5)气体全部排出。井内仍留气体全部排出。井内仍留有轻钻井液，此时套压有轻钻井液，此时套压p pa a=h=hd d(G(GDd1Dd1-G GDdDd)(h)(hd d为轻钻井液在环空中所占高为轻钻井液在环空中所占高度度)。为了保持井底压力不变，立。为了保持井底压力不变，立管压力应保持不变管压力应保持不变(p(pt t=p=pcscs)。轻钻井液全部替出，套压为零，压轻钻井液全部替出，套压为零，压井结束。井结束。3)在加重钻井液到达井底之前，钻杆内原有轻钻井液被加重钻井在加重钻井液到达井底之前，钻杆内原有轻钻井液被加重钻井 井控过程中的错误做法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；、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；、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；、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；、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：、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、企图敞开井口，使泵入速度大于喷出速度 井控过程中的错误做法井控过程中的错误做法