第6章油气井压力控制 第一节井下的各种压力及其平衡 第二节溢流及其检测 第三节溢流的控制—关井和压井
第6章 油气井压力控制 第一节 井下的各种压力及其平衡 第二节 溢流及其检测 第三节 溢流的控制——关井和压井
概述 油气井压力控制—在石油钻井过程中对井眼内的地层压力进行控制 井控的基本要求: 1)有效地控制地层压力,防止井喷; 2)防止井漏、井塌或缩径等复杂情况 3)有效地保护油气层 井控的分类 (1)一级井控:利用钻井液密度,建立井内压力平衡。 (2)二级井控:发生溢流后,利用井口防喷器憋回压后压井,恢复井内 压力平衡。 (3)三级井控:井喷后的处理与压力控制
概 述 油气井压力控制—— 在石油钻井过程中对井眼内的地层压力进行控制。 井控的分类 （1）一级井控：利用钻井液密度，建立井内压力平衡。 （2）二级井控：发生溢流后，利用井口防喷器憋回压后压井，恢复井内 压力平衡。 （3）三级井控：井喷后的处理与压力控制。 井控的基本要求： 1）有效地控制地层压力，防止井喷； 2）防止井漏、井塌或缩径等复杂情况； 3）有效地保护油气层
第一节井下各种压力及平衡 井眼内的各种压力 1.地层孔隙压力 Pn=981×10pD 2.地层破裂压力 Pr=981×10°pD 3.钻井液静液柱压力pn=9.81×103D 4.环空循环压降在井底产生的附加压力 0575038102Q18 (dn-d,(dn+d,18(dn-de(dn+d)1.8 =9.81×103△o,D
第一节 井下各种压力及平衡 pf f D 3 9.81 10− = 一、井眼内的各种压力 1. 地层孔隙压力 2. 地层破裂压力 3. 钻井液静液柱压力 4. 环空循环压降在井底产生的附加压力 ( ) D p Q la d d d d L d d d d L la d pv h c h c c h p h p p . Δ Δ . . . ( ) ( ) ( ) ( ) . . . 3 0 8 0 2 1 8 9 81 10 0 57503 3 1 8 3 1 8 − − + − + = = + ph dD 3 9.81 10− = pp pD 3 9.81 10− =
第一节井下各种压力及平衡 井眼内的各种压力 5.波动压力 抽吸压力:Pb=981×103S6DS-0036-008gcm 激动压力:Pg9.81×10S,D S=024~01gcm3 6.环空内岩屑重力在井底引起的附加压力 pn=981×103△pD 7.井底有效压力 正常钻进时:Pb=Ph+△pl+AP 起钻时: Pb=Ph+△Pr-p 下钻时:Pb=Pb+△P,+Pg 最大井底压力: pbmax=P+APa+△p,+Psg 最小井底压力:Pbm=Ph+△pr-Psb
5. 波动压力 抽吸压力： 激动压力： 6. 环空内岩屑重力在井底引起的附加压力 pr = rD −3 9.81 10 7. 井底有效压力 正常钻进时： 起钻时： 下钻时： 最大井底压力： 最小井底压力：pb = ph + pla + pr pb = ph + pr − psb pb = ph + pr + psg pbmax = ph + pla + pr + psg pb min = ph + pr − psb psb SbD 3 9.81 10− = psg SgD 3 9.81 10− = 第一节 井下各种压力及平衡 一、井眼内的各种压力 Sb=0.036～0.08g/cm3。 Sg=0.024～0.1 g/cm3
第一节井眼—地层系统的压力平衡 、井眼一地层系统压力平衡 1.基本关系式 Pbmn=Ph+Ap,=Pb≥Pp Ph 2 pp t p P≥n+S6…… (6-1b) 2.约束条件 Pbmax-Ph + Apla+Apr +psg spr Ph<- Psg-Ap (6-2a) (6-2b)
第一节 井眼—地层系统的压力平衡 二、井眼—地层系统压力平衡 ..................................(6 1 ) .................................(6 1 ) min S b p p p a p p p p p d p b h P sb b h r sb p + − + − = + − .............................(6 2 ) ........................(6 2 ) max s s b p p p p a p p p p p p d f g f h f sg f b h la r sg f − − − − − − = + + + 1. 基本关系式 2. 约束条件
第一节井眼—地层系统的压力平衡 平衡与欠平衡压力钻井 1.平衡压力钻井 (1)概念 在有效地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,使钻井液液柱压力刚好平衡或略大于地层压力,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力钻井 (2)技术关键 1)地层压力的准确预测 2)合理钻井液密度的确定Pbm=Ph+Apn-Dsb=Pp pd=pn+sh
第一节 井眼—地层系统的压力平衡 三、平衡与欠平衡压力钻井 1. 平衡压力钻井 （1）概念 在有效地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，使钻井液液柱压力刚好平衡或略大于地层压力，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力钻井。 （2）技术关键 1）地层压力的准确预测 2）合理钻井液密度的确定 d p b h P sb b h r sb p S p p p p p p p p = + = + = + − = min
第一节井眼—地层系统的压力平衡 平衡与欠平衡压力钻井 2.欠平衡压力钻井 (1)概念 在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作业。在井下,允许地 层流体进入井内;在井口,利用专门的井控装置对循环出井的流体进行控制 和处理。这样可及时发现和有效保护油气层,同时可显著提高钻进速度。 (2)关键技术 1)地层孔隙压力和坍塌压力的准确预测 2)钻井液类型选择和密度等性能的控制 3)井口压力的控制及循环出井的流体的处理 4)起下钻过程的欠平衡 5)井底有效压力的计算与监测 6)井壁稳定 7)完井
2. 欠平衡压力钻井 （1）概念 在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作业。在井下，允许地 层流体进入井内；在井口，利用专门的井控装置对循环出井的流体进行控制 和处理。这样可及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高钻进速度。 （2）关键技术 1）地层孔隙压力和坍塌压力的准确预测 2）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3）井口压力的控制及循环出井的流体的处理 4）起下钻过程的欠平衡 5）井底有效压力的计算与监测 6）井壁稳定 7）完井 第一节 井眼—地层系统的压力平衡 三、平衡与欠平衡压力钻井
第二节溢流及其检测 有关溢流和井喷的概念 1.油、气、水侵油、气、水侵入钻井液,使其性能变坏的过程。 2.溢流—当井底压力小于地层压力时,地层流体侵入井内,使井口返 出的钻井液量大于泵入量,停泵后钻井液从井口自动外溢的现象 3.井涌—溢流的进一步发展,在循环或者停泵后,钻井液涌出井口 的现象。 4.井喷—地层流体失去控制地喷出地面。 溢流的原因 1.地层压力掌握不准,使设计的钻井液密度偏低 2.钻井液密度降低; 3.起钻未按规定灌泥浆或井漏,使井内液面降低; 4.起钻抽吸作用使井底压力减小; 5.停止循环时,环空循环压降消失,使井底压力减小
第二节 溢流及其检测 二、溢流的原因 一、有关溢流和井喷的概念 1. 油、气、水侵——油、气、水侵入钻井液，使其性能变坏的过程。 2. 溢流——当井底压力小于地层压力时，地层流体侵入井内，使井口返 出的钻井液量大于泵入量，停泵后钻井液从井口自动外溢的现象。 3. 井涌——溢流的进一步发展，在循环或者停泵后，钻井液涌出井口 的现象。 4. 井喷——地层流体失去控制地喷出地面。 1. 地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低； 2. 钻井液密度降低； 3. 起钻未按规定灌泥浆或井漏，使井内液面降低； 4. 起钻抽吸作用使井底压力减小； 5. 停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小
第二节溢流及其检测 三、气侵的特点 1.气侵的途径与方式 岩石孔隙中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; 当井底压力小于地层压力时,气层中的气体大量流入或渗入井内。 2.气侵的特点 气体的可压缩性,使气侵具有以下特点: (1)侵入井内的气体由井底向井口运移时,体积逐渐膨胀,越接近地面, 膨胀越快,体积越大。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。 (2)气侵后的钻井液在不同深度的密度不同。其密度在井口处降低较大, 而在井底处则降低很小。因此井底钻井液液柱压力减少并不大。因此在气侵 量不大的情况下,只要及时除气,就不会有井喷的危险
2. 气侵的特点 气体的可压缩性，使气侵具有以下特点： （1）侵入井内的气体由井底向井口运移时，体积逐渐膨胀，越接近地面， 膨胀越快，体积越大。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。 （2）气侵后的钻井液在不同深度的密度不同。其密度在井口处降低较大， 而在井底处则降低很小。因此井底钻井液液柱压力减少并不大。因此在气侵 量不大的情况下，只要及时除气，就不会有井喷的危险。 三、气侵的特点 1. 气侵的途径与方式 – 岩石孔隙中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； – 当井底压力小于地层压力时，气层中的气体大量流入或渗入井内。 第二节 溢流及其检测
第二节溢流及其检测 三、气侵 2.气侵的特点 (3)在气侵后关井的情况下,气体将滑脱上升,在井口积聚。由于井口关 闭,气体在上升过程中不可能膨胀,体积没有变化。这样气体仍保持原来的 井底压力。这个压力与泥浆柱压力叠加作用于整个井筒,容易导致井漏和地 下井喷。因此,气侵后不能长时间关井。 0.101 17.8 35,4 0.26m 750 0.26 1500 0.26m 1.2 2250g/cm 0.26m 30000.26my 35.4 44.2 53.1 61.9 70.7
三、气侵 2. 气侵的特点 （3）在气侵后关井的情况下，气体将滑脱上升，在井口积聚。由于井口关 闭，气体在上升过程中不可能膨胀，体积没有变化。这样气体仍保持原来的 井底压力。这个压力与泥浆柱压力叠加作用于整个井筒，容易导致井漏和地 下井喷。因此，气侵后不能长时间关井。 3000 2250 1500 750 0 0.101 35.4 1.2 g/cm3 44.2 53.1 61.9 70.7 17.8 35.4 0.26m3 0.26m3 0.26m3 0.26m3 0.26m3 第二节 溢流及其检测