常规压井――司钻法

张汉珊一、二次井控概念二、二次井控技术内容1、溢流的发现2、关井3、天然气溢流的特点4、压井三、司钻法压井1、司钻法压井概念2、司钻法压井基本程序主要内容二次井控技术内容要点1、二次井控概念2、二次井控技术内容2.1、溢流的发现——地层流体进入井内会给钻井参数（悬重、泵压）、泥浆性能（液密度和粘度、氯根含量）、钻时、出口泥浆（流量、流势、气泡、气味、油花、循环池液面）、气测值等方面带来一些变化，这些变化称为溢流的显示。通过落实“坐岗”制度，认真观察和监测这些显示，就能及时发现溢流。二次井控技术内容要点2.2、关井——发现溢流的显示后，必须在3～5分钟时间内控制井口（关井）。关井方法、关井程序、井控设备操作。2.3、天然气溢流的特点⑴天然气侵入井内后对钻井液液柱压力的影响。⑵井下聚集有气柱时对井底压力的影响。⑶关井后天然气对井内压力的影响。⑷关井后天然气上升的处理方法2.4、压井工艺——常规压井、非常规压井常规压井法1、常规压井概念常规压井方法是指当溢流发生后，能正常实施关井程序并在井底建立循环，在向井内泵如压井液的过程中，始终保持井底压力略大于地层压力，完成压井作业的方法。常规压井方法必须遵守的基本原则：压井全过程中始终保持井底压力略大于地层压力。因此，压井操作过程中要按压井计算需要控制的立管总压力实时调节节流阀的开启程度来控制井口回压。常规压井法采用一般的循环方法（敞开井口）是无法制止溢流的，因为这时环空内液柱压力大大小于地层压力，打入的重泥浆会随同油气立即溢出或喷出，无法建立起压力平衡。常规压井法最常用的常规压井方法有司钻法、等待加重法（工程师法）、循环加重法，压井原理基本相同，唯一区别就是第一循环周用的钻井液密度不同。常规压井法压井方法比较与选择●司钻法的优点是不必等候压井计算和加重，关井时间最短，可防止气体滑脱上升。缺点是压井作业时间最长，套压峰值最大。建议在重晶石储量不够时使用此法。◆工程师法的优点是压井作业时间最短，套压峰值最低。缺点是关井时间最长。在具备能迅速加重钻井液的条件下，推荐采用此法。■边循环边加重法的优点是关井时间较工程师法短，允许大幅度连续逐步增加钻井液密度。缺点是计算比较复杂，压井循环时间较工程师法长，套压峰值高于工程师法。只有当储备的高密度钻井液与所需钻井液密度相差较大时，且井下情况需及时压井时，才采用此法。①关井等候压井的时间：司钻法、边循环边加重法工程师法②压井作业时间：司钻法边循环边加重法工程师法③套压峰值：司钻法边循环边加重法工程师法④作业难度：边循环边加重法司钻法、工程师法司钻法压井基本程序1、溢流前资料收集钻井液密度套管尺寸：内径、外径，抗内压强度。最小地层破裂压力所在深度处环空容积钻杆尺寸、内容积钻铤尺寸井眼尺寸深度司钻法压井基本程序1、溢流前资料收集低泵冲数据2、溢流后资料收集司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.1、关井立管压力的确定关井立管压力是计算地层压力等数据的重要依据，准确记录能真实反映地层压力的关井立管压力值是很重要的。“U”形管原理溢流关井后，钻柱、环空、地层压力系统有如下关系：maapmddPPPPP司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.1、关井立管压力的确定⑴钻柱中未装回压凡尔时测定关井立关压力关井立管压力直接从立管压力表上读取。PdPaPp10~15min司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.1、关井立管压力的确定⑵钻柱中装回压凡尔时测定管井立管压力ⅰ循环法这种方法用于已知压井泵速和该泵速下循环压耗（Pc）的情况。具体做法：1）关井后待套压相对稳定后，记录套压；2）缓慢启动泵，以压井泵速泵入钻井液，同时调节节流阀保持套压不变，记录此时的立管压力；3）求取关井立管压力：ＰT＝Ｐd＋ＰcＰd＝ＰT－ＰcPT=Pd+PcPaPpaPTP司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.1、关井立管压力的确定⑵钻柱中装回压凡尔时测定管井立管压力ⅱ不循环法这种方法用于用于未知压井泵速和该泵速下的循环压耗（Pc）的情况。。具体做法：1）关井后待套压相对稳定，记录套压值Ｐa；2）在完全关井的情况下，缓慢启动泵，直到套压升高少许ΔＰa（0.5—1MPa）停泵，记录此时的立管压力Ｐd1和套压Ｐa1。3）求取关井立压：Ｐd＝Ｐd1－ΔＰaΔＰa＝Ｐa1－ＰaPaPp司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.2、溢流种类的判别PdPa溢流钻井液whH根据“U”形管原理：wwawmdhPhP331081.91081.9wdamwhPP31081.9VvVhaw，-泥浆罐钻井液增量VvVhaw，司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.2、溢流种类的判别PdPa溢流钻井液whH当ρw=0.12～0.36g/cm3之间，则为天然气溢流。ρw=0.36～1.07g/cm3之间，则为油溢流或混合流体溢流。ρw=1.07～1.20g/cm3之间，则为盐水溢流。用以上方法计算的结果是否准确，主要取决于溢流量计量和井径是否精确。当钻头提离井底较长距离时，就无从判断。判断侵入井内的地层流体到底是液体还是气体，从而可以预测在压井过程中可能出现的套压。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.3、计算压井液密度计算压井液密度的公式有二1、根据地层压力计算ＰP＝0.0098ρmＨ＋Ｐdρmk＝102Ｐp/H＋ρe2、根据关井立管压力计算ρmk＝ρm＋102Ｐd/H＋ρe式中：ρmk——压井液密度，克/立方厘米；ρm——原钻井液密度，克/立方厘米；ρe——钻井液密度附加安全值，克/立方厘米，Ｐd——关井立管压力，兆帕。一般取：油井ρe＝0.05～0.10克/立方厘米，气井ρe＝0.07～0.15克/立方厘米；司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.4、确定压井排量压井时应采用低排量，通常取钻进是正常排量的三分之一到二分之一:Qk=（1/3～1/2）QQk----压井排量，L/s（要与低泵速试验排量对应）；Q----钻进时的正常排量，L/s。主要原因有二：（1）降低循环压力，以降低泵、循环管线、节流管汇等设备的负荷；（2）便于压井过程中节流阀和立压的控制。。采用低泵速的主要目的是便于压井过程中节流阀和立压的控制。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.5、计算钻柱内外容积及压井泥浆量钻柱内容积Ｖ1：Ｖ1＝π（Ｄ12L1＋Ｄ22Ｌ2＋…＋Ｄn2Ｌn）/4钻柱外容积Ｖ2：Ｖ2＝π[（Ｄh12—Ｄp12）L1＋（Ｄh22—Ｄp22）Ｌ2＋…＋（Ｄhn2—Ｄpn2）Ｌn）]/4总容积：Ｖ＝Ｖ1＋Ｖ2式中：Ｄ——钻具内径，米；Ｄh——井径或套管内径，米；Ｄp——钻具外径，米；Ｌ——钻具或井段长度，米。所需压井液量一般取总容积的1.5～2倍。现场一般根据钻具每米内容积和每米环空容积乘以相应的段长。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.6、计算所需加重材料⑴配置一定量加重钻井液（所需压井钻井液体积）所需加重材料计算G—配置定量新浆所需加重材料的重量；V1—新浆体积（加重后钻井液体积）；0011SsVG—重晶石密度；s—需要达到的密度；1—原浆密度；0在这种情况下，需要的原浆体积为加重后钻井液体积（V1）减去所加入的加重剂体积司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.6、计算所需加重材料⑴定量（已知原浆体积）钻井液加重所需加重材料计算G—定量钻井液加重所需加重材料的重量；V1—原浆体积（加重前的钻井液体积）；—重晶石密度；s—需要达到的密度；1—原浆密度；01011SsVG在这种情况下，加重后的钻井液总体积为加重前钻井液体积（V1）加上所加入的加重剂体积司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.7、计算注入压井液的时间⑴注满钻柱内容积所需的时间，即压井液由地面到达钻头所需的时间ｔ1：ｔ1＝Ｖ1/60Qk式中：Qk——压井时的排量，升/秒，一般为正常钻进排量的1/2～1/3。⑵注满环空所需的时间，即压井液由钻头到达地面所需的时间ｔ2：ｔ2＝Ｖ2/60Qk式中：Qk——压井时的排量，升/秒，一般为正常钻进排量的1/2～1/3。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.8、计算压井循环时的立管总压力(PT)压井循环时，要通过立管压力来控制井底压力，要把立管压力作为井底压力计来使用，因此，在压井之前必须计算出循环时的立管总压力。通过节流阀循环时的示意图Pc:循环时，克服钻柱内、钻头水眼环形空间内流动阻力所产生的循环压力Pld:克服钻柱内和钻头水眼的压力Pla:环空流动阻力压力PdPaPTPpPciPldPla司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.8、计算压井循环时的立管总压力(PT)⑴底泵速泵压：要求得ＰTi值，必须先求得底泵速泵压Ｐci值。确定Ｐci值的方式:ⅰ、当钻至高压油气层时，要求井队在每天的白班用选定的压井排量或不同的小排量进行循环试验，测得相应的立管压力值即Ｐci值。在压井时就可用来计算ＰTi值。（最好）ⅱ、另一种方法是通过循环钻井液直接实测Ｐci值。具体测法是：缓慢启动泵并打开节流阀，控制套压等于关井套压不变，当排量达到压井排量时，记录立管压力，然后停泵、关井。所记录的立管压力减去Ｐd就可认为是Ｐci值。ⅲ、还可用近似计算公式计算：Ｐci＝（Qk/Q1）2Ｐ1式中：Q1——溢流前正常钻进的排量，升/秒；Ｐ1——Q1所对应的循环泵压，兆帕。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.8、计算压井循环时的立管总压力(PT)⑵初始循环立管总压力(PTi)初始循环立管总压力是用原钻井液和已确定的压井排量循环时的立管总压力。在压井循环时，为满足井底压力与地层压力平衡以及钻井液流动，立管总压力必须克服关井立管压力和循环系统的流动阻力。故有：ＰTi＝Ｐd＋Ｐci＋Ｐe式中：ＰTi——初始循环立管总压力；Ｐci——钻柱内外及钻头钻头喷嘴处的流动阻力；Ｐe——井底附加安全压力，取1.5～3.5兆帕。其中Ｐci用于克服循环系统钻井液的流动阻力而消耗了，Ｐd＋Ｐe＋Ｐmd＝ＰP用于平衡地层压力。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.8、计算压井循环时的立管总压力(PT)⑶终了循环立管总压力(PTf)终了循环立管总压力是指压井液进入环空后，用已选定的压井排量循环时的立管总压力。ＰTf＝Ｐd＋Ｐcf＋Ｐe式中：ＰTf—终了循环立管总力；Ｐcf—用压井液循环时钻柱内外及钻头喷嘴处的流动阻力。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.8、计算压井循环时的立管总压力(PT)⑶终了循环立管总压力(PTf)钻井液在同一系统内循环时，循环系统的流动阻力与钻井液的密度成正比。因此，我们可以用轻钻井液循环时的流动阻力Ｐci求得压井液循环时的流动阻力Ｐcf：Ｐcf/Ｐci＝ρmk/ρmＰcf＝ρmkＰci/ρm在用压井液循环时，随着压井液在钻柱中下行，钻柱内的液柱压力逐渐增加，关井立管压力逐渐减小，当压井液达到井底时，钻柱内的压井液液柱压力已能平衡地层压力，关井立管压力则降为零，且压井液已考虑了附加安全当量钻井液密度，压井液液柱压力已有一个Ｐe附加值。故：ＰTf＝Ｐcf＝ρmkＰci/ρm司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.9、确定井口最大允许套压［Ｐa］关井后的最高套压值原则上不能超过下面三个极限中的最小值：井口装置的额定工作压力、套管最小抗内压强度的80%和地层破裂压力所允许的关井套压值。司钻法压井基本程序3、压井所需基本数据计算3.9、确定井口最大允许套压［Ｐa］根据套管最小抗内压强度计算允许关井套压的公式为：［Ｐa］＝Ｐt80%－0.0098（ρm－1）ｈ根据裸眼中易漏地层的破裂压力计算允许关井套压的公式为：［Ｐa］＝Ｐf－0.0098ρmｈ式中：［Ｐa］——允许的关井套压，兆帕；Ｐt——套管最小抗内压强度，兆帕；Ｐf——易漏地层破裂压力，兆帕；ρm——井内钻井液密度，克/立方厘米；ｈ——套管最小强度处或易漏地层处的垂直