钻井操作对ECD的影响

钻井操作对ECD的影响一、基本概念地漏测试（LeakOffTest(LOT)）：用于确定套管鞋处的地层承受压力的能力。由于随深度的增加，地层的压实也在增加，因此地层越浅，承受压力的能力越弱。地层完整性测试（FormationIntegrityTest(FIT)）：测试地下不同井深地层破裂压力值的方法。最大泥浆比重（MaximumMudWeight）：指产生的压力不会导致地层破裂的泥浆密度。其计算方法为：假设地层破裂压力为6534.6psiMMW=6534.6/9500/0.052=13.23ppg等效泥浆比重（EquivalentMudWeight）：等效泥浆密度是指泥浆柱产生的压力达到所期望的值或某一实际值。和最大泥浆比重不一样的是，等效泥浆比重不是导致地层破裂的压力。等效泥浆比重的计算方法和MMW一样。例如：EMD=(SurfPress/0.052/Depth(TVD))+MWtppg=(1450psi/0.052/8500)+8.9=12.18ppg静态当量密度（EquivalentStaticDensity，ESD）：是指在非循环状态下环空流体的密度。其值等于：ESD=静态压力Psi0.052X垂深ft循环当量密度（EquivalentCirculatingDensity，ECD）：等效当量密度是指在循环时液柱压力和环空损耗压力之和，或在开泵状态下环空流体的密度。其值等于：ESD=ESD+动态压力-静态压力0.052X垂深ft环空波动压力：指井底动态压力和静态压力之差∆P。波动压力(激动压力)(SurgePressure)：井内钻井液运动速度突然改变时产生的使井内压力增加的瞬时附加压力。抽汲压力(SwabPressure)：上体钻柱时，由于钻井液的粘滞作用产生的使井底附加压力减小的瞬时附加压力。二、地层破裂压力和地层漏失压力地层破裂压力和地层漏失压力都是通过憋压使地层丧失其完整性的压力。井底压力超过地层的漏失压力甚至破裂压力，就会发生严重的井下事故，如井漏、井涌、井喷、卡钻等。地层破裂压力和地层漏失压力通过现场实验获得，不能模拟。PPTF=PSI/1000ft.PPG=PPTF*19.25/1000F.I.T.to595pptf.AnnularPressureto4861psi三、ECD和钻井作业的基本响应1滑动钻进和旋转钻进滑动钻进时，岩屑沉降到下井壁，ECD降低。旋转钻进时，岩屑被搅入泥浆体系，ECD会升高，可能会损害地层。在下面的例子中，滑动结束后开始旋转钻井，但是滑动钻进时产生的大量的岩屑没有被带出井眼，因此ECD达到允许最高值，需要采取划眼、循环等措施来降低ECD。滑动钻进,ECD低滑动钻进结束后，上提钻具准备转动钻进，由于下放速度快，启动钻具旋转速度快，导致ECD瞬间值高。为了避免这种情况发生，就需要采取ECD管理措施，例如滑动钻进结束后开始旋转钻进时，需要采取逐步提高钻具转速、缓慢活动钻具的方法，避免产生ECD波动。从下图中可以看出，采取逐步提高RPM的方法后，ECD变化平稳，没有瞬间高值。2泥浆性能对ECD的影响由于起下钻等作业，泥浆没有被处理，导致泥浆切度高。下钻到底后，泥浆切度高导致ECD升高。为了降低ECD，此时需要降低排量来清洗井眼。虽然此时低排量洗井效果不好，但为了保护地层，只能停止钻进。等到泥浆被处理好、ECD恢复到正常范围后，即可恢复正常钻进。3转速对ECD的影响下图所示的是起钻后，换PD继续钻进。由于起下钻后没有剪切泥浆，泥浆切值高。开始钻进时将转速设置为150RPM，导致ECD逐步升高。降低转速至120RPM，ECD降低。转速低而ECD降低的原因可能是由于一些细的固相没有被搅到泥浆里面的缘故。通常的经验是转速高有利于清洁井眼，但是如果高转速增加ECD，就要考虑适当降低转速了。实际上120RPM已经足够良好的清洁井眼了。转速降低后，扭矩也随之降低。由此也可见调整钻井参数对井下环境的影响。下图是使用常规钻具组合（扶正器）转速对ECD的影响。开始时转速设置为220RPM，然后降低转速至150RPM，约40分钟后，将转速再提高到220RPM。由图可知，提高RPM会导致ECD增加。4重晶石对ECD的影响重晶石沉降到下井壁，导致ECD降低。泥浆切值高，导致ECD高。循环可以有效降低井下温度。循环可显著的降低井下温度。因此如果是高温井，需要循环降温，同时剪切泥浆，直到ECD降低到合适的范围后再钻进。5测量方法对ECD的影响如果不采用合适的方法测斜，也会导致ECD波动大。下图中，下钻过程中，每10柱开泵测斜一次，但是每次开泵都只有几分钟。泥浆剪切不好、切度高、流动性差。到底后，快速开泵、快速提高转速到钻进转速，导致很高的瞬间ECD值。高的ECD值对井的危害是很大的。因此需要采用软开泵的方式，并且需要处理泥浆。6泥浆排量对ECD的影响泥浆排量降低，井眼清洗效果差，导致ECD增加。下图中，当发现ECD增加后，启动离心机清除泥浆中的固相，直到ECD降低到正常水平。四、ECD升高带来的后果1、ECD升高导致泥浆漏失下面的例子中,允许ECD升高是因为井眼清洁不好，岩屑在井眼低边堆积，其直接后果就是导致井漏。该井在井漏前ECD升高已经很长时间了，应该早就意识到问题的严重性，但是没有专门花时间来清洁井眼、降低ECD。最严重的情况就是地层破裂，严重井漏。对这种情况，应该给出明确的ECD值极其允许附加值，并通知施工各方。下面的例子也是ECD过高导致井漏的事故。发现ECD升高后，立即清洗井眼以降低ECD，但是最终还是导致地层破裂并引发井漏。2、产生激动压力和抽吸压力在钻进过程中，ECD升高。钻完这柱后，接单根前划眼洗井。由于活动钻具速度太快，导致一个小的ECD瞬时高值。就是这个瞬时高值就足以引发井漏。3、加泥浆药品速度太快开始往泥浆中加重晶石，加的速度太快使ECD升高。泥浆工程师应缓慢、逐步加入泥浆材料。五、使用ECD的优势作用1、协助确认井眼的清洁状况环空压力传感器可以协助判断井眼的清洁情况以决定是否需要专门洗井。在下面的例子中，由于ECD没有升高的趋势，按常规需要单独划眼、循环以清洁井眼。考虑使用PD控制ROP旋转钻进，井眼清洁状况良好，没有井眼清洁的问题，因此建议继续钻进。当然如果存在井眼缩径等问题需要划眼处理井眼则又另当别论。2、辨别井眼垮塌，钻具被沉砂填埋下面的例子是因泥岩垮塌导致钻具被沉砂填埋的情况。具体情况是钻过产层后进入泥岩段，ECD高于预测泥岩孔隙压力，但是没有预料到泥岩会垮塌。没发现掉块，ECD没有增加的趋势。泥岩垮塌是因为对地层的认识不足。3、风险识别下面的例子中，ECD处于可以接受的范围内，但是还是发生井漏，说明ECD的模型不准确，需要在以后的工作中进一步改进。4、控制起下钻速度，保持最小的激动和抽吸压力下面的例子中，在下钻时，司钻很好的控制下钻速度匀速下钻，没有产生较大的激动压力。同时司钻也没有快速开泵，而是逐步提高泥浆排量，也没有导致ECD大的波动。5、识别钻具运动诱发激动压力钻具坐卡速度太快，引发过大激动压力6、识别岩屑堆积情况下面的例子表明，起钻前没有将井眼清洗干劲，导致在套管鞋处必须循环洗井。六、因ECD导致的恶劣后果1、地层水侵入泥浆下面的例子是钻入新地层后，地层水进入泥浆，导致ECD突然升高。2、激动、抽吸压力导致井眼垮塌，钻具被填埋下面的例子是在循环洗井结束后准备继续钻进，但是由于活动钻具速度太快，导致大的ECD波动。随后又有两个小的ECD波动。其直接后果是引发井眼垮塌，钻具被填埋