常规压井方法

现场压井技术技术科：伍虹宇2012.12.21(世界末日)•玛雅预言大师一边吃东西一边在发表对未来的预言，旁边的门徒在虔诚地记录。日历翻到2012年12月21日时，大师突然吃到好辣的东西，头上冒汗，脸色大变：“操，是介末！日！”门徒悲伤地记了下来：2012.12.21，世界末日节目预告•压井相关原理及要求•压井计算•压井操作过程（司钻法和工程师法）•压井原理•压井是以U型管原理为依据，利用地面节流阀产生的阻力（回压）和井内钻井液柱压力所形成的井底压力来平衡地层压力。•在压井过程中，始终保持井底压力略大于地层压力，并保持不变。以不变的压井排量向井内打入加重钻井液，随着加重钻井液的增加，节流压力逐渐减小，待加重钻井液返出井口时，节流压力降为零，井重新建立了平衡。•压井时应达到的要求•(1)压井时井底压力必须略大于地层压力，并保持井底压力不变，使地层流体在重建平衡的过程中，不能重新进入井内。•(2)压井过程中，严格按井控要求和措施施工，不能造成井喷事故•(3)压井时，不能使井眼受压力过大，掌握用小排量和合适的节流阀开度，要保证不压漏地层，避免出现井下复杂情况或地下井喷。•(4)要保护油气层，防止损害油气层的生产能力（扯淡）。压井时，需要确定与计算项目1、判断溢流类型（计算与确定）2、录取关井立管压力（压井前，不同情况下的正确确定）3、地层压力（计算）4、压井液密度（计算）5、加重钻井液量（钻柱内容积、环空容积）（计算）6、压井时间（钻柱内容积、环空容积）（计算）7、压井循环时的立管压力（初始循环立管总压力，终了循环总压力）（计算）8、最大允许关井套压（计算）9、填写压井施工单（计算与填写）10、绘制出立管、套管压力控制进度曲线（利用计算数据绘制）•二、压井基本数据计算•1、判断溢流类型•关井状态下压力平衡关系：•在钻具内部：Pb=Pd+0.0098ρmH•在环空：Pb=Pa+0.0098ρm（H-hw）+0.0098ρwhw•合并：ρw=ρm-102（Pa-Pd）/Hw•hw＝ΔV/Va•ΔV为溢流量LVa为环空的容积系数L•ρm—原钻井液密度，单位：g/cm3；•Pa—关井套管压力，单位：MPa；•Pd—关井立管压力，单位：MPa；•ΔV—钻井液池钻井液增量，单位：m3；•Va—溢流所在环空截面积，单位：m3/m；•hw－地层流体在环空所占高度，单位：m。•根据ρw计算公式可确定溢流种类。当溢流密度：•在0.12--0.36g/cm3之间，则为天然气溢流。•0.36--1.07g/cm3之间，则为油溢流或混合流体。•1.07--1.20g/cm3之间，则为盐水溢流。•2、计算压井钻井液密度•式中•ρm1--压井钻井液密度g/cm3•ρm--原钻井液密度g/cm3•Pd--关井立管压力MPa•ρe--安全附加量g/cm3•H—发生溢流时的井深m；•对于油井来说•ρe＝0.05---0.10g/cm3•对于气井来说•ρe＝0.07---0.15g/cm3Hρm1＝ρm＋102Pd＋ρe•3、计算钻柱内外容积及加重钻井液量•1)钻柱内容积V1•式中：V1--钻柱内容积，m3；•D--钻具内径，m；•L--钻具长度，mV1=4（D12L1+D22L2+...+Dn2Ln）•(2)环空容积•式中：V2--环空容积，m3；•Dh--井眼直径或套管内径，m；•Dp--钻具外径，m；•L--钻具或井段长，m。V2=4[（Dh12-Dp12)L1+（Dh22-Dp22)L2+。。。+（Dhn2-Dpn2)Ln]•4、总容积•V=V1+V2•所需加重钻井液量一般取总容积的1.5-2倍•5、计算注入加重钻井液的时间•(1)计算注满钻柱内容积所需时间•式中：t1--注满钻柱内容积所需时间min•V1--钻具内容积m3•Q--压井排量L/St1=1000V160Q•(2)注满环形空间所需时间•式中：•t2--注满环形空间所需时间min•V2--环形容积m3•Q--压井排量L/St2=1000V260Q•定压井循环排量：•为什么压井排量一般取钻井时排量的1/3--1/2？•Q压井排量=（1/2~1/3）Q正常排量•1）正常循环压力加上关井立管压力也许会超过泵的额定工作压力；•2）大排量高泵压所需的功率，也许要超过泵的输出功率•3）大量流体流经阻流器可以引起过高的套管压力，如果压井循环时，阻流器堵塞，将导致地层破裂。•6、计算压井循环时的立管总压力•(1)初始压井循环立管总压力•PTi=Pd+Pci•式中:•PTi--初始压井循环立管总压力MPa••Pd--关井立管压力MPa••Pci--压井排量循环立管总压力MPa怎样求Pci？•要求井队在钻进到可能的高压地层井段之前，每天早班选择好压井排量进行循环测试，把测试的立管压力及所用排量记到班报表上，以备查用（低泵冲实验）。•Q压井排量下的循环立管压力Pci•如果未完成以上工作，可以这样求Pci•A、缓慢开泵，同时打开节流阀及上游的平板阀，使泵排量逐渐达到压井排量＝（1/2~1/3）Q正常排量并保持不变，调节节流阀，使套压等于关井套压；•B、记录此时的立管压力就是近似的PTi•则：Pci=PTi-Pd怎样求Pd？录取关井立管压力•1、关井后的井内压力达到平衡需要一定的时间。井眼周围地层压力恢复到原始地层压力需要一定时间，它表明了时间对关井立管压力的影响，待地层压力恢复到原始地层压力时，井内压力达到平衡，这时录取关井立管压力。•2、圈闭压力。圈闭压力是指从关井立管压力表及关井套管压力表记录到的超过平衡地层压力的关井压力值。•产生圈闭压力的原因：一是关井先于停泵，圈闭了一部分泵的能量；二是气体在关井状态下滑脱上升增加的压力，形成圈闭压力。气体滑脱上升是形成圈闭压力的主要原因。•消除关井圈闭压力的方法：•消除圈闭压力的方法是，通过节流管汇，从环空放出少量钻井液，每次放出40～80L，然后关节流阀及其上游的平板阀，观察关井立管压力变化。如果立管压力与套管压力均有下降，说明存在圈闭压力。•应再次打开节流阀及下游的平板阀放出40～80L钻井液，然后关井。如果立管压力仍有下降，重复上述操作，直到立管压力停止下降为止。•这时记录的立管压力才是真实的关井立管压力。•如果放出钻井液后，立管压力没有变化，而套压有所增加，说明没有圈闭压力。套压升高是由于环空静液压力减小所致。•注：放压立管滞后显示，压力传递270~300米/秒，如3000米井深，节流阀动作后，套压立即变化，需20秒才传到立管。钻柱中装有回压凡尔时测定关井立管压力•1、不循环法•在未知压井泵速和该泵速下的循环压力时，采用以下方法测定关井立管压力：•⑴、缓慢启动泵，向钻具内注入少量钻井液，并观察立压及套压的变化；•⑵、当套压超过关井套压0.5～1MPa时，停泵，说明钻杆回压阀被顶开，记录这时的立管压力及套管压力。则：•△Pa＝Pa1－Pa•式中△Pa——套压升高值，MPa；•Pa1——停泵时记录的套压值，MPa；•Pa——关井套压，MPa。•Pd=Pd1－△Pa△Pa＝（0.5－1）MPa•式中Pd——关井立管压力，MPa；•Pd1——停泵时记录的立管压力，MPa。钻柱中装有回压凡尔时测定关井立管压力•2、循环法•在知道压井排量和该排量下的循环压力时，采用：•⑴、缓慢启动泵，迅速打开节流阀及下游平板阀，通过调节节流阀使套压等于关井套压（不一定等，关键是控制开泵速度，不能太猛）；•⑵、当排量达到选定的压井排量时，保持不变，通过调节节流阀，使套压恰好等于关井套压，这时记录循环立管压力，停泵，关节流阀及下游的平板阀。•c、计算关井立管压力•Pd＝PT－Pci（如果套压不等于关井套压，则还需要扣除套压增加值）•Pd————关井立管压力，MPa；•PT————测量的立管压力，MPa；•Pci————压井排量循环时的立管压力，MPa。Pci及压井排量从预先记录的资料中查出。如何准确读取关井立压？•最理想的状况：当地层压力与井底压力达到平衡的瞬间，气柱在井底还未上升，无圈闭压力，无回压阀，录取Pd•一般情况关井后10-15分钟后读取（取决于地层渗透性）•如果存在回压阀，则过段时间后再求取关井立压值。•(2)终了循环立管总压力PTf=ρm1ρmPciρm1—压井钻井液密度，单位：g/cm3；ρm—原钻井液密度，单位：g/cm3PCi—压力排量循环立管总压力，单位：MPa。6、计算最大允许关井套压Pa=(Gf—Gm)×HfPa—最大允许关井套压，单位：MPa；•Gf—地层破裂压力梯度，单位：MPa/m；•Gm—原钻井液压力梯度，单位：MPa/m；•Hf—套管鞋处漏层井深，单位：m。•二、压井步骤•(1)计算压井所需数据：•依据压井基本数据和计算公式，计算压井所需数据。•(2)填写压井施工单：•将算得的各项数据填入压井施工单。（3）绘出立管压力控制进度，作为压井施工的依据。•1、什么叫司钻法压井？•司钻法压井是发生溢流关井后，先用原密度钻井液循环排出溢流，再用加重钻井液压井的方法，用两个循环周完成压井。•司钻法压井•第一步，用原钻井液循环排出溢流•A、缓慢开泵，迅速打开节流阀及上游的平板阀，调节节流阀使套管压力保持关井套管压力不变，一直保持到达到压井排量。•B、排量逐渐达到选定的压井排量，并保持不变，再调节节流阀使立管压力等于初始循环立管总压力PTi；并在整个循环周保持不变。•C、溢流排完，停泵关井，则应Pd=Pa，在排溢流过程中，应配制加重钻井液，准备压井。•第二步，用加重钻井液压井，重建井内压力平衡•A、缓慢开泵，迅速打开节流阀及下游的平板阀，调节节流阀，保持关井套压不变。•B、排量逐渐达到压井排量并保持不变，在加重钻井液从井口到钻头这段时间内，调节节流阀，控制套压等于关井套压不变(Pa=Pd)，立管总压力由PTi逐渐下降到终了循环立管总压力PTf。•C、加重钻井液出钻头返至环空，调节节流阀，控制立管压力等于终了循环立管总压力PTf，并保持不变，直到加重钻井液返出地面，停泵关节流阀及下游平板阀，此时若Pd=0，Pa=0，则压井成功。重钻井液替换原钻井液－第二循环周1、排量从0达到压井排量－调节节流阀－保持关井套压不变；2、在压井排量下－调节节流阀－保持关井套压不变，PTi自动下降到PTf3、保持PTf不变－－调节节流阀－加重钻井液返出地面－－Pd=Pa＝0•3、司钻法压井例题：•某井为一探井，钻至井深3200m发生溢流，关井后测得数据如下：测量井深3200m，垂直井深3200m，钻头直径Dh=215.9mm，•钻杆直径Dp=127mm，内径D=108.6mm，技术套管外径244.5mm，内径244mm，下深2400m，本井无钻铤，原钻井液密度ρm=1.25g/cm3，溢流前用排量10L/s循环时，Pci=3.8MPa，钻井泵3NB—1000泵，缸套直径φ170mm，允许泵压16.8MPa，套管鞋处地层破裂压力梯度Gf=0.0169MPa/m。•溢流关井10min井内压力趋于平衡测得：关井立压Pd=5MPa；关井套压Pa=6.5MPa；钻井液增量△V=2.5m3已知条件实测数据•解（1）计算压井所需数据•1）确定溢流类型，选取安全附加量•本井发生的是气体溢流。取ρe=0.10g/cm3Va=4（Dh2-dp2)L=0.785*(2.1592-1.272)*10=23.93LHw=ΔVVa=250023.93=104.47m102（Pa–Pd）Hwρw=ρm-102×（6.5–5）104.47=1.25-=0.21g/cm3•2)计算压井钻井液密度•3)、计算钻柱内容积、环空容积及加重钻井液量•V2=0.785[(2.242-1.272)*24000+(2.1592-1.272)*8000]=83288L=83.288m3•V=V1+V2=29.626+83.288=112.914m3•按1.5V加重钻井液，应把169.371m3钻井液加重到1.51g/cm3准备压井。Hρm1＝ρm＋102Pd＋ρe3200＝1.25＋102*5＋0.10=1.51g/cm3V1=0.7