第六章 油气井压力控制

第六章油气井压力控制•井眼与地层压力系统•欠平衡压力钻井•井涌的原因、征兆与检测方法•发生井喷的失控的原因•关井方式与关井程序•侵入流体性质的判别•压井—恢复井内压力平衡方法概述油气井压力控制——在钻井过程中对地层压力进行控制。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、井塌和缩径等复杂情况的发生3、有效的保护油气层井控的技术内容：1、地层压力的预测和监测2、钻井液密度的控制3、合理井身结构的设计4、防喷器装置的配置5、溢流后的正确处理•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；•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；•防喷器及管汇安装不符合要求•井身结构设计不合理•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•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。一个惨痛的实例第一节井眼—地层系统的压力平衡一、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5、井内波动压力抽吸压力：激动压力：DPpp310*81.9DPff310*81.9DPdh310*81.9aP3333/1.0~024.0,10*81.9/08.0~036.0,10*81.9cmgsDsPcmgsDsPggsgbbsb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：安全钻井的压力平衡条件：sbhbsgahbsghbsbhbahbppppppppppppppppminmaxfbpppp,,,,,pbfbpfbpbpbppppppppppp地层流体侵入井眼；平衡压力钻井；压裂地层，发生井漏；过平衡压力钻井，地层流体有控制入井眼，欠平衡压力钻井二、井眼—地层系统压力基本关系pdphpsbhbPPPPPPPmaxmin—安全附加压力；—安全附加密度；油井：=1.5~3.5MPa=0.05~0.1气井：=3.5~5.0MPa=0.07~0.15PPP三、平衡与欠平衡压力钻井1、平衡压力钻井（1）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，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：地层压力的准确预测合理钻井液密度的确定2、欠平衡压力钻井（1）概念：所谓欠平衡压力钻井，即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的流体进行控制和处理，这样可及时发现和有效的保护油气层，同时可显著提高钻进速度。（2）技术关键：1）地层孔隙压力和破裂压力的准确预测2）钻井液类型选择和密度等性能的控制3）井口压力控制和循环出井流体的处理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（3）欠平衡钻井适用的储层：1、高渗透固结砂岩和碳酸岩油气藏2、裂缝性油气藏3、致密性（低孔低渗）油气藏4、压力衰竭的低压油气藏（4）欠平衡钻井方式（欠平衡产生条件）1、流钻：常规钻井液密度，边喷边钻2、气体钻井：人工诱导产生欠平衡，包括：（1）空气钻井；（2）雾化钻井；（3）泡沫钻井；（4）充气钻井。第二节溢流的侵入及其检测一、有关溢流和井喷的概念溢流（又称为井涌、静侵）：地层流体（油、气、水）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。井喷：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1、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低2、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低3、起钻未按规定灌泥浆，或井漏井内液面降低4、起钻速度过快，引起抽过大，地层流体侵入井内5、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70%的井涌或井喷发生在起钻（起完钻）过程中。三、气侵的特点1、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•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深入井内2、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。（2）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，就能有效的避免井喷。（3）当井底气体形成气柱时，随着气柱的上升（滑脱上升或循环上升），在井口未关闭的情况下，环境压力降低，体积膨胀变大，替代的钻井液液量越来越多，使井底压力大大降低，更多的气体以更快的速度侵入井内，最终导致井喷。（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，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，井口承受的压力为地层压力，井底的压力为2倍地层压力，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，应逐渐有效控制地放压，使套压小于允许套压。3、的危害属剧毒性气体，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。（1）的物理化学性质硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫化氢有臭蛋味，其相对密度为1.176，硫化氢燃点250摄氏度，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4.3%~46%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，几乎与氰化物同样的毒性，是一种剧毒性气体。正常条件下，对人的安全临界浓度是14PPm（国外标准10PPm）SH2SH2SH2SH2SH2（2）气体的分布就地下而言，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、普遍的存在着硫化氢气体。世界上含气体最高的地区是美国的南德克萨斯气田，含量高达98%，沙特阿拉伯的油气田大多含有高浓度的硫化氢（10~200PPm）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气藏含量跨度在10~90%。SH2SH2SH2SH2SH2•四川油田川东卧龙河气田，三迭系嘉陵江灰岩气藏含量9.6~10%•新疆塔里木的轮古油田含量300~400PPm,以上地区皆属中高含地区。•克拉玛依油田在南缘的卡10井、西4井、东湾1井、安4井等都出现过气体，在红山嘴、八区、稠油区等区块的油田开发过程中也出现过气体。SH2SH2SH2SH2SH2（3）注意事项1、起钻初期一定要控制起钻速度，2、起钻时注意及时灌浆3、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，下钻时，可采用分段循环的方法排除侵入井内气体。5、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，或者企图把钻头提到套管鞋内，以免造成井喷。四、地层流体侵入的检测1、地层流体侵入的征兆（1）钻速（钻时）加快、憋跳钻、钻进放空（2）泥浆池液面升高（3）钻井液返出量多于泵入量（4）钻井液性能发生变化—密度降低—粘度上升或下降—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—温度升高—泥浆电导率增大或减小（5）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（7）停止循环后，井口仍有泥浆外溢2、地层流体侵入井眼的检测方法（1）泥浆池液面检测利用泥浆池液面传感器（2）钻井液返出流量检测利用泥浆出入口流量计（3）声波检测声波在水中的传播速度为1500m/s，在空气中的传播速度为340m/s，在气液两相流中的传播速度可以低于每秒几十米。（4）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；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。（6）起钻时灌不进泥浆或灌入量小于正常值（7）停止循环后，井口仍有泥浆外溢第三节油气井压力控制——关井与压井井控装置简介：一、关井程序利用井口防喷器将井口关闭，井口防喷器产生的回压与环空泥桨液柱压力之和平衡地层压力，防止地层流体的继续侵入。（一）、关井方式及选择1、硬关井发生溢流后，在节流阀关闭的情况下关闭防喷器。优点：关井程序简单，时间短，地层流体侵入量小。缺点：产生“水击”，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、套管抗内压强度和地层破裂压力。2、软关井发生溢流后，先打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。优点：可避免“水击”现象缺点：关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量。3、半软关井发现井涌后，先适当打开节流阀，再关井防喷器，或边开节流阀边关防喷器。特点：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。关井方式的选择：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“硬关井”，否则，应选择“软关井”或“半软关井”。推荐使用半软关井。（二）、关井程序（关井步骤）1、钻进时发生井涌（1）立即停止钻进，发出报警信号，停转盘、上提方钻杆到钻杆接头露出转盘面；（2）停泵；（3）适当打开节流阀；（4）关防喷器—先关环形、再关闸板；（5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向队长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。2、起下钻杆时发生井涌（1）发出警报信号并立即停止起下钻作业；（2）抢接回压阀（或投钻具止回阀）；（3）适当打开节流阀；（4）关防喷器—先关环形、再关闸板；（5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。3、起下钻铤时发生井涌（1）发出警报信号，抢接回压阀（或投钻具止回阀）；（2）抢接钻杆；（3）适当打开节流阀；（4）关防喷器—先关环形、再关闸板；（5）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。4、空井时发生井涌（1）发出警报信号；（2）适当打开节流阀；（3）关防喷器—先关环形、再关闸板；（4）关节流阀，试关井，注意套压不能超过极限套压；（5）打开环型防喷器；（6）及时向对长和技术人员报告；（7）认真记录关井的立压、关井套压和泥浆池增量。关井中应注意的几个问题：1、关防喷器时要先关环型防喷器，再关闸板防喷器；2、关节流阀时，速度不要太快，注意套压不要超过极限允许值；3、关闸板防喷器时，应使钻具处于悬吊状态，不能坐在转盘上，以防止钻具不居中而封不住；4、如确实需要向井内下入钻具，不能在泥浆外溢的情况下敞着井口抢下钻，而应采用上下两个闸板防喷器强行下钻。5、当关井套压大于允许关井套压时，则不能把节流阀全关死，应在保持尽可能高的套压下进行节流循环。（三）地层渗透率大小的判断精确判断地层渗透率的大小较为困难，但可根据现场经验进行粗略判断。•关井后十几分钟，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是高渗地层；•关井后40分钟以内，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是中渗地层；•关井后80分钟后，立压、套压恢复曲线出现平稳段，可认为是低渗地层；一般情况下，高压高渗地层，井控难度最大，危险性高；高压中渗和中压高渗地层，井控有一定的难度和危险性；中低压、中低渗地层，井控相对较容易。（四）“圈闭压力”的释放油水侵时：在关井后，立压和套压达到一定值后趋于稳定。气侵时：在关井后，气体在滑脱上升过程中，侵入的气体不能自由膨胀，会带压上升。因此，即使是立压或套压与浆液柱压力之间和达到了可平衡地层压力值以后