油氣井壓力控制

1、油氣井壓力控制油氣井壓力控制lesson 11 well control11.111.1地層壓力、破裂壓力及坍塌壓力地層壓力、破裂壓力及坍塌壓力 一、地層壓力的有關(guān)概念一、地層壓力的有關(guān)概念 (the concept of formation pressure) 1、靜液壓力:滲透性地層中液體液柱重量引起的靜液柱壓力 式中 ph深處的靜液壓力，pa； 液體密度，kg/ m3 ； 地層水密度：1.31031.07103 原油密度：0.88103 泥漿密度：1.041032.35103 水泥漿密度：1.81031.9103 h液柱垂直高度，m。 hgph2 2、上覆巖層壓力上覆巖層壓力( (ove

2、rburden pressure)overburden pressure) 覆蓋在某一深度處地層以上的地層巖石和巖石孔隙中的流體的總重量造成的壓力 式中 po上覆巖層壓力，pa； h該處垂直深度，m； 巖石孔隙中流體的密度， kg/ m3 ； 巖石孔隙度，； rm巖石密度，。 phorm9 81.() 3、地層壓力pp（pore pressure) 某地層巖石孔隙和裂縫中油、氣、水等流體的壓力 連通體系：ppph 封閉體系：異常高壓地層、異常低壓地層 異常高壓：地層壓力高于正常壓力； 異常低壓：地層壓力低于正常壓力； 正常壓力標準：1.01.07g/cm3淡水或鹽水靜液柱壓力。 popp4、異

3、常高壓起因異常高壓起因-the case of abnormally pressure由靜液柱壓力引起的壓力異常由欠壓實（圈閉）引起的高壓 a、垂直方向 b、水平方向 壓力圈閉壓實異常高壓阻礙壓實欠壓實 5、異常高壓預報-the forecast of abnormally pressure （1）地震資料（地震層速度法） （2）鉆井資料 (dc指數(shù)法) （3）測井資料 （聲波時差法） 二、地層破裂壓力二、地層破裂壓力( (formation fracture pressure)formation fracture pressure) 1、定義：使地層受壓破裂的最低壓力（1.62.4 07g/

4、cm3 ） 2、因素：埋藏深度，地質(zhì)年代，覆蓋壓力，地層壓力，巖石性質(zhì)，巖石應力狀態(tài)，巖石壓實程度 3 3、確定方法確定方法 （1）公式估算法 休伯特（hubbert）法 馬修斯（matthews）法 伊頓（eaton）法（2）液壓試驗法a 關(guān)閉環(huán)形空間b 小排量（0.661.32ls）c 記錄灌注液量和立管壓力立管壓力突降（峰值）漏失壓力p1 gf地層破裂壓力梯度，kpa/m。 gphf9811.三、地層坍塌壓力三、地層坍塌壓力 當井眼壓力小于某一壓力值時，井壁巖石在地應力的作用下發(fā)生變形破裂，此時的壓力稱為坍塌壓力 四、壓力的表示方法四、壓力的表示方法 1、壓力值形式表示 公制 mpa，k

5、pa，pa； 英制 psi 1 mpa=103 kpa= 106 pa； 1 mpa = 145 psi； 2、壓力梯度 單位長度（深度）壓力增長值。 gh=ph/h 3、當量泥漿密度 某一點處的壓力與某一密度的泥漿在該深度處的靜液壓力相等，則稱該密度值為該壓力的當量密度。hgppe 4壓力系數(shù) 某一點處的壓力與該深度處的淡水柱靜壓力之比。hgp水壓力系數(shù)五、壓力剖面的具體應用簡介五、壓力剖面的具體應用簡介 1、確定合理的井身結(jié)構(gòu)、確定合理的井身結(jié)構(gòu) 2、確定合理的鉆井液密度、確定合理的鉆井液密度 3 3、防止井噴、卡鉆、井漏等事故的發(fā)生、防止井噴、卡鉆、井漏等事故的發(fā)生 11.211.2地層

6、地層-井眼壓力平衡和平衡的破壞井眼壓力平衡和平衡的破壞 一、地層一、地層-井內(nèi)壓力平衡井內(nèi)壓力平衡( (formation-formation-wellborewellbore pressure balanced)pressure balanced) 1、壓力系統(tǒng)模型 p鉆靜9.81h p環(huán)靜9.81(hh)+h p底p環(huán)靜p環(huán)循p套 p鞋p鞋靜p鞋循p套 地ppppp鉆套鞋底hh 2 2、幾種常見井內(nèi)壓力關(guān)系、幾種常見井內(nèi)壓力關(guān)系 （1）靜止平衡狀態(tài) 未鉆入高壓油、氣、水層，鉆井液未受侵，鉆井液靜止不流動 鉆0；套0； 底鉆靜環(huán)靜9.81； 鞋9.81； （2）標準循環(huán)狀態(tài) 未鉆入油、氣、水

7、高壓層，鉆井液未受侵，井口敞開 鉆循泵立管； 套0； 底環(huán)靜環(huán)循； 鞋鞋靜鞋循； （3）大排量循環(huán)狀態(tài) 鉆入高壓油、氣層，環(huán)空一段鉆井液受侵，關(guān)閉封井器以調(diào)節(jié)阻流器控制套管回壓 底環(huán)靜環(huán)循套（要求地） 鞋鞋靜鞋循套（要求破） 3、鉆井壓力控制-drill pressure control 根據(jù)形管壓力平衡原理，使用壓力控制設備，按規(guī)定的方法和程序，建立和保持井內(nèi)的壓力平衡。 底地地9.81 0.050.1 g/cm3 (油層) 0.070.15 g/cm3 (氣層)二、失去壓力平衡的原因二、失去壓力平衡的原因 v （一）壓力組成 1、洗井液液柱靜壓力 2、抽吸壓力（拔活塞） 影響因素影響因素：

8、上提速度上提速度、鉆井液粘度、鉆井液粘度和切力和切力、鉆頭泥包、鉆頭泥包抽吸壓力抽吸壓力 3、激動壓力 （1）下鉆激動壓力 因素：下鉆速度因素：下鉆速度、鉆井液粘度和切力、鉆井液粘度和切力、井徑、井徑激動壓力激動壓力 （2）開泵激動壓力 因素：鉆井液流變性，靜止時間，鉆具因素：鉆井液流變性，靜止時間，鉆具、井眼幾何尺寸，溫度、壓力。、井眼幾何尺寸，溫度、壓力。 pkb開泵壓力。 pddkbhp33. 4、環(huán)空壓降引起的壓力增量因素：鉆井液流變性；井深；鉆具、井眼幾何尺寸；溫度；壓力。 5、其它原因引起的壓力增加（井口憋回壓） 6、起鉆未及時灌鉆井液或灌入量不足，井內(nèi)液面下降，井底液柱壓力下降。

9、 （二）失去壓力平衡的原因 1鉆井液密度偏低，環(huán)靜； 2突然鉆遇高壓油、氣層； 3起鉆未灌漿液柱高度； 4鉆頭或鉆鋌泥包起鉆速度過快抽吸壓力； 5油、氣上串體積膨脹環(huán)靜； 6井漏液柱高度環(huán)靜。 三、地層流體的發(fā)現(xiàn)和應采取的措施三、地層流體的發(fā)現(xiàn)和應采取的措施 v pm pp 地層流體進入井底 pm溢流速度 1、溢流時的異?，F(xiàn)象 2、監(jiān)測方法 3、溢流發(fā)現(xiàn)后的處理措施 四、地層流體侵入井內(nèi)的特點四、地層流體侵入井內(nèi)的特點 （一）氣侵的方式 1、擴散侵入 氣泡分散在鉆井液中 2、欠平衡侵入 氣體以高含氣量狀態(tài)或氣柱狀態(tài)存在于井下 （二）氣侵對泥漿柱壓力的影響二）氣侵對泥漿柱壓力的影響 井底壓力，兆

10、帕81/2井 眼 ， 41/2鉆 桿 環(huán) 形 空 間 ， 泥 漿 密 度 1.20g/cm3（三）井下聚有氣柱時，發(fā)生自溢和井噴的條件 （四）關(guān)井后氣體對井內(nèi)壓力的影響 關(guān)井時，氣侵泥漿對作用在井筒的壓力影響11.311.3溢流時恢復和重建壓力平衡的方法溢流時恢復和重建壓力平衡的方法壓井壓井 1、求關(guān)井立管壓力 地關(guān)鉆9.81 地 2、判斷地層侵入物的性質(zhì) p關(guān)鉆9.81hp底p環(huán)靜p關(guān)套 p關(guān)鉆9.81h9.81（hhi）9.81hiip關(guān)套 i（p關(guān)套p關(guān)鉆）（9.81hi） hi侵入物高度，km，可根據(jù)井眼環(huán)空尺寸和泥漿池增量計算 i0.120.36 g/cm3，氣體； i0.360.6

11、0 g/cm3，油、氣或水、氣混合物； i0.600.84 g/cm3，油、水混合物。 3、確定壓井液密度 重p地（9.81h）p關(guān)鉆（9.81h） 二、基本壓井方法和步驟二、基本壓井方法和步驟 （一）關(guān)井立管壓力為零（二）關(guān)井立管壓力不為零 1、原則、原則 2、壓井過程、壓井過程（1）二次循環(huán)壓井法（司鉆法）二次循環(huán)壓井法（司鉆法） （2）一次循環(huán)法壓井（等待加重法，工）一次循環(huán)法壓井（等待加重法，工程師法）程師法） （3）循環(huán)加重法）循環(huán)加重法 3 3、壓井時套壓、立壓的變化、壓井時套壓、立壓的變化 （1）立壓的確定方法）立壓的確定方法 （2）套壓的確定方法）套壓的確定方法 （3）司鉆法壓

12、井時立壓、套壓的變化）司鉆法壓井時立壓、套壓的變化規(guī)律規(guī)律 （4）工程師法壓井時立壓、套壓的變）工程師法壓井時立壓、套壓的變化規(guī)律化規(guī)律三、其它壓井方法簡介三、其它壓井方法簡介 1、起下鉆時的壓井方法 2、沖量壓井法（空井壓井、置換法壓井） 3、反循環(huán)法壓井 4、動力壓井法 一、套管程序設計的主要原則和基礎參數(shù)一、套管程序設計的主要原則和基礎參數(shù) （一）、井身結(jié)構(gòu)內(nèi)容：一）、井身結(jié)構(gòu)內(nèi)容： 1) 1) 下入套管的層次；下入套管的層次； 2) 2) 各層套管下入深度；各層套管下入深度； 3) 3) 水泥返高；水泥返高； 4) 4) 套管、鉆頭尺寸的配合。套管、鉆頭尺寸的配合。11.4 11.4 套管程序設計套管程序設計 （二） 套管的層次 一口井的套管可分為：導管、表層套管（surface casing）、技術(shù)（中間）套管（protection casing、intermediate casing）和油層套管（production casing、oil string）。 （三）原則（三）原則 1保護儲層保護儲層 2保證井下安全、快速鉆井保證井下安全、快速鉆井 3