常规井控电子教案.ppt
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1、常规井控声波测井:声波测井:fm=T ma-2.11*(T-T ma)/(T f+T )(2)地层孔隙压力地层孔隙压力 pp=0.00981PH (MPa)P-地层孔隙压力的当量泥浆密度,g/cm3。H-井深,m。(3)地层破裂压力地层破裂压力 f 地层破裂压力的当量泥浆密度,g/cm3。Kss 构造应力系数 Srt 岩石的抗拉强度(4)钻井液液柱压力钻井液液柱压力 Ph=0.0098 mH H H-环空液柱垂直高度,m。m 泥浆密度(5)井内波动压力井内波动压力 抽吸压力:抽吸压力:psb=0.00981sbH (MPa)激动压力:激动压力:psg=0.00981sgH (MPa)s sb
2、b-抽吸压力系数,g/cm3。一般应控制在 s sb b=0.0360.0360.08.0.08.g/cmg/cm3 3。s sg g-激动压力系数,g/cm3。一般应控制在 s sg g=0.024=0.0240.1 0.1 g/cmg/cm3 3。实际操作过程中,当泥浆密度在1.5g/cm3,粘度在50mPa.s 时,如果起钻速度在1.5m/s左右,则抽吸压力 系数可达0.1g/cm3 以上。(6)环空循环压降环空循环压降 a=pa/(0.00981 H)a 环空压降的当量泥浆密度,g/cm3。(7)井底有效压力井底有效压力 正常钻进时:正常钻进时:phe=ph+pa 起钻时:起钻时:ph
3、e=ph-psb 下钻时:下钻时:phe=ph+psg 最大井底压力:最大井底压力:phemax=ph+pa+psg 最小井底压力:最小井底压力:phemin=ph-psb2 2、井眼与地层压力关系、井眼与地层压力关系 安全钻井的压力平衡条件安全钻井的压力平衡条件:pp phe pf 或或 p he f phe pp,地层流体侵入井眼;地层流体侵入井眼;phe=pp,平衡压力钻井;平衡压力钻井;phe pf,压裂地层,发生井漏;压裂地层,发生井漏;pp phe pf,过平衡压力钻井;过平衡压力钻井;phe pp,地层流体有控制地进入井眼,地层流体有控制地进入井眼,欠平衡压力钻井。欠平衡压力钻井
4、。第二部分第二部分 井涌的原因、征兆与监测方法井涌的原因、征兆与监测方法井涌(井涌(又称为又称为溢流、静侵)溢流、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。一、地层流体侵入井内的原因一、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,或井漏使井内液面降低;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(或起完钻)过程中二、气侵二、气侵1 1、气侵的
5、途径与方式、气侵的途径与方式岩石孔隙中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渗入井内。2 2、气侵的特点及危害、气侵的特点及危害(1)侵入井内的气体由井底向井口运移时,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,气体侵入钻井液后呈分散状态,井底泥浆液柱压力的降低是非常有限的。只要及时有效地除气,就可有效避免井喷。(3 3)当井底积聚相当体积的气体形成气柱时,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
6、变大,替代的钻井液量越来越多,使井底压力大大降低,更多的气体将以更快的速度侵入井内,最终导致井喷。(4 4)气侵关井后,气体将滑脱上升,在井口积聚。但体积变化并不大。使气体几乎仍保持原来的井底压力。这个压力与泥浆柱压力叠加作用于整个井筒,容易导致井漏和地下井喷。3、气侵情况下的气液两相流的流动特点、气侵情况下的气液两相流的流动特点 气体进入井眼后,井内为气液两相流,由于二者密度不同,气体将会滑脱上升,在泡状流时,气体的滑脱速度不大,一般为 150 300 m/h;在段塞流时的滑脱速度约为 1800 3000 m/h。在井口开口的情况下,随着气体的不断上升,气体逐渐膨胀,在一定气侵量时,气体会由
7、泡状流逐渐向段塞流和环状流发展。4 4、井内气体上升时的体积及压力变化、井内气体上升时的体积及压力变化(1 1)井口开启)井口开启 根据波耳定律:P1V1 =P2V2 (按等温过程)可知气体从井底上升到一半高度时,由于气体压力减小一半,气体体积将会增大一倍。随着气体体积的不断增大,井底的液柱压力逐渐减小,导致更多的气体侵入井内,形成恶性循环,最终可能引起井喷。如深度为4 km 的井,当井底侵入 1 m3 的气体时,随气体的上升,其体积的变化如图所示:当气体上升到390m处时其体积等于其上的环空体积,也就是说,其上部的泥浆全部被顶出井外。如果泥浆上返速度为0.8m/s,当外溢量为4 m3时发现井
8、涌(气体到达1km处),则从发现到喷出,大约只需78分钟时间。因此,人们常说井喷会突然发生。(2 2)井口关闭)井口关闭 在井口关闭的情况下,气体在滑脱上升的过程中保持体积不变,因此其压力亦保持不变,此情况下,井口和井底的压力都会逐渐增加,当气体到达井口时,井口承受的压力为地层压力,井底的压力为2倍于地层压力。此情况下可能压漏地层,发生井下井喷。因此,在井内的气体上升过程中,应逐渐有控制地进行放压,使套压小于允许套压。注意事项: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
9、排除侵入井内的气体。5、发生井漏时要预防井喷;6、发现井涌后应及时关井,切不可采用循环观察的方 法来确定井内的情况。7、在发生井涌时,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。举例:举例:P181P181三、地层流体侵入的检测三、地层流体侵入的检测1 1、地层流体侵入的征兆、地层流体侵入的征兆(1)钻速(钻时)加快、蹩跳钻、钻进放空;(2)泥浆池液面升高;(3)钻井液返出量多于泵排量;(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、气测烃类含量增加;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
10、增大;钻遇高压层时,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泥浆灌入量少于正常值;(7)停止循环后,井口仍有泥浆外溢。2 2、地层流体侵入井眼的检测方法、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)声波检测根据声波在液体、气体和气液两相流中传播速度的不同检测气侵的程度。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)利用综合录井仪实时监测第三部分 关井方
11、式与关井程序控制溢流主要包括两个步骤:控制溢流主要包括两个步骤:阻止地层流体继续侵入井眼-关井;一、关井方式一、关井方式 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浆液柱压力之和平衡地层压力,阻止地层流体的继续侵入。1、硬关井、硬关井发现溢流后,在节流阀未打开的情况下关闭防喷器。关井时间短,可以尽快阻止地层流体侵入。特点:易产生水击、易损坏井口装置或压漏薄弱地层;适用于井涌速度不高、井口装置承压能力高的情况。2、软关井、软关井发现并涌后,先适当打开节流阀(34圈),再关闭防喷器,然后再关闭节流阀。特点:关井时间长,地层流体侵入量多。使用于井涌速度较高、井口装置承压能力较低、裸眼井段
12、有薄弱地层的情况。3、半软关井、半软关井发现井涌后,先适当打开节流阀,再关防喷器。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。二、关井程序二、关井程序(关井步骤)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 先关环型、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)发出报警信号并立即停止起下钻作业;(2)抢接回压阀(或
13、投钻具止回阀);(3)适当打开节流阀;(4)关防喷器 先关环型、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)发出报警信号,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 先关环型、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)认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。4、空井时发生井涌(1)发出报警信号;(2)适当打开节流阀;(3)关防喷器 先关环型、再关闸板;(4)关节流阀,试关井,注
14、意套压不能超过极限套压;(5)打开环型防喷器;(6)及时向队长和技术人员报告;(7)认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。三、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。四、侵入井内流体性质的判断四、侵入井内流体性质的判断
15、发生井涌关井后,应当判断侵入井内的流体性质。侵入的流体可能是油、气、水或者是其混合物。精确确定流体的类型是比较困难的(由于井径不规则、泥浆池增量计算不准确等因素),因此只能近似判断流体的类型。计算时应首先根据泥浆池增量,算出侵入流体在环空内的高度:Hi =Vmd/Van (m)式中 :Vmd_ 泥浆池增量,m3 Van 环形空间每米高度所具有的体积,m3/m 根据U形管原理可得:Pc+0.00981 m =Pc+0.00981 m(H-Hi)+0.00981 m Hi i=m -(Pc-Ps)/(0.00981Hi)式中:Pc 关井套管压力,MPa;Ps 关井立管压力,MPa;m 井内泥浆密度
16、,g/cm3 i 侵入井内流体的密度,g/cm3一般:i=0.12 0.36 g/cm3,气体;0.36 0.6 g/cm3,为油与气或水与气的混合物;0.6 0.84 g/cm3,油、水或油水混合物。第四部分第四部分 压井压井一、泥浆气侵时,圈闭压力的检查与释放油水侵时: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,即便是立压或套压与 浆液柱压力之和达到了可平衡地层压力的值以后,立压和套压还可能随时间不断升高。有可能压漏地层或超过设备的承压能力。这种在立压或套压记录上超过平衡地层压力值以后,压力继续升高的增量,
17、称为圈闭压力。为了防止套压超过极限套压,较为准确的确定地层压力,对圈闭压力可进行释放。气侵关井后的立压与套压随时间的变化曲线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、套压恢复曲线尚未出现平稳段,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。释放“圈闭压力”的方法为:开启节流阀,释放40 80
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