A07 非常规井控技术Word文件下载.docx

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9.81ρmH，MPa。

P2-t=t2时刻的地面压力或最终压力，P2=P-10-3×

9.81ρm（H-Hm），MPa。

ρm-井液密度，g/cm3。

用式（7-1）式确定出气体运移高度后，可用下式求出气泡运移的速度：

（7-2）

Vg-气体运移速度，m/h。

t1-初始压力读值的时刻，h1。

t2-最终压力读值的时刻，h2。

把公式（7-1）带入公式（7-2），也可得出计算气体滑脱上升的另一计算公式：

（7-3）

vg——气体运移的速度，m/h；

ΔPa——井口套压增量，MPa/h；

Gm——井液压力梯度，MPa/m。

只有当气体为单一体积单元时公式才成立。

事实上气体常是破碎成许多气泡，因此运移速度和高度为近似值。

7.1.1.2体积控制法的原理

油管在井底或近井底时，如果环空和油管连通，问题不会十分复杂。

如果井眼流体密度已知，通过油管压力便可直接算出井底压力，可用来指导压井作业。

这种情况下，通过放掉环空中一定体积井液，保持油管压力不变，就会使井底压力保持恒定。

然而，当油管堵塞，即油管与环空不连通或空井时，只能通过观察地面环空压力来指导井控。

对要放掉的井液的体积和地面压力进行预测是可能的，也可算出井底压力，把计算值与许可值进行比较。

排放到地面的井液体积与用二次循环法循环出井涌的体积相同。

对现场作业来说，通过节流阀间断放出一定数量的井液，使天然气膨胀，气体压力降低，通过套管压力控制天然气的膨胀和井底压力，使井底压力略大于地层压力，既防止天然气再进入井内，又不压漏地层。

7.2体积控制法的现场配套设备

1.配套的设备必须能够准确的测量从节流阀放出的井液，可用灌浆罐。

2.最好用手动节流阀取代遥控节流阀。

配套设备如图7-1所示。

图7-1体积控制法的现场配套设备

7.3体积控制法现场操作程序

1.关井后，记下关井套压，允许套压增加到一预定的值（通常高于初始关井套压1MPa～1.5MPa）。

这可给地层压力施加一压力附加值以保证安全。

这一安全附加值是必须的。

因为从井中放出井液时难以维持确切的压力。

在放井液过程中如有压力波动，该关井压力附加值可防止更多的地层流体进入井眼。

当然，在确定安全增量时一定要考虑到地层的压裂。

如果过平衡太大，可能会引起地层破裂和由此而造成井漏，最恶劣的情况是可能引起地下井喷。

2．把节流管线放浆出口引到井液收集罐中，井液收集灌必须有刻度以便能准确计量放浆量。

3．计算每次放出的井液量△V，其对井底形成的静液压力值△P一般取0.7MPa（=100psi）（IADC推荐数值）左右,若压力表是以MPa为单位，为了便于读值可设为0.5MPa或1MPa。

故有：

（7-4）

则：

（7-5）

式中△V——每次放出的井液量,L；

△P——放出的井液在井内形成的静液压力，MPa；

Ρm——原井液密度，g/cm3；

Va——溢流所在井段环空的容积系数，L/m。

4．监测关井套压，允许其升高一固定的数值△P。

5．当关井套压升高△P时，注意新的关井套压值。

调节节流阀（最好用手动的）保持此新的套压值不变，缓慢地有控制地放掉井液并测量放掉井液的体积△V，当其体积等于步骤3）算的体积△V时，关井。

6．重复骤4和步骤5，允许压力增加，然后放掉井液△V，直到气体到达地面或压力稳定为止。

7．通过体积置换的方式可以使气体到达井口，要是井内气体放出井口必须用顶部压井法置换处理井内的气体。

顶部压井法的基本操作步骤如下:

（1）通过反循环管线注入一定量的井液，允套压力上升某一值，以最大允许值为准。

（2）当井液在重力作用下沉落后，通过节流阀慢慢释放气体，套压降到某一值后，关节流阀。

套压的降低值应等于注入井液的静液压力值。

（3）重复上述操作，直到井内充满井液为止。

顶部压井法操作上要小心，释放气体要有耐心，不能过急，井内液气量置换较慢，又因井深和井液气侵程度大，用此法压井的时间可能会更长。

7.4体积控制技术注意事项

1．体积法的假设条件是侵入井内的天然气是一个连续的气柱,占居整段环形空间，忽略气体的重量及天然气上升过程中无新的天然气侵入，适用于井身结构简单的井

2．如果不知道气泡的位置，计算出的井液体积可能有误差，这就存在使井眼欠平衡的危险，会使额外的地层流体进入井眼，以致使控制过程复杂化。

如果有油管压力的话，可用关井环空压力作为备用手段来指导压井过程。

3．保持环空压力恒定可能非常困难，这取决于气泡的运移速度和井队人员操作节流阀的能力。

4．气体到达地面时将少量的加重井液缓慢地泵入环空中。

稀井液，如加重的盐水作用最好，因为其粘度较低能相当快地通过气侵井液下行。

然后放掉气体，直到关井套压降低的值与泵入重浆产生的静液压头值相等为止。

不要放掉液体，允许液体有充足的时间通过气体下行。

泵重浆时由于压缩气柱可能增加地面压力，这一增加的压力也应放掉。

5．等待井液落到气帽以下后放气，应了解放出的是气体还是液体。

6．从同一个压力表上采集地面压力，压力表范围相当准确地在观察的范围之内（即避免在大刻度表盘上读小的读数）。

如果地面有多处可读出压力，读压力时必须只使用一只压力表，而其他表仅作备用（即在步骤实施中间不要更换压力表）。

7.尽管这种方法可能不能最终地解决问题，因为有时会发生应泵入的加重井液没有泵入井内，但当不能循环或循环不理想时，它是解决气体运移的一种方法。

当气体在井内上升时一定允许它膨胀，这一点应特别注意。

否则，在裸眼层段或套管上会作用有较高的压力，这会造成地面或地下井喷。

然而，这种方法比起循环出气侵井液的司钻法来并不更加困难或危险。

8.体积控制法所用装置压力用整个井液柱压力计算，作为相对值不求准确，只需作出合理的估计。

在平衡整个井底压力的过程中，始终保持此基准值。

设定一施加到地层和油藏上的最大压力。

例如，套管鞋处最大许可地面压力可超过地层压力1.4到2.1MPa。

9.对于特殊需要的井，可根据油田地质要求选用灌注法压井。

即往井内灌注一段压井液，就可以把井压住，对于一些低压低产油层上返试油时采用。

7.2挤压法压井

挤压法是因井下情况不能进行循环时，从地面向井内泵入压井液把油气侵压回地层的压井方法，作业现场也叫硬顶法、平推法、压回法。

7.2.1挤压法的特点

挤压法的基本要点是在不超过套管抗内压强度或井口设备极限情况下，以不超过最大许用关井套压作为工作压力挤入压井液,把侵入井筒的地流体压回地层。

且要保证施工过程中，挤压法压井引起的压力不会进一步损害井眼。

7.2.2挤压法的适用条件

不能用常规压井法进行循环压井时，可选用压回法。

有些情况下挤压法是使井得到控制的最便捷方法。

挤压法是扣装井口之后常用的压井技术，但是应特别小心，以保证挤注引起的压力不会进一步损害井眼。

在挤注之前，井眼要处于关井状态，井口压力通常处在最高值。

则泵送压力必须高于井口压力，这会给井眼、裸眼井段和井口作用更大的压力。

挤压法的适用于：

1.含硫化氢的井涌。

2.套管下得较深、裸眼短、只有一个产层，且渗透性很好。

3.管柱堵塞，压井液不能到达井底。

4.大的井涌预兆，地层无法承受该压力。

5.产层下面有一个漏层，当压井循环时，大量的井液将漏入该漏层等情况。

7.2.3挤压法的操作

7.2.3.1挤压法的操作程序

压井时，以不超过套管抗内压强度的80%和井口设备的额定工作压力为工作压力向井内挤入压井液。

1.关井，确定油（立）管压力，若通过套管进行挤注，则确定套管压力。

2.缓慢开泵，当泵压超过井压时，井中流体开始压入地层。

这个压力可能会大大高出关井压力，但不要超过最大允许值。

当估计压井液接近地层时，慢慢降低泵速。

3.一旦压井液开始进入地层，泵压会突然升高，停泵。

4.关井，检测压井效果。

5.如果仍能检测到地面压力，说明有可能是气体向上运移速度大于压井液下行速度，或压井液的密度不够大。

这时，可用顶部压井技术进一步处理。

7.2.3.2挤压法压井过程中压力变化曲线

挤压法能控制的参数主要是泵速、泵入流体的密度以及泵入量。

假定井下条件、井内油管和地面设备能承受关井压力和挤压法压井所施加的额外压力，则可以关井以适当速度泵入压井液将井压住。

图7-2比较了关井后井口压力恢复到最高值开始压井作业的井口压力变化曲线A和关井后尽快采用压回法压井作业的井口压力变化曲线B。

每一种情形都须根据具体情况仔细地判断。

在考虑压回法的多数情况下，如果在压力恢复升高前进行挤压的话，所产生的地面压力都较小，这决定于以下因素:

1.井眼的几何形状（油管的内外径及其底部的开放程度、井径、井斜等）。

2.压力恢复的速度（井喷的量）。

3.溢流的性质（压缩性、温度、密度等）

4.向井内挤注或泵入速度。

5.泵入压井液密度和流变性。

7.3管柱离开井底压井法

7.3.1油管离开井底诱发井喷的因素

7.3.1.1起油管

当孔隙压力处在静态井液密度与当量循环密度之间，停止循环时，当量循环密度形成的压力就会消失；

上提油管井眼会有抽吸压力，其作用可能会达到在油管下方抽吸进某些地层流体，地层涌入物会跟着油管上行；

当油管起出井眼一半时，气体开始迅速膨胀并继续上升膨胀，迫使更多的井液排出井眼，这更进一步降低了静液压头；

如果不快速采取措施，便会发生井喷。

7.3.1.2下油管

当井液密度接近地层的当量密度或低应力裸眼地层，下油管时瞬间使油管快速下冲造成很大的激动压力，导致超过低应力地层的破裂梯度而造成井液漏失、井液液面下降，从而造成液柱压力减小，直到等于油藏压力（油藏可能在漏层上方，但多在漏层下方）时，油气层的流体就会进入井眼环空并膨胀，环空井液形成溢流；

若向井内注入压井液，因井涌量大而无法实现时，很快便会发生井喷。

7.3.2油管不在井底发生溢流的控制措施

7.3.2.1溢流时分流

1.要准确地确定起下油管时井眼应排出和灌入的井液量。

如果起油管仍外溢，那么可能是井涌。

如果观察到这种情况，应引起注意并停止起油管。

2.接上旋塞阀或回压阀并关井，可通过节流阀将井涌分流回循环罐，检测并记录溢流量得到初始流量；

分流量最大480～800L后，应把井关上。

3.如果井已强烈喷涌，不应再考虑回流。

7.3.2.2井涌时测量稳定压力

1.发生井涌后，打开节流阀将溢流引入液气体分离器，关闭环形防喷器或闸板防喷器，然后关节流阀试关井。

2.连接方钻杆或循环接头，并观察压力增加，保证不超过最大允许套压。

3.测量关井油（立）管压力和关井套管压力，直到压力稳定为止。

4.分析决定在该点压井，还是强行下管柱到井底然后压井。

7.3.2.3该点压井

1.如果决定在该点压井，所需的井液密度比管柱下部到井底时所需密度要大，也比钻开地层所用的井液密度要大。

2.当此高密度压井液循环1.5周以上时，把井打开观察。

3.当井眼处于平衡状态时，而井涌仍有可能向上迁移，作业队必须准备将气体循环出井或实施体积法压井。

7.3.2.4抢下油管

1.如果井是比较稳定的，先用高密度井液将井压住。

2.把井打开，抢下油管，其下入量为计算的地层不会破裂的距离。

此时的井液密度应为原先修井时的井液密度。

3.如果循环和降低井液密度时开始喷涌，应提高密度。

4.如果返出有气侵，应关上防喷器，并使返出物通过液气体分离器。

再下入一段并降低井液密度。

5.继续这一过程，直到管柱下到井底、井液密度降到原井液密度为止。

6.循环井液至井眼稳定后，起出一段管柱，在此处循环，看井液密度是否足以克服抽吸压力，然后恢复到正常的修井作业。

7.3.2.5强行下油管

1.是否强行下管柱决定于作业队和修井机的准备情况，通常气体以150～1700m/h的速度上升，具体取决于井眼和井液的状况；

对于低粘度、低密度的井液，气体上移的速度可达1700m/h。

2.如果要进行强行下管柱的话，要下到管柱底端位于气泡下方或到底为止。

3.如果管柱已抢下到井底，可以使用以前的井液密度或稍重点的井液进行循环。

7.4井漏或层间串流井喷

井漏是指井液漏入地层，是修井作业中普遍存在的问题。

井涌时要特别小心避免发生井漏。

如发生井漏，便很难循环压井液控制住井涌。

井涌关井时，出现了关井套管压力和关井油（立）管压力还不能确定井漏，只有循环井液，发现只进不出或是多进少出，才能确定发生了井漏。

井漏一般有以下几种原因：

1.固井质量不好。

通常是在上层套管鞋底部固井质量差，天然气会沿套管鞋周围薄弱地层达到地面，导致火灾及地面设备沉陷。

2.次生裂缝。

这可能是由于压力激动、井液密度过高所致，多数情况下如泄去压力，次生裂缝会在短期内愈合。

这类裂缝产生在承压能力弱的套管鞋处，会造成同样的后果。

3.溶洞或裂缝性地层。

这类缝洞，泄压也不会闭合。

许多情况是整个地层都有缝洞，地层压力与产生漏失压力非常接近。

7.4.1井漏或层间串流的特点

井喷与井漏共存井段压井时，需优先解决漏失问题，否则，会因压井液漏失而无法维持井底压力略大于地层压力。

7.4.2井漏或层间串流井喷的处理方法

7.4.2.1井液部分漏失时的井控

因部分漏失而使循环罐液面下降，但又必须继续循环，可以采取以下措施：

1.配制井液，保持循环所需要液量继续循环。

在侵入井内的气柱返至漏失层以上时，施加于漏失层的压力减小，漏失可能自行消失。

2.在部分漏失的情况下循环时，把立管压力降低0.5MPa，等待观察漏失是否减少。

如果不减少，则再把油（立）管压力降低0.5MPa，继续这样做，直到把漏失减少到完全可以用配制新井液来维持循环。

降低的油（立）管循环压力不能超过3MPa，如果油（立）管压力降低了3MPa，还没解决井漏问题，则应改变做法。

3.停泵关井30分钟至4小时，使漏失裂缝自行愈合。

调节节流阀，维持关井油（立）管压力不变。

如果节流阀压力上升超过0.7MPa，则执行下一步骤。

4.选择较慢的循环速度及新的初始循环压力。

停泵以后，打开节流阀，开泵至新的慢泵速，关节流阀，直到套管压力升到关井时的压力，然后将油（立）管压力作为新的初始循环压力。

5.用有效的堵漏材料配制堵漏井液，硬地层比塑性地层的堵漏效果好。

6.配制压井液，如果漏失层在井涌层以上，这种方法可压住较小的井涌，然后再处理井漏。

7.如果井漏严重，则应采用重晶石塞封住井涌层，然后处理井漏。

7.4.2.2井液全部漏失时的井控

如果只进不出，不能循环，就无法实施标准的井控程序。

全部漏失，天然气可能到达地面，也可能成为严重的地下井喷。

这时要采取措施堵漏，以便能实施标准的压井程序。

1.对于天然气井涌，最好的解决办法是用重晶石塞堵住井涌层，然后处理井漏。

地下井喷流速很高时，重晶石可能还没有沉淀下来就给冲走了，这时要加长重晶石塞，可长达l00m以上。

重晶石塞由重晶石、淡水、稀释剂、烧碱组成，密度2.20-2.40g/cm3。

重晶石塞具有以下特点：

低粘度、低屈服点促使重晶石沉积并在井内形成固体团块。

高密度增加了作用在气层上的静液压力，有助于约束气层。

重晶石浆液具有高失水，能迅速脱水形成塞子。

高失水同样可能使井眼坍塌与桥塞。

重晶石比水泥密度高，不致引起气体窜槽，而且也不污染井液。

重晶石塞具有很高的失水量可迅速沉积，浆液通过管柱泵送到井内后，放置在气层附近形成桥塞。

但对控制盐水流动，这种堵塞的效果极有限。

重晶石塞的体积取决于井眼尺寸、深度以及气侵严重程度。

2.也可采用柴油泥塞堵漏。

柴油泥塞是把膨润土粉加到柴油中配成，能很快地形成堵漏塞，对防止水从地层中流出特别有效。

这种油泥混合物在遇到水以前不会产生反应，所以没有过早堵塞的危险。

油泥泵入井中后柴油被冲离膨润土粉，膨润土遇水形成泥塞。

油泥塞一般要70m以上，前后有柴油作隔离液防止堵塞钻具，在油泥塞到达要求的位置后，从环空以200L/min的排量泵入井液压住泥塞帮助凝结。

7.4.2.3喷漏同层的井控

根据又喷又漏产生的不同原因，其表现形式可分为上喷下漏、下喷上漏和同层又喷又漏几种不同情况。

1.上喷下漏的处理

上喷下漏俗称“上吐下泻”。

在高压层以下有低压层（裂缝、空隙十分发育）时，井漏导致井内液柱压力降低而诱发上部高压层井喷。

其处理方法是立即停止循环，间歇定时定量反灌井液以降低漏速。

尽可能维持一定液面高度来保证井内液柱压力略大于高压产层的地层压力。

确定反灌井液的量和间隔时间有三种方法：

⑴通过对地层钻井资料的分析统计出的经验数据决定。

⑵用井内液面监测仪表（如回声仪）测定漏速后决定。

⑶由建立的井液漏速计算公式决定。

（7-6）

Q-漏速，m3／h。

D-井眼平均直径，m。

　　h-时间T内井眼液面下降高度，m。

　　T-时间，h。

此外，还有一些考虑了地层因素（如孔隙度、地层裂缝张开度、油气运移通道的长度和直径等），井液性能（如动切力、塑性粘度）、井底压差、水力阻力系数等因素计算漏速公式，但目前还难以应用于现场。

反灌井液密度应是产层压力当量密度与安全附加当量密度之和。

当漏速减小时，井眼-地层压力系统呈暂时平衡状态后，可着手堵漏，堵漏成功后就可压井了。

2.下喷上漏的处理

当高压层发生溢流后，提高密度压井而将高压层上部某地层压漏时，就会出现所谓的“下喷上漏”。

其处理方法是立即停止循环，间歇定时定量反灌井液。

然后隔开喷层和漏层，再堵漏以提高漏层的承压能力，最后压井。

隔开喷层和漏层及堵漏压井的方法有：

⑴注水泥塞隔离和注水泥堵漏

将钻具置于喷层以上，注一水泥塞以隔离喷漏层。

然后注水泥堵漏，试压合格后钻开水泥塞。

若为多层漏失，则层层试漏，漏了再堵，直至恢复正常。

⑵注重晶石塞或水泥塞隔离及堵漏

如果喷层以上注水泥难以形成水泥塞时，则改注重晶石塞，在重晶石塞以上注水泥塞达到隔离及堵漏目的。

⑶注一定密度的堵漏塞及压井

对于漏层接近喷层，密度窗口偏小或在漏层位置不清，无法注水泥塞作业时，则注一定密度的堵漏塞进行堵漏和压井。

⑷下套管，再注水泥固井

预知喷层上部低压层会发生漏失时，在允许提前下套管的前提下，可下套管，再注水泥固井。

若喷层与漏层相距甚远，可在漏层以下注压井液压住井喷，然后对上部漏层堵漏。

3.同层又喷又漏的处理

同层又喷又漏多发生在裂缝，孔洞发育的地层，或压井时井底压力与井眼周围产层压力恢复速度不同步的产层。

这种地层对井底压力变化十分敏感。

井底压力稍大则漏，稍小则喷。

处理方法是间隔定时反灌压井液，维持低压力下的漏失，起钻，下光管柱堵漏或完井。

7.5带压作业

管柱不在井底，发生井涌时，控制起来就很复杂。

这时既要考虑压住井涌也要防止卡管柱。

管柱在套管内或渗透性很小的裸眼井段卡管柱的可能较小，但在渗透性大的裸眼井段危险性就大了。

为了控制井涌溢流，强行起下管柱是一个重要的选择。

7.5.1强行起下的原理

7.5.1.1什么是强行起下钻

关井时，在井内有压力的情况下，靠管柱的自重或将管柱强行起出或下到井底的作业称为强行起下。

如管柱重量不够，井内压力向上顶管柱，此时必须加压推管柱下行，也叫加压下钻。

完成此项作业可以通过环形防喷器，也可以通过环形防喷器加闸板防喷器，或者通过两个闸板防喷器进行。

7.5.1.2强行起下的原理

强行起下的目的是在保持井底压力不变的情况下，将管柱下到井底或起出。

当管柱强行下入或起出时，精确测量井液排放或注入量非常重要，其排放或注入量应等于管柱排代量和内容积，这样井底压力没有变化，也没有地层流体流入井内。

7.5.2强行起下管柱操作步骤

成功地完成强行起下，必须要安装有适当的设备和训练有素的人员。

7.5.2.1井控设备的配套与安装

安装作业机组时就要考虑强行起下的需要。

防喷器组两个闸板之间必须有足够的距离使管柱接头在其间没有阻碍。

两个闸板防喷器之间要安装四通，不用底部的防喷器闸板就可强行起下。

井液补充罐不能离井口太近，以防气侵井液快速释放造成事故。

释放液流必须通过可调节流阀，回收管线引向补充罐。

安装压井管线以便在两个防喷器之间泵送压井液，节流压井系统应和防喷器组一起试压。

管柱上的安全阀和回压阀必须准备好，处于开启的位置，放在钻台上并要经过试压，试压前要进行密封和拆卸检查。

使用时，若设备没装好，必须备有补救的办法。

设备安装好后，必须记录相关数据，以便强行起下时不致混乱。

记录的内容包括：

工具接头的长度、外径、管柱的容积和排代量、钻台面与每一个防喷器顶面的距离、每一个防喷器闸板之间的距离，以及其他可能需要的数据。

此外，要画出防喷器组的示意图。

7.5.2.2强行起下的演练

在关井起压、管柱提离井底的情况下，没有时间去指挥作业队每一个人的井控操作，所以必须提前演练。

固完井后，没钻水泥塞之前，可以进行强行起下演练。

开始可将管柱下到井内，关上防喷器，打一个压力。

然后，要求采用适当的技术，强行下入足够的管柱。

演练使作业队每个人都明白自己的岗位操作及如何完成岗位任务。

演练也可以检查设备的可靠性和操作难点。

强行起下演练的岗位分工：

1.操作修井机，一人。

2.操作节流阀释放井液，一人。

3.操作防喷器远程控制台或司钻控制台，一人。

4.检测井液补充罐，并指挥操作节流阀，一人。

5.计算管柱并随时掌握接头所在位置，一人。

6.如果从井里出来的井液不进入补充罐，要检查从井里出来的井液总量，一个人。

7.监视井内压力，一人。

8.如果使用两个闸板防喷器进行强行起下，要注意两个防喷器闸板之间压力的上升，一人。

9.如果是强行起钻，要负责向井内灌井液，检测和记录灌入液量；

一人。

10.强行起下总指挥