第7章 压井工艺.docx

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第7章压井工艺

第七章压井工艺

压井是向失去压力平衡的井内泵入高密度的钻井液，并始终控制井底压力略大于地层压力，以重建和恢复压力平衡的作业。

压井过程中，控制井底压力略大于地层压力是借助节流管汇，控制一定的井口回压来实现的。

一压井基本数据计算

1判断溢流类型

1）首先计算溢流物在环空中占据的高度

hw=ΔV/Va

式中hw—溢流物在环空中占据的高度，m;

ΔV—钻井液罐增量，m3;

Va—溢流物所在位置井眼单位环空容积，m3/m

2）计算溢流物的密度

ρw=ρm－

式中ρw—溢流物的密度，g/cm3；

ρm—当前井内泥浆密度，g/cm3；

Pa—关井套压，MPa；

Pd—关井立压，MPa。

如果ρw在0.12～0.36g/cm3之间，则为天然气溢流。

如果ρw在0.36～1.07g/cm3之间，则为油溢流或混合流体溢流。

如果ρw在1.07～1.20g/cm3之间，则为盐水溢流。

2地层压力Pp

Pp=Pd＋ρmgH

式中ρm—钻具内钻井液密度，g/cm3

3压井钻井液密度

ρk=ρm＋Pd/gH

压井钻井液密度的最后确定要考虑安全附加值，同时其计算结果要适当取大。

4初始循环压力

压井钻井液刚开始泵入钻柱时的立管压力称为初始循环压力。

PTi=Pd＋PL

式中Pi—初始循环压力，MPa；

PL—低泵速泵压，即压井排量下的泵压，MPa。

PL可用三种方法求得。

第一种方法：

实测法。

一般在即将钻开目的层时开始，每只钻头入井开始钻进前以及每日白班开始钻进前，要求井队用选定的压井排量循环，并记录下泵冲数、排量和循环压力，即低泵速泵压。

当钻井液性能或钻具组合发生较大变化时应补测。

压井排量一般取钻进时排量的1/3～1/2。

这是因为：

1）正常循环压力加上关井立压可能超过泵的额定工作压力；

2）大排量高泵压所需的功率，也许要超过泵的输入功率；

3）大量流体流经节流阀可能引起过高的套管压力，如果压井循环时，节流阀阻塞，可能导致地层破裂。

采用较低排量时，由于降低了泵等钻井设备负荷，也就提高了钻井设备在压井中的可靠性。

在关井立压相当大时也能压井，不致泵压太高。

同时，较低的循环速度，有利于加重时对钻井液密度的控制，并且在调节节流阀时，有较长的反应时间。

第二种方法：

溢流发生后，用关井套压求初始循环总压力。

1）缓慢开启节流阀并启动泵，控制套压等于关井套压。

2）使排量达到压井排量，保持套压等于关井套压。

3）此时的立管压力表读值近似于所求初始循环总压力。

值得注意的是，此法中保持套压不变的时间要短（＜5min），以免压漏地层。

此法的优点在于钻遇异常高压层前未记录压井排量下的循环压力，或者虽有记录，但变换了泵或更换了缸套等情况下可测定初始循环压力。

第三种方法是根据水利学公式计算，但误差较大。

若已知钻进排量为Q时，泵压为Pc，压井排量为QL，根据循环系统压力损耗公式：

可求出压井排量下的循环压力PL。

5终了循环压力

压井钻井液到达钻头时的立管压力称为终了循环压力。

PTf=

6压井钻井液从地面到达钻头的时间

式中td——压井钻井液从地面到达钻头的时间，min；

Vd——钻具内容积，m3；

Q——压井排量，l/s。

7压井钻井液从钻头到达地面的时间

式中ta——压井钻井液从钻头到达地面的时间，min；

Vd——环空容积，m3；

Q——压井排量，l/s。

二压井方法

根据溢流井喷井自身所具备的条件及溢流、井喷态势，压井方法可分为常规压井方法和特殊压井方法两类。

所谓常规压井方法，就是溢流、井喷发生后，能正常关井，在泵入压井钻井液过程中始终遵循井底压力略大于地层压力的原则完成压井作业的方法。

如二次循环法（司钻法）、一次循环法（工程师法）、边循环边加重等方法。

所谓特殊压井方法，就是溢流、井喷井不具备常规压井方法的条件而采用的压井方法，如井内钻井液喷空后的天然气井压井、井内无钻具的压井、又喷又漏的压井等。

几种常规压井方法也各有其优缺点。

譬如在相同条件下就施工时间而言，发现溢流关井后等候压井的时间，二次循环法和边循环边加重法较短，而一次循环法较长。

但总体压井作业时间，一次循环法较短，二次循环法和边循环边加重法较长。

压井过程中出现的套压峰值，二次循环法较大，边循环边加重法次之，一次循环法较小。

压井过程中给地层施加的应力，尤其是给浅部地层施加的应力峰值，二次循环法较大，边循环边加重法次之，一次循环法较小。

几种方法中，边循环边加重法施工难度大。

在面临常规压井作业需选择压井方法时，不仅按几种方法的优缺点进行选择，还要根据本井的具体条件，如溢流类型、重泥浆和加重剂的储备情况，设备的加重能力，地层是否易卡易垮、井口装置的额定工作压力，井队的技术水平等来选择。

三常规压井方法

1关井立管压力为零时的压井

这种情况表明，在用钻井液的静液压力足以平衡地层压力，溢流发生是因为抽吸、井壁扩散气、钻屑气等使钻井液静液压力降低所致，其处理方法如下：

1）当关井套压也为零时，保持钻进时的排量和泵压，以原钻井液敞开井口循环就可排除溢流。

2）当关井套压不为零时，通过节流阀节流循环，在循环过程中，应控制循环立压不变，循环一周，停泵观察则套压应为零。

上述两种情况循环排污后，应再用短程起下钻检验，判断是否需要调整钻井液密度，然后恢复正常作业。

2关井立管压力和套管压力都不为零时的常规压井方法主要有以下几种。

司钻法压井（二次循环法）

司钻法是发生溢流关井求压后，第一循环周用原密度钻井液循环以排除环空中被侵污的钻井液，待压井钻井液配制好后，第二循环周泵入井内压井的方法。

用两个循环周完成压井，压井过程中保持井底压力不变。

1）压井步骤

（1）录取关井资料，计算压井所需数据，填写压井施工单，绘出压力控制进度表，作为压井施工的依据。

（2）第一步用原钻井液循环排除溢流。

a、缓慢开泵，逐渐打开节流阀，调节节流阀使套压等于关井套压不变，直到排量达到选定的压井排量。

b、保持压井排量不变，调节节流阀使立管压力等于初始循环压力PTi，并在整个循环周保持不变。

调节节流阀时，注意压力传递的迟滞现象。

液柱压力传递速度大约为300m/s，3000m深的井，需20s左右才能把节流变化的压力传递到立管压力表上。

c、溢流排完，停泵关井，则应关井立压等于关井套压。

在排除溢流的过程中，应配制加重钻井液，准备压井。

（3）第二步泵入压井钻井液压井，重建井内压力平衡

a、缓慢开泵，迅速开节流阀平板阀，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。

在压井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（也可以控制立管压力由初始循环压力逐渐下降到终了循环压力）。

c、压井钻井液出钻头沿环空上返，调节节流阀，控制立管压力等于终了循环压力PTf，并保持不变。

当压井钻井液返出井口后，停泵关井，关井立、套压应皆为零；然后开井，井口无外溢；则说明压井成功。

2）司钻法压井过程中立管压力及套管压力变化规律

（1）立管压力变化规律

第一循环周0—t2时间内，立管压力保持初始循环压力PTi不变；第二循环周t2—t3时间内，压井钻井液由井口至钻头，立管压力由PTi下降到PTf；t3—t4时间内，压井钻井液由井底返出井口，立管压力保持终了循环压力PTf不变。

（2）套管压力变化规律

油及盐水溢流套压变化规律：

0一t1时间内，溢流物沿环空上返到井口，套压等于关井套压不变；t1—t2时间内，溢流物返出井口，套压由关井套压下降到关井立压；t2—t3时间内，压井钻井液由井口到井底，套管压力不变，其数值等于关井立压；t3—t4时间内，压井钻井液由井底沿环空返至井口，套压逐渐下降到零。

气体溢流套压变化规律：

0—t1时间内，溢流物上返到井口，套压逐渐上升并达到最大值；t1—t2时间内，溢流物返出井口，套压下降到关井立管压力值；t2—t3时间内，加重钻井液由井口到井底，套管压力不变，其值等于关井立压值；t3—t4时间内，加重钻井液由井底沿环空返至井口，套压逐渐下降到零。

工程师法压井（一次循环法或等待加重法）

工程师法压井是指发现溢流关井后，先配制压井钻井液，然后将配制好的压井钻井液直接泵入井内，在一个循环周内将溢流排除并压住井的方法。

在压井过程中保持井底压力不变。

1）压井步骤

（1）录取关井资料，计算压井数据，填写压井施工单。

压井施工单与司钻法压井施工单略有相同，主要区别是立管压力控制进度表不同。

（2）配制压井钻井液。

压井钻井液密度要均匀，其它性能尽量与井内钻井液保持一致。

（3）将压井钻井液泵入井内，开始压井施工。

a、缓慢开泵，逐渐打开节流阀，调节节流阀，使套压等于关井套压不变，直到排量达到选定的压井排量。

b、保持压井排量不变，在压井钻井液由地面到达钻头这段时间内，调节节流阀，控制立管压力按照“立管压力控制进度表”变化，由初始循环压力逐渐下降到终了循环压力。

c、压井钻井液返出钻头，在环空上返过程中，调节节流阀，使立管压力等于终了循环压力不变。

直到压井钻井液返出井口，停泵关井，检查关井套压关井立压是否为零，如为零则开井，开井无外溢说明压井成功。

2）工程师法压井过程中立管压力及套管压力变化规律

（1）立管压力变化规律

立管压力变化规律如下图所示：

0—t1时间内，压井钻井液从地面到钻头，立管压力由初始循环压力PTi下降到终了循环压力PTf；t1—t4时间内，压井钻井液由井底返至井口，立管压力保持终了循环压力不变。

（2）套管压力变化规律

溢流为油或盐水时套压变化如曲线

所示：

0—t1时间内，压井钻井液由地面到钻头，套管压力不变，其值等于初始关井套压；t1—t2时间内，压井钻井液进入环空，溢流物逐渐到达井口，套管压力缓慢下降；t2—t3时间内，溢流排出井口，套管压力迅速下降；t3—t4时间内，压井钻井液排替环空内原来密度的钻井液，套管压力逐渐降低。

溢流为气体时套压变化如曲线

所示：

0—t1时间内，压井钻井液从地面到钻头，气体在环空上升膨胀，套压逐渐升高到第一个峰值；t1—t2时间内，套压的变化受压井钻井液柱和气体膨胀的影响。

一般是压井钻井液在环空开始上升时，套压稍有下降，然后有一段套压平稳，变化不大，然后逐渐升高，气体接近井口时套压迅速升高，达到第二个峰值。

两个峰值哪个为极值，取决于溢流井深、压井钻井液与原钻井液密度差、井眼环空容积系数及压井排量等因素，多数第二个峰值为极值。

t2—t3时间内，气体排出，套压迅速下降；t3—t4时间内，压井钻井液排替原钻井液，套压逐渐下降；加重钻井液返至井口、套压下降为零，压井结束。

工程师法压井套压变化

边循环边加重压井法

边循环边加重法压井是指发现溢流关井求压后，一边加重钻井液，一边随即把加重的钻井液泵入井内，在一个或多个循环周内完成压井的方法。

这种方法常用于现场，当储备的重钻井液与所需压井钻井液密度相差较大，需加重调整，且井下情况复杂需及时压井时，多采用此方法压井。

此法在现场施工中，由于钻柱中的压井钻井液密度不同，给控制立管压力以维持稳定的井底压力带来困难。

若压井钻井液密度等差递增，并均按钻具内容积配制每种密度的钻井液量，则立管压力也就等差递减，这样控制起来相对容易一些。

将密度为

钻井液提高到密度为

压井液，当其到达钻头时的终了立管压力为：

式中PTf1——终了立管压力，MPa；

——第一次调整后的钻井液密度，g/cm3；

——压井钻井液密度，g/cm3；

——原钻井液密度，g/cm3；

H——井深，m；

PL——低泵速泵压，MPa。

此公式的物理意义是：

当密度为

压井液从地面到钻头的过程中，需要控制立管压力从初始循环压力PTi逐渐下降到终了循环压力PTf1；当该密度的压井钻井液沿环空上返过程中，应控制立管压力等于终了循环压力PTf1不变。

当第二循环周压井钻井液密度重新调整后，应再重新确定初始循环压力和终了循环压力。

直到最后把井压住。

3常规压井方法的基本原则

1）在整个压井过程中，始终保持压井排量不变。

2）采用小排量压井，一般压井排量为钻进排量的1/3~1/2。

3）压井钻井液量一般为井筒有效容积的1.5~2倍。

4）压井过程中要保持井底压力恒定并略大于地层压力，通过控制回压（立、套压）来达到控制井底压力的目的。

5）要保证压井施工的连续性。

4压井作业中应注意的问题

1）开泵与节流阀的调节要协调

从关井状态改变为压井状态时，开泵和打开节流阀应协调，节流阀开的太大，井底压力就降低，地层流体可能侵入井内；节流阀开的太小，套压升高，井底压力过大，可能压漏地层。

2）控制排量

整个压井过程中，必须用选定的压井排量循环，并保持不变，由于某种原因必须改变排量时，必须重新测定压井时的循环压力，重算初始压力和终了压力。

3）控制好压井钻井液密度

压井钻井液密度要均匀，其大小要恰好能平衡地层压力。

4）要注意立压的滞后现象

压井过程中，通过调节节流阀控制立、套压，从而达到控制井底压力的目的，压力从节流阀处传递到立压表上，要滞后一段时间，其长短主要取决溢流的种类及溢流的严重程度。

5）节流阀堵塞或刺坏

钻井液中的砂粒、岩屑很可能堵塞节流阀，高速液流可能刺坏节流阀。

堵塞时套压升高，解决的办法是迅速打开节流阀，疏通后，迅速关回到原位。

此法不成功，改用备用节流阀。

刺坏严重，用备用节流阀。

6）钻具刺坏

钻具刺坏，泵压下降，泵速提高，钻具断，悬重减小。

可观察立压、套压，若两者相等，说明溢流在断口下方，若是气体溢流，让气体上升到断口时，再用加重钻井液压井；若关井套压大于关井立压，说明溢流已经上升到断口上方，可立即用重钻井液压井。

7）钻头水眼堵

水眼堵时，立管压力迅速升高，而套压不变。

记下套压，停泵关井，确定新的立管压力值后，再继续压井；水眼完全堵死，不能循环时，先关井，再进行钻具内射孔，然后压井。

8）井漏

压井过程中发生井漏，先进行堵漏作业，然后再进行压井。

四非常规压井方法

非常规压井方法是溢流、井喷井不具备常规压井方法的条件而采用的压井方法，如空井井喷、钻井液喷空的压井等。

1平衡点法

平衡点法适用于井内钻井液喷空后的天然气井压井，要求井口条件为防喷器关闭，钻柱在井底，天然气经过放喷管线放喷。

这种压井方法是一次循环法在特殊情况下压井的具体应用。

此方法的基本原理是：

设钻井液喷空后的天然气井在压井过程中，环空存在一“平衡点”。

所谓平衡点，即压井钻井液返至该点时，井口控制的套压与平衡点以下压井钻井液静液柱压力之和刚好能够平衡地层压力。

压井时，当压井钻井液未返至平衡点前，为了尽快在环空建立起液柱压力，压井排量应以在用缸套下的最大泵压求算，保持套压等于最大允许套压；当压井钻井液返至平衡点后，为了减小设备负荷，可采用压井排量循环，控制立管总压力等于终了循环压力，直至压井钻井液返出井口，套压降至零。

平衡点按下式求出：

式中HB——平衡点深度，m；

PaB——最大允许控制套压，MPa；

在无法关井求压的情况下，压井钻井液密度只能根据邻井或相邻构造的地质、测试资料提供。

根据上式，压井过程中控制的最大套压等于“平衡点”以上至井口压井钻井液静液柱压力。

当压井泥浆返至“平衡点”以后，随着液柱压力的增加，控制套压减小直至零，压井钻井液返至井口，井底压力始终维持一常数，且略大于地层压力。

因此，压井钻井液密度的确定尤其要慎重。

2置换法

当井内钻井液己大部分喷空，同时井内无钻具或仅有少量钻具，不能进行循环压井，但井口装置可以将井关闭，压井钻井液可以通过压井管汇注入井内，这种条件下可以采用置换法压井。

通常情况下，由于起钻抽吸，灌浆不够或不及时，电测时井内静止时间过长导致气侵严重引起的溢流，经常采用此方法压井。

具体作法是：

向井内泵入定量钻井液，关井一段时间，使泵入的钻井液穿过气顶下落，然后放掉一定量的套压。

套压降低值与泵入的钻井液产生的液柱压力相等，即：

式中ΔPa——套压每次降低值，MPa；

ΔV——每次泵入钻井液量，m3；

Δh——井眼单位内容积，m3/m。

重复上述过程就可以逐步降低套压。

一旦泵入的钻井液量等于井涌、井喷关井时泥浆罐增量，溢流就全部排除了。

置换法进行到一定程度后，置换的速度将因释放套压、挤钻井液的间隔时间变长而趋缓慢，此时可强行下钻到井底，采用常规压井方法压并。

强行下钻时，钻具应装有回压阀，最好能灌满钻井液。

当钻具进入井筒钻井液中时，还应排掉与进入钻具之体积相等的钻井液量。

置换法压井时，泵入的重钻井液性应能有助于天然气滑脱。

3压回法

所谓压回法，就是从环空泵入钻井液把进井筒的溢流压回地层。

此法适用于空井溢流、井涌初期，天然气溢流未滑脱上升或上升不很高、套管下得较深、裸眼短，只有一个产层且渗透性很好的情况。

特别是含硫化氢的溢流。

具体施工方法是：

以最大允许关井套压作为施工的最高工作压力，挤入压井钻井液。

挤入的钻井液可以是钻进用钻井液或稍重一点的钻井液,挤入的量至少等于关井时钻井液罐增量,直到井内压力平衡得到恢复。

使用压回法要慎重,不具备上述条件的溢流最好不要采用。

五井控作业中易出现的错误做法

井控作业中的错误作法会带来不良后果，轻者会延误恢复井眼—地层压力系统平衡的时间，重者会造成井下事故和更加复杂的井控问题。

1、发现溢流后不及时关井、仍循环观察

这只能使溢流更严重，地层流体侵入井筒更多。

尤其是天然气溢流，因其向上运移中膨胀而排出更多的钻井液。

此时的关井立管压力就有可能包含圈闭压力，据此求算的压井泥浆密度就高，压井时立管循环总压力、套压、井底压力也愈高；发现溢流后继续循环还可能诱发井喷。

因此，发现溢流后无论严重与否，必须毫不犹豫地关井。

2、发现溢流后把钻具起到套管内

操作人员担心关井期间钻具处于静止状态而发生粘附卡钻，即使钻头离套管鞋很远也要将钻具起到套管内，从而延误了关井时机，让更多的地层流体进入了井筒，其后果是求算的压井钻井液密度比实际需要的高。

其实，处理溢流时防止钻具粘附卡钻的主要措施是尽可能地减少地层流体进入井筒。

对于易发生粘卡的地区，若井口装置有两个以上液压防喷器，关井后可以间隔一定时间上下活动钻具。

如用环形防喷器关井活动钻具，则只能上下活动，不能旋转，严禁通过平台肩接头；如用闸板防喷器活动钻具，则不允许将钻具接头撞击闸板面

3、起下钻溢流时仍企图起下钻完

这种情况大多发生在起下钻后期发生溢流时，操作人员企图抢时间起下钻完。

但往往适得其反，关井时间的延误会造成严重的溢流，增加井控的难度，甚至恶化为井喷失控。

在装备完善的钻井井口组（装有环形、全封、半封防喷器）中，其正确方法是关井再下钻到底，或关井后压井，再下钻到底。

4、关井后长时间不进行压井作业

对于天然气溢流，长时间关井天然气会滑脱上升积聚在井口，使井口压力和井底压力升高，以致会超过井口装置的额定工作压力、套管抗内压强度或地层破裂压力。

若长期关井又不活动钻具，还会造成卡钻事故。

5、压井泥浆密度过大或过小

压井泥浆密度过大，在于地层压力求算不准确。

压井泥浆密度过大会造成过高的井口压力和井底压力，过小会使地层流体持续侵入而延长压井作业时间。

6、排除天然气溢流时保持钻井液罐液面不变

地层流体是否进一步侵入井筒，取决于井底压力的大小。

排除天然气溢流时要保持钻井液罐液面不变，唯一的办法是降低泵速和控制高的套压，关小节流阀不允许天然气在循环上升中膨胀，其后果是套压不断升高、地层被压漏、甚至套管断裂、卡钻，以致发生地下井喷和破坏井口装置。

排除溢流保持钻井液罐液面不变的方法仅适于不含天然气的盐水溢流和油溢流。

7、企图敞开井口使压井钻井液的泵入速度大于溢流速度

当井内钻井液喷空后压井，又因其它原因无法关严（如只下了表层套管，井口装置有刺漏等），若不控制一定的井口回压，企图在敞开井口的条件下，尽可能快地泵入压井钻井液建立起液柱压力，把井压住往往是不可能的。

尤其是天然气溢流，即使以中等速度侵入井筒，它从井筒中举出的钻井液也比泵入的多。

可行的办法是在控制最大井口回压下，提高压井钻井液密度（甚至超重钻井液），加大泵排量并发挥该排量下的最大泵动率。

8、关井后闸板刺漏仍不采取措施

闸板刺漏是因闸板胶芯损坏不能封严钻具，若不及时处理则刺漏愈加严重，很快就会刺坏钻具，致使钻具断落。

正确的作法是带压更换闸板。