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1、井控培训钻井监督培训教材井 控 部 分压力溢流2005年2月第一章：压力井控知识的核心内容主要分为两大部分：一是压力，二是设备。井控的整个过程实质上就是保持井筒压力平衡或井筒压力失去平衡后使其重新恢复压力平衡的过程。要达到井筒压力平衡状态，首先是知，即通过各种手段获得所需的地层压力值。其次是防，在获得地层压力之后，所做主要的工作就是防止井筒压力失去平衡。最后是控，在井筒失去平衡后，通过井控设备和技术措施使其得到有效控制，然后重新恢复压力平衡。因此，围绕着整个井控，衍生出很多的有关压力方面的知识。第一节 地层压力一、地层压力作用在岩石空隙内流体的压力，又叫地层空隙压力。在沉积地层中，正常地层压力

2、等于从地表到地下该层深处的静液压力。压力梯度：单位垂直深度压力的变化。正常压力梯度为：0.01兆帕/米。异常高压的上限大约等于上覆岩层的总重量，在地层深处要高一些，在浅处要稍小一些，也有局部地层超过上覆岩层压力梯度达40%的所谓“压力桥”。现场压力的表示方法：1、用压力的单位表示。比较直接。2、用压力梯度表示，提到某点的压力时，说该点的压力梯度，而不直接说该点的压力，其方便之处是对比不同深度地层中的压力时，可以消除深度的影响。3、用当量泥浆密度表示，可以消除深度带来的不便，还可以用钻井液的密度来对比，直观方便。4、用压力系数表示。压力系数是指某点压力与该点水柱压力之比，无因次，其数值等于该点的

3、当量泥浆密度。二、形成异常高压的原因1、封闭环境下的快速沉积，形不成连通管作用，水分不能完全挤出去。由于江河对大地侵蚀而带入湖海的泥砂，沉积速度快，而下部岩石中的流体受阻挡，沉积速度高于流体排出的速度，未排出的流体便成为支撑上部岩石的一部分，当支撑的压力超过正常压力时，就成为异常高压。2、压实作用随着埋藏深度的增加和温度的增加，孔隙水膨胀，而孔隙空间随地载荷的增加而缩小。此次，只有足够的渗透通道才能使底层水迅速排出，保持正常的底层压力。但如果水的通路被堵塞或严重受阻，增加的上覆岩石压力将引起空隙压力增加至高于水静压力，形成异常高压。3、构造作用构造运动是地层自身的运动，它引起各地层之间相对位置

4、的改变，由于构造运动，圈闭有地层流体的地层被断层、褶皱或侵入所挤压，促使其体积变小。如果此流体无出路，则意味着同样的流体要占据较小的体积，因此，压力变高。4、地化作用：在封闭系统中，沉积物中的蒙脱石向伊利石转化，石膏向硬石膏转化，都要脱出过量的水，增加了地层压力。5、密度差的作用6、水热增压的作用。7、保压上移或地面剥蚀。保压上移是渗透地层被不渗透地层包围，上移到较浅深度，在较浅深度便形成异常高压。同样，若是地层剥蚀，也会形成异常高压。如图所示，A处是正常压力，B处井底砂岩地层便为异常高压。8、盐丘与盐层。盐岩有两个特点（1）不渗透；（2）易溶解并以不同形状再结晶。因此，在盐丘下面，往往被隔成

5、高压。如果是盐丘，则它向周围地层施加压力，同构造运动一样，促使盐丘附近地层变为异常高压。9、生烃作用在封闭系统中，存在超强充注的油气系统，如库车地区，形成了异常高压。10、开发井储层重新加压：由于注水、注气等使其变成高压等。11、流体运移从深层油藏向较浅层的向上运动的流体可以导致浅层变成异常压力层，这种情况叫浅层充压，这种流体移动的流道可能是天然的，也可能是人为的。异常高压的形成，往往是几种因素交织在一起而形成的，在地质界也存在着几种学说，从不同的方面来解释异常高压的成因。三、超压体系的封存特性超压体系有三种封盖方式：即物性（毛细管力作用）封盖、超压流体封盖和烃浓度封盖。1、物性封盖物性封盖是

6、指形成超压体系的物性界面封隔层所具有的封盖能力。是依靠毛细管压力对油气起封隔作用，一般情况下，这种隔离作用只能阻止游离相油气的进一步运移，难以封堵水溶相及扩散方式运移的油气。封盖能力取决于下列因素：岩石的接触程度，低渗性成岩岩层的厚度和出现的频率、成岩的横向连续性及韧性。在顶封滞排型和封闭型高压系统中，致密封隔型是一个理想的封盖层。泥质岩中粘土矿物的转化和成岩作用可产生多方面效应，使释放的Si、Ca、Fe、Mg等离子富集于泥岩表面形成封闭。2、 超压储存作用泥岩发育段在成岩演化过程中，由于压实脱水、矿物转化脱水和油气生成等作用，常常会形成欠压实泥岩。欠压实泥岩包括上、下压实段和中间欠压实段。当

7、下覆储层中天然气的剩余压力小于其下压实泥岩段的毛细管阻力时，则天然气不能突破下压实泥岩段向上运移散失，此时泥岩仍然是依靠毛细管阻力而起封闭作用。当下覆储层中天然气的剩余压力大于其下压实泥岩段的毛细管阻力时，依然靠下压实泥岩段的毛细管阻力不能封闭天然气，而欠压实段内存在异常高的空隙流体压力，两者之和大于天然气压力，就可以封闭穿过下压实段向上运移的天然气，此时，泥岩是依靠空隙流体压力封闭天然气。泥岩空隙度与其声波时差之间存在线性关系，同样，声波时差与欠压实地层具有同样的线性关系。所以，可以利用声波时差间接确定泥岩的超压封存。如果泥岩的声波时差为正常的压实趋势，则不存在超压封存带，泥岩声波时差值偏离

8、正常压实趋势线的幅度越大，泥岩的超压封存能力越强，反之则越弱。超压封存作用主要发生于下第三系封存系统。3、烃浓度封存作用当超压体系中的烃类不能排出时，便会以较高的烃浓度阻滞下伏的油气向上扩散运移。4、储层古风化壳、砂岩和鲕滩等是大中型天然气田的主要储层。塔里木库车前陆盆地主要集中在下第三系和白垩系，储层为砂岩。5、储存箱含油气盆地中普遍存在流体储存箱结构。据Hunt等1980年对世界180个盆地的统计，160个盆地具有异常压力储存箱，他归纳的模式为：储存箱具有出现在相近深度（3048米）的普遍性，可具有穿时穿层的特点，风存箱之间严格不连同、流体都为异常压力态等。封存箱的实质是某一地质时刻因存在

9、屏障条件而使流体相对独立活动的地质单元，其压力可以是异常高压或异常低压，也可以是常压。四、 塔里木库车油气系统成藏作用实例塔里木盆地库车油气系统是进行过成藏作用研究的一个实例，其成藏作用简述如下：库车油气系统与南天山再造山运动形成的褶皱带相伴而生，古近纪发生较弱的伸展沉降，中新世为构造绕曲沉降，主要构造变形发生在上新世和第四纪。烃源岩系是卷入前陆的晚三叠世和早、中侏罗世湖、沼相泥岩及煤，在古近纪已逐渐成熟，至新近纪达到高过成熟阶段。古新纪、渐新世和中新世沉积了巨厚的盐岩和盐膏质泥岩及厚层泥岩、膏泥岩，膏泥岩的突破压力高达1460MPa，成为覆盖塔北和库车地区的区域盖层，在该区域盖层的封隔下，库

10、车油气系统逐步形成。深部流体储存箱也应运而生，并由简变繁。由于气源和封盖条件非常优越，形成了超强超充注的库车油气系统，加之存在第三系底部的白云岩、砂岩和白垩系悟性良好的巨厚砂岩，油气不仅在油源区内近端运聚成藏。如克拉2、迪那2等气田，而且在远离烃源区数十千米之外的地区远端聚集形成了牙哈、英买、羊塔克、伊拉克等中型凝析油气田。在新生代，随着库车油气系统的构造由简单到复杂，流体储存箱的特性和规模相应变化。中新世早期油气系统内形成统一的初始形态储存箱，储存箱内外各形成一个独立的运、储系统。中新世纪晚期产出的少量逆掩断裂对储存箱和运、储系统的影响有限。上新世至现今，由于沉积速率加大和来自北方的构造挤压

11、力急剧加强，构造的分割加剧，储存箱发生分裂，单个箱体变小，各个箱内的压力状态也发生分异，随之运、聚系统也分化、缩小。强烈的挤压作用使系统中形成5排正向构造带，还使临近天山的北部构造发生很大强度的逆掩推覆作用。克依被斜带和秋里塔克背斜带封隔之下的中生界处于强烈的流体异常高压状态，形成了若干异常高压储存箱和其中较大的伊拉克、克拉2、克拉3、大北、迪那2、依南2等高压气藏，此时，箱外为常压运聚系统，从深部异常高压风存箱逸出的油气在浅部形成众多的油气显示和少数的油仓，如大宛齐和依奇克里克两个小油藏群。系统南部的南缘隆起带挤压作用减弱，发育了若干斜列的正断层系和相伴生的褶皱，形成了若干常压类型封存箱，在

12、箱内聚集形成牙哈、英买、羊塔克、红旗、提尔根等油气田。五、现场地层压力的监测和检测开钻前对一口井的地层压力的预测主要来自两个方面，一是附近的邻井资料，包括测井和实钻资料，二是通过物探采集的数据用重力加速度法获得的，由于受自然地理环境、地容地貌、复杂的地层运动和地层埋深等多方面因素的影响，我们从物探上得到的压力数据有时会失真，使得很多探井的实际地层压力和设计的地层压力有很大的出入，在钻遇这些地层时，往往准备不足，导致复杂情况的发生，也就是我们常说的打遭遇战，在实际的钻井过程中，有些现象可以反映出地层压力的变化，这些变化对我们预防复杂情况的发生，搞好井控工作有很大的帮助。如果进行中途测试和测井，我

13、们还可以获得更准确的地层压力数据。1邻井资料：最常用的对比方法是将两口井岩性情况进行识别，并且认为在共同的地质层位里两口井的地层压力是相似的，这在前期开发井中最常用的办法，在开发后期的调整井，则要考虑开采或注水等因素。2钻井参数的变化根据地层压实原理，凡是高压地层一般都是欠压实的，因此在接近高压地层或钻开高压地层时，钻时要加快，某些裂缝发育地层，还会发生跳钻或蹩钻现象。因此，在钻进过程中，遇到钻时加快、跳钻或蹩钻现象时，可能进入了新的层位，地层压力可能会发生变化。3泥浆性能的变化地层流体进入井筒的方式有三种，破碎、置换和溢流，对于碳酸岩地层，当钻遇碳酸岩裂缝或溶洞时，置换量很大，泥浆性能会有很

14、大的变化；对于其它常规地层来说，如果地层压力小于泥浆液柱压力时，岩石破碎和置换过程中的地层流体一般不会对泥浆性能造成很大的影响，反之，如果地层压力大于泥浆液柱压力时，地层流体会溢出，使泥浆性能发生变化，油浸入钻井液后，密度下降，粘度下降，槽面有油花，有油气味；气浸入钻井液后，密度下降，粘度上升，泥浆槽面气泡增多，有天然气味和H2S味；盐水浸入钻井液后，密度下降，粘度下降，氯根上升，流动性差。因此，我们通过对钻井液性能的观察中，来判断地层的压力。4泥浆出口温度的异常变化根据地层压实原理，在超高压地层和欠压实地层中，地层温度也会不同于正常的地温，而地温又直接反映在泥浆出口温度上，因此在泥浆出口温度

15、发生变化的情况下，地层的压力可能发生了变化。5电阻率的变化：在钻进过程中，当钻遇空隙度较大的异常地层时，破碎的岩石会将其内的流体释放到泥浆中去，如果地层水的矿化度和泥浆中的矿化度不同，释放出来的地层流体就会改变泥浆的电阻率和氯化物含量。6好的盖层如大段致密泥岩、膏岩层、岩盐层之下可能存在着高压地层。7井眼缩径可能泥浆液柱压力压不住地层，对于软泥岩和膏岩、岩盐表现的更为明显，井眼缩径可能说明现有的泥浆液柱压力小于地层的压力。8后效情况目的层钻进时，每次下钻到底的后效情况也可以反映地层的压力情况，尤其是气体，开始少量地进入井筒并不会立即引发溢流，观察后效时，气测值持续时间长，或钻进中气测值连续上升

16、，可能是泥浆液柱压力和地层压力接近于平衡。9油气上窜速度：是现场较实用的测定目的层压力的方法。10录井提供的DC指数。11中测可以获得较准确的地层压力值。12通过RFT或MOT等测井方法，可以测得较准确的地层压力值。目前，通过工程测井获得较准确的地层压力这一方法在现场用的不是很多，原因之一是增加钻井成本，但对于一些特殊井，还是有益的。原因之二是在目前的国内钻井中，还没有达到充分运用一些录井和测井数据为钻井工程服务这一水平。第二节 地层承载能压力实验1、目的：保证井筒的完整性。即泥浆密度要达到钻开目的层的要求，保证提密度后不出现井漏，另外避免在出现溢流后关井再出现井漏的复杂情况。2、原则：预探井

17、在钻开盐膏层及目的层前要做地层承载能力实验。实验值要达到钻开目的层的泥浆密度要求。即承载当量泥浆密度目的层最高当量泥浆密度+0.2。（0.2=0.06的循环压耗+0.036的划眼压耗+0.1的附加值。）3、要求：1利用套管鞋处的地破实验作为参考。2一般在第一个主力目的层井段或盐膏层钻开之前。3最高实验压力不能超过上覆岩石压力。4实验压力不要超过地面设备、井口或套管薄弱处的承压能力。5检查立管和环空压力表是否处于完好状态。4、步骤1循环调整泥浆性能，保证密度均匀稳定。2上提钻头到套管鞋以上，关闭相应尺寸的封井器。3缓慢启动泥浆泵，以12l/s的排量向井内泵入泥浆。4要根据井的深浅考虑压力的传递时

18、间。5如果出现井漏，要及时停泵，进行堵漏。5在做完承载实验后需要解决的问题达到要求而未发生井漏，要把泥浆密度逐渐提至设计密度的上限附近，很多时候会出现这种情况：承重压力值已经超过原来在套管鞋处的破裂压力后，并没有发生井漏，这是因为经过一段时间的封堵后，地层的承压能力提高了。在做完承载实验后发生井漏，要进行堵漏来提高地层的承压能力，最终达到承压要求。要解决好压差卡钻的问题。在提高泥浆密度之后，井筒和地层的压力差会逐渐加大，粘附卡钻的机会就会加大，如果不很好地解决这一问题，井下会出现复杂情况。地层承压能力实验是探井钻进过程中一项很重要的技术，尤其是可能存在天然气的探井，做地层承压能力实验是必须的。

19、6、较长裸眼井段，提密度至设计密度前做地层承载能力试验的注意事项：要考虑到套鞋处的地层承压能力，即首先把井浆的密度提到一定的值，然后再做地层承载实验。要考虑到循环压耗，井越深，循环压耗越大。如4500米的井，循环压耗大约在0.0098*0.1*4500=4.41MPa。在做地层承载实验时，如果出现漏失，首先判断漏失点，然后要把钻具提到漏失点以上进行堵漏。例：某井在钻至4500米时，即将钻开目的层，为了把泥浆密度提高至1.80 g/cm3。（1）、井筒密度为1.50 g/cm3时，套管鞋处的压力梯度（当量泥浆密度）为：Pa1=0.0098*rm1*H=0.0098*(1.80-1.50)*450

20、0=13.23Mpa折合成泥浆密度增量：Gm1=13.23/（0.0098*3000）=0.45g/cm3套管鞋处的当量泥浆密度为：Gm1=1.50+0.45=1.95 g/cm3（2）、井筒密度为1.65 g/cm3时，套管鞋处的压力梯度（当量泥浆密度）为：Pa2=0.0098*rm2*H=0.0098*(1.8-1.65)*4500=6.615Mpa折合成泥浆密度增量：Gm2=6.615/（0.0098*3000）=0.225g/cm3套管鞋处的当量泥浆密度为：Gm2=1.50+0.225=1.73 g/cm3 第三节 试压一井控设备的试压1试压设备：试压车、试压塞2试压介质：清水，柴油或

21、其它防冻液体（冬季）3试压对象：防喷器组、压井管汇、节流管汇4试压原则：从低到高压5试压标准：附后（或按设计要求）6试压步骤：1把试压塞（不同的套管头试压塞不同）装在钻杆上，并下放到套管四通45台阶上，将套管头两测的闸门打开，观查套管头两测的闸门是否有液体流出；如果没有，说明试压塞已经坐到位，否则，应重新坐试压塞；试压塞坐好以后，对称拧进套管头上的固定顶丝，以固定试压塞，然后才能关封井器试压。2关闸板防喷器，首先对低压管汇和相同压力的闸板防喷器进行试压，原则：先低压后高压。3全封的试压：关闸板防喷器试压完成并泄压后，打开闸板防喷器，用链钳或管钳倒扣，卸下送入试压塞的钻杆并起出，关全封闸板防喷器

22、，按标准进行试压。4试压完成后，下放送入试压塞的钻杆，对扣，用链钳或管钳紧扣扣。5退出套管头上的固定顶丝，慢慢起出试压塞。6把试压结果记录在当天的日报表上。7注意事项1液动节流阀和手动节流阀不进行试压。2试压完后卸压，通过压裂车，节流、压井管汇卸压，决不许通过打开封井器卸压；卸压后，打开封井器。3套管头上泄压孔在试压前要打开，试压后要关上。4试压时，先打到35兆帕，停止10分钟左右，如果没有渗漏，再慢慢把压力打到额定压力，或以台阶的形式往上升压。5试压完成后，要把管汇内的试压介质放净吹干，冬季要防冻保温。6要有专人指挥。二两条放喷管线试压10MPa，稳压15分钟，不渗漏为合格三对反循环压井管汇

23、试压20MPa, 稳压30分钟，压降不超过0.5MPa为合格四套管试压1、按设计组合钻具下钻，探到二级水泥塞面后，卸掉一根单根，关封井器对上部套管，按设计进行试压，稳压30分钟，压降不超过0.5MPa为合格；2、卸压后钻水泥塞和分级箍，钻完分级箍后继续下钻，探到一级水泥塞面后，卸掉一根单根，关封井器对上部套管及分级箍，按设计进行试压，稳压30分钟，压降不超过0.5MPa为合格；3、钻塞至套管鞋5米，对全井套管按设计进行试压，稳压30分钟，压降不超过0.5MPa为合格； 附录井控装备试压标准（单位：兆帕）防喷器节流管汇压井管汇放喷管线10570351410570（无低压区）70351057035

24、闸板环形闸板环形闸板环形闸板高压低压高压低压20套管10141414141414141414141013 3/8套管3535352435353535353535353535109 5/8套管7049702435707070703535707035107套管105497024351057070703535105703510备注： 1、安装了70兆帕压力等级的防喷器和节流压井管汇，地层压力小于56兆帕的井，闸板防喷器、节流管汇高压部分、压井管汇试压56兆帕；2、7套管下到井口，安装了7特殊四通（工作压力105兆帕）的井，安装105兆帕防喷器组，闸板防喷器试压105兆帕；3、尾管固井后，按井口套管尺

25、寸选择试压标准。4、套管头注塑、试压值为套管抗外挤强度的80%5稳压30分钟，压降不超过0.5MPa为合格五、地层破裂压力实验1目的：实测地层破裂压力。在溢流关井时，作为控制井口压力的依据之一。确定下部井段钻进时所用泥浆密度的上限值。检查套管鞋处的水泥封固质量。2要求：1利用预测模式或邻井资料估算试漏层的破裂压力。2一般在下表层或技术套管后，在钻开的第一个砂岩井段。3最高实验压力折算的当量泥浆密度不能超过上覆岩层的平均密度（2.262.35g/cm3）。4裸眼井段不宜过长。5不宜压裂灰岩地层。6实验压力不要超过地面设备、井口或套管薄弱处的承压能力。7检查立管和环空压力表3步骤1循环调整泥浆性能

26、，保证密度均匀稳定。2上提钻头到套管鞋以上，关闭相应尺寸的封井器。3缓慢启动泥浆泵，以12l/s的排量向井内泵入泥浆。4当压力达到井口承压设备中的最小额定工作压力或套管承受的压力达到套管中的最小抗内压强度80%的仍未被压裂，应停止试验。4试漏数据的采集日期、时间、井号、井深、套管尺寸及下深、地层及岩性、钻井液密度、注入泵型号、缸套直径及冲数。每间隔2050L泵入量或每间隔1020s（泵速恒定）记录一次相应泵压和注入量或时间。开始时记录点间隔可大些，后期应加密记录点。正循环泵入时，泵压由立管或井口压力表读数。环空泵入时由环空压力表读数。地层压裂后，停泵12min，每间隔1020s记录一次泵压。待

27、泵压相对稳定后，重新开泵12min，、每间隔1020s记录一次重张压力。5试漏数据处理作图a.若采集的数据是间隔时间和相应泵压，作成如图1所示的试漏曲线。b.在试漏曲线上，L为初始偏离直线段的点；F为曲线上的最高压力点；S为停泵压力稳定点，R为重张压力稳定点。 L F R S 重张 停泵 时间；s图1典型的试漏曲线L初始值偏离直线段的点；F曲线上的最高压力点；S停泵压力稳定点；R重张压力稳定点试漏层有关参数的计数a漏失压力PLPGL0.00981H（1）式中：PL漏失压力，MPa；PGL漏失时地面表压，MPa；钻井液密度， g/cm3H试漏层深度，m。若在该井段发生溢流，关井压力不能超过此压力

28、。b破裂压力PFPGF0.00981H（2）式中：PF试漏层破裂压力，MPa；PGF破裂时地面表压，MPa；C破裂压力当量钻井液密度。e101.972PF /H（3）式中：e地层破裂压力当量钻井液密度，g/cm3d最小水平主地应力pmPGS0.00981H（4）式中：pm最小水平主地应力，MPa；PGS瞬时停泵地面表压，MPa。e岩石抗拉强度，MPaStPGFPGR（5）式中：St试漏层岩石抗拉强度，MPa；PGR重张时地面表压，MPa。6最大允许钻井液密度的确定把上面的地层破裂压力公式转化为钻井液当量泥浆密度，则为：f =m+100pL/H式中：f 计算点地层破裂压力的当量泥浆密度，g/cm

29、3。在该井段以下钻进时，最高钻井液密度不能超过此密度。第四节 压井过程中的相关压力一、 压井基础知识下面我们以井发生的一次溢流为例，复习一下我们学过的压井知识。1、基础资料1)井身结构： 20203.80米+13 3/81799米+9 5/84747.55米+8 1/25411.20米2)钻具组合5钻杆+5加重钻杆15+ NC461*410+6 1/4钻铤3+6 1/4震击器+6 1/4钻铤17+411*NC460+6 3/4 取芯筒+8 1/2取芯钻头3)井控装置13 5/8*5000PSI 环型防喷器 13 5/8*10000PSI 单闸板防喷器13 5/8*10000PSI 双闸板防喷器

30、13 5/8*10000PSI 钻井四通10000PSI 压井管汇、节流管汇3000PSI 控制系统分离器：NQF1200/0.862放喷管线：两条FGX88-21标准放喷管线环形防喷器试压35MPa，30分钟未降；全封、半封防喷器及节流压井管汇均试压70MPa，30分钟未降；放喷管线试压10MPa，30分钟未降。4)溢流时井深：5400.20米5)地层漏失压力： 81.6 MPa, 当量泥浆密度： 1.75 g/cm3漏失压力梯度： 0.017 MPa/m6)套管薄弱处抗内压强度： 63 MPa 7)井口薄弱处额定工作压力： 70 MPa8)低泵冲数据：1#泵：冲数： 33 冲/分（0.346升/冲），泵压： 6 MPa2#泵：冲数： 43 冲/分（0.346升/冲），泵压： 8 MPa2、盐水溢流发生经过2004