井底常压法压井(计算).ppt

上午10时34分,井底常压法压井,第三单元,常 规 压 井,上午10时34分,一、压井的基本方法,二、井底常压法压井原理,三、井底常压法压井步骤,四、压井注意事项,上午10时34分,1.先排污,再循环压井(司钻法) 2.等待加重,再循环压井(工程师法) 3.立刻开始,边循环边加重不关井 4.先排污,再边循环边加重(实用法),按排污和加重的顺序不同,一.压井的基本方法,上午10时34分,基本原理是：实施压井过程中，始终保持井底压力与地层压力的平衡,不使新的地层流体进入井内。同时又不使控制压力过高，危机地层与设备。 常用的正循环压井方法包括二次循环法（司钻法）、一次循环法（工程师法）和边循环边加重法，也称为井底常压法或常规压井方法。 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 .,二、井底常压法压井原理：,上午10时34分,几种常规压井方法也各有其优缺点, 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（司钻法）和边循环边加重法较短，而一次循环法（工程师法）较长。但就总体压井作业时间而言，一次循环法（工程师法）较短，二次循环法（司钻法）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（司钻法）较大，边循环边加重法次之，一次循环法（工程师法）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（司钻法）较大，边循环边加重法次之，一次循环法（工程师法）较小。 几种方法中，边循环边加重法施工难度大。,上午10时34分,司钻压井法,工程师压井法,井底常压法压井,上午10时34分,二次循环法。压井过程中需要循环两周钻井液。 第一循环周，用原浆将环空中的井侵气体顶替到地面，同时配制压井钻井液。 第二循环周，用压井钻井液将原浆顶替到地面。,司钻法,上午10时34分,司钻法压井保持井底常压原理,上午10时34分,一次循环法。压井过程中 只需要循环一周钻井液。,配制压井钻井液。 用压井钻井液将环空中井侵流体顶替到地面，直到重钻井液返出地面。,工程师法,上午10时34分,司钻压井法压井步骤,(一)计算压井所需的基本数据 (二)填写压井施工单 (三)司钻压井法压井原理图解压井步骤 (四)司钻压井法压井实例,三、井底常压法压井步骤 -司钻压井法,上午10时34分,(一)计算压井所需的基本数据 （1）地层压力 （2）判断溢流类型 (3)压井钻井液密度 （4）计算容积 （5）注入加重钻井液的时间 （6）重晶石的重量 (7)循环时的立管总压力 (8)最大允许关井套压,上午10时34分,（1）地层压力Pp,钻柱内： Pp=Pd+0.0098 H 环空内： Pp=Pa+0.0098 H,(一)计算压井所需的基本数据（1）地层压力Pp,Pp-地层压力 Pd-关井立压 Pa-关井套压 -钻井液密度 H-垂直液柱高度,上午10时34分,Va每米环空容积 Pd-关井立压 Pa-关井套压压,(一)计算压井所需的基本数据 （2）用密度判断溢流类型,w在1.07-1.20g/cm3之间为盐水。 w在0.12-0.36g/cm3之间为天然气。 w在0.36-1.07g/cm3之间为油或混合气体溢流,上午10时34分,根据（9-1）（9-2）两式确定溢流类型，选取安全附加当量钻井液密度和安全附加压力。,（2）用密度判断溢流类型,w在1.07-1.20g/cm3之间为盐水。 w在0.12-0.36g/cm3之间为天然气。 w在0.36-1.07g/cm3之间为油或混合 气体溢流。,Pe油井：1.5-3.5MPa 气井：3.0-5.0MPa,0.05-0.1g/cm3(油井) 0.07-0.15g/cm3 (气层),上午10时34分,（2）用压力梯度判断溢流类型,G溢= G作业流体-(p关套- p关油)/hw,G溢-溢流的压力梯度 G作业流体-作业流体的压力梯度 p关套-初始关井套压 p关油-初始关井油压 hw-溢流段的高度,盐水: G溢0.01 盐水/油/气G溢: 0.00466 G溢0.0082 油: 0.0058 G溢0.0082 油/气: 0.00466 G溢0.00699 气: G溢0.00466,上午10时34分,(3)据地层压力计算压井钻井液密度,Pe油井：1.5-3.5MPa 气井：3.0-5.0MPa,上午10时34分,(3)据关井立管压力计算压井钻井液密度,Pe 0.05-0.1g/cm3(油井) 0.07-0.15g/cm3 (气层),(3)依据关井立管压力计算压井钻井液密度,(3)依据地层压力计算压井钻井液密度,0.05-0.1g/cm3(油井) 0.07-0.15g/cm3 (气层),油井：1.5-3.5MPa 气井：3.0-5.0MPa,上午10时34分,钻柱内容积V1,（4）计算钻柱内容积及加重钻井液量-钻柱内容积V1,经验公式：V=D2/2 (m3/km),上午10时34分,（4）计算钻柱内容积及加重钻井液量-环空容积V2,上午10时34分,（4）计算钻柱内容积及加重钻井液量-总容积,总容积,V=V1+V2,V钻具内容积与环空容积之和，m3。,所需加重钻井液量一般取总容积之和的1.5-2倍。,井筒容积的1.5-2倍,上午10时34分,（5）计算注入加重钻井液的时间 -注满钻柱内容积所需时间,泥浆在井筒内运行时间,钻柱内：Td=Vd/Q 环空内：Ta=Va/Q,上午10时34分,压井时，压井排量一般取钻进时排量的1/31/2。,（5）计算注入加重钻井液的时间 -注满环形空间所需时间,注入加重钻井液的总时间: t=t1+t2,钻柱内：Td=Vd/Q 环空内：Ta=Va/Q,上午10时34分,k-压井液密度,g/cm3 m-原浆密度， g/cm3,上午10时34分,（6）根据新浆总体积V求重晶石的重量,G-配制定量新浆所需加重料的重量,上午10时34分,重晶石的重量,V0-原钻井液容积,立方米 G1-定量钻井液加重时所需加重材料的重量吨,（6）根据原钻井液体积V0求重晶石的重量,上午10时34分,初始循环立管压力,pTi初始循环立管压力，Mpa；,pd关井立管压力，Mpa；,pci压井排量循环立管压力(低泵速泵压)，Mpa。,pTi=pd+pci,(7)计算压井循环时的立管总压力,终了循环立管压力,PTf=Pci K/m,上午10时34分,井内压力平衡关系 管柱内： Pd+Pm=Pb 环空内： Pa+Pm=Pb,关井后立管压力,上午10时34分,pd =Pp-Pm=Pa-Pma 式中 pd关井立管压力，Mpa Ph钻柱内钻井液液柱压力，Mpa Pp地层压力，Mpa Pa关井套管压力，Mpa Pma环空受侵钻井液液柱压力，Mpa,关井立管压力：,上午10时34分,压井循环时立管总压力,PT=Pd+Pcs+Pe PT压井循环时立管压力，Mpa Pd关井立管压力，Mpa Pcs循环压耗，Mpa Pe附加压力，Mpa,上午10时34分,初始循环压力：,pTi=pd+pci,pTi初始压井循环立管压力，Mpa；,pd关井立管压力，Mpa；,pci压井排量循环立管压力， (低泵速泵压) Mpa。,上午10时34分,终了循环立管压力,PTf=K/mPci,-钻井液密度 K-压井液密度 Pci-低泵速泵压 PTf-终了循环立管压力,上午10时34分,pa=（GfGm）Hf,pa最大允许关井套压，Mpa；,Gf地层破裂压力梯度，Mpa/m；,Gm原钻井液压力梯度， Mpa/m（0.0098 m),Hf套管鞋处漏层井深，m。,(8)计算最大允许关井套压,上午10时34分,根据计算出的各项压井数据和关井前后的记录数据，认真、准确的填写好压井施工单，作为施工的依据,(二)填写压井施工单,上午10时34分,压井施工单,预录取数据 关井数据 地层压力 压井液密度 第一循环各项压力(初始循环压力) 第二循环各项压力(终了循环压力) 地面到井口循环时间和冲数 井口到地面循环时间和冲数,压井施工单,安全附加当量钻井液密度,压井钻井液密度增量,压井钻井液密度 k,压井排量 Q,初始循环总压力 pTi,终了循环立管总压力 PTf,钻杆内充满时间 t1,环空充满时间 t2,上午10时34分,(三)司钻压井法压井原理图解压井步骤,地面压力加上液柱压力使井底压力等于或稍大于地层压力,在保证没有新的溢流的前提下将压井流体充满井筒。 理想状态： P井底= P地层,上午10时34分,井内压力平衡关系 管柱内： P立压+P静液柱=P井底 环空内： P套压+P环空液柱=P井底,1、关井后,上午10时34分,司钻法第一循环井筒压力的变化,循环时溢流在环空内上升的情况，溢流运移减少液柱压力,上午10时34分,司钻法压井压力控制曲线,动画,上午10时34分,2.第一周循环时井内压力关系,管柱内： P泵I+P液柱-P管柱摩阻= P井底 P泵I= P立压+P低泵速 P泵I称为-初始循环立压 环空内： P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底,上午10时34分,动画,溢流全部循环出井，循环结束时,停泵、关井后：,1、如果:立压=套压=0 压井结束 2、如果:关井立压=关井套压0 开始第二循环周压井 3、如果:关井立压关井套压 继续第一循环周,上午10时34分,管柱内： P泵2+ P油液柱- P管柱摩阻= P井底 环空内： P套压+ P套液柱+P环空摩阻= P井底 只要保持套压不变,即可保持井底 压力不变。当压井液到达井底时， pTi下降到最低点-终了循环压力PTf,3.第二周循环时井内压力关系,P泵2 = P低泵速压原 P泵2即终了循环立压,PTf=k/mPci,上午10时34分,司钻法压井压力控制曲线,初始循环压井立管压力 pTi=pd+pci,终了循环立管压力 PTf=m1/mPci,上午10时34分,3.第二周循环时,动画,7第一循环结束a,重压井液在油管内下行时油套管空间的压力压力关系：,上午10时34分,司钻法压井压力控制曲线,pTi,pa,t2,pd,pTf,0,-第一循环周，用原浆将环空中被污染的泥浆顶替到地面,-第二循环周，压井钻井液将原浆从井口顶替到井底,-第二循环周(重浆)压井钻井液将原浆从井底顶替到井口,重压井液在管柱内下行时管柱及环空间的压力压力关系：,上午10时34分,重压井液在管柱内下行时油套管空间的压力压力关系,pTi,pa,t1-气柱到井口 t2 - 排气 t3-重浆从井口到井底 t4-重浆从井底到井口,t2,pd,pTf,0,上午10时34分,环空内： P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底,上午10时34分,3.第二周循环时井内压力关系,重压井液在环空内上返时压力关系 管柱内： P泵2+ P管柱静液压力- P管柱摩阻= P井底 环空：P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底 只要保持泵压不变,即可保持井底压力不变,上午10时34分,3.第二周循环时环空内上返压力关系,环空： P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底,上午10时34分,3.第二周循环时压井液环空内上返时压力关系,上午10时34分,3.第二周循环时压井液在环空内上返时压力关系,P泵2+ P管柱液柱- P管柱摩阻= P井底 P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底,0MPa,管柱内：P泵2+ P管柱液柱- P管柱摩阻= P井底,环空：P套压+ P套液柱+P套管摩阻= P井底,上午10时34分,循环结束时,停泵,1、如果:压井液密度适当 立管压力=套管压力=0 压井结束. 2、如果:立管压力=套管压力0 圈闭压力或者压井液密度不足 3、如果:立管压力套管压力 节流阀控制不好，新溢流,16,上午10时34分,pTi,pa,t2,pd,pTf,0,总结：司钻法两个基本规律,1、任何时候只要改变泵速（开泵、停泵、调整泵速）应保持套压暂时不变； 2、其他所有的时间要保持流体密度均匀的一侧的地面压力不变。才能保持井底常压,上午10时34分,第一步：排出受侵泥浆,pTi,pa,t2,pd,pTf,0,-第一循环周，用原浆将环空中被污染的泥浆顶替到地面,缓慢开泵：同时开节流阀，保持关井套压不变，使泵速逐渐达到压井泵速，立压达到PTi,上午10时34分,第一步：排出受侵泥浆,pTi,pa,t2,pd,pTf,0,-第一循环周，用原浆将环空中被污染的泥浆顶替到地面,保持泵速：调节节流阀，使立压保持初始立管总压力PTi，直到原浆返出井口。 在上一过程中，套压因气体膨胀上升，如有可能超限时，可开大节流阀，或使用更小泵速。 循环结束：停泵，关节流阀，观察。此时，立压=套压=关井立压，否则，继续循环排污。,上午10时34分,初始循环压井立管压力 pTi=pd+pci缓慢开泵：同时开节流阀，保持套压为上次循环结束值Pd，使泵速达到压井泵速，立压达到PTi,第二步：压井-第二循环周，压井钻井液将原浆顶替到井底,保持泵速：调节节流阀，使立压随重浆下行而缓慢下降，从PTi降到PTf，而此时由于环空中无变化，故环空套压为常数。,上午10时34分,第二步：压井-第二循环周(重浆)压井钻井液将原浆顶替到井口,随着重泥浆上返，环空重泥浆高度增加，套压逐渐减少为零，而立压保持常量。,重浆返至井口，停泵，关节流阀，P立=P套=0,上午10时34分,司钻法压井压力控制曲线,pTi,pa,t1-气柱到井口 t2 - 排气 t3-重浆从井口到井底 t4-重浆从井底到井口,t2,pd,pTf,0,上午10时34分,t1,t4,t3,t,p,pTi,pa,t2,pd,pTf,0,pTf,pTf,pTi,套管压力变化规律-气体溢流套压变化趋势,0t1时间内，溢流到井口，套压上升到最大值； t1t2时间内，溢流返出井口，套压下降到初始关井立管压力值；,气体溢流套压变化趋势,t2t3时间内，加重钻井液由井口到井底，套管压力不变，其值等于初始关井立压值； t3t4时间内，加重钻井液由井底返至井口，套压下降到零。,上午10时34分,套管压力变化规律-油及盐水溢流套压变化,0t1时间内、溢流到井口，套压保持关井套压不变； t1t2时间内，溢流返出井口，套压由初始关井套压下降到初始关井立压； t2t3时间内，加重钻井液由井口到井底，套管压力不变，其值等于初始关井立压 t3t4时间内，加重修井液由井底返至井口，套压下降到零。,上午10时34分,PTf,0- t1 重浆从井口到井底 t1 - t2气柱到井口 t2- t3排气 t3- t4排原浆,上午10时34分,某井深H=2000米， 钻头尺寸81/2， 原浆m=1.2g/cm3, 钻杆尺寸41/2， Pci=7.8MPa， 泥浆泵为NB7-900,缸套直径185mm, 低泵速数30冲/分的排量为 Q=15.78升/秒 最大泵压为13.3MPa， 发生溢流关井后10min， 立压Pd=1.7MPa， 套压Pa=2.7MPa， 泥浆池增量为3.5m3， 试压井。,(四)司钻压井法压井实例1,上午10时34分,地层压力：Pp=Pd+0.0098mH =1.7+0.0098*1.2*2000=25.22MPa 压井泥浆比重： mi=m+102(Pd+Pe)/H=1.36Kg/L Pe=1.8MPa 重泥浆量：V重=D2/2=72.25m3 取2倍， V重=145m3,解,计算压井数据,上午10时34分,加重剂量： 初始立管总压力PTi PTi=Pd+Pci+Pe=11MPa 终了立管总压力PTf PTf=Pcim1/m=8.84MPa 重泥浆到达钻头时间(钻杆内容7.42L/m) T=VdH/60Q=16分=480冲 重泥浆上返时间(环容25.6L/m） T=VaH/60Q=54分=1620冲,解,上午10时34分,地层压力=25.22MPa 压井泥浆比重=1.36Kg/L 重泥浆量：V重=145m3 加重剂量：33.5吨 初始立管总压力PTi =11MPa 终了立管总压力PTf=8.84MPa 重泥浆到达钻头时间(钻杆内容7.42L/m)480冲 重泥浆上返时间(环容25.6L/m）1620冲,解,计算压井数据,Pci=7.8MPa， 低泵速数Q=15.78升/秒 最大泵压为13.3MPa， 立压Pd=1.7MPa， 套压Pa=2.7MPa,上午10时34分,54分钟,54分钟,16分钟,t,p,PTi =11MPa,pd,pTf,0,pTf =8.84MPa,pTf,pTi =11MPa,施工步骤,地层压力=25.22MPa 压井泥浆比重=1.36Kg/L 重泥浆量：V重=145m3 加重剂量：33.5吨 初始立管总压力PTi =11MPa 终了立管总压力PTf=8.84MPa 重泥浆到达钻头时间(钻杆内容7.42L/m)480冲 重泥浆上返时间(环容25.6L/m）1620冲,480冲,1620冲,Pa= 2.7MPa,pd =1.7MPa,Pci=7.8MPa， 低泵速数Q=15.78升/秒 最大泵压为13.3MPa， 立压Pd=1.7MPa， 套压Pa=2.7MPa,上午10时34分,第一步,54分钟,54分钟,16分钟,t,p,PTi =11MPa,pd,pTf,0,pTf =8.84MPa,pTf,pTi =11MPa,480冲,1620冲,Pa= 2.7MPa,pd =1.7MPa,施工步骤,1、缓慢启动泵，调节阻流器，使套压保持为2.7MPa 2、当泵速达到30冲/分时，保持泵速不变，使立管压力升至11MPa，并保持立压不变,上午10时34分,第一步,54分钟,54分钟,16分钟,t,p,PTi =11MPa,pd,pTf,0,pTf =8.84MPa,pTf,pTi =11MPa,480冲,1620冲,Pa= 2.7MPa,pd =1.7MPa,施工步骤,3、当t=54分或1620冲时，停泵并立即关节流阀，此时立压=套压=1.7MPa,上午10时34分,54分钟,54分钟,16分钟,t,p,PTi =11MPa,pd,pTf,0,pTf =8.84MPa,pTf,pTi =11MPa,480冲,1620冲,Pa= 2.7MPa,pd =1.7MPa,1、缓慢启动泵，同时开节流阀，使套压保持为3.2MPa,施工步骤第二步,施工步骤,2、当泵速达到30冲/分时，保持泵速不变，此时立管压力应接近11MPa,上午10时34分,54分钟,54分钟,16分钟,t,p,PTi =11MPa,pd,pTf,0,pTf =8.84MPa,pTf,pTi =11MPa,480冲,1620冲,Pa= 2.7MPa,pd =1.7MPa,3、调节节流阀，使套压保持不变，16分或480冲内，立压由11MPa降为8.84MPa,4、重泥浆到达井底后，控制立压为8.84MPa，54min内套压由3.2自动降为0，压井结束。,上午10时34分,例题9-1某探井在井深2500米处发现天然气溢流。井内钻具： 钻头直径216毫米（81/2), 钻杆外径127毫米（5）， 内径109毫米。 技术套管外径244毫米，下至井深1500米处。 地层破裂压力梯度为17.64千帕/米。 钻井液密度m=1.3克/厘米3. 关井前测得:泵速为30冲/分,排量为16.4升/秒时的 循环泵压为6.4兆帕。用pci 关井后记录：关井立管压力为Pd=2.45兆帕 关井套管压力为厘米3 Pa=3.7兆帕 钻井液池增量V=3米3,(四)司钻压井法压井教材p83,上午10时34分,解:一、计算压井基本数据,1、计算地层压力,2、计算压井钻井液密度,试计算压井基本数据并填写压井施工单,上午10时34分,3、初始和终了循环立管总压力,上午10时34分,管内容积,管外容积,总容积,V=V1+V2=23.3+63=86.3m3,4、容积计算,上午10时34分,6.计算重钻井液由地面到达钻头的时间,7.计算重钻井液由井底到地面的时间,5.计算重钻井液量,查表的重晶石粉需26.4吨,上午10时34分,8.计算最大允许关井套压,上午10时34分,(五)工程师法压井,1、计算压井所需的基本数据同司钻压井法,2、填写压井施工单同司钻压井法,4、压井步骤,3、配制压井钻井液,上午10时34分,工程师法压井,ta,td,t,pti,Pa,PTf,P,等待加重法：继续关井，等待重泥浆配制完成，用一个循环周实现排污和压井。 核心：井底常压 特点：压井时间短，井口压力低。关井时间长，泥浆加重能力要求高，控制稍微复杂。,一、概念,上午10时34分,工程师法压井 压力控制曲线,t1,t,pti,Pa,PTf,P,t2,t3,t4,1、缓慢开泵，开节流阀，使套压等于关井时的套压值为Pa+Pe,使泵速达到压井泵速，当泵速或排量达到选定的压井泵速或压井排量时，保持泵速不变，调节节流阀的开启程度，使立管压力等于初始循环立管压力Pti;,二、控制与操作,取得压井数据，做压井施工图,上午10时34分,工程师法压井 压力控制曲线,t1,t,pti,Pa,Ptf,P,t2,t3,t4,二、控制与操作,取得压井数据，做压井施工图,2、保持泵速，调节流阀，使立压在压井泥浆到达钻头的时间内，由Pti逐渐降至Ptf: 0- t1 重浆从井口到井底,上午10时34分,工程师法压井 压力控制曲线,t1,t,pti,Pa,Ptf,P,t2,t3,t4,二、控制与操作,取得压井数据，做压井施工图,3、保持立压为Ptf，直到重泥浆到井口，此时套压为零说明压井成功，停泵后立压为零，压井结束,t1-t2气柱到井口 t2-t3排气 t3-t4排原浆,上午10时34分,工程师法压井 压力控制曲线,t1,t,pti,Pa,PTf,P,t2,t3,t4,0- t1 重浆从井口到井底 t1-t2气柱到井口 t2-t3排气 t3-t4排原浆,上午10时34分,工程师法压井 压力控制曲线,ta,td,t,pti,Pa,PTf,P,上午10时34分,PTf,0- t1 重浆从井口到井底 t1 - t2气柱到井口 t2- t3排气 t3- t4排原浆,上午10时34分,图9-2,上午10时34分,压井循环开始时，节流阀应在钻井泵启动 后的 瞬