油气井压力控制
油气井压力控制课件
采用先进的压力控制技术和算法，如 PID控制、模糊控制等，提高压力控 制的精度和响应速度。
压力控制安全风险与防范措施
安全风险
油气井压力控制不善可能导致井喷、 管线破裂等安全事故。
防范措施
加强压力监测和预警系统建设，制定 应急预案，定期进行安全培训和演练 ，提高员工安全意识和应对能力。
06 油气井压力控制 案例分析
压力传递原理在油气井压力控制中具 有指导意义，它可以帮助我们了解地 层中压力的传递规律，从而更好地进 行压力控制。
压力波动原理
压力波动原理是指油气井中的压力会随着生产的变化而波 动。
压力波动原理在油气井压力控制中具有指导意义，它可以 帮助我们了解油气井中的压力变化规律，从而更好地进行 压力控制。
03 油气井压力控制 设备与工具
提高采收率
降低生产成本
有效的压力控制可以减少不必要的增 产措施和修井作业，从而降低生产成 本。
通过合理的压力控制，可以优化采油 采气工艺，提高油气井的采收率。
压力控制的方法与技术
01
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03
04
节流阀控制
通过调节节流阀的开度来控制 油气井的压力。
压井作业
通过压井液调整油气井的压力 ，保持压力稳定。
案例一：某油田的压力控制实践
总结词：成功应用
详细描述：某油田通过实施压力控制技术，有效降低了油气井的套压，提高了采 收率和产能。该案例中，油田采用了合适的井口压力控制设备，优化了生产参数 ，确保了压力控制的稳定性和可靠性。
案例二：某气田的压力控制优化方案
总结词：技术升级
详细描述：某气田面临压力控制方面的挑战，通过技术升级和改进，优化了压力控制方案。该案例中 ，气田采用了先进的压力控制技术和设备，提高了压力控制的精度和稳定性，从而提高了气田的产量 和效益。
第六章 油气井压力控制
第一节 井下的各种压力及其平衡
第二节 溢流及其检测 第三节 溢流的控制——关井和压井
概 述
油气井压力控制 —— 在石油钻井过程中对井眼内的地层压力进行控制。
井控的分类 （1）一级井控：利用钻井液，建立井内压力平衡。 （2）二级井控：发生溢流后，利用井口防喷器憋回压后压井，恢复井内 压力平衡。 （3）三级井控：井喷后的处理与压力控制。
Pb min Ph ΔPr ΔPsb Pp Ph PP ΔPsb
d p Sb
第一节 井下各种压力及其平衡
三、平衡与欠平衡压力钻井
2. 欠平衡压力钻井
（1）概念 在井底有效压力低于地层压力的条件下进行钻井作业。在井下，允许 地层流体进入井内；在井口，利用专门的井控装置对循环出井的流体进行 控制和处理。主要目的是及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高钻 进速度。 （2）关键技术 1）地层孔隙压力和坍塌压力的准确预测 2）钻井液类型选择和密度等性能的控制 3）井口压力的控制及循环出井的流体的处理 4）起下钻过程的欠平衡 5）井底有效压力的计算与监测 6）井壁稳定 7）完井
（1）钻进中发生溢流 （2）起下钻杆时发生溢流 （3）起下钻铤时发生溢流 （4）空井发生溢流
关井”。推荐采用“半软关井”。
第三节 溢流的控制----关井与压井
三、关井立管压力的测定
1. “U”形管原理—井控基本原理
□ 关井情况下井内的压力平衡关系：
PPUMP
PS
P
Psp Phi Pp Pa Pha
S b 0.06 ~ 0.08 g / cm 3
2. 约束条件
Pb max Ph Pr Psg Pf Ph Pf Psg Pf ..........................(6 2a)
钻井工程 第六章 油气井压力控制
pa a gD
a --环空压降的当量泥浆密度。
(6)含岩屑钻井液的压力增加值 (7)井底有效压力 正常钻进时：
pr gr D
phe ph pa pr phe ph pr psb 起钻时： phe ph pr psg 下钻时： 最大井底压力： phemin ph pr psb 最小井底压力： phemax ph pa pr psg
2、欠平衡压力钻井方式
(1)空气钻井 采用空气作为循环介质； 基本工序：
用大功率压风机将压缩空气经钻柱打入井内，从钻头喷嘴喷出。高 速气流冲洗井底并携带岩屑返到井口。井口配置旋转控制头(旋转防喷器)， 用以封闭环形空间，携带岩屑的气流从旋转控制头下面的排放管线排出。
优点：
显著提高机械钻速；保护油气层；解决 井漏问题。
(6)起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值；
(7)停止循环时，井口仍有泥浆外溢。
第二节 地层流体的侵入与检测
25
第六章 油气井压力控制
三、地层流体侵入的检测
2、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 利用泥浆出口流量计
超声波池体积传感器
Psb gSb D
Psg gSg D
Sb——抽汲压力的当量泥浆密度(抽汲压力系数)。 一般 Sb=36～80.kg/m3。 Sg——激动压力的当量泥浆密度(激动压力系数)。 一般 Sg=24～100 kg/m3。
第一节 井眼与地层压力系统
9
第六章 油气井压力控制
一、井眼与地层压力体系
1、井眼内的各种压力
10
第一节
油气井压力控制
0.8 d
Q 0.2 1.8
Lp
pv
( dh d p )3 ( dh d p )1.8
Lc ( dh dc )3 ( dh dc )1.8
9.81103 a D
三、钻井工程设计方法－油气井压力控制
5. 波动压力
抽吸压力： Psb 9.81103 sb D，sb 0.036 ~ 0.08g / cm3
（四）重钻井液及加重剂储备
高压井储备的重钻井液密度比在用钻井液高0.2g/cm3以上，重钻井液 储备量不少于井简容积，加重剂储备量应能满足提高在用钻井液密度 0.3g/cm3以上的需要。
三、钻井工程设计方法－油气井压力控制
井控设计
（五）井控设计应用的标准
行业标准《钻井井控技术规程》是石油天然气钻井井控技术的主体标准，其 支撑标准主要有SY/T5964—2005《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》、 SY/T5087—2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》等。
行业标准SY/T6426—2005《钻井井控技术规程》经近两年的修订，终于在 2005年3月19日由国家发改委正式批准发布，本标准推迟发布的原因主要是罗家 16H井灾难性的含硫天然气井喷事故后，涉及油气井钻井井控标准中与井控安全相 关的一些参数和技术措施，经标准起草人和石油天然气行业的专家反复论证、酌 商、达成较统一的认识后才得以敲定。这些参数和技术措施既关系到井控安全， 也关系到生产成本和责任的落实，因而非常敏感、难以定夺，比如油气井井口距 周边公共设施和人口密集性、高危险性场所的距离、含硫天然气的界定、含硫油 气井应急撤离措施、油气层钻井作业时钻柱中是否安装止回阀等等。
油气井压力控制 关井压力恢复和读取时机分析
基金项目:国家自然科学基金项目(No.50076029)资助。
作者简介:李相方,男,1955年7月生,1981年毕业于石油大学,1992年获博士学位,现为石油大学(北京)教授、博士生导师,主要从事欠平衡钻井与油气井测试、天然气工程研究。
文章编号:0253Ο2697(2002)05Ο0110Ο03关井压力恢复和读取时机分析李相方 庄湘琦(石油大学石油天然气工程学院 北京昌平 102200)摘要:论述了关井后井底压力恢复原理;分析并描述了气体在环空滑脱上升与立压、套压变化的关系。
基于天然气藏渗流力学及达西定律,揭示了气侵溢流关井后立压和套压的恢复特征,给出了不同渗透率的油气藏关井压力读取时机及读取方法,为快速与准确获取地层压力提供了一条有效的途径。
关键词:关井;压力恢复;关井井底压力;关井地层压力;读取方法中图分类号:TE21 文献标识码:A随着我国海洋与西部等油田深层油气藏勘探与开发,近几年井控问题显得比较突出。
众所周知,溢流发生后,准确求取地层压力是安全井控的必要条件,而准确读取关井压力又是准确获取地层压力的必要条件。
几十年来,关于何时读取关井压力一直存在着误区。
从原理上讲,大家承认关井稳定所需时间与溢流种类、储量、地层渗透性及地层欠平衡压差等有关[1～6],但苦于给不出可操作的推荐时机,于是,有一些专家推荐关井10～15min 后读取立压与套压[1～3],另有一些专家推荐关井5～20min 后读取立压与套压[4～6]。
也有一些专家[7～8]提出了在压力恢复至稳定后再读取压力的观点,但这对于低渗透油气藏是难以做到的,同时识别圈闭压力也较困难。
研究表明[9～11],对于不同油气藏,溢流关井稳定所需时间的差别很大。
鉴于目前钻井现场普遍采取关井取压方式,准确读取关井压力对安全井控,尤其是对付高温高压油气藏井控与复杂地质条件下的井控有重要作用。
图1 关井期间流体“U ”型管原理图 Fig 11 U-shape tube theory of shut-in 1 关井后压力恢复原理因气侵是井控的难点,故笔者假设侵入流体为天然气,并且假设钻柱中未装钻具回压凡尔。
井控基本知识
井控基本知识1、井控：指对油气井压力的控制；分为初级井控、二级井控、三级井控。
2、初级井控（又称一级井控）：仅用修井液液柱压力就能平衡地层压力的控制；此级井控状态的表现是：没有地层流体侵入井内，井涌量为零，自然也无溢流产生。
3、二级井控：是指仅靠井内修井液液柱压力不能控制住地层压力，井内压力失去平衡，此级井控状态的表现是：地层流体侵入井内，出现井涌，地面出现溢流，此时要依靠关闭地面井控设备建立的回压和井内液柱压力共同平衡地层压力，依靠井控技术排除气侵修井液，处理掉井涌，恢复井内压力平衡，使之重新达到初级井控状态。
4、三级井控：是指二级井控失败后，井涌量大且失去控制而发生的井喷（即：井喷失控），此时，要利用专门的设备和技术重新恢复对井的控制，使其达到二级井控状态，然后再进一步恢复到初级井控状态。
三级井控就是平常说的井喷抢险。
5、井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象，井喷失控就是井下作业中恶性事故，在实际工作中必须予以杜绝。
6、井侵：井底压力小于地层压力时，地层流体（油、气、水）进入井筒的现象。
7、溢流：当井侵发生后，井口返出的修井液比泵入的量多，停泵后井口修井液有外溢的现象。
8、井涌：溢流进一步发展，钻井液或压井液涌出井口的现象。
9、井喷：地层流体（油、气、水）无控制地进入井内，使井内流体喷出井口。
10、软关井：发现溢流后，先打开放喷阀（套管闸门），然后关闭防喷器，再关节流阀。
11、硬关井：发现溢流后，立即关闭防喷器。
12、井喷失控的危害:①打乱全面的正常生产、工作秩序，影响全局生产。
②极易引起火灾和地层坍塌，造成机毁人亡、油气井报废等严重事故，带来巨大的经济损失。
③使修井事故复杂化。
④严重伤害油气层、破坏地下油气资源。
⑤油气无控制喷出地面进入空中，造成环境污染，影响周围人民的生命财产。
⑥在国际、国内造成不良的社会影响，对企业的生存与发展极为不利。
13、井喷失控的原因：1）井控意识不强，违章操作。
井控应知应会
井控应知应会1．井控：油气井压力控制的简称。
2．油气侵：井底压力大于地层压力时，岩屑中的流体（油、气、水）侵入钻井液的现象。
3．溢流：地层压力大于井底压力，地层流体向井内流动，停泵后，井口钻井液自动外溢的现象。
4．井涌：地层流体侵入井内，引起流体增加溢出井口的现象（未超过转盘面）。
5．井喷：地层流体喷过转盘面称为井喷。
6．井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出项敞喷的现象。
7．进平衡压力钻井：在井底压力稍大于地层压力情况下，在保持最小井底压力情况下钻进的钻井方法。
8．石油天然气总公司对地层压力当量钻井液密度附加值的规定：油水井为0.05~0.10g/cm；气井为：0.07~0.15g/cm 。
9．什么是赞成的曾压力？异常压力？异常低压？的曾有利梯度在0.0098~0.10486Mpa/m为正常地层压力，地层压力梯度大于0.010486 Mpa/m为异常高压。
压力梯度小于0.0098 Mpa/m为异常低压。
10．井喷多发生在哪种钻井作业中？为什么？起钻时一般每起出几柱钻具需灌一次泥浆？井喷多发生在起钻作业中，起钻时产生抽吸压力回使井底压力降低，起钻时不及时灌满钻井液也会使井底压力降低，故井喷多发生在起钻作业中，起钻时每起钻作业中，起钻时每起出2—3柱钻杆需灌一次泥浆，每起一柱钻铤需灌一次泥浆。
11．常规法压井主要有哪几种方法？各有什么特点？司钻法和工程师法，司钻法压井时间长，套压高，但排溢流及时，计算简单；工程师法压井时间短，套压低，但是需等待加重，计算复杂。
12．钻井液静也压力：井内钻井液柱重量产生的压力。
13．井底压力：地面和井内各种压力作用在井底的总压力。
14．井控的三个阶段：一级控井：以合理的钻井液密度，满足近平衡压力钻井的要求，防止发生溢流实现安全生产的井控工艺。
二级井控：指及早发现溢流，迅速实现对井口的控制，用压井工艺重建井内压力平衡的井控工艺。
三级井空：指井喷失控后，重新恢复对井的控制。
陆上石油天然气井下作业过程中的井控要求
陆上石油天然气井下作业过程中的井控要求1洗（压）井作业1.1洗（压）井方式、洗（压）井液密度、类型、用量应按设计要求执行。
1.2洗（压）井施工应安排专人观察压力和出口返液情况。
1.3最大施工压力应低于井口额定工作压力和套管抗内压强度的80%两者中的最小值。
1.4压井应不少于1.5个循环周，压井液进出口密度差小于0.02g∕cπΛ停泵油、套压均为零，出口无外溢，再下步作业。
1.5不能建立循环的油气井，应保持一定的液柱高度平衡地层压力。
1.6挤注法压井时，施工压力不应超过最大允许关井压力。
2换装井口作业2.1换装井口装置前应压稳地层，观察时间不少于换装井口作业周期，出口无异常后，用原密度压井液循环不少于1.5个循环周，再进行作业。
2.2井口完全密闭无法常规泄压的井，应先确定井内压力情况及流体类型。
2.3换装前在油管或套管内增设机械屏隙或采用冷冻井口的方式暂堵井筒时，应确保密封有效。
2.4换装井口装置前，应准备好所需的待换的井口装置、垫环、螺柱、螺母、内防喷工具或抢接装置。
2.5换装过程出现溢流，应按照用时最短原则控制井口。
2.6换装后，应按设计要求试压。
3起、下作业3.1起、下抽油杆前，应按设计配备防喷装置，抽油杆简易防喷装置转换接头应与井内抽油杆匹配。
3.2起、下管柱作业前，按设计要求安装井控装置，并准备好内防喷工具、防喷单根（或短节）及配合接头等，井口未安装防喷器的应准备好简易防喷装置。
3.3起、下管柱过程中应按设计要求灌液，灌液量以井简液柱压力能平衡施工层最高压力为原则。
3.4起、下大直径工具时，应密切观察悬重及井口液面；在油气层井段及顶部以上30OnI内，应控制起下速度。
3.5起、下管柱时应核实灌入液和返出液情况。
3.6起、下外挂电缆管柱，应备好电缆剪断工具。
3.7“三高”油气井起管柱完毕，等停期间应下入不少于作业层位以上井深三分之一的管柱。
4钻、磨、套、钱作业4.1钻、磨、套、铳作业所用井控装置及压井液性能应符合设计要求。
第11章油气井压力控制
第十一章 油气井压力控制 （Well Control ）井眼与地层同处于一相互连通的压力系统内。
钻井过程中保持井下压力系统平衡使钻井高效安全，发生溢流等井下压力失衡现象时及时恢复压力系统平衡的一系列技术的总称第一节 地层压力、破裂压力及坍塌压力一、地层压力的有关概念 1、静液压力渗透性地层中液体液柱重量引起的静液柱压力。
H g P h ⋅⋅=ρ 式中 Ph ——深Ｈ处的静液压力，Pa ； ρ——液体密度，kg m 3；地层水密度：1.3×103～1.07×103 原油密度：0.88×103泥浆密度：1.04×103～2.35×103 水泥浆密度：1.8×103～1.9×103 H ——液柱垂直高度，m 。
2、上覆岩层压力覆盖在某一深度处地层以上的地层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成的压力。
P H o rm =-+981.[()]φρφρ式中 Po ——上覆岩层压力，Pa ； H ——该处垂直深度，m ；ρ——岩石孔隙中流体的密度，kg m 3； Φ——岩石孔隙度，％； ρrm ——岩石密度，kg m 3。
3、地层压力（地层孔隙压力）Pp （pore pressure)某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流体的压力。
地下压力间的关系：σ+=p o P P连通体系：Pp ＝Ph封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层 异常高压：地层压力高于正常压力； 异常低压：地层压力低于正常压力；正常压力标准：1.0～1.07g/cm 3淡水或盐水静液柱压力。
4、异常高压的起因（1）由静液柱压力引起的压力异常在同一含水层中，由于井的位置不同，表现出地层压力的不同。
（2）由欠压实（圈闭）引起的高压 垂直方向：岩性变化（页岩、盐岩、石膏） 水平方向：断层、褶皱、盐丘、尖灭─→压力圈闭（即有一个无法渗透的界面，地层中的流体在岩石受压实时无法向外泄漏而形成压力圈闭）。
8.第七章 油气井压力控制
第七章油气井压力控制石油钻井工程实施中，首先要研究工程地质问题。
石油钻井的工程地质条件是指与钻井工程有关的地质因素的综合。
地质因素包括岩石、土壤类型及其工程力学性质、地质结构、地层中流体情况及地层情况等等。
石油钻井是以不断破碎井底岩石而逐渐钻进的。
了解岩石的工程力学性质，是为选用合适的钻头和确定最优的钻进参数提供依据。
井眼的形成使地层裸露于井壁上，这又涉及井眼与地层之问的压力平衡问题，对此问题处理不当则会发生多种复杂情况或事故，使钻进难以进行，甚至使井眼报废。
所以，在一个地区钻井之前，充分认识和了解该地区的工程地质资料（包括岩石的工程力学性质、地层压力特性等）是进行一口井设计的重要基础。
同时，当钻遇油气层时，如果井底压力低于地层压力，地层流体就会进入井眼。
大量地层流体进入井眼后，就有可能产生井涌、井喷，甚至着火等，酿成重大事故。
因此，在钻井过程中，采取有效措施进行油气井压力控制是钻井安全的—个极其重要的环节。
概括起来，油气井压力控制（通称井控Well control）的任务主要表现在两个方面：—方面，通过控制钻井液密度使钻井在合适的井底压力与地层压力差下进行；另—方面，在地层流体侵入井眼过量后，通过更换合理的钻井液密度及控制井口装置将环空内过量的地层流体安全排出，并建立新的井底压力与地层压力差。
第一节地下压力特性—、地下各种压力的概念（—）静液压力静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关，即：100981.0h p h ρ= （7—1）式中：p h ——深度为h 1处的静液压力，MPa ；ρ——液体的密度，g/cm 3（综合密度，包括油、气、水、泥浆等）； h 1——液柱的垂直高度，m 。
由上式可知，液柱的静液压力随液柱垂直高度的增加而增大。
我们常用单位高度或单位深度的液柱压力，即压力梯度，来表示静液压力随高度或深度的变化。
若用G h 表示静液压力梯度，则：ρ00981.0/1==h p G h h （7—2）式中： Gh ——静液压力梯度，MPa/mp h ——静液压力，MPa ；ρ——液体的密度，g/cm 3；h 1——液柱的垂直高度，m 。
石油与天然气井下作业过程的井控要求
石油与天然气井下作业过程的井控要求第十三条起下泵杆作业的井控要求。
（一）配备施工所需的泵杆变扣和泵杆悬挂器。
（二）采油（气）树两侧的生产闸门处于开启状态。
（三）发生溢流时，应立即抢装泵杆悬挂器，如果喷势较大无法安装泵杆悬挂器，应立即将泵杆丢入井内，关闭井口。
第十四条射孔作业的井控要求。
（一）常规电缆射孔。
1.射孔前，要安装射孔防喷器（闸门）、压井管汇（线）、（放喷管线）等井控装备，并按要求进行试压。
认真核对“射孔通知单”，确保射孔层位及井段准确无误。
2.射孔前，应按照设计要求进行预压井，压井后方可进行射孔施工，射孔队必须配备专用射孔电缆剪。
3. 射孔过程中，作业队要指派专人负责观察井口显示情况，若液面不在井口，应及时向井筒内灌入同样性能的压井液，保持液面在井口。
4.射孔过程中发生溢流时，应立即停止射孔，快速起出枪身实施关井；若来不及起出枪身时，由现场监督负责根据溢流性质和大小决定抢下钻具的深度和剪断电缆时机后实施关井。
由射孔队负责剪断射孔电缆，作业队负责关闭射孔防喷器（闸门）或全封闸板。
5.射孔结束起射孔枪身时，应控制电缆上提速度。
起出枪身后应立即下管柱，不允许空井。
6. 预测能自喷的井、解释为气层或含气层的井不得采用常规电缆射孔方式进行射孔作业。
（二）油管传输射孔。
1.下射孔管柱前，要安装压井和节流管汇（线）等，并按照本规定中的规定进行试压，合格后方可进行下一步施工。
2.定位、调整管柱后安装采油（气）树，采油（气）树压力级别要与地层压力相匹配。
3.射孔前，应按照设计要求进行预压井，压井后方可进行射孔施工。
4.起射孔管柱前，应根据测压数据确定压井液密度和压井方法进行压井施工，并安装防喷器。
第十五条诱喷作业的井控要求。
（一）抽汲诱喷。
1.对压力系数大于1.0的地层，应控制抽汲强度。
每抽汲完成一次后，将抽子提出，关闭油管闸门，观察20分钟，无自喷显示后，方可进行下一次抽汲。
2.抽汲出口与计量罐之间连接的管线应使用钢制管线，并按照本规定要求锚定牢固。
井控基本知识
井控基本知识1、井控是指对油气井压力的控制，包括初级井控、二级井控和三级井控三个阶段。
2、初级井控（或称一级井控），仅需通过修井液液柱压力来平衡地层压力。
其特征表现为无地层流体进入井内，井中无涌出物，因而不会产生溢流现象，此阶段井下安全稳定。
3、二级井控定义为仅通过井内修井液液柱压力无法控制地层压力的状况，地层流体进入井内引发井涌，并在地面形成溢流；此时需关闭地面井控设备以建立回压，结合井内液柱压力共同平衡地层压力，采用井控技术处理气侵修井液，消除井涌，恢复井内压力平衡，最终达到初级井控状态。
4、三级井控：是指二级井控失败后，井涌量大且失去控制而发生的井喷（即：井喷失控），此时，要利用专门的设备和技术重新恢复对井的控制，使其达到二级井控状态，然后再进一步恢复到初级井控状态。
三级井控就是平常说的井喷抢险。
5、井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象，井喷失控就是井下作业中恶性事故，在实际工作中必须予以杜绝。
6、井侵：井底压力小于地层压力时，地层流体（油、气、水）进入井筒的现象。
7、溢流：当井侵发生后，井口返出的修井液比泵入的量多，停泵后井口修井液有外溢的现象。
8、井涌是溢流进一步发展的现象，表现为钻井液或压井液从井口喷出。
9、井喷：地层流体（油、气、水）无控制地进入井内，使井内流体喷出井口。
10、软关井：发现溢流后，先打开放喷阀（套管闸门），然后关闭防喷器，再关节流阀。
11、硬关井：发现溢流后，立即关闭防喷器。
12、井喷失控的危害:①打乱全面的正常生产、工作秩序，影响全局生产。
②极易引起火灾和地层坍塌，造成机毁人亡、油气井报废等严重事故，带来巨大的经济损失。
③使修井事故复杂化。
④严重伤害油气层、破坏地下油气资源。
⑤油气无控制喷出地面进入空中，造成环境污染，影响周围人民的生命财产。
⑥在国际、国内造成不良的社会影响，对企业的生存与发展极为不利。
13、井喷失控的原因：1. 井口未装防喷器；2.无法及时发现溢流或处理不当；3.井控设备安装、试压不合格或存在问题；4.井口老化，出现刺漏；5.空井时间长，无人监控井口和采油树；6.洗井不彻底。
油气井压力控制(PPT 66张)
pb ph pa p b p h p sb p b p h p sg p b max p h p a p sg p b min p h p sb
p p p b p f
下钻时：
最大井底压力： 最小井底压力： 安全钻井的压力平衡条件：
p p p p p
章油气井压力控制
本章主要内容:
井眼与地层压力系统
欠平衡压力钻井
井涌的原因、征兆与检测方法
概述
油气井压力控制——在钻井过程中对地层压力进行控制。 井控的基本要求： 1、有效地控制地层压力，防止井喷。 2、防止井漏、井塌和缩径等复杂情况的发生 3、有效的保护油气层 井控的技术内容： 1、地层压力的预测和监测
d p
P—安全附加压力；
—安全附加密度；
油井： P = 1.5~3.5 Mpa
= 0.05~ 0.1
= 0.07~0.15
气井：
P
= 3.5~5.0 Mpa
三、平衡与欠平衡压力钻井
1、平衡压力钻井 （1）概念： 在有效的控制地层压力和维持井壁稳定的前提下， 尽可能降低钻井液密度，使钻井液液柱压力刚好等于 或略大于地层压力，达到解放钻速和保护油气层的目 的，这种钻井方法称为平衡压力钻井。 （2）技术关键：
三、气侵的特点
1、气侵的途径与方式 • 岩石孔隙内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 流入或深入井内 2、气侵的特点及危害 （1）侵入井内的气体由井底向井口运移，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，气体侵入钻井液呈分散状态，井 底泥桨液柱压力的降低是非常有限的，只要及时有效的 除气，就能有效的避免井喷。
钻井工程6油气井压力控制
安全钻井的压力平衡条件： pp phe pf
phe pp ， 地层流体侵入井眼；
phe= pp ，
平衡压力钻井；
phe pf ， 压裂地层，发生井漏；
phe pb pf ，过平衡压力钻井；
phe pp ， 地层流体有控制地进入井眼，欠平衡压力钻井。
一、油气井压力控制的基本概念
井控技术：主要是及时发现溢流并在保证井底压力略高于地 层压力的条件下，有效地排除溢流（即是说，怎样用泥浆柱 压力平衡地层压力；当平衡被破坏，又怎样恢复平衡）。包 括井控工艺和井控装置技术。 溢流：井下关系失去平衡，表现为地层压力大于井底压力时 ，地层流体进入井筒的现象。 井涌：是井喷的一种轻微表现形式，指井内钻井液涌出喇叭 口或转盘面上的情形，是溢流发展到一定程度的表现形式。 井喷： 地层流体（油、气、水）无控制的流入井筒并喷出地 面，通常指井内流体喷至转盘面以上一定高度或通过放喷管 线放喷的情形。或从高压层无控制的流入低压层的现象。
第三节 地层流体侵入控制----关井与压井
控制溢流主要包括两个步骤：
1、阻止地层流体继续侵入井眼——关井 2、用具有合适密度的钻井液将受污染的钻井液循环出井 眼，重新建立地层与井眼系统的压力平衡——压井。
关井：
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。
在溢流速度不高或者井口装置承压能力较高的情况下，可使用 “硬关井”，否则，应选择“软关井”或“半软关井”。 推荐采用“半软关井”。
（三）关井步骤（以半软关井为例）
1、钻进时发生井涌
（1）立即停止钻进，发出报警信号，停转盘、停泵； （2）上提方钻杆到钻杆接头露出转盘面； （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）及时向队长和钻井技术人员报告； （7）认真记录关井立压、关井套压和泥浆池增量。
第四章 油气井压力控制
（1-5）
地下各种压力之间的关系
（ Po 、 Pp 和σ之间的关系） Po = （孔隙流体的重力+ 基岩重力 ）/ 面积
Po =
Pp
+
σ
由上式可知,上覆岩层压力由基岩和孔隙流体共同 承担。 Po 一定， σ减小， Pp 增大。 当σ→0时， Pp → Po 。 不管任何原因使基岩应力下降，都会导致孔隙 压力增大.
地层沉降压实保持平衡 的 条件： • 上复岩层沉积的速度 • 地层的渗透率 • 地层孔隙减小的速度 • 孔隙流体排出的能力
4、异常高压的成因 异常高压的形成是多种因素综合作用的结果，这些因素与地质 作用、构造作用和沉积速度等有关。对于沉积岩地层的异常高压， 目前世界上公认的成因是由于沉积物的快速沉降，压实不均匀造成 的。 沉积物的快速沉降，压实不均匀 在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的 沉积平衡就被破坏。如沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去 排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒 之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。由于上覆岩层 继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的 流体必然开始部分地支撑本来应有岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩 层压力，从而导致了异常高压。
得其深度的地层压力，即
pp＝0.00981 Gp×H
式中：pp － 地层压力，MPa； Gp － 地层压力梯度当量密度，g/cm3 H － 井深,m。
当 量 密 度 g/cm3
△t－△tn
(二)地层压力监测 常用的方法有 dc指数法 σ法 页岩密度法 标准化钻速法 ………. dc指数法 dc指数法的实质是机械钻速法。它是利用泥页岩压实的规律和压差对 钻速的影响来计算地层压力的。 在正常压实的地层，若保持钻进措施不变，随着井深的增加，岩石 强度变大，机械钻速会逐渐减小。进入异常高压层，由于地层孔隙度变 大，岩石强度变小，机械钻速会增大，所以利用机械钻速的变化可以预 测高压地层。 （补充 压差=井底压力—地层压力 △P = Pb - PP 式中 Pb — 井底压力； PP — 地层孔隙压力。 井底压差大容易产生压持效应。 压持效应：在在钻进过程中，井内始终存在压差，在该压差作用下，井 底岩屑难以离开井底，造成钻头重复破碎的现象。）
井控十概念
井控十概念
1、井控：实施油气井压力控制的简称。
2、井侵：当底层压力大于井底压力时，地层孔隙中的流体（油、气、水）将侵入井内，通
常称为井喷。
3、溢流：当井底压力小于地层压力时，井口返出液量大于泵入液量或停泵后井液自动外溢
的现象称为溢流。
4、井涌：溢流进一步发展，井液涌出井口的现象称为井涌。
5、井喷：当井底压力远小于底层压力时，地层流体大量涌入井筒并喷出地面的现象称为井
喷。
6、井喷失控：井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现井口敞喷的现象称为井喷失控。
7、一级井喷：指以合理的井液密度平衡地层孔隙压力，没有地层流体侵入井内、无溢流产
生的井控技术。
（又称主井控）
8、二级井控：溢流或井喷后通过及时关晶或压井重建井底压力平衡的井控技术。
9、三级井控：井喷失控后，重新恢复对井口的控制的井控技术。
10、井控中的三早：早发现、早关井、早处理。
七关井法
1、发
2、停
3、开
4、抢
5、关
6、关
7、看
井喷处理八步走
1、逐级上报，启动井喷抢险应急预案。
2、防止着火，用消防水枪向油气柱及井口周围大量喷水。
同时做好储水、供水工作。
3、对含硫等有可能对周围人群和环境造成较大危害的井可以按规定进行点火处理。
4、成立现场抢险组，制定抢险方案。
5、划分安全区，撤离危险区人员。
6、清除井口周围及抢险道路上的障碍物，充分暴露井口。
7、灭火。
8、设计、抢装新的井口装置组合。
第6章油气井压力控制
1、关井方式
（1）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。
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。
16
（2）软关井
发现并涌后，先打开节流阀，再关闭防喷器，然后再关闭 节流阀。 关井时间长，地层流体侵入量多。 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。
出后形成雾状流体，冲洗井底和携带岩屑。
主要优点：不易着火和爆炸；有少量地层水进入井眼也能 有效携带岩屑。
（3）泡沫钻井
主要特点：采用稳定泡沫作为循环介质进行钻井。稳定泡
沫由气体（氮气或co2）、液体和表面活性剂配制。
主要优点：密度低，粘度和切力高，携岩能力强。来自8（4）充气钻井
主要特点：在钻井液中掺入气体，从而降低钻井液密度。充气 钻井液密度可控制在0.45 ～1.20g/cm3范围内。 主要优点：密度可调范围大；能消除空气钻井可能引起的井下 爆炸；较一次性的泡沫钻井经济；可用于易出水地层。
23
循环法：
关井后等待套压相对稳定，记录下套压pa； 启动泵，以压井泵速泵入钻井液，同时调节节流阀 保持套压不变，记录此时立管压力psp´； 停泵，关闭节流阀；
计算关井立管压力： psp= psp´- pci
适用于已知压井泵速和相应循环压耗pci的情况。
24
3、关井套压的最大允许值
14
第三节
溢流的控制----压井
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；
用具有合适密度的钻井液将受污染的钻井液循
环出井眼，重新建立地层与井眼系统的压力平 衡----压井。
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• 一、地层压力的有关概念
(the Concept of Formation Pressure) 1、静液压力:渗透性地层中液体液柱重量引起 的静液柱压力
Ph g H
式中 Ph——深Ｈ处的静液压力，Pa； ρ——液体密度，kg/ m3 ； 地层水密度：1.3×103～1.07×103 原油密度：0.88×103 泥浆密度：1.04×103～2.35×103 水泥浆密度：1.8×103～1.9×103 H——液柱垂直高度，m。
（1）地震资料（地震层速度法）
（2）钻井资料 (dc指数法) （3）测井资料 （声波时差法）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、地层破裂压力(Formation Fracture Pressure)
•
1、定义：使地层受压破裂的最低压
力（1.6～2.4 07g/cm3 ）
•
2、因素：埋藏深度，地质年代，覆 盖压力，地层压力，岩石性质，岩石应 力状态，岩石压实程度
受侵，钻井液静止不流动
Ｐ钻＝0； Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ钻静＝Ｐ环静＝9.81Ｈρ ；
Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ ；
（2）标准循环状态
—— 未钻入油、气、水高压层，钻 井液未受侵，井口敞开 Ｐ钻＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管；
Ｐ套＝0；
Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循；
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循；
（3）大排量循环状态
钻入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，
二、失去压力平衡的原因
（一）压力组成
1、洗井液液柱静压力 2、抽吸压力（拔活塞） 影响因素：上提速度 ↑ 、钻井液粘度 和切力↑、钻头泥包↑→抽吸压力↑
3、激动压力
（1）下钻激动压力 因素：下钻速度↑、钻井液粘度和切力↑、 井径↓→激动压力↑ （2）开泵激动压力 因素：钻井液流变性，静止时间，钻具、 井眼几何尺寸，温度、压力。
pe p g H
4．压力系数
——某一点处的压力与该深度处的淡
水柱静压力之比。
P 压力系数 水 g H
五、压力剖面的具体应用简介
•
• •
1、确定合理的井身结构
2、确定合理的钻井液密度 3、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生
11.2地层--井眼压力平衡和平衡的破坏
一 、 地 层 - - 井 内 压 力 平 衡 ( Formation-Wellbore
关闭封井器以调节阻流器控制套管回压 Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地）
Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破）
3、钻井压力控制-Drill Pressure Control
根据Ｕ形管压力平衡原理，使用压 力控制设备，按规定的方法和程序，建 立和保持井内的压力平衡。
Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ △ρ＝0.05～0.1 g/cm3 (油层) △ρ＝0.07～0.15 g/cm3 (气层)
四、地层流体侵入井内的特点
3、确定方法
（1）公式估算法 P 休伯特（Hubbert）法 马修斯（Matthews）法 伊顿（Eaton）法 P1 （2）液压试验法 a 关闭环形空间 b 小排量（0.66～1.32L／s） c 记录灌注液量和立管压力 立管压力突降（峰值）——漏失压力P1 1 G f 9. 81 P Gf——地层破裂压力梯度，kpa/m。
Pressure Balanced) 1、压力系统模型 P钻静＝9.81Hρ P环静＝9.81[(H－h)ρ +hρ ’] P底＝P环静＋P环循＋P套 P鞋＝P鞋静＋P鞋循＋P套
p地 ' p底 H p鞋 h p钻 p套
2、几种常见井内压力关系
（1）静止平衡状态
——未钻入高压油、气、水层，钻井液未
2、上覆岩层压力(Overburden Pressure)
——覆盖在某一深度处地层以上的地 层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成 的压力
Po 9.8 H[(1 )rm ]
式中 Po——上覆岩层压力，Pa； H——该处垂直深度，m；
ρ——岩石孔隙中流体的密度， kg/ m3 ； Φ——岩石孔隙度，％；
H
T
三、地层坍塌压力
—— 当井眼压力小于某一压力值时，
井壁岩石在地应力的作用下发生变形破
裂，此时的压力称为坍塌压力
四、压力的表示方法
1、压力值形式表示 公制 Mpa，Kpa，Pa； 英制 psi 1 MPa=103 KPa= 106 Pa； 1 MPa = 145 psi； 2、压力梯度 单位长度（深度）压力增长值。 Gh=Ph/H 3、当量泥浆密度 ——某一点处的压力与某一密度的泥浆在 该深度处的静液压力相等，则称该密度值 为该压力的当量密度。
rm——岩石密度，。
3、地层压力Pp（Pore Pressure)
——某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流 体的压力
P o P p
连通体系：Pp＝Ph 封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层
异常高压：地层压力高于正常压力；
异常低压：地层压力低于正常压力； 正常压力标准：1.0～1.07g/cm3淡水或盐水静液柱压力。
P kb 3. 3 Dh D p
Pkb——开泵压力。
4、环空压降引起的压力增量
因素：钻井液流变性；井深；钻具、井眼几
何尺寸；温度；压力。
5、其它原因引起的压力增加（井口憋回压）
6、起钻未及时灌钻井液或灌入量不足，井内 液面下降，井底液柱压力下降。
（二）失去压力平衡的原因
1．钻井液密度偏低，Ｐ环静↓；
4、异常高压起因-the Case of Abnormally Pressure
由静液柱压力引起的压力 异常 由欠压实（圈闭）引起的 高压 a、垂直方向 b、水平方向 压力圈闭＋压实─→异 常高压─→阻碍压实─→ 欠压实
C B A S
5、异常高压预报-the Forecast of Abnormally Pressure
2．突然钻遇高压油、气层； 3．起钻未灌浆→液柱高度↓； 4．钻头或钻铤泥包＋起钻速度过快→抽吸 压力↑；
5．油、气上串→体积膨胀→Ｐ环静↓↓；
6．井漏→液柱高度↓→Ｐ环静↓。
三、地层流体的发现和应采取的措施
Pm < Pp → 地层流体进入井底 →
Pm↓→溢流速度↑
1、溢流时的异常现象
2、监测方法 3、溢流发现后的处理措施