第六章 油气井压力控制

P min = P + ∆P − ∆Psb = Pp b h r P = PP + ∆Psb h
ρd = ρp + 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， 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， 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， 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。 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 ）
密度降低； 密度降低； 粘度上升或下降； 粘度上升或下降； 气泡、氯根离子、气测烃类含量增加； 气泡、氯根离子、气测烃类含量增加； 油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓； 油花增多，油味、天然气味、硫化氢味增浓； 温度升高。 温度升高。
（7）泵压上升后下降，悬重减小后增大； ）泵压上升后下降，悬重减小后增大；
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
二、关 井
1. 关井方式及选择
（3）半软关井 ） 发生溢流后，先适度打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。 发生溢流后，先适度打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。 其特点介于“硬关井 ”和“软关井”之间。 其特点介于“ 软关井”之间。 关井方式的选择：在溢流速度不高或者井口装置承压能力较高的情况下， 关井方式的选择：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” 半软关井” 可使用“硬关井”，否则，应选择“软关井”或“半软关井”。推荐采 半软关井” 用“半软关井”。
第一节 井下各种压力及其平衡
一、井眼内的各种压力
1. 地层孔隙压力 2. 地层破裂压力 3. 钻井液静液柱压力
Pp = 9.81×10−3 ρ p D
pf = 9.81×10 ρ f D
−3
ph = 9.81×10−3 ρd D
4. 环空循环压降在井底产生的附加压力
∆pla = 0.57503ρ µ Q
激动压力： 激动压力： psg
= 9.81×10−3SgD，Sg = 0.07 ~ 0.10g / cm3
∆P = 9.81×10−3 ∆ρr D r
6. 环空内岩屑重力在井底引起的附加压力
7. 井底有效压力
正常钻进时： 正常钻进时： 起钻时： 起钻时： 下钻时： 下钻时：
P = P + ∆P + ∆P b h la r
第二节 溢流及其检测
一、溢流的概念
1. 油、气、水侵——油、气、水侵入钻井液，使其性能变坏的过程。 水侵入钻井液，使其性能变坏的过程。 水侵 油 2. 溢流 溢流——当井底压力小于地层压力时，地层流体侵入井内，使井口 当井底压力小于地层压力时，地层流体侵入井内， 当井底压力小于地层压力时 返出的钻井液量大于泵入量， 返出的钻井液量大于泵入量，停泵后钻井液从井口自动外 溢的现象。 溢的现象。 3. 井涌——溢流的进一步发展，在循环或者停泵后，钻井液涌出井 溢流的进一步发展，在循环或者停泵后， 井涌 溢流的进一步发展 的现象。 口 的现象。 4. 井喷 井喷——地层流体失去控制地喷出地面。 地层流体失去控制地喷出地面。 地层流体失去控制地喷出地面
二、度低——设计过低或处理不当； 设计过低或处理不当； 设计过低或处理不当 2. 环空钻井液液柱高度降低 环空钻井液液柱高度降低——起钻补灌泥浆不足或井漏； 起钻补灌泥浆不足或井漏； 起钻补灌泥浆不足或井漏 3. 起钻抽吸作用使井底压力减小； 起钻抽吸作用使井底压力减小； 4. 停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。 停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。
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 溢流的控制——关井和压井 第三节 溢流的控制 关井和压井
概 述
在石油钻井过程中对井眼内的地层压力进行控制。 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。 井控的基本要求： 井控的基本要求： 1）有效地控制地层压力，防止井喷； ）有效地控制地层压力，防止井喷； 2）防止井漏等复杂情况； ）防止井漏等复杂情况； 3）有效地保护油气层 ） 井控的分类 （1）一级井控：利用钻井液密度，建立井内压力平衡。 ）一级井控：利用钻井液密度，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 ）二级井控：发生溢流后，利用井口防喷器憋回压后压井， 压力平衡。 压力平衡。 （3）三级井控：井喷后的处理与压力控制。 ）三级井控：井喷后的处理与压力控制。
2. 约束条件
P max = P + ∆P + P ≤ Pf b h r sg
P ≤ Pf − P − ∆Pf ..........................(6 − 2a) h sg
ρd ≤ ρ f − sg − s f .............................(6 − 2b)
P
Psp + P = Pp = P + P hi a ha
关井立管压力， Psp —— 关井立管压力，Psp = Pp − Phi
P = P + ∆P − Psb b h r
P = P + ∆P + Psg b h r
最大井底压力： 最大井底压力： 最小井底压力： 最小井底压力：
P max = P + ∆P + P b h r sg P min = P − P b h sb
第一节 井下各种压力及其平衡
二、井眼—地层系统压力平衡 井眼 地层系统压力平衡
气体的可压缩性，使气侵具有以下特点： 气体的可压缩性，使气侵具有以下特点： （1）侵入井内的气体由井底向井口运移时，体积逐渐膨胀，越接近地面，膨胀 ）侵入井内的气体由井底向井口运移时，体积逐渐膨胀，越接近地面， 越快，体积越大。 越快，体积越大。 （2）气侵后的钻井液在不同深度的密度不同。井口的密度最小，井底的密度最 ）气侵后的钻井液在不同深度的密度不同。井口的密度最小， 大。 （3）在气侵后关井的情况下，气体将滑脱上升，在井口积聚。井口和井底的压 ）在气侵后关井的情况下，气体将滑脱上升，在井口积聚。 力将逐渐增大。最大井口压力可达到井底的底层压力。因此， 力将逐渐增大。最大井口压力可达到井底的底层压力。因此，气侵后不能 长时间关井。 长时间关井。
1. 基本关系式 P min = P − ∆P ≥ Pp b h sb
P ≥ P + ∆P ................................(6 −1a) h P sb
ρd ≥ ρp + Sb.....................................(6 −1b)
Sb = 0.06 ~ 0.08g / cm3
2. 关井程序（“四七”操作程序） 关井程序（ 四七”操作程序）
（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 ）
第三节 溢流的控制----关井与压井 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 形管原理
溢流关井后，钻柱、环空、 溢流关井后，钻柱、环空、地层压力系统 有如下关系： 有如下关系： PS
第二节 溢流及其检测
三、气侵
0 750 1500 2250
0.101
17.8 0.26m3 0.26m3
35.4 0.26m3
1.2 g/cm3
0.26m3
3 3000 0.26m 35.4
44.2
53.1
61.9
70.7
第二节 溢流及其检测
四、溢流的检测
1. 地层流体侵入的征兆
（1）泥浆罐液面升高； ）泥浆罐液面升高； （2）钻井液返出量大于泵排量； ）钻井液返出量大于泵排量； （3）起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值； ）起钻时灌不进泥浆或泥浆灌入量少于正常值； （4）停止循环时，井口仍有泥浆外溢。 ）停止循环时，井口仍有泥浆外溢。 （5）钻速突然加快或钻进放空； ）钻速突然加快或钻进放空； （6）钻井液性能发生变化； ）钻井液性能发生变化；
二、关 井
利用井口防喷器将井口关闭， 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 液柱压力一起平衡地层压力，阻止地层流体的继续侵入。 液柱压力一起平衡地层压力，阻止地层流体的继续侵入。
1. 关井方式及选择
（1）硬关井 ） 发生溢流后，在节流阀等所有旁通关闭的情况下关闭防喷器。 发生溢流后，在节流阀等所有旁通关闭的情况下关闭防喷器。 优点：关井程序简单，时间短，地层流体侵入量少。 优点：关井程序简单，时间短，地层流体侵入量少。 缺点：产生“水击” 使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加， 缺点：产生“水击”，使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加， 可能超过井口装置的额定压力、套管抗内压强度和地层破裂压力。 可能超过井口装置的额定压力、套管抗内压强度和地层破裂压力。 （2）软关井 ） 发生溢流后，先打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。 发生溢流后，先打开节流阀，然后关闭防喷器，再关闭节流阀。 优点：可避免“水击”现象。 优点：可避免“水击”现象。 缺点：关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量较大。 缺点：关井程序较复杂，时间长，地层流体侵入量较大。
0.8 d 0.2 pv
1.8
(
Lp
(dh −d p )3 (dh +d p )1.8
+ (d
Lc
3 1.8 h −dc ) (dh +dc )
)
= 9.81×10−3 ∆ρla D
第一节 井下各种压力及其平衡
一、井眼内的各种压力
5. 波动压力
psb = 9.81×10−3SbD， b = 0.05 ~ 0.08g / cm3 S 抽吸压力： 抽吸压力：
一、井控装置
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
一、井控装置
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
一、井控装置
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
一、井控装置
Drill pipe check valve
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
第二节 溢流及其检测
四、溢流的检测
2. 溢流的检测方法
（1）钻井液罐液面检测法 ） （2）返出钻井液流量检测法 ） （3）气侵超声波检测技术 ）
挡板流量计
浮子式液面计
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
一、井控装置
第三节 溢流的控制----关井与压井 溢流的控制----关井与压井
s f = 0.024 ~ 0.048g / cm3
第一节 井下各种压力及其平衡
三、平衡与欠平衡压力钻井
1. 平衡压力钻井
（1）概念 ） 在有效地控制地层压力和维持井壁稳定的前提下， 在有效地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平衡或略大于地层压力， 密度，使钻井液液柱压力刚好平衡或略大于地层压力，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。 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 ） 1）地层压力的准确预测 ） 2）合理钻井液密度的确定 ）
第二节 溢流及其检测
三、气侵
1. 气侵的途径与方式
—岩石孔隙中的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液； 岩石孔隙中的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液； 岩石孔隙中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； 气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散； 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渗入井内 。 当井底压力小于地层压力时， 当井底压力小于地层压力时 气层中的气体大量流入或渗入井内。 2. 气侵的特点