非常规井控技术

非常规井控技术
前面主要讲解了常规的井控作业。

然而，有些现场发生的问题不能直接用这些传统的“循环出气侵钻井液”的方法解决。

不过，大多数情况不会太大地改变井控的基本步骤。

每一井喷的情形是独特的。

常规井控技术有时不能充分解决问题，因为有些情形下不能进行循环。

例如，钻柱不在井底、井漏、钻柱堵塞或空井等。

当出现这种非常规情形时，就需要用非常规的井控技术。

本章讲述以下四种非常规井控技术：
（1）体积控制法；
（2）硬顶法，即强行将侵入井内的流体顶回到地层去的方法；
（3）钻头不在井底压井法；
（4）低节流压力法；
（5）顶部压井技术；
（6）关井起下钻。

1.1体积控制法
这是在不能循环的情况下而要实现井控，即不循环调节井内压力的方法。

其要点是在维持井控时，从系统中放出钻井液以允许气体膨胀和运移。

这种方法的实质仍是“保持井底压力恒定”的技术。

其目的是在不超过任何裸露地层破裂压力或设备压力极限情况下维持井底压力恒定，防止额外地层流体涌入井眼。

在钻柱堵塞时或井内钻井液不能循环时，这种方法特别有用。

如果使用“等待加重法”，在循环建立之前必须使用体积法。

为了说明体积控制技术，先要研究一下气体的具体运移情况。

1.1.1气体的运移
气侵物在井底或近井底处进
入井眼。

通常气侵物的密度比当
时所用钻井液的密度小得多。

密
度的差异将使密度较小的流体在
密度较大的流体中向上运移。

试
想在钻进或起下钻时发生气体井
涌的情形：检测到气侵后关井，
此时气体通常仍向地面运移，并
携带气泡圈闭的压力一起上移。

气泡上移的速度取决于下列因
素：
（1）环空间隙； （2）井眼中气体与液体的相对密度差；
（3）钻井液的稠度；
（4）环空中气泡的形状（气泡在环空的一侧上移而钻井液在其对侧下移）。

图5-3气体运移示意图
已有一些预测气泡运移速度的数学模型，但这些模型太
复杂，在现场难以应用。

为了指导井控作业，可采用根据地
面压力反应，预测井内气泡运移速度的近似方法。

此近似方
法有一定的假设条件：如果不允许气体膨胀而温度又保持恒
定，则气泡内的压力将不会有大的变化。

温度不变的假设在
运移距离较短时是准确的。

因此，对计算地面压力每一微小
增量引起的井内气体运移速度的变化，这一方法也相当准
确。

图5-3表示这一方法的原理。

从图5-3可以看出，气泡在t=t1时刻处在井底，系统压力
处在静态。

一段时间后，t=t2，气泡高度，体积或温度没有大的变
化而向地面方向运移一段距离H m。

因此，从气体定律知，t=t2
时气泡底部的压力与t=t1时刻的压力完全相同。

地面和井底
压力增加量为ΔP。

在t=t2时气泡底部从井眼底部上升到H m
处。

此时井底压力P bh可由下式表示（忽略气柱自重）：
P bh=P+0.0098ρm H m=P+ΔP
5-20
式中:P—地层压力；ΔP—t=t2时刻地面压力P2与t=t1时刻地面压力P1的差，即
ΔP=P2-P1 5-
21
由上式可知:
H m=（P2-P1）/（0.0098ρm）
5-22 式中：H m—气泡运移的高度，m；P1—t=t1时刻的地面压力或初始压力P1=P-0.0098ρm HMPa；P2—t=t2时刻的地面压力或最终压力P2=P-0.0098ρm（H-H m）MPa；ρm———钻井液密度，g/cm3。

用式确定出气体运移高度后，可用下式求出气泡运移的速度：
v g=H m/（t2-t1） 5-
23
式中：v g—气体运移速度，m/h；t1—初始压力读值的时刻，h；t2—最终压力读值的时刻，h。

[例题]气体运移。

已知在01：43由于井涌关井。

初始压力为2.241MPa，在02:25压力增到4.378MPa，井内钻井液密度为1.41g/cm3。

求（1）气泡向上运移的高度；（2）气泡上移的速度。

解:用式5-22计算出运移高度H m=（P2-P1）/（0.0098ρm）=154.5m。

用式5-23式算出运移速度v g=H m/（t2-t1）=221m/h。

由此可见，只要记下压力变化和相应的时刻，就可估计出气泡的运移速度及其相应的位置。

如果在两个压力读数之间放压，该法也应产生准确的结果，因为在计算时只需使用压力的变化。

1.1.2钻柱在井底、钻柱与环空连通的情形
钻柱在井底或近井底时，如果环空和钻杆连通，问题不会十分复杂。

如果井眼流体密度已知，通过钻杆压力便可直接算出井底压力。

这可用来指导压井作业。

这种情况下，通过放掉环空中一定体积钻井液，保持钻杆压力不变，就会使井底压力保持恒定。

然而，保持钻杆压力不变是一件困难的
事情。

一个重要的因素是，不管使用那种控制方法，如果井底压力保持恒定，气泡膨胀的体积将是相同的。

预测出为保持井底压力不变而要放掉的钻井液体积和预计气体到达地面时的环空压力固然重要，但更重要的是必须制定出应急计划以防地层破裂而井漏。

1.1.3钻柱堵塞、离开井底或空井的情形
当钻柱堵塞，即钻柱与环空不连通时，只能通过观察地面环空压力来指导井控。

对要放掉的钻井液的体积
和地面压力进行预测是可能的，也可算出井底压力，把计算值与许可值进行比较。

排放到地面的钻井液体积与
用司钻法循环出井涌
的体积相同。

对现场作
业来说，计算是十分烦琐的。

1.1.4井涌的大小、程度未知
在不知道气侵程度的情况下也可能进行井控。

这一过程要求准确地观察关井环空压力，从井中放掉一定体积的钻井液并准确地测量出放掉流体的体积。

其步骤如下（见图5-4）：
图5-4 放压控制气体运移和井底压力
（1）关井后，记下套压，允许环空压力增加到一预定的值（通常高于初始关井套压0.7MPa-1.4MPa）。

这可给地层空隙压力施加一压力附加值以保证安全。

这一安全附加值是必须的。

因为从井中放出钻井液时难以维持确切的压力。

在放钻井液过程中如有压力波动，该关井压力附加值可防止更多的地层流体进入井眼。

当然，在确定安全增量时一定要考虑到地层的压裂。

如果过平衡太大，可能会引起地层破裂和由此而造成的井漏，最恶劣的情况是可能引起地下井喷。

（2）允许套压额外增加0.35MPa-1MPa（破裂压力将限制该值）。

缓慢地有控制地放掉钻井液并仔细地测量放掉钻井液的体积，从放掉钻井液的量计算出钻井液液柱静压力损失量，计算出井底压力。

如果井底压力过平衡太多，重复放钻井液步骤（小增量地放），直到过平衡在要求的范围内，通常高于预计地层压力0.7MPa-1.4MPa。

注意事项：
A、如果不知道气泡的位置，计算出的钻井液体积可能。