钻井工程理论与技术第六章

第二节 溢流的侵入及其检测
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。
2.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 3.井涌
溢流的进一步发展，在循环或者停泵后，钻井液涌出井口的 现象。 4. 井喷
过程中。
三、气Baidu Nhomakorabea的特点
2.井眼—地层系统压力基本关系
pb min ph pr -psb pp
phe pP p
d p
p — 安全附加压力； — 安全附加密度；
油井：p 1.5 ~ 3.5MPa， 0.05 ~ 0.10g / cm3 气井：p 3.5 ~ 5.0MPa， 0.07 ~ 0.15g / cm3
低压低渗透油气藏 严重水敏性地层的钻进 漏失性底层，如裂缝性地层
3.技术关键
(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
4.欠平衡压力钻井方式 ：
第六章 油气井压力控制
本章重点：
（1）井眼与地层间的压力平衡关系； （2）欠平衡压力钻井的使用范围及常用设备； （3）地层流体的侵入的征兆及检测方法； （4）气侵的特点及H2S气体的防护措施； （5）不同情况下的关井程序； （6）压井方法及压井计算。
难点：
（1）气侵时圈闭压力的释放方法； （2）压井计算及特殊情况下的压井方法。
井控的分类 一级井控：利用钻井液密度，建立井内压力平衡。 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。
三级井控：井喷后的处理与压力控制。
第一节 井眼—地层系统的压力平衡
一、井眼内的各种压力
1.地层孔隙压力 Pp 9.81 103 p D
2.地层破裂压力 p f = 0.00981ρ f D
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： 有效地控制地层压力，防止井喷； 防止井漏、井塌或缩径等复杂情况； 有效地保护油气层。
井控的技术内容：
地层压力的预测和监测； 钻井液密度的控制； 合理井身结构的设计； 防喷器装置的配套； 溢流后的正确处理。
二、安全钻井的压力平衡条件： PP PbPf
pbpp ， 地层流体侵入井眼； pb=pp ， 平衡压力钻井； pbpf ， 压裂地层，发生井漏； pppbpf 过平衡压力钻井； pbpp, 地层流体有控制地进入井眼，欠平
衡压力钻井
三、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，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，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。
3.钻井液静液柱压力 ph 9.81103 d D
4.环空循环压降
Δpa
=
0.57503ρm0.8
μ Q 0.2 1.8 pv
(Kp
+
Kc)
5.井内波动压力
抽吸压力： Psb 9.81103 sbD，sb 0.036 ~ 0.08g / cm3 激动压力： Ps g 9.81103 sg D，sg 0.024 ~ 0.1g / cm3
(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岩返 至井口。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制头下面的放 管线排出。
特点：适用于干燥、低渗透、高水敏性、易漏失地 层。能明显提高钻速，但遭遇碳氢化合物容易引起爆 炸，地层水进入井眼，携岩困难。
(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0.45-1.20克/立方厘 米范围内； 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 易出水底层。
(5)边喷边钻
主要特点：采用低密度钻井液，控制井底有效压力 低于底层孔隙压力。 主要优点：适用于底层压力较高的油气藏。
6.环空内岩屑重力在井底引起的附加压力
pr 9.81103 r D
7.井底有效压力：
正常钻进时： pb= ph+pa +pr
起钻时：
pb= ph +pr -psb
下钻时：
pb= ph +pr +psg
最大井底压力：pbmax =ph +pa+psg+pr
最小井底压力：pbmin=ph+pr -psb
3.平衡压力钻井的优点 提高钻速 保护油气层 能实现安全钻井 4.平衡压力钻井的技术关键 精确掌握地层压力 设计合理的钻井液密度和井身结构
四、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。 这样可及时发现和有效保护油气层，同时可显著提高 钻进速度。 2.欠平衡适用的地层范围 ：
(2)雾化钻井
主要特点：在空气中渗入水或轻质钻井液，自钻头 喷嘴喷出后形成雾状流体，冲洗井底和携带岩屑； 主要优点：不易着火和爆炸；有少量底层水进入井 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坏介质进行钻井。 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，年度和切力高，携岩能力强。
地层流体失去控制地喷出地面。
二、地层流体侵入井内的原因
1、地层压力掌握不准，使设计的钻井液密度偏低； 2、地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低； 3、起钻未按规定灌泥浆，或井漏使井内液面降低； 4、起钻速度过快，引起抽吸压力过大，地层流体侵入井
内； 5、停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。 统计表明，近70%的井涌或井喷发生在起钻（或起完钻）