石油钻井作业现场压井液密度确定方法

石油钻井作业现场压井液密度确定方法

论文关键词：压井液 密度 附加值 计算

论文摘要：本文对目前压井液密度计算的各种方法进行了分析研究，指出了这些方法存在的的问题和不足之处，并进行了对比分析，使大家对压井液密度计算有一个明确的认识。

一、前言

钻井过程中，做好井控工作的目的是防止地层液体侵入井内，为此需保持井底压力略大于地层压力，即实现近平衡钻井，这时的关键问题就是研究怎样最合理地确定压井液密度。 井眼的裸眼井段存在着地层孔隙压力（地层压力）Pp 、压井液柱压力Pm 和地层破裂压力Pf 。三个压力体系必须满足以下条件：

p m f P P P ≥≥即md my ef ρρρ≥≥

式中：ρef —井眼的裸眼井段地层破裂压力当量密度，g/cm 3；

ρmy —井眼内压井液密度，g/cm 3；

ρmd —井眼的裸眼井段地层液体密度，g/cm 3。

压井液密度的确定应以钻井资料显示最高地层压力系数或实测地层压力为基准，再加一个附加值。作业现场一般推荐附加当量压井液密度、附加压力井底值规定如下。 当量密度附加：油水井为0.05-0.1g/cm 3；气井为0.07-0.15g/cm 3 井底压力附加：油水井为1.5-3.5MPa ；气井为3.0-5.0MPa

具体选择附加值时应考虑地层孔隙压力大小、油气水层的埋藏深度、钻井时的钻井液密度、井控装置等。

所确定的压井液密度还要考虑保护油气层、防止粘卡、满足井眼稳定等要求。为确保钻

井过程中的施工安全，在各种作业中，均应使井底压力略大于地层压力，这样可达到近平衡钻井和保护油气层的目的。

但是，怎样最合理地确定压井液密度，各种材料上介绍了多种方法，这些方法如何使用，往往使大家无从下手，各种方法计算结果差异又较大，本文试图通过此类问题分析对比对大家有所帮助。

二、压井液密度确定的各种方法

1、常规压井液密度确定方法

⑴附加当量密度计算法

根据《钻井井控技术规程》的规定可知e p my ρρρ+= 又因为H P p

p 102=ρ、H P md p ρ0098.0=所以e md my ρρρ+=： （1-1）

式中：H —油层中部深度，m ；

P p —地层压力，MPa ；

ρmd —地层液体密度，g/cm 3，一般为1.00-1.07 g/cm 3；

ρp —地层压力当量压井液密度，g/cm 3；

ρe ——附加当量密度，g/cm 3，油水井为0.05-0.1g/cm 3、气井为0.07-0.15

g/cm 3。

⑵压力倍数计算法

H KP p

p 102=ρ又因为H P md p ρ0098.0=所以md my K ρρ9996.0= （1-2）

式中：K —附加系数，对于一般作业，K=1.00-1.15；对于修井作业K=1.15-1.30。 ⑶附加压力计算法

()

H P P e p my -=102ρ （1-3）

式中：P e -附加压力，油水井为1.5-3.5MPa ；气井为3.0-5.0MPa 。

⑷压井液相对密度计算法

压井管住深度不超过油层中部深度时，压井液密度计算公式为：

()

[]h h H G P P p e p my --+=102ρ

（1-4）

式中：h -实际压井深度，m ；

H -油层中部深度，m ；

G p -地层压力梯度，MPa/m ；其它同上。

2、根据实测地层压力确定 根据实测地层压力理论计算公式可知：e p

my H P ρρ+=102 （1-5）

其中H P md p ρ0098.0=代入式1-1得e md my ρρρ+= （1-6） 式中：P p -地层压力，MPa ；

ρmy -压井液密度，g/cm 3；

ρmd -地层液体密度，g/cm 3；

H -地层深度，m 。

3、根据实测溢流关井立管压力确定

根据钻井过程中发生溢流时关井立管压力确定压井液密度公式为（考虑附加密度）： e gl

m my H P ρρρ++=102 （1-7）

式中：ρm -井筒内原来液体的密度，g/cm 3；

P gl -发生溢流后的关井立管压力，MPa ；

4、根据起钻时的井底压力计算

在钻井或者井下作业的所有工况中，起钻时的井底压力最低，如果在起钻时能够保证井口不发生溢流，这时的井内压井液密度应当是安全的。

起钻时的井底压力为dp sb h b P P P P --=，因此考虑到附加密度，压井液密度为： ()

e dp sb h my H P P P ρρ+--=102 （1-8）

式中：P h -井内液柱压力，MPa;

P sb -起钻抽汲压力，MPa;

P dp -起钻未灌液体井底压力的减小值，MPa 。

三、压井液密度计算过程中几个问题的讨论

1、附加密度和附加压力的关系

许多人把附加密度和附加压力认为是等同的关系，这是认识上的误区，实际上，到底采

用附加密度法好还是采用附加压力密度法

好，要根据具体情况来定。

下图2是井深与附加压差关系图，下图3是压差为3MPa 、5MPa 时井深与钻井液密度附加值的关系曲线。从这两个图可以看出：采取当量密度附加法：气井为0.07～0.15 g/cm 3。对于浅井此法确定的泥浆密度值小，安全底线是泥浆密度足以平衡环空压耗和起钻抽吸的共同作用，保证起下钻安全。

采取井底压差附加法：按气井井底压差3.0MPa-5.0MPa 确定当量密度。这种方法对于浅井设计出的泥浆密度值大，足以抵消环空压耗和上提钻具的抽吸力。但是，要防止泥浆密度过大压漏地层，造成先漏后喷。

2、常规法计算压井液密度应考虑的问题

常规法计算压井液密度计算的四个公式中，参数附加当量密度ρe 、附加系数K 、附加压力P e 都有一个取值范围，在这个取值范围中如何取值要遵循如下五个原则，否则对压井液密度计算也有很大影响。

⑴油气井能量的大小：产能大则多取，产能小则少取；

⑵油气水井生产状况：油气比高的井多取，低的井少取；注水开发见效的井多取，反之少取；

⑶油气井修井施工内容、难易程度与时间长短：作业难度大、时间长的井多取，反之少取；

⑷井深结构：大套管多取，小套管少取；

⑸井深：井深多取，井浅少取。

三、根据地层压力确定压井液密度的影响因素及其它表示方法

根据地层压力确定ρmy 的误差大小取决于地层液体密度ρmd 的准确与否，一般来讲ρmd =1.00-1.07g/cm 3，影响ρmd 的因素有地层液体中溶解的固体（盐类）的多少；地层液体中溶解的气体的多少和地层温度梯度的高低，一般来讲地层液体中溶解的固体（盐类）越少、气体越多、地层温度梯度越低，地层液体密度ρmd 越小，反之，地层液体密度ρmd 就越大。 一般来讲，地层压力还有三种表示的方法：

1、用地层压力梯度来表示

即md p G ρ0098.0=