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1、,常规压井技术,二一五年五月,一、概述,三、压井技术,二、关井技术措施,1.压井的原理,“U”形管原理关井时如图所示：将钻柱和环空视为连通的“U”形管，井底地层作为U形管底部。关井后，压力平衡关系为：Psp+Phi=Pp=Pa+Pha,一、概述,2.压井数据的获取,1）判断溢流类型2）计算压井钻井液密度3）计算加重钻井液量4）计算注入加重钻井液的时间5）计算压井循环时的立管总压力6）计算最大允许关井套压,一、概述,1）判断溢流类型,Va每米环空容积,pa、pd为关井套压和关井立压,w在3之间为盐水。w在3之间为天然气。w在3之间为油或混合气体溢流。,2.压井数据的获取,一、概述,2）计算压井钻
2、井液密度,依据关井立管压力计算压井钻井液密度,2.压井数据的获取,一、概述,3）计算钻柱内、外容积及加重钻井液量,钻柱内容积V1,环空容积,总容积,V=V1+V2,V1钻柱内容积(m3);V2 环空容积(m3);D 钻具内径(m);Dh 井眼直径或套管内径(m);DP 钻具外径(m);L 钻具或井段长(m);所需加重钻井液量一般取总容积之和的1.5-2倍。,2.压井数据的获取,一、概述,4）计算注入加重钻井液的时间,注满钻柱内所需时间,注满环形空间所需时间,2.压井数据的获取,一、概述,5）计算压井循环时的立管总压力 关井立压的读取,对于具有良好渗透性的地层，关井10 15分钟后地层和井眼之间
3、可以建立起平衡；对于致密性地层建立起平衡所需的时间较长。,2.压井数据的获取,一、概述,5）计算压井循环时的立管总压力,初始压井立管压力,ps初始压井循环立管压力，MPa；pd关井立管压力，MPapo压井排量循环立管压力，MPa；,ps=pd+po,终了循环立管压力,PF-最终立管压力Mpa；1-最新钻井液密度g/cm3。0-原钻井液密度g/cm3。k-压井浆密度 g/cm3。P0-原低泵速泵压。H-井深，km。,2.压井数据的获取,一、概述,6)计算最大允许关井套压,Pmax=（GfGm）Hf,Pmax最大允许关井套压，MPaGf 地层破裂压力梯度，MPa/mGm 原钻井液压力梯度，MPa/
4、mHf 套管鞋处井深，m,2.压井数据的获取,一、概述,二、关井技术措施,三、压井技术,一、概述,1.关井后天然气对井内压力的影响 进入井筒内的气体在滑套效应情况下，在钻井液中上升。因此，井底、井内各深度和井口所受的压力是随气体的上升而增加的。当气体带压上升至井口时，天然气的压力就作用于全井筒，使井底、井口和井筒各处的受力达到最大。a、关井后，井口压力会随气体上升而不断增高，此时，不能认为是地层压力很高，不能用关井较长时间后的井口压力计算地层压力和压井液密度。b、不能长时间关井不循环，井口和井底压力逐渐升高，如超过井口装置和套管的工作能力，就会造成失控；超过地层破裂压力或套管抗内压强度，就可能
5、造成井漏或套管破裂等复杂情况。,二、关井技术措施,理想状态下，井筒内气体膨胀规律,由图可知，关进之前，气体在井筒上升时早期体积膨胀并不严重，但是在靠近井口的位置急剧膨胀。,二、关井技术措施,根据Orkiszewski（奥齐思泽斯基）模型，井筒气体带压上升时井口压力变化规律,由图可知，由于井筒储积效应，井筒存在大量气体时，井口压力的上升要慢于气体在井筒上升时造成的压力上升；但是随着大量气体侵入，导致井口压力达到更高值。,二、关井技术措施,2、溢流后原则上要立即关井“1m3报警，2m3关井”。“发现溢流应在2m3内报警并立即关井”。由于对溢流量认定的偏差，出现了多次比较严重的溢流复杂情况。所以目前
6、修改为:“发现溢流立即关井，疑似溢流关井检查，确认溢流立即上报”。但是鉴于目前不少井队技术水平有限，责任心不强，采取比较武断的关井措施也是必要的。实际上，只要认真执行好坐岗制度，钻井时认真记录好泥浆池液面，注意增减量；起钻时，认真记录好灌入量，在一定范围波动是允许的。,二、关井技术措施,3、关于关井方法“硬”关井和“软”关井两种方式。所谓“硬”关井，即在溢流或井喷时，包括节流阀在内的井口旁侧通道全部关闭的情况下，直接关闭防喷器。其优点是：关井速度快、关井时间短，溢流量小。缺点是：井口设备受液击压力冲击大。所谓的“软”关井，即在溢流或井喷发生时，在其他旁侧通道关闭，而节流阀通道打开的情况下，先关
7、防喷器，然后关闭节流阀。其优点是：井口设备受液击压力冲击小。缺点是：关井速度慢，关井时间长，溢流量大，关井套压较高。,二、关井技术措施,先关环形防喷器，后关闸板防喷器，是因为闸板防喷器的闸板胶心在关闭过程中，承受高压流体的能力较环形防喷器差。适当打开节流阀的目的，在于关井过程中，使井口套压保持一定值，既可减少液击影响，又可在很大程度上阻止地层流体继续进入井内。这就是“四。七”动作中的“发、停、抢、开、关、关、看”。,二、关井技术措施,4、关井后的求压做法 钻柱中未装钻具止回阀时关井立压（d）的求法 钻柱中未装钻具止回阀时，关井立压可以直接从立管压力表上读得。钻柱中装有钻具止回阀时关井立压（d）
8、的求法 a.循环法（在已做低泵冲试验时采用）缓慢启动钻井泵并适当打开节流阀，循环中使套压等于关井情况下的套压值（a）并保持不变；当循环泵冲达到低泵冲试验时的泵冲时，记录此时的循环立压（t），低泵冲试验时立压为c，停泵后关节流阀关井。则：关井立压dtc,二、关井技术措施,b.憋压法（在未做低泵冲试验时采用）在关井情况下，用小流量向井内憋注，当钻具止回阀被顶开、套压由关井套压（a）上升到某一值时停泵，同时记录套压（a1）和立压（d1）。考虑到压力传播滞后时间，一般控制立压不超过关井套压。关井立压dd1（a1a）,二、关井技术措施,5、关井时间确定 关井之初，因液柱压力小于地层压力，地层流体继续向井
9、内流动，经一定时间后，关井压力增加到一定值时，井底压力与地层压力达到平衡。此时的立管压力才能真实反应地层压力。溢流关井后，要准确求取关井立压，关井时间十分重要。关井观察立压的时间不够，地层压力很难搞准确，压井液密度不是偏低就是偏高，井内压力平衡很难建立，密度越提越高甚至最终出现井下又喷又漏的局面。究其原因来说，一方面没有掌握发生溢流关井观察时间的长短，另一方面担心关井后发生卡钻，不能权衡风险损益主次关系。,二、关井技术措施,关井趋于稳定所需的时间与地层的渗透性和地层流体的种类有关。国内外通常采用关井时间应达到1525min。对储层条件好，关井15min就能反映出地层真实压力。对储层显示不好，如
10、低渗透，储层能量不好，则关井时间需要到25min才能求得地层真实压力。因此关井观察立压和关井到求立压的时间必须满足，计算地层压力与压井液密度才更准确。气井关井时间过长，易形成圈闭压力，计算地层压力与压井液密度偏高，压井时容易压漏地层。求得地层压力，并计算出压井钻井液密度值后，应根据关井或显示等情况，还应该附加一个压力值进行压井。,二、关井技术措施,6、根据关井压力采取不同的处理方法 钻具止回阀在有较大压差时才会发生作用，流体缓慢流动，钻具止回阀是不会起作用的，因此关井后，会有立管压力显示 a、若关井立、套压均为0，说明液柱压力能平衡地层压力，油气侵不严重，可以直接进行循环消除气侵，无需压井。b
11、、关井立管压力为0，套管压力不为0，说明液柱压力能平衡地层压力，只是环空气侵严重，这时，必须节流控压循环，排除环空受清污的钻井液。处理完后再决定是否再提高钻井液密度。c、井立管压力和套管压力均不为0或较大时，说明液柱压力不能平衡地层压力，必须提高钻井液密度进行压井。,二、关井技术措施,7、关井后天然气快速上升的处理方法 关井后不能及时压井，天然气快速上，引起井内压力增高，当压力增加到一定值后，应当进行处理。a、立管压力法 通过节流阀，间歇放出一定数量的钻井液，使天然气膨胀压力降低。通过立管压力控制天然气的膨胀和井底压力，使井底压力基本不变，且大于地层压力。仍然可以防止天然气再进入井内。此法仅适
12、用于钻具在井底的情况。b、控制井口压力不超过安全允许压力 当套压达到安全允许压力值时，适当打开节流阀泄掉一定套压（12MPa），然后关井。这样重复可使天然气直接上升到井口。上述两种方法，当断续放掉一些钻井液后，在允许的情况下，应向井内补充部分钻井液。,二、关井技术措施,一、概述,二、关井技术措施,三、压井技术,一、概述,常规压井方法 所谓常规压井，是指在井不漏、钻具在井底，采取正循环方式重建井内压力平衡的压井方法。一般是指司钻法、工程师法、边循环边加重进行压井作业。不能在压井全过程中遵循压井基本原则的压井方法称为特殊压井。如起下钻中发生溢流（钻具不在井底）的压井、井内无钻具（空井）的压井、又喷
13、又漏的压井和井内钻井液喷空的压井。,三、压井技术,1.司钻法 所谓的司钻法，又称二次循环法。发生溢流关井后，压井过程中需要循环两周钻井液。第一循环周，先用原密度钻井液循环，将环空中被污染的泥浆顶替到地面，同时配制压井钻井液。第二循环周，再用加重钻井液将原浆顶替到地面。该方法往往在边远井及加重剂供应不及时的情况下采用。此方法容易掌握，从关井到恢复循环的时间短。,三、压井技术,司钻法压井步骤 a、依据压井基本数据计算公式计算压井所需数据，填写压井施工单，将算得的各项数据填入压井施工单，绘出立管压力控制进度，作为压井施工的依据。b、第一循环周：通过节流阀用原钻井液循环，调节节流阀的开度，控制立压不变
14、，以保持在井底压力不变的条件下，将环空内受侵污的钻井液排除地面。c、第二循环周，通过节流阀用压井液循环，调节节流阀开度，以保证在井底压力不变的条件下，替入井内，并在一个循环周内把井压住恢复井内平衡。,三、压井技术,2.工程师法 所谓的工程师法，又称一次循环法。压井过程中只需要循环一周钻井液。用压井液将环空中井侵流体及原浆顶替到地面，直到重钻井液返出地面。该法压井时间短，经济效益好，井口装置承压小，井内承压比其他方法小。压井时，要求现场必须有足够的加重材料，具备快速加重设备及手段，从关井到恢复循环的时间较长，压井技术含量高，压力控制较为复杂。,三、压井技术,工程师法压井步骤 a、压井时，缓慢开泵
15、，迅速打开节流阀及下游平板阀，调节节流阀，使套压保持关井时的套压不变；逐渐达到压井排量，保持不变；这时不再保持套压不变，应调节节流阀，套压有所变动，使立管压力接近初始压井立管压力Pti，并保持调节后的套压Pci不变。b、在加重钻井液由地面到达钻头这段时间内，调节节流阀，控制立管压力按“立管压力控制进度表”变化，即由初始立管总压力降到终了立管总压力。c、加重钻井液从钻头返出沿环空上返过程中，保持排量不变，调节节流阀，使立管压力保持终了立管总压力不变，直到加重钻井液返出地面。d、停泵关井，检查套管压力和立管压力是否为零。若为零，说明压井成功。开井循环并调整钻井液性能，恢复正常钻井作业。,三、压井技
16、术,3.压回法（或称直推法）所谓压回法，就是从井口或环空压入压井液，把进入井筒的溢流压回地层。此法适用于：a、在井内无钻具，发生外溢，无法循环；b、井内无钻具或有钻具均已喷空；c、井内有钻具且已发生H2S溢流等情况的压井。具体做法是：以最大允许关井套压，作为施工的最高工作压力挤入压井液。挤入得压井液可以是原钻井液或稍微重一点的钻井液。挤入的钻井液量至少大于关井时的循环池增量（c），或大于井筒容积（a、b）。直到井内压力平衡得到恢复。,三、压井技术,3.压回法 使用条件：（1）井筒管柱、井口装置的完整性；（2）一般常用于处理套管下得较深的井，套管抗内压强度较高；（3）裸眼较短且最好只有一个层系，
17、渗透性较好。,三、压井技术,基本情况：该井是位于沙雅县内，塔北隆起轮南低凸起西斜坡构造带上的一口风险探井，设计井深7395m，目的层为奥陶系一间房组、鹰山组。最大允许关井压力：58MPa，（封井器组压力等级为70MPa）。钻具组合：6 3/4“M1365D+330*310+3 1/2”浮阀+5“DC*15根+变扣+4WDP*15根+4DP,经验分享 跃满4井,三、压井技术,发生经过：2014年7月22日13:20三开钻进至奥陶系一间房7278.18m，全烃0.201.2%，停钻循环观察，期间全烃1.25.3%。13:53钻进至井深7279m停钻循环，循环至13:58 时，气测值迅速上涨，全烃2
18、.7978.2%，立即关井。立套压变化：14:02-14:06套压028MPa，立压04.1MPa,为防止低浓度硫化氢在分压情况下造成氢脆，关井后及时固定井口钻具;井口连接2只旋塞，一只承压，另一只备用,经验分享 跃满4井,三、压井技术,压井施工前准备：到井的公司领导与现场驻井井控专家根据钻井设计和临井资料制定压井方案。关井溢流量实际核算为0.5方，根据关井压力计算，预计地层压力系数在1.40以上，遭遇油田范围内碳酸盐岩地层超异常高压，且可能高含硫，选择压回法压井方案，控制施工压力50MPa以内。现场配置1.40g/cm3压井液200m3、1.60的储备重浆100m3，1000型压裂车2台，硬
19、管线连接，同时调运300T加重材料到井备用。,经验分享 跃满4井,三、压井技术,压井施工过程：2014年7月23日8:00-18:00反挤相对密度1.40压井液135m3，套压274014MPa，排量2-20L/s，至19:30正挤相对密度1.40压井液37.5m3，立压1.0331.712.57MPa，套压14MPa，排量6.5-8L/s，停泵关井观察，套压1413.7MPa，立压降至10.86MPa。未压稳原因：受机泵条件限制，顶替效率低；考虑井口天然气聚集，含硫化氢，先使用已配完的相对密度1.40压井液回推，降低井口高套压，防止氢脆断钻具，压井液密度不够。现场紧急配置密度1.80g/cm
20、3的压井液200m3，准备再次反挤。,经验分享 跃满4井,三、压井技术,25日3:38套压15.518.2MPa，正挤相对密度1.80压井液25m3（4500m），排量4-13L/s，立压1334.827.6MPa，停泵后立压降至0；4:25反挤相对密度1.80压井液55m3（3300m），排量23L/s，套压8.220.39.3MPa，停泵后套压降至0，静止观察无外溢，压井成功。,经验分享 跃满4井,三、压井技术,后续作业：后期采用液面监测技术与重浆帽相结合的方式进行完井作业，通过PWD测量地层压力系数为1.56。试油定产：4mm油嘴放喷,油压56.03-55.58MPa,套压31.25-3
21、2.31MPa,油密度0.81/20,0.79/50,日产油203.49m3,日产气：21933.00m3,测试结论油气层，气油比约108:1。,经验分享 跃满4井,三、压井技术,认识：1）、气测值是判断井下状况一个很重要的依据，务必引起高度重视，发现气测值升高，及时停钻观察，疑似溢流立即关井，宁可错关，绝不能麻痹冒进，本井在气测值升高的情况下，及时关井，为压井施工降低了难度；2）、溢流关井后必须准确记录立套压数据，为压井液密度计算提供依据；3）、近期塔北区块金跃402井和跃满4井先后钻遇异常高压现象，通过后期PWD测试分析，本区块碳酸盐岩地层的压力系数接近1.56左右，设计钻井液密度上限1.
22、18g/cm3远远不能平衡地层压力，已经建议油田公司领导对该区块奥陶系重新认识。,经验分享 跃满4井,三、压井技术,4.暂时压井后下钻法 在起下钻过程中发生溢流后，因钻具不在井底，给压井带来很多困难，必须采取不同的方法进行控制。如发现轻微溢流，应立即抢装钻具止回阀，然后迅速下钻并争取下到井底。根据情况采取控制回压排除溢流，或调整钻井液密度，然后再用常规压井方法压井。如溢流较严重，则应停止起下钻作业，迅速关井。发生溢流关井后，由于溢流在钻头以下，无法循环排除溢流，可在钻头以上井段替成高密度钻井液，即所谓戴“重泥浆帽”，开井抢下钻至井底，然后采用常规法压井。,三、压井技术,5.体积法（或称置换法）
23、在空井情况下发生溢流后，应迅速关井，然后按以下方法处理：分两个阶段进行。第一阶段：先确定允许的套压升高值，当套压上升到允许的套压值后，通过节流阀放出一定量的钻井液，然后关井。关井后气体又继续上升，套压再次升高，再放出一定量的钻井液。重复上述操作，直到气体上升到井口为止。第二阶段：气体上升到井口后，开井泄掉天然气，见泥浆则停。通过压井管汇以小排量将压井液泵入井内，使套压升高到某一预定值后，停泵。待钻井液沉落后，再释放气体，使套压降低至等于注入钻井液所产生的液柱压力，重复上述步骤直到充满钻井为止。在井内有钻具时，气体已窜至井口附近，井口关井压力很高，为了减少井漏和井口风险，也应采用置换法进行处理。
24、,三、压井技术,6.又喷又漏的压井 这种情况，需首先井漏失问题。根据又喷又漏产生的不同原因，可分为：上喷下漏，下喷上漏和同层又喷又漏。无论在上述那种情况下，发生又喷又漏时应立即停止循环，间歇定时定量吊灌或连续小排量吊灌。在井眼地层压力系统呈暂时动平衡状态后，可着手堵漏，堵漏成功后，就可实施压井作业。,三、压井技术,四川邛西002-4井2007年3月26日用密度1.45g/cm3的钻井液，钻进至井深3425.84m，发生井漏失返，漏失钻井液51.5m3。起钻6柱至井深3232m，吊灌钻井液6m3，未返。后出口发现溢流，关井，套压由01MPa，9：40套压21.6MPa。溢流发生后至3月28日，先
25、后通过置换法、直推法堵漏压井，消耗密度1.151.45 g/cm3的钻井液700余方（含桥塞钻井液180m3），未能恢复井内压力平衡，井浆密度降至1.15 g/cm3仍又漏又喷。由于裸眼井筒存在多个漏层和气层，且压力系数差异大，难以恢复井内压力平衡，决定钻杆完井，从环空采气至今。,三、压井技术,压井中的计量问题 正常压井，力求做到压井作业过程正、反都要计量，保持进出泥浆量相对一致，也便于发现压井的压力控制是否合理。若泵入量小于返出量说明控制压力偏低，环空液柱压力加上控制回压没有平衡地层压力，没有截断地层溢流，压井成功时间严重滞后，甚至出现压不住井。若泵入量大于返出量，在控制立压不升高反而下降，
26、说明已发生井漏。这时应根据漏速大小及时调整压井和堵漏的方式。长庆G18-11B井，在压井过程中没有认真地正反计量，没有保证在整个压井过程中，保持井内压力平衡，使地层流体始终不进入井筒，这也是三次压井不成功的原因之一。,三、压井技术,正确的压力控制非常关键 开泵与节流阀的调节要协调。从关井状态改变为压井状态时，开泵和打开节流阀下游的平板阀及调切节流阀应协调。节流阀开得太大，井底压力降低，地层流体可能侵入井内；节流阀开得太小，井底压力过大，套压升高，可能压漏地层。因此，开泵和调节节流阀要细心，认真操作。泵排量逐渐达到压井排量的过程中，通过调节流阀，尽量保持关井套压不变。压井的排量和施工立压曲线一旦
27、确定，压井从头到尾必须始终坚持调节节流阀的开度，只要套压（即回压）不超过最高允许井口关井压力值，都要让立压变化维持施工立压曲线趋势。,三、压井技术,如果压井过程中因天然气到达井口附近，出现井口高套压（接近允许最大井口压力），则降低压井排量、调大节流阀适当降低井口套压，让平衡点后移，延长压井周期。高压大产量油气井，往往压井周期偏长，按计算的压井周期到了，但油气侵泥浆源源不断出来，是因为这类井压井过程由于压力控制不稳定，压井初始阶段不能迅速截断地层流体而致。这时就需要继续控制一定回压循环排除油气侵泥浆直至结束。,三、压井技术,井口关井压力控制原则 a、套管下深（1000m以内）的井，井口最高允许关
28、井压力（套压）的确定必须考虑地（表）层破裂问题。确定气井井口最大允许关井压力值时，必须按套管鞋以上地层抗破裂的井口最高控制压力值、井控装置额定工作压力和套管最小抗内压强度的80%三者中取最小值。,三、压井技术,b、一般情况下，最高允许关井压力值是以井口装置额定工作压力、套管最小抗内压强度的80%、地层破裂压力三者中最小值来确定。由于碳酸盐岩地层与泥页（砂）岩地层相比差异较大，作破裂压力试验影响因素很多，故碳酸盐地层一般不作地层破裂压力试验。最高允许关井压力取值按井控装备额定工作压力、套管最小抗内压强度的80%两者中最小者取值。c、对于技术套管下至油层顶部的井，最大允许关井套压不得超过井口装置额定工作压力、套管抗内压强度80%两者中的最小值。,三、压井技术,作业过程中，现场省略压力换算系数、岩石孔隙度、天然气密度等数据，而采用简易公式计算套管鞋处地层抗破裂的井口最高控制压力值。（1）井筒以钻井液为主 P控=H（岩-m）（2）井筒以天然气为主（在钻井液喷空时）P控=H岩 式中：P控-气井关井套管鞋处地层抗破裂的井口最高控制压力 MPa；岩-岩石基质的平均密度2.5 0g/cm3；m-钻井液密度 g/cm3；H-套管下入深度 m；,三、压井技术,
