非常规压井方法
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压井方法优选与存在的问题压井是利用井控设备和压井方法向井内注入一定比重和性能的压井液,重新建立井下压力平衡的过程。
选取合适、有效的压井方法关系到压井是否成功的关键,一旦发生井喷失控,将会造成重大损失,甚至巨大社会影响,因此,发生溢流或井涌后编制压井方案,选择最优的压井方法是压井成功的前提。
一、压井方法及优缺点压井方法包括常规压井法和非常规压井法,常规压井法含司钻法、工程师法、边循环边加重法;非常规压井法含平推压井法、置换压井法、低节流压井法、体积控制压井法。
1.常规压井法⑴司钻法压井。
司钻法又称二次循环法,是指当溢流发生时并且完成关井工作后,考虑先利用钻井液循环将溢流排除,然后再结合钻井液压井的方法。
这种方法的优点在于比较容易掌握,并且最关键的是操作时间短。
缺点是设备承压高,风险相对较大。
⑵工程师法压井。
工程师法又称一次循环法,是指当发生溢流时,要实现迅速的关井行为并记录重要的溢流数据,通过计算填写压井施工单,然后利用加重钻井液,保证全部工作的实现在一个循环内完成。
工程师法压井的最大优势是装置所承受的压力小,相对风险小,经济效益高。
缺点是:①精确控制井底压力难,影响因素多,一旦控制不好,容易引起油气侵,造成反复压井。
比如:井眼轨迹、井身质量、泥浆密度与循环压降的精确计算困难,高密度泥浆差距大,另外,地面装置在压井过程中,地层砂子反出堵塞通道,需要反复开大、关小节流阀。
因此,立管压力的控制难度大。
②在压井过程中井底漏失量不好掌握,若漏失严重,压井泥浆不够用,也会造成压井失败。
⑶边循环边加重法压井。
边循环边加重法又称同步法或循环加重法。
是指当溢流关井求得地层压力之后,采用边循环边加重的办法压井。
它的优点是在重浆储备不足,边远地区能够很快的开展压井作业。
但是,这种方法的最大缺点是压力的计算比较复杂,因此在实践中很少采用。
2.非常规法压井⑴平推法压井。
平推法又称压回地层法、挤压法或顶回法,是指从地面管汇向井内注入钻井液将进入井内的地层流体压回地层的压井方法。
非常规压井技术一、顶部压井技术当井内起出钻具、喷空、钻具刺漏或钻头水眼被堵塞,钻具无法正常循环时,最为安全的处理方法就是使用顶部压井技术。
其处理方法可分为两个过程;容积法排溢流和反循环压井。
1,容积法排溢流其原理是依据井底压力和井口套压之间的变化关系控制井底压力略大于地层压力,允许天然气在沿井眼滑脱上升过程中适度膨胀,直至井口,在进行顶部压井操作。
在关井期间井底压力等于环空静液压力与井口套压之和,即Pb=Pm+Pa。
为了确保整个排溢流和压井期间的井底压力略大于地层压力并将期保持在一定的范围内,当气体滑脱上升、井内液柱压力减小时,需将井内液柱压力的减小值加在井口套压上,以补偿井底压力,平衡地层压力。
环空静液压力的减小值为:△Pm=0.0098ρm△V/Va式中:△Pm——环空静液压力的减小值,MPa;ρm——环空钻井液密度,g/cm3;△V——环空钻井液体积减小值(为了让井内气体膨胀而放出的钻井液量,用计量罐计量),m3;Va——环空容积系数(即每米环空容积或环空截面积),m3/m;环空静液压力的减小值应等于井口套压的增加值,即:△Pm=△Pa式中:△Pa——井口套压增加值,MPa。
操作程序:①先确定一个大于初始关井套压的允许套压值Pa1,再给定一个允许套压变化值△Pa′,例如初始关并套压Pa=5 MPa,允许套压值Pa1=6 MPa,允许套压变化值△Pa′=0.5MPa。
②当关井套压由Pa上升至(Pa1+△Pa′)=(6+0.5)MPa时,从节流阀放出钻井液,使套压下降至Pa1,即6MPa,关井,并将放出的钻井液体积△V1换算成环空静液压力的减小值,即得套压增加值:△Pa1=△Pm1=0.0098ρm△V1/Va③当关井套压由Pa1上升至(Pa1+△Pa′+△Pa1)=(6+0.5+△Pa1)MPa时,从节流阀放出钻井液,使套压下降至(Pa1+△Pa1),关井;放出钻井液体积△V2,则套压增加值△Pa2为:△Pa2=△Pm2=0.0098ρm△V2/Va④当关井套压由(Pa1+△Pa1)上升至(Pa1+△Pa1+△Pa2+△Pa′)=(6+0.5+△Pa2+△Pa′)时,从节流阀放出钻井液,使套压下降至(Pa1+△Pa1+△Pa2),关井;放出钻井液体积△V3,则套压增加值△Pa3为:△Pa3=△Pm3=0.0098ρm△V3/Va③按上述方法使气体滑脱上升膨胀,排放钻井液,使套压增加一定值以维持井底压力与地层压力的平衡,直至气柱到达井口。
非常规井控技术非常规井控技术是指起下钻、空井发生溢流或钻井液喷空等情况下的井控技术。
一、起下钻中发生溢流起下钻过程中,常常由于抽吸或未及时向井内灌钻井液,使井底压力小于地层压力而引起溢流的发生。
在起下钻过程中发生溢流后,因钻具不在井底,给压井带来困难,必须根据不同情况采用不同方法进行控制。
起下钻过程中,如果发现轻微溢流,抢装回压凡后迅速下钻并争取下到井底。
关井观察。
根据情况采取控制回压循环排溢流,调整钻井密度后再循环压井。
如果溢流较严重,则应停止起下钻作业迅速关井。
这种情况的压井方法有两种:1、不强行下到井底的压井方法这种方法是:关井后通过节流阀控制套压并放出一定的钻井液,让天然气上升到钻头处。
在钻头以上的井段,替如重钻井液压井,压住井后,再下钻到井底循环排溢流,然后在调整钻井液密度,按司钻法第一个循环周压井建立新的压力平衡。
具体操作步骤:(1)起下钻中途发现较严重的溢流后,迅速关井。
(2)计算天然气上升到钻头处的套压值和应放出的钻井液量。
(3)让天然气在井内上升,套压升高,间歇放出一定量的钻井液,控制套压不超过气体上升到钻头处时预计的套压值。
(4)当放出的钻井液量和套压值达到预计的数值后,则应关井,停止再放钻井液。
(5)用重钻井液在钻头以上井段循环压井。
重钻井液到达钻头的过程中,应控制套压不变,立管压力由初始循环立管总压力降到终了循环立管总压力。
重浆进入环空后,立管压力应保持终了循环立管总压力不变,套管压力则逐渐下降,重钻井液返出地面。
套压则降为零。
说明井被压住。
(6)、压住井后,下钻到井底循环,将溢流替出,然后调整钻井液,恢复正常循环。
2、强行下钻到井底的压井方法强行下钻就是在关井条件下,利用万能防喷器将钻具下到井底的方法。
基本操作方法:用万能防喷器进行强行下钻,闸板防喷器作为备用,进行强行操作时,要控制好万能防喷器的压力,要使密封胶皮有一个轻微的呼吸动作,18度钻杆接头要非常缓慢地通过防喷器,通过钻杆本体时防喷器不能发生泄漏。
压井方法优选与存在的问题压井是利用井控设备和压井方法向井内注入一定比重和性能的压井液,重新建立井下压力平衡的过程。
选取合适、有效的压井方法关系到压井是否成功的关键,一旦发生井喷失控,将会造成重大损失,甚至巨大社会影响,因此,发生溢流或井涌后编制压井方案, 选择最优的压井方法是压井成功的前提。
一、压井方法及优缺点压井方法包括常规压井法和非常规压井法,常规压井法含司钻法、工程师法、边循环边加重法;非常规压井法含平推压井法、置换压井法、低节流压井法、体积控制压井法。
1. 常规压井法⑴司钻法压井。
司钻法又称二次循环法,是指当溢流发生时并且完成关井工作后,考虑先利用钻井液循环将溢流排除,然后再结合钻井液压井的方法。
这种方法的优点在于比较容易掌握,并且最关键的是操作时间短。
缺点是设备承压高,风险相对较大⑵工程师法压井。
工程师法又称一次循环法,是指当发生溢流时,要实现迅速的关井行为并记录重要的溢流数据,通过计算填写压井施工单,然后利用加重钻井液,保证全部工作的实现在一个循环内完成。
工程师法压井的最大优势是装置所承受的压力小,相对风险小,经济效益高。
缺点是:①精确控制井底压力难,影响因素多,一旦控制不好,容易引起油气侵,造成反复压井。
比如:井眼轨迹、井身质量、泥浆密度与循环压降的精确计算困难,高密度泥浆差距大,另外,地面装置在压井过程中,地层砂子反出堵塞通道,需要反复开大、关小节流阀。
因此,立管压力的控制难度大。
②在压井过程中井底漏失量不好掌握,若漏失严重,压井泥浆不够用,也会造成压井失败。
⑶边循环边加重法压井。
边循环边加重法又称同步法或循环加重法。
是指当溢流关井求得地层压力之后,采用边循环边加重的办法压井。
它的优点是在重浆储备不足,边远地区能够很快的开展压井作业。
但是,这种方法的最大缺点是压力的计算比较复杂,因此在实践中很少采用。
2. 非常规法压井⑴平推法压井。
平推法又称压回地层法、挤压法或顶回法,是指从地面管汇向井内注入钻井液将进入井内的地层流体压回地层的压井方法。
非常规压井技术一、置换法1、基本原理在气井泥浆喷空后,裸眼段较长,井内无钻具不能进行循环压井的条件下,可以采用置换法压井。
井口条件是:井口装置可以将井关闭,压井泥浆可以通过压井管汇注入井内。
操作的基本步骤为:向井内注入一定量的泥浆,关井,等待泥浆下沉至井底,然后放气卸掉一定量的井口压力,卸压值等于灌入泥浆所增加的压力值。
即△P =0.00981k AaVρ∆ 式中:∆P-释放的套压降低值,MPa;∆V -向井内注入的泥浆量,m 3; Aa-环空容积系数,m 3/m;ρk -压井泥浆密度,g/cm 3。
重复上述方法,间歇泵入泥浆,间歇释放压力就可以使井内液柱压力逐渐增加,井口套压逐渐降低,最后建立起新的压力平衡。
向井内泵入的泥浆量∆V 的计算公式如下:h 22)(4)()(V P P P P P P P P V ka f k f k f k --+-+=∆式中:P k -压井泥浆静液柱压力,MPa; P f -地层破裂压力,MPa; P a -初始井口压力,MPa; V h -井眼总容积,m 3。
2、压井施工步骤(1)控制井口后,根据井口和井下条件计算压井参数。
(2)按计算得到的压井泥浆密度值将泥浆加重,并备足所需的压井泥浆量。
(3)作出压井施工单。
(4)开泵,将排量调整到压井排量,向井内泵入压井泥浆,直至泵入量达到规定量。
(5)停泵,关井,等候井内压井泥浆沉入井底。
(6)打开节流阀,调节井口压力按压井施工单计算的规定逐渐降低至规定的压力值,关闭节流阀。
(7)重复第4步至第6步的操作,按照压井施工单的规定,控制每次的泵入量和井口压力降低值,直至泵入的压井泥浆能平衡地层压力为止。
(8)停止操作,关井,检查井口压力是否为零,如是,则开节流阀检查是否有溢流,如无溢流,再开防喷器检查是否有溢流。
(9)若井确已压住,则将泥浆按规定的附加值加重,恢复正常钻进。
3、绘制压井施工曲线二、直推法气井井喷后,如果井筒内无钻具,钻井液喷空且不能将井关死,则只能采用直推法,将进入井筒内的天然气压回地层。
答:风险评估、设计把关、主动防控、有序应对、保护油气。
2、什么是溢流答:当井侵发生后,(1)井口返出的钻井液量比泵入的钻井液量多;(2)停泵后井口钻井液自动外溢,这种现象称之为溢流。
3、井喷失控的危害有哪些答:(1)打乱全面的正常工作秩序,影响全局生产;(2)井喷失控极易造成环境污染,影响井场周围居民的生命安全,影响农田、渔场、牧场、林场环境;(3)伤害油气层、破坏地下油气资源;(4)造成机毁人亡和油气井报废,带来巨大的经济损失;(5)涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响。
4、什么是静液压力答:所谓静液压力是由静止流体自身重量产生的压力。
其大小取决于流体的密度和垂直高度,与液柱的横向尺寸及形状无关。
5、什么是地层压力答:地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力,也称孔隙压力6、什么是井底压力答:井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。
7、溢流发生的原因有哪些答:(1)起钻时井内未灌满钻井液;(2)井眼漏失;(3)钻井液密度低;(4)抽汲;(5)地层压力异常。
8、钻进过程中发生溢流的直接显示有哪些答:(1)出口管线内钻井液流速增加,返出量增加;(2)停泵后井口钻井液外溢;(3)钻井液罐液面上升。
9、起下钻时发生溢流的直接显示有哪些答:(1)起钻时,当灌入钻井液量小于起出钻具的排替量时,则说明发生了溢流;(2)下钻时,当钻井液返出量大于下入钻具排替量时,则说明井内发生了溢流。
10、发现溢流为什么要迅速关井(2)制止地层流体继续进入井内;(3)保持井内有较多的钻井液,减小关井和压井时的套压值;(4)可准确计算地层压力和压井液密度。
11、发生溢流时软关井的优点和缺点有哪些答:(1)优点:避免产生“水击效应”。
(2)缺点:关井时间长,在关井过程中地层流体仍要进入井内,关井套压相对较高。
12、硬关井的优点和缺点有哪些答:(1)优点:关井时间短,地层流体进入井筒的体积小,关井套管压力相对较低。
(2)缺点:关井时井控装置受到“水击效应”的作用对井口装置不利。
非常规压井方法
非常规压井方法是溢流、井喷井不具备常规压井方法的条件而采用的压井方法,如空井井喷、钻井液喷空的压井等。
1 .平衡点法
平衡点法适用于井内钻井液喷空后的天然气井压井,要求井口条件为防喷器完好并且关闭,钻柱在井底,天然气经过放喷管线放喷。
这种压井方法是一次循环法在特殊情况下压井的具体应用。
此方法的基本原理是:设钻井液喷空后的天然气井在压井过程中,环空存在一“平衡点”。
所谓平衡点,即压井钻井液返至该点时,井口控制的套压与平衡点以下压井钻井液静液柱压力之和能够平衡地层压力。
压井时,当压井钻井液未返至平衡点前,为了尽快在环空建立起液柱压力,压井排量应以在用缸套下的最大泵压求算,保持套压等于最大允许套压;当压井钻井液返至平衡点后,为了减小设备负荷,可采用压井排量循环,控制立管总压力等于终了循环压力,直至压井钻井液返出井口,套压降至零。
平衡点按下式求出:
H B=P aB /0 . 0098ρk
式中H B―平衡点深度,m ;
P aB―最大允许控制套压,MPa ;
根据上式,压井过程中控制的最大套压等于“平衡点”以上至井口压井钻井液静液柱压力。
当压井钻井液返至“平衡点”以后,随着液柱压力的增加,控制套压减小直至零,压井钻井液返至井口,井底压力始终维持一常数,且略大于地层压力。
因此,压井钻井液密度的确定尤其要慎重。
2 .置换法
当井内钻井液已大部分喷空,同时井内无钻具或仅有少量钻具,不能进行循环压井,但井口装置可以将井关闭,压井钻井液可以通过压井管汇注人井内,这种条件下可以采用置换法压井。
通常情况下,由于起钻抽极,钻井液不够或灌钻井液不及时,电测时井内静止时间过长导致气侵严重引起的溢流,经常采用此方法压井。
操作方法:
①通过压井管线注人一定量的钻井液,允许套压上升某一值(以最大允许值为限)。
②关井一段时间,使泵人的钻井液下落,通过节流阀缓慢释放气体,套压
降到某一值后关节流阀。
套压降低值与泵人的钻井液产生的液柱压力相等,即△P a=0 . 0098ρk (△V/V h)
式中△P―套压每次降低值,MPa ;
△V一每次泵人钻井液量,m , ;
△V h―井眼单位内容积,m3 / m 。
重复上述过程就可以逐步降低套压。
一旦泵人的钻井液量等于井喷关井时钻井液罐增量,溢流就全部排除了。
置换法进行到一定程度后,置换的速度将因释放套压、泵人钻井液的间隔时间变长而变慢,此时若条件具备下钻到井底,采用常规压井方法压并。
下钻时,钻具应装有回压阀,灌满钻井液。
当钻具进人井筒钻井液中时,还应排掉与进人钻具之体积相等的钻井液量。
置换法压井时,泵人的加重钻井液的性能应有助于天然气滑脱。
3 .压回法
所谓压回法,就是从环空泵人钻井液把进井筒的溢流压回地层。
此法适用于空井溢流,天然气溢流滑脱上升不很高、套管下得较深、裸眼短,具有渗透性好的产层或一定渗透性的非产层。
特别是含硫化氢的溢流。
具体施工方法是:以最大允许关井套压作为施工的最高工作压力,挤人压井钻井液。
挤人的钻井液可以是钻进用钻井液或稍重一点的钻井液,挤人的量至少等于关井时钻井液罐增量,直到井内压力平衡得到恢复。
使用压回法要慎重,不具备上述条件的溢流最好不要采用。
4 .低节流压井方法
这种方法是指发生溢流后不能关井,关井套压超过最大允许关井套压,因此只能控制在接近最大允许关井套压的情况下节流放喷。
1 )不能关井的原因
①高压浅气层发生溢流;
②表层或技术套管下得太浅;
③发现溢流太晚。
2 )压井原理低节流压井就是在井不完全关闭的情况下,通过节流阀控制套压,使套压在不超过最大允许关井套压的条件下进行压井。
当高密度钻井液在环空上返到一定高度后,可在最大允许关井套压范围内试行关井,关井后,求得关井立管压力和压井钻井液密度,然后再用常规法压井。
3 )减少地层流体的措施低节流压井过程中,由于井底压力不能平衡地层压
力,地层流体仍会继续侵人井内,从而增加了压井的复杂性,为减少地层流体的继续侵入。
则可以:
①增大压井排量,可以使环空流动阻力增加,有助于增大井底压力。
②提高第一次循环的压井液密度,高密度压井液进入环空后,能较快地增加环空的液柱压力,抑制地层流体地侵人。
①如果地层破裂压力是最小极限压力时,当溢流被顶替到套管内以后,可
适当提高井口套压值
几种特殊情况的压井
1、空井压井
(1)处理方法:空井发生溢流,不能把管柱下入井内时,应迅速关井,记录关井立压,然后用“体积法”将井内气体排除。
(2)原理:见“体积法”排除气侵。
(3)操作方法:见“体积法”
(4)用“置换法”压井
如果溢流量很小,可以考虑“压回法”。
2、起下钻中发生溢流后的压井
在起下钻过程中,常常由于抽汲或未及时灌钻井液使井底压力小于地层压力而引起溢流发生。
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,必须根据不同情况采用不同方法进行控制。
在起下钻中,如发现溢流显示,则必须停止起下钻作业,抢装钻具止回阀,立即关井检查。
根据具体情况采取以下方法压井。
l )暂时压井后下钻的方法发生溢流关井后,由于一般溢流在钻头以下,直接循环无法排除溢流,可采用在钻头以上井段替成压井液暂时把井压住后,开井抢下钻杆的方法压井。
钻具下到井底后,用司钻法排除溢流即可恢复正常。
这种方法实际上就是工程师法的具体应用,只是将钻头处当成“井底”。
根据关井立压确定暂时压井液密度和压井循环立管压力的方法同工程师法类似,但是要注意此时的低泵速泵压需要重新测定。
压井循环时,在压井液进人环空前,保持压井排量不变,调节节流阀控制套压为关井套压并保持不变;压井液进人环空后,调节节流阀控制立压为终了循环压力并保持不变。
直到压井液返至地面,至此替压井液结束。
此时关井套压应为零。
井口压力为零后,开井抢下钻杆,力争下钻到底,下钻到底后,则用司钻法排除溢流,即可恢复正常。
如下钻途中,再次发生井涌,则重复上述步骤,再次压井后下钻。
2 )等候循环排溢流法这种方法是:关井后,控制套压在安全允许压力范围
内,等候天然气溢流滑脱上升到钻头以上,然后用司钻法排除溢流,即可恢复正常。
通常,天然气在井内钻井液中的滑脱上升速度大致为270 一360 m/h 。
3、又喷又漏的压井
当井喷与漏失发生在同一裸眼井段时,这种情况需首先解决漏失问题,否则,压井时因压井液的漏失而无法维持井底压力略大于地层压力。
根据又喷又漏产生的不同原因,其表现形式可分为上喷下漏,下喷上漏和同层又喷又漏。
l )上喷下漏的处理
上喷下漏俗称“上吐下泻”。
这是因在高压层以下钻遇低压层(裂缝、孔隙十分发育)时,井漏将使在用钻井液和储备钻井液消耗殆尽,井内得不到钻井液补充,因液柱压力降低而导致上部高压层井喷。
其处理步骤是:
①在高压层以下发生井漏,应立即停止循环,定时定量间歇性反灌钻井液,尽可能维持一定液面来保持井内液柱压力略大于高压层的地层压力。
确定反灌钻井液量和间隔时间有三种方法:第一种是通过对地区钻井资料的分析统计出的经验数据决定;第二种是测定漏速后决定;第三种是由建立的钻井液漏速计算公式决定。
最简单的漏速计算公式是:
Q =兀D2h / 4T
式中Q―漏速,m3 / h ;
h ―时间T 内井筒动液面下降高度,m ;
T一时间T , min ;
D ―井眼平均直径,m 。
②反灌钻井液的密度应是产层压力当量钻井液密度与安全附加当量钻井液密度之和。
③也可通过钻具注人加人堵漏材料的加重钻井液。
④当漏速减小,井内液柱压力与地层压力呈现暂时动平衡状态后,可着手堵漏并检测漏层的承压能力,堵漏成功后就可实施压井。
2 )下喷上漏的处理
当钻遇高压地层发生溢流后,提高钻井液密度压井而将高压层上部某地层压漏后,就会出现所谓下喷上漏。
处理方法是:立即停止循环,定时定量间歇性反灌钻井液。
然后隔开喷层和漏层,再堵漏以提高漏层的承受能力,最后压井。
在处理过程中,必须保证高压层以上的液柱压力大于高压层的底层压力,避免再次发生井喷。
隔离喷层和漏层及堵漏压井的方法主要是:
①通过环空灌人加有堵漏材料的加重钻井液,同时从钻具中注入加有堵漏
材料的加重钻井液。
加有堵漏材料的钻井液,即能保持或增加液柱压力,也可减小低压层漏失和堵漏。
②在环空灌人加重钻井液,在保持或增加液柱压力的同时,注入胶质水泥,封堵漏层进行堵漏。
③上述方法无效时,可采用重晶石塞一水泥一重晶石塞一胶质水泥或注人
水泥隔离高低压层,堵漏成功后继续实施压井。
3 )同层又喷又漏的处理
同层又喷又漏多发生在裂缝、孔洞发育的地层,或压井时井底压力与井眼周围产层压力恢复速度不同步的产层。
这种地层对井底压力变化十分敏感,井底压力稍大则漏、稍小则喷。
处理方法是:通过环空或钻具注人加重后的钻井液,钻井液中加入堵漏材料。
此法若不成功,可在维持喷漏层以上必需的液柱压力的同时,采用胶质水泥或水泥堵漏,堵漏成功后压井。