第11章油气井压力控制

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1、第十一章　油气井压力控制（WellControl）井眼与地层同处于一相互连通的压力系统内。钻井过程中保持井下压力系统平衡使钻井高效安全，发生溢流等井下压力失衡现象时及时恢复压力系统平衡的一系列技术的总称第一节地层压力、破裂压力及坍塌压力一、地层压力的有关概念1、静液压力　　渗透性地层中液体液柱重量引起的静液柱压力。式中Ph——深Ｈ处的静液压力，Pa；　　　ρ——液体密度，；　　　地层水密度：1.3×103～1.07×103　　　　原油密度：0.88×103　　　　泥浆密度：1.04×103～2.35×103　　　　水泥浆密度：1.8×103～1.9×103　　　H

2、——液柱垂直高度，m。2、上覆岩层压力覆盖在某一深度处地层以上的地层岩石和岩石孔隙中的流体的总重量造成的压力。式中Po——上覆岩层压力，Pa；　　　H——该处垂直深度，m；　　　ρ——岩石孔隙中流体的密度，；　　Φ——岩石孔隙度，％；　　　rrm——岩石密度，。3、地层压力（地层孔隙压力）Pp（porepressure)89某地层岩石孔隙和裂缝中油、气、水等流体的压力。地下压力间的关系：连通体系：Pp＝Ph封闭体系：→异常高压地层、异常低压地层异常高压：地层压力高于正常压力；异常低压：地层压力低于正常压力；正常压力标准：1.0～1.07g/cm3淡水或盐水静液柱压

3、力。4、异常高压的起因（1）由静液柱压力引起的压力异常　　在同一含水层中，由于井的位置不同，表现出地层压力的不同。（2）由欠压实（圈闭）引起的高压垂直方向：岩性变化（页岩、盐岩、石膏）水平方向：断层、褶皱、盐丘、尖灭─→压力圈闭（即有一个无法渗透的界面，地层中的流体在岩石受压实时无法向外泄漏而形成压力圈闭）。压力圈闭＋压实─→异常高压─→阻碍压实─→欠压实5、异常高压的预报（1）地震资料（地震层速度法）（2）钻井资料(dc指数法)（3）测井资料（声波时差法）二、地层破裂压力(formationfracturepressure)　1、定义：使地层受压破裂的最低压力（

4、1.6～2.4）　2、因素：埋藏深度，地质年代，覆盖压力，地层压力，岩石性质，岩石应力状态，岩石压实程度3、确定方法：（1）公式估算法89休伯特（Hubbert）法（p168-22，8-23）马修斯（Matthews）法伊顿（Eaton）法　　（2）液压试验法　　　　a关闭环形空间　　　　b小排量（0.66～1.32升／秒）　　　　c记录灌注液量和立管压力　　　　立管压力突降（峰值）——漏失压力P1Gf——地层破裂压力梯度，千帕/米。三、地层坍塌压力当井眼压力小于某一压力值时，井壁岩石在地应力的作用下发生变形破裂，此时的压力称为坍塌压力。四、压力的表示方法1、压力

5、值形式表示公制Mpa，Kpa，Pa；英制psi1MPa=103KPa=106Pa；1MPa=145psi；2、压力梯度单位长度（深度）压力增长值。Gh=Ph/H淡水：9.81千帕/米；含盐量8×104ppm：10.5千帕/米。3、当量泥浆密度定义：某一点处的压力与某一密度的泥浆在该深度处的静液压力相等，则称该密度值为该压力的当量密度。89例如：1Km深度处的压力为11.8MPa.其当量密度值为：1.2g/cm34．压力系数定义：某一点处的压力与该深度处的淡水柱静压力之比。例如：1Km深度处的压力为11.8MPa.其压力系数为：1.2五、压力剖面的具体应用简介1、确

6、定合理的井身结构（套管程序和套管下深）2、确定合理的钻井液密度3、防止井喷、卡钻、井漏等事故的发生第二节　地层--井眼压力平衡和平衡的破坏一、地层--井内压力平衡1、压力系统模型P钻静＝9.81HρP环静＝9.81[（H－h）ρ＋hρ’]P底＝P环静＋P环循＋P套P鞋＝P鞋静＋P鞋循＋P套2、几种常见井内压力关系（1）静止平衡状态未钻入高压油、气、水层，钻井液未受侵，钻井液静止不流动Ｐ钻＝0；　　Ｐ套＝0；Ｐ底＝Ｐ钻静＝Ｐ环静＝9.81Ｈρ；Ｐ鞋＝9.81Ｈ’ρ；（2）标准循环状态未钻入油、气、水高压层，钻井液未受侵，井口敞开Ｐ钻＝Ｐ循＝Ｐ泵＝Ｐ立管；89Ｐ套＝0

7、；Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循；Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循；（3）大排量循环状态钻入高压油、气层，环空一段钻井液受侵，关闭封井器以调节阻流器控制套管回压Ｐ底＝Ｐ环静＋Ｐ环循＋Ｐ套（要求＞Ｐ地）Ｐ鞋＝Ｐ鞋静＋Ｐ鞋循＋Ｐ套（要求＜Ｐ破）3、钻井压力控制根据Ｕ形管压力平衡原理，使用压力控制设备，按规定的方法和程序，建立和保持井内的压力平衡。Ｐ底＝Ｐｅ＋Ｐ地＝Ｐ地＋9.81Ｈ△ρ△ρ＝0.05～0.1g/cm3(油层)△ρ＝0.07～0.15g/cm3(气层)二、失去压力平衡的原因（一）压力组成1、洗井液液柱静压力2、抽吸压力（拔活塞）由于井径接近于钻头直径，洗井液又有粘度与切力，所以

8、上提钻柱时