井控(6)

2019-03-29 15:11

(6)钻开高压油气层后,地面应及时除气净化,防止进口钻井液密度低于设计值,造成恶性循环,诱发溢流;

(7)起钻前处理好钻井液,保持井眼畅通,防止抽吸;

(8)起钻时控制起钻速度,尤其是钻头在井底时,防止抽吸; (9)起钻时及时灌满井口;

(10)避免长时间空井,防止井底聚集气柱;

(11)先用小钻头领眼试钻高压油气层,再扩眼钻开高压油气层,防止泄压面积和泄压量过大。

4.关井程序及关井压力的测定

发现溢流预兆后,准确无误地迅速关井是防止发生井喷的惟一正确处理措施。 迅速关井的优点是:

(1)控制住井口,使井控工作处于主动,有利于安全压井; (2)尽早制止地层流体继续进入井内;

(3)保持井内有较高的钻井液液柱,减少关井和压井时的套压; (4)可准确地计算地层压力和压井钻井液密度;

(5)减少加重量,方便施工,缩短非生产时间,提高时效。 关井方法有:

(1)硬关井:指溢流或井喷时,井内流体在无其他出口(即只有通过防喷器喷出)的情况下,直接关闭井口防喷器的方法。其优点是关井时间短、操作方便;其缺点是“水击”效应大(尤其喷势较大时),不利井的安全。

(2)软关井:指溢流或井喷时,先全开节流管汇一侧,让井内流体有第二条出口的情况下,再关闭井口防喷器的方法。其优点是“水击”效应小、利于井的安全;其缺点是关井时间长。 (3)半软关井:指溢流或井喷时,先让井内流体沿半开的节流管汇一侧(即节流阀半开)流出的情况下,再关闭井口防喷器的方法。其优缺点介于硬关井和软关井之间。此方法现场常用。 安全关井程序为:

(1)正常钻进过程中发生溢流的关井程序 ①发信号;

②停钻,上提钻具至合适位置; ③停泵;

④开放喷阀(3#平板阀);

⑤关防喷器(先环型,后闸板);

⑥关节流阀(17#)试关井,再关下游平板阀(15#); ⑦录取关井立压和套压及池增量。

(2)起下钻杆过程中发生溢流的关井程序 ①发信号;

②停止起下作业,抢接钻具内防喷工具(或直接抢接带旋塞阀的方钻杆); ③开放喷阀(3#平板阀);

④关防喷器(先环型后闸板);

⑤关节流阀(17#)试关井,再关下游平板阀(15#); ⑥接方钻杆;

⑦求出关井立压和套压及池增量。

(3)起下钻铤过程中发生溢流的关井程序 ①发信号;

②停止起下铤作业,抢接一根(或一柱)钻杆;

③抢接钻具内防喷工具(或直接抢接带旋塞阀的方钻杆); ④开放喷阀(3#平板阀);

⑤关防喷器(先环型后闸板);

⑥关节流阀(17#)试关井,再关下游平板阀(15#); ⑦接方钻杆,求出关井立压和套压及池增量。 (4)空井过程中发生溢流的关井程序 ①发信号;

②停止作业。若喷势强烈,则:开3#平板阀;关全封闸板防喷器;关节流阀(17#)试关井,再关下游平板阀(15#);录取关井立压和套压及池增量。若喷势不强烈,则:抢接一根(或一柱)钻杆;

③抢接钻具内防喷工具(或直接抢接带旋塞阀的方钻杆); ④开放喷阀(3#平板阀);

⑤关防喷器(先环型后闸板);

⑥关节流阀(17#)试关井,再关下游平板阀(15#); ⑦接方钻杆,求出关井套压及池增量。 测定关井立管压力的方法:

关井立管压力是计算地层压力和压井钻井液密度的重要依据,它是原浆液柱压力欠地层压力的量,欠平衡量越大,关井立管压力越大。准确录取其压力对压井的成功与否来说是至关重要的。

(1)“U”型管原理

用“U”型管原理描述井眼与地层之间的压力平衡关系。将钻柱水眼和井眼环空视为一连通器的“U”型管,井底(地层)视为“U”型管的底部。若环空发生溢流后关井,则钻柱水眼、井眼环空与地层之间的压力平衡关系有如下关系:

Pd+Pmd=Pp=Pa+Pma (2—16)

式中 Pd——关井立管压力,MPa;

Pmd——钻柱内静液柱压力,MPa; Pp——地层压力,MPa;

Pa——关井套管压力,MPa; Pma——环空静液柱压力,MPa。

(2)钻柱中未装(或装有压力传递孔的)钻具止回阀时测定关井立管压力的方法

可以直接从立管压力表上读出。但值得注意的是,发生溢流后由于井眼周围的地层流体进入井眼,致使井眼周围的地层压力形成压降漏斗,此时井眼周围的地层低于实际地层压力,愈远离井眼,愈接近或等于原始地层压力。一般情况下,待关井后10~15min,井眼周围的地层压力才恢复到原始地层压力。此时读到立管压力值才是地层压力与钻柱内钻井液静液柱压力之差。井眼周围的地层压力恢复时间的长短与欠平衡压差、地层流体的种类、地层产量、地层渗透率等因素有关。

(3)钻柱中装有钻具止回阀时测定关井立管压力的方法

不循环法 在不知道压井泵速和该泵速下的循环压力时采用。

①缓慢启动泵,向钻具内泵入少量钻井液,并观察立压及套压的变化;

②当套压超过关井套压0.5~1 MPa时,说明钻具止回阀被顶开。此时停泵,记录这时的立管压力和套管压力。则:

△Pa=Pa1—Pa (2—17)

式中 △Pa——套压升高值,MPa;

P a1——停泵时记录的套压值,MPa; Pa——关井套压,MPa。

Pd=Pd1—△Pa (2—18)

式中 Pd——关井立管压力,MPa;

Pd1——停泵时记录的套压值,MPa。

循环法 在已知压井泵速和该泵速下的循环压力时采用。

①缓慢启动泵,同时迅速打开节流阀及下游平板阀,通过调节节流阀使套压等于关井套压; ②当排量达到选定的压井排量时,保持不变,通过调节节流阀,使套压恰好等于关井套压,这时记录循环立管压力PT,停泵,关节流阀及下游平板阀。 ③计算关井立管压力

Pd=PT—Pci (2—19)

式中 Pd——关井立管压力,MPa;

PT——测量的循环立管总压力,MPa;

Pci——以压井排量循环时的立管压力,MPa(Pci及压井排量可从预先记录的资料中查处)。

5.最大关井套压的确定

(1)确定最大允许关井套压的原则

关井后最高套压值不能超过以下三个极限中的最小值: ①井口设备的额定工作压力值; ②套管最小抗内压强度锝80%;

③地层破裂压力所允许的关井套压值。

一般情况下,地层破裂压力所允许的关井套压值最小,所以,现场常以地层破裂压力来确定最大的关井套压值。 (2)最大的关井套压值 ①计算公式:

Pamax=Pf—0.0098ρmHf (2—20)

式中 Pamax——最大关井套压值,MPa; Pf——地层破裂压力值,MPa;

3

ρm——在用钻井液密度,g/cm;

Hf——套管鞋以下漏失层井深(一般将套管鞋井深作为Hf),m。 ②现场常用确定最大的关井套压值的便捷方法见图2—14。

图2—14 最大关井套压的确定

6.天然气溢流

(1)天然气溢流的危害和防护安全措施

天然气是组分不固定的混合气体,它具有可压缩性,其体积与所受压力成近似反比关系,即压力增加,其体积减少;压力减少,其体积增加。当压力减少一半时,其体积就会膨胀到原来的两倍;当压力增加一倍时,其体积就会缩小到原来的一半。掌握天然气这一特性是非常重

要的。

天然气的密度远远低于钻井液的密度,混在井内钻井液中的天然气,无论是开井还是关井状态,在由密度差产生的浮力的作用下,总是沿着井眼向井口方向滑脱上升,直至地面。天然气还具有较强的扩散性、易燃易爆的特点,所以,井场应杜绝一切非生产火源,生产用火时必须有防护设备和防护措施。

有时天然气中易出现H2S气体,该气体有较强的毒性,对井场工作人员的生命安全造成威胁,尤其在井口、圆井、振动筛及循环罐处。同时,对井内钻具、井控和地面设备也造成巨大的氢脆腐蚀破坏(尤其在碰砸损伤处),从而使钻具和设备的机械强度大大降低,造成事故。H2S对钻井液也具有较大污染作用,甚至形成难以流动的冻胶。为控制H2S的浓度,现场必须将pH值控制在9.5以上。

当天然气侵入后,随着天然气在井眼内的不断滑脱运移、上升,其体积和气柱高度就会逐渐膨胀、增大,井内钻井液液柱高度和压力就会不断减少,使井底压力近一步减少,欠平衡量增加,从而造成侵入程度大大增加,致使井眼恶化,难以控制。所以,我们必须了解和掌握天然气溢流的特点,做到及早、正确地发现和处理天然气溢流,才能避免和减少它对钻井人员和设备的危害,实现安全钻井。 (2)天然气侵入方式 ①扩散气侵

在钻开气层后,气层中的天然气在浓度差的作用下,通过井壁向井内扩散,侵入钻井液。其侵入量与泄压面积(井眼大小和钻开的气层深度)、压差、钻速及滤饼的质量等因素有关。 ②岩屑气侵

在钻穿气层期间,随着井底气层岩石的不断破碎,岩石孔隙中的气体被释放出来,侵入钻井液。其侵入量与岩石的孔隙度、井径、机械钻速和气层厚度成正比。 ③重力置换气侵

在钻遇裂缝或溶洞时,由于井内钻井液密度远远大于溶洞中天然气密度,产生重力置换,将天然气从裂缝或溶洞中置换出来进入井内,严重时在井内形成较大的气柱,这种情况较危险,应根据地质预告,加强监测与报警,作好防范。 ④气体溢流

由于种种原因,导致井底压力小于地层压力,在欠平衡的状态下,气层中的天然气就会大量侵入井内,在井内形成气柱,将井内钻井液迅速顶出,造成井喷。欠平衡量越大,喷势就越大。

(3)钻井液气侵后应注意的问题

①钻井液发生气侵后,不能用井口测量的钻井液密度值计算井内气侵液柱压力或地层压力。 ②气侵对不同井深的静液柱压力的影响不同。井越深,影响越小,井越浅,影响越大。 ③发生气侵,采取的首要措施是地面及时除气。除气后进入井内的钻井液密度应符合设计值。否则,应按欠平衡值加重钻井液,维持井内平衡,使进出口钻井液密度相等。 ④开井状态下气柱对井底压力的影响

在钻开气层后,由于长期停止循环侵入井内的天然气在井底形成气柱。在浮力的作用下,气柱在井内钻井液中滑脱上升。例如某直井井深为H米,井内钻井液密度为ρg/cm3。溢流后井底聚集有h米的气柱,其密度为ρg g/cm3,则井底压力为:

Pb=Pm+Pg=0.0998ρm(H—h)+Pg (2—21)

式中 Pb——井底压力,MPa;

Pg——气柱在井底产生的压力,MPa。

从上式中可以看出,随着气柱在井内滑脱上升,气柱顶部的液柱高度和压力就会逐渐降低,气柱高度h则增加,从而使井底压力Pb降低,井底就会进一步溢流。即使泵入重浆也会随同溢流一起喷出。所以,开井状态下,无论采用多大的循环排量,都无法循环排除井内溢流及重建井眼与地层之间的平衡。

(4)关井状态下气柱对井底压力的影响

气体溢流后,如果长期关井不放浆泄压或节流防喷管汇堵塞无法泄压,井内液柱体积不变,井内的气体体积就保持不变(因为井眼容积等于井内液柱体积与井内气体体积之和,并固定不变)。假设气体在整个运移过程中温度不变,根据玻—玛定律,可知:井内的气体从井底沿井眼滑脱上升时的压力就会保持不变,始终保持它在井底时的压力。气体上升过程中,将这个不变的压力加到井内液柱上,作用于整个井眼,使井底、井壁和井口的压力都增加,使之承受过高的压力。当达到一定压力时,就会将上部薄弱地层(套管鞋处)压漏,造成整个井场窜气,甚至井场下陷。

综上所述,在排溢流压井期间,既不能开着井口让天然气任意膨胀,使井内液柱压力和井底压力下降过多,也不能长期关井不允许天然气无膨胀,应适当控制节流阀的开度,保持井底压力略大于地层压力不变,做节流循环处理,这是惟一的安全处理措施。

7.压井技术

压井原理:压井是以“U”型管原理为依据的,利用地面节流阀产生的流动阻力和井内钻井液柱压力合成的井底压力来平衡地层压力。在压井过程中,始终保持井底压力略大于地层压力,并保持井底压力不变。以不变的压井排量向井内打入加重钻井液,随着加重钻井液的增加,节流压力逐渐减小,待加重钻井液返出井口时,节流压力降为零,井眼和地层之间又重新建立了平衡。

(1)压井循环时的压力平衡关系

Pd+Pc—Pld+Pmd=Pp+Pla=Pa+Pla+Pma (2—22)

式中 Pd——关井立压,MPa;

Pc——低排量(即开井状态)循环总立压,MPa; Pld——钻柱内和钻头水眼循环压耗,MPa;

Pmd——钻柱内未受气侵的钻井液井静液柱压力,MPa; Pp——地层压力,MPa;

Pla——环空循环压耗,MPa; pa——关井套压,MPa;

Pma——环空静液柱压力,MPa。

与关井静止循环状态压力平衡关系相比,压井节流循环时作用于井底的压力只多环空流动阻力Pla。通常,Pla不大,就是在大排量循环时也不会超过1.5MPa。实际上,Pla又是使井底压力增加的,压井时有利于平衡地层压力,可忽略不计。则上式可简化为:

Pd+Pc—Pld+Pmd≈Pp=Pa+Pma (2—23)

因为用原浆循环,且排量始终不变,所以,Pmd和Pld就保持不变。那么,在压井循环时为了始终要保持井底压力不变,且略大于地层压力,就可以通过控制相应的循环立管总压力Pd+Pc,即PT来实现。而循环立管总压力又是通过调节节流阀的开启程度来控制。可见压井循环时的立管总压力仍可作为判断井底压力的压力计使用。

PT=Pd+Pc (2—24)

式中 PT——关井节流状态循环立管总压力,MPa。 (2)压井安全措施

①整个排溢流压井过程中,要保持压井排量不变,Pld才不变,才能实现作用于井底的压力不变。这是准确成功压井的必要保障。

②压井时井底压力必须略大于地层压力,并保持井底压力不变,使地层流体在重建平衡的过程中,不能重新进入井内。应注意开关节流阀与压力表显示的滞后时间,防止节流阀开关过头。

③压井过程中,严格按井控要求和措施施工,不能造成井喷事故。

④压井时,不能使井眼受压力过大,要保证不压漏地层,避免出现井下复杂情况和地下井喷。

⑤要保护油气层,防止损害油气层的生产能力。


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