1、井控,地层压力 井涌地质机理 井涌类型 井涌原因 警示信号,地层压力,岩石孔隙中的流体所具有的压力 正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力 地层孔隙压力分为 正常压力 异常高压 异常低压,地层完整性测试,地漏试验 = 地层破裂压力 (Mpa/0.0098/TVD) + MW = Frac MW (7/0.0098/1600) + 1.15 = 1.59,井涌的地质机理,孔隙度 地层中流体占用的孔隙空间（流体压力） 渗透率 岩石孔隙胶结在一起允许地层流体通过的特性 压差 欠平衡 (地层流体压力增加) or 机械导致井涌 (静液柱压力减小).,钻井液柱压力和当量泥浆比重,Gradi
2、ent = MW x 0.0098 静液压力 = Gradient x TVD 静液压力 = MW x 0.0098 x TVD MW = 静液压力 / 0.0098 / TVD MW = Gradient / 0.0098 Gradient = 总的静液压力 / TVD Use TVD for Pressure,MD for Volume,井涌类型,空 井 钻进中 (BOP组) - 钻遇不可预测的异常高压层 (欠平衡)。 压井工作单。 起钻 (BOP组) 钻井液柱压力减小 (机械原因造成井涌，例如抽汲)。,井涌原因,钻井液比重不足 (人为错误) 钻遇不可预测的异常高压层 起钻时未向井内灌足钻
3、井液 起钻时发生抽汲作用 井漏 钻进含气砂岩机械钻速过快,警示信号,起钻时钻进中其它情况,警示信号 起钻时,泥浆不能正常灌入 计量罐/泥浆池液面上涨 溢流,警示信号 钻进中,可靠的信号: 排量增加 泥浆池体积增加 停泵后仍有溢流,警示信号 其它,钻进突变（机械钻速突然改变） 泵压减小/排量增加 气体的增加 钻井液的性能发生变化 震动筛发现大段垮塌的泥岩 PWD/LWD仪器有异常显示 大块脱落的页岩 Ballooning Shales Etc.,正确的起钻程序,循环处理泥浆 限制起钻速度，减小压力抽汲和激动 监测计量罐灌泥浆情况 保持井眼灌满泥浆/填写起钻数据记录表 灌入量 = 单位排带量 x
4、立柱长度 x 立柱数 5 柱 5”, 19.5# 钻杆, 干起 (3.4 L/m) x (28.3) x 5 = 481.0L 与作业者保持联系,正确的起钻程序,司钻了解有关起钻的信息 在开始起钻前，司钻要通知领班、钻井监督（夜班监督）、地质录井人员 起钻条件满足时方可起钻，否则不能起钻。特别的，当气象预报显示如果起钻后，不能及时下钻时，不能起钻。 钻进结束后，处理泥浆，把井眼循环干净后起钻。要求有200psi的压差余量来减小抽汲。 任何时候起钻前，激动和抽汲压力都要计算好。,Rock at great depth is under tremendous stress loads for ge
5、ologic periods of time. The wellbore replaces neighboring rock with drilling mud which creates stress “release” fractures around the wellbore. These fractures “open” when induced pressures exceed the LOT value and remain open until the induced pressure falls below the minimum horizontal stress.,Ball
6、ooning Shales,The induced pressure only needs to exceed the bonding strength between the rock grains to “propagate” the fractures. The propagation pressure is influenced by: Pore pressure Mud type (OBM for example),压力激动和抽吸,钻柱的运动对井底压力的影响,压力激动,加速上提,减速,加速下放,减速,开泵,静止,匀速,静止,匀速,静止,循环稳定,30,000,34,000,38,00
7、0,44,000,破裂压力 = 44,000 kPa,地层压力 = 32,400 kPa,起下钻余量,钻井液柱 = 35,800 kPa,环空压耗,井底压力 (kPa),抽吸,溢流检查,每次溢流检查不少于10分钟。溢流检查时要保持钻具慢慢旋转-避免钻具粘卡和防止钻井液胶凝。 溢流检查前要释放立管压力。 如果泥浆池体积有减/增的情况发生，增加的体积不应超过3bbl，减少的体积应更少。 如果溢流量超过3bbl，马上关井。如果已经关井，随后溢流的钻井液要流入计量罐，以便精确的计量。,溢流检查 起下钻时,停止活动钻杆 停泵 检查返出,溢流检查 钻进中,钻进3-5英尺，停止钻进，监测返出和泥浆池体积的变
8、化。 如果发现溢流，马上关井。 如果没有发现溢流，提高顶驱到关井位置。 停泵，观察5-10分钟，最好使用计量罐。 旋转钻杆以防止粘卡。 如果任何时候发现溢流，启动关井程序。,硬关井程序-钻进中,拉响井涌警报 提高顶驱到关井位置 停泵 阻流器是关闭的 关环形防喷器 检查确认已经关井，无渗漏 每两分钟记录一次泥浆池增量、关井钻杆压力、关井套管压力 通知公司代表 如果需要，调节环形防喷器关闭压力来稳定关井套压 如果井口压力超过1800psi，准备关闭闸板防喷器,硬关井程序-起钻,拉响井涌警报 把钻杆坐在卡瓦上 抢接安全阀(FOSV)并关闭 阻流器是关闭的 关闭环形防喷器 检查确认已经关井，无渗漏 每
9、2分钟记录一次泥浆池增量、关井钻杆压力、关井套管压力 通知公司代表 调节环形防喷器关闭压力来稳定套压 保持钻柱运动防止粘卡 如果井口压力超过1800psi，准备关闭闸板防喷器,软关井程序-钻进中,拉响井涌警报，停转盘 提高顶驱到关井位置 停泵 适当打开阻流阀 关环形防喷器 关闭阻流器 检查确认已经关井，无渗漏 每2分钟记录一次泥浆池增量、关井钻杆压力、套管压力 通知公司代表 调节环形防喷器关闭压力来稳定套压 如果井口压力超过1800psi，准备关闭闸板防喷器,软关井程序-起下钻中,拉响井涌警报 把钻杆坐在卡瓦上 抢接回压阀并关闭 适当打开阻流阀 关环形防喷器 关阻流阀 检查确认已经关井，没有渗
10、漏 每2分钟记录一次泥浆池增量、关井钻杆压力、关井套管压力 通知公司代表 调节环式防喷器关闭压力来稳定套压 保持钻柱运动防止粘卡 如果井口压力超过1800psi，准备关闭闸板防喷器,硬关井,优点 地层流体侵入比较少 关井程序简单，控制井口快（少一步）缺点 理论上讲，对地层产生大的冲击,软关井,优点 地层的冲击比较小缺点 地层流体侵入多 导致比较高的关井套压,气的运移 水基泥浆、开井,卸载点,1 bbl,2 bbl,4 bbl,泥浆柱长度,自由气长度,卸载点,泥浆柱长度 = 气柱长度,通常，通过泥浆池液面和返出流量监测设备可以发现气的膨胀,泡点深度 = 气柱长度 x 垂深,气的运移 油基泥浆和开
11、井,特别小心 当泡点深度 = 卸载深度,1 bbl,1 bbl,1 bbl,泡点深度,液压气爆炸,井突然卸载,通过对泥浆池液面和返出的监测没有预兆,气的运移,开井 波尔定律 P1V1 = P2V2 or V2 = P1V1/P2 关井 无扩张 = 没有泡点压力的变化,气体运移控制,气体侵入井筒，关井时进行 地表显示关井套压和关井钻杆压力统一增加 气体的运移导致井眼内任何深度的压力都增加 如果不加控制，压力的增加可以压裂地层导致泥浆漏失 两种控制办法 钻杆压力法 体积法,气体运移控制,钻杆压力法 (SIDP Gauge) 在安全系数内允许钻杆压力增加安全余量 使用阻流器来维持DP gauge恒定
12、 释放很少的泥浆的增加量 体积法 (SICP Gauge) 允许关井套管压力增加安全系数+范围 使用阻流器维持关井套管压力稳定在Pchoke 测量阶梯型释放的泥浆体积,气体运移控制,简单 一旦关井即可实施 程序 关井钻杆压力增加安全范围50-200 psi（这是下限值） 然后，等待钻杆压力再增加50-200 psi（这是上限值） 打开阻流器，使钻杆压力降到下限值 重复2、3步，直到井底压力稳定或气体运移到井口,钻杆压力法,体积法,应用于井眼内发生气侵并且： 井眼内没有钻杆 钻头水眼堵塞 钻杆远离井底 钻杆浮阀打不开不能读取关井钻杆压力,体积法计算公式,静液压力/升 = Mud Grad / A
13、nn Capy (Upper) Vol to Bleed = Range / 静液压力/升 Pchoke1 = Pa + Ps + Pw Pchoke2 = Pchoke1 + Pw Pchoke3 = Pchoke2 + Pw Etc,体积法程序,套管压力和释放体积的关系表,工作压力,工作压力,安全余量,气体运移至井口,释放泥浆同时保持套压稳定,SICP = 400 psi Range & SM 100 psi, Bleed Volume = 8.2 bbl,实例,400,600,8000,1000,1200,1400,0,8.2,16.4,24.6,32.8,41.0,49.2,57.4,
14、选择工作压力, Pw安全压力, Ps. 推荐 Pw = 100 & Ps = 100 psi,计算每一周期释放的泥浆体积,计算每桶泥浆的静液柱压力增量,在释放泥浆前允许关井套压增加 Ps,1,2,3,5,重复5、6步直到实施下一程序或气体运移到井口,在此基础上允许关井套压增加 Pw,小量释放泥浆保持套管压力不变直到达到计算的释放量,4,6,体积法工作表,安全余量 (Ps) =,工作压力 (Pw) =,Pchoke1 = Pa + Ps + Pw,Pchoke 2 = Pchoke1 + Pw,Pchoke 3 = Pchoke2 + Pw,关井套管压力, Pa =,钻井液压力梯度 =,psi/
15、bbl,psi,psi,psi,psi,bbl,psi,psi,psi,关井 套压,Pchoke1,Pchoke2,Pchoke3,Pchoke4,释放泥浆体积 (bbl),套管压力 (psi),置换、放气 (体积法),通过压井管线泵入泥浆 等待气体升高 计算静液柱压力增量 静液柱压力增量 = 静液压力增量/升 x 泵入量 通过阻流管线放气，使SICP减小：安全范围+静液柱压力增量,置换放气 体积法,delta V,1,2,3,套管压力,Converts to,Hydrostatic,in Annulus,delta V,选择工作压力范围, Pw. 推荐 Pw = 100 to 200 psi
16、,通过压井管线泵入泥浆，使套压增加一个工作压力,计算置换每bbl泥浆增加的静液压力（在上部环空中）,测量计量罐并计算本周泵入泥浆后增加的静液压力,等待15到20分钟使泥浆将气置换,通过阻流管汇放气，使套压减小：静液压力增量+工作压力,1,2,3,4,5,6,重复3、4、5步，直到气被全部置换出井,置换放气工作单,初始 SICP,增加环空 压力到,计量罐体积,初始,终了,置换量,放气后 环空压力,工作压力, Pw,实际压力 增量,MACP = MASP,Maximum Allowed Surface Pressure (LOT - MW) x .052 x TVD = MASP (14.6 -
17、11.5) x .052 x 4500 = 725 psi Margin = MASP - SICP 725 - 600 = 125 psi 725 - 700 = 25 psi Kick Tolerance (14.6 - 11.5) x (4500/9000) = 1.55ppg,压井程序,司钻法 两次循环压井 第一周用原钻井液循环 第二周用压井钻井液循环 等候加重法 一次循环压井 仅仅用压井钻井液一个循环周完成 边加重边循环法 多次循环压井 两种（更多）比重钻井液，两周（更多）循环完成,压井工作单计算公式,到达钻头的泵冲数 = 钻具内容积 / 泵排量 压井液比重 = (关井套压/0.00
18、98/垂深) + 旧钻井液比重 初始循环压力 = 关井套压 + 低泵冲压力 最终循环压力 = 压井液比重/旧液比重 x 低泵冲压力,强行下钻程序,短期 根据下入钻具的闭端排带量，放掉相同体积的井内钻井液。不考虑气体运移或气体窜入钻具组合。 长期 通过调节阻流阀压力维持关井套压稳定，强行下钻，不考虑气体运移或气体窜入钻具组合。,强行下钻,钻具接头怎样通过防喷器 慢慢通过防喷器元件和控制部件 最大允许井口压力 监测井口压力和泥浆体积 组织和监督 钻杆的状况 卡钻的可能性 需要厂家的设备信息 控制压力的变化,需要考虑,强行下钻需要考虑,每下一柱钻具，对接头不平整部位进行打磨，以防损坏防喷器的橡胶部件
19、,强行下钻需要考虑,每下一柱灌满泥浆，防止钻杆挤毁！,什么是卡钻?,卡钻 不能将钻柱从井眼内取出正常作业 _,中断1小时或更长时间,卡钻培训 重要性,Stuck Pipe Costs,卡钻处理费用一直以来是所有计划外费用中最高的,卡钻事故,成功打捞,侧钻,如果能减少卡钻事故，就能少一次侧钻,处理卡钻费用统计表,卡钻在各段作业中所占的比例,30%,17%,13%,40%,“其它情况”包括: 打水泥塞 Milling anchor seal 倒划眼 下套管,卡钻发生日期,卡钻发生时间,35%,17%,22%,26%,15种卡钻原因3种卡钻机理压差卡钻沉砂卡钻/砂桥井眼几何变形,原因和机理,三种卡钻
20、机理,压差卡钻 沉砂卡钻/砂桥 井眼几何形状,卡钻机理,井眼的稳定性,岩石所受地应力 上覆岩层压力 近井眼应力 高井斜剪切应力 水平应力不平衡,岩石力学,五个关键因素,孔隙度 渗透率 地层孔隙压力 岩石应力 压力平衡（泥浆密度）,孔隙度,岩石基质中孔隙所占的空间 单位：体积%,孔隙空间,渗透率,岩石孔隙胶结在一起允许地层流体通过的特性 单位：达西（通常为毫达西）,孔隙喉道,岩石孔隙中的流体所具有的压力 正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力 地层孔隙压力分为 正常压力 异常高压 异常低压,地层孔隙压力,岩石应力,垂直应力和水平应力,岩石应力,异常高压,正常压力,异常低压,“有效
21、” 垂直应力 = 上覆岩层压力 地层孔隙压力,In-Situ Vertical StressDue to Overburden,岩石应力,泥页岩 - 1/3,In-Situ Horizontal Stress Due to Overburden,岩石应力,Near Wellbore Stress Due to Overburden,岩石应力,Shale Failure in High Angle Hole at Shallow Depth,沉砂卡钻,One of the Three Stuck Pipe Mechanisms,沉砂卡钻/砂桥,井眼全部或部分被固体颗粒堵塞，造成不能循环或循环受限
22、。固体颗粒大部分来源于钻屑，在大井斜井中形成岩屑床，有时由于井眼失稳垮塌。沉砂也会造成砂桥。,井眼净化不好,井眼稳定性问题,沉砂/砂桥卡钻的原因,井眼坍塌 上覆岩层压力 地应力 胶结不好的地层 断层 水泥掉块,钻屑 井眼净化不好 ROP过快 井眼坍塌 水敏性 上覆岩层压力 地应力 胶结不好的地层 断层,沉砂卡钻,砂桥卡钻,井眼清洗 vs.排量 ( 35),排量,最佳效果点,井眼清洗所需最小排量,钻柱不转动时的清洗效果,钻柱在120rpm时的井眼清洗效果,钻屑上返情况,环空流体运动性质,垂直井眼,大斜度井眼中,高速流体区,低速流体区,在井眼底边的钻屑基本保持静止，需要通过钻柱的旋转带起,岩屑床,
23、环空中流体运动 基本是一致的,钻屑均匀的 分布于环空,压差卡钻,One of the Three Stuck Pipe Mechanisms,压差卡钻,在 地层，地层孔隙压力比泥浆柱的 小的多这个压差使钻具粘附于井眼的一边，造成卡钻。,渗透性,静液压力,压差卡钻,关键条件,渗透性地层 钻杆不活动 钻柱与井壁接触 泥饼过厚 过平衡 MW,粘结力 = P x A x C,3” 井壁接触,接触面积,粘结力,= 3 x 30x 12 = 1080 sq in,= 2200 x 1080 x .2 = 475,200 lbs,过平衡压差 = 2,200 psi,P 过平衡压差 psi A 接触面积 sq
24、 in C 泥浆摩擦系数 (0.2-0.3 水基泥浆 0.1- 0.2 油基泥浆),30 ft 粘结段,井眼几何形状,One of the Three Stuck Pipe Mechanisms,井眼形状,Stuck pipe due to the _ relative to the design of the _. 当钻柱上下活动时发生卡钻。BHA _ 也会导致井眼形状卡钻,井眼稳定性,钻柱设计,改变,shape of the hole,BHA,刚性强的BHA,原因 刚性强的BHA不能通过井斜角/方位的变化造成卡钻。 警示信息 狗腿度大 扶正器超出规格 新的BHA设计 预防措施 减少BHA的
25、改变，考虑短起下。 限制狗腿严重度 降低下钻速度,起钻 柔性BHA,卡钻！,下钻 刚性BHA,键槽卡钻,原因 在中间软地层井斜和方位的突然变化。 钻柱的张力和旋转在地层磨出一个槽。 当起钻时，钻铤就会在键槽处卡住。 警示信号 上部井段有大狗腿度段。 长时间钻进没有通井。 起钻时预防措施 减小狗腿严重度3/100。 限制上提拉力。 当狗腿度大时，划眼或通井。 下入钻柱划眼器或键槽破坏器。,Micro Doglegs,原因 软硬交互地层。 井斜和方位频繁改变。 BHA在连续变化的狗腿处卡住。 警示信号 预测有软硬交互地层。 井斜/方位频繁变化。 钻进/划眼均使用井下马达。预防措施 减少BHA的变化
26、。 减少井斜/方位的变化。 在钻进软硬交互地层时经常划眼。 在危险段减小起下钻速度,卡钻！,DRAG,OVERPULL!,活性地层 (岩层),原因 上覆岩层压力挤压塑性的岩盐或页岩进入井眼。 BHA就会在井径缩小段被卡。 警示信号 预测有盐层或塑性页岩层。 上拉力突然增加或下放突然失重。 塑性强的地层扭矩突然变化。 一般发生在起钻时。 预防措施 选择正确的泥浆体系。 保持足够的泥浆密度。 经常划眼。,井眼几何形状,压差卡钻,堵塞/砂桥,卡钻识别工作表,实例:接完立柱后，提卡瓦时发生卡钻，钻柱不能旋转和上下活动。循环没有问题。卡钻机理是什么？,问题:1. 卡钻前钻柱的活动情况?,2. 卡钻后钻柱的活动情况?,3. 能否旋转?,4. 循环情况?,静 止,
