非常规压井技术.doc

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：APm=0.0098 P mAV/Va式中:△ Pm 环空静液压力的减小值，MPa；Pm 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），n?；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：APm=APa式中:APa——井I I套压增加值，MPao操作程序：%1 先确定一个大于初始关井套压的允许套压值Pal,再给定一个 允许套压变化值APa,例如初始关并套压Pa=5MPa,允许套压值 Pal =6 MPa,允许套压变化值APa，=0.5MPa。

1 当关井套压由Pa上升至(Pal+APa ) = (6+0.5) MPa □寸， 从节流阀放出钻井液，使套压下降至Pal,即6MPa,关井，并将放 出的钻井液体积AVI换算成环空静液压力的减小值，即得套压增加 值：APal=APml=0.0098 P ...AV./Va%1 当关井套压由 Pal上升至(Pal+Z\Pa +ZSPal )= (6+0.5+APal ) MPa时，从节流阀放出钻井液，使套压下降至 (Pal+APal )，关井;放出钻井液体积AV2,则套压增加值APaZ为:APa2=APm2=0.0098 P mAV2/Va%1 当关井套压由 (Pal+APal ) 上升至 (Pal+APal+APa2+APa, ) = (6+0.5+APa2+APa,)时，从节流阀放出钻井液，使套压下降至(Pal+APal+APa2),关井；放出钻井 液体积AVa，则套压增加值△ Pa3为：APa3=APm3=0.0098 P mAV3/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，直至气柱到达井口此时不 能放气泄压，以免井底失去平衡，再次溢流。

维持套压值是平衡地层 压力的关键2反循环顶部压井当井眼内天然气上升至井口时，常采取反循环顶部压井法来置换 井口气体，进行压井其原理是从井口间断泵入大密度压井液置换出 井口天然气，使泵入压井液液住压力等于放气后套压下降值，直至将 井眼中的天然气全部排除干净APak=APmk=0.0098 P kAVk/Va式中ZXPak——环空套压减小值，MPa；△Pmk——环空压井液静液压力的增加值，MPa；P k 环空压井液密度，g / cm3；△L——环空压井液体积增加值，m3;Va——环空容积系数（即每米环空容积或环空截面积），m3/mo操作程序：%1 通过地面反循环压井管线向井口泵入一定量的大密度的压 井液，使套压上升一允许值（方法同前或以最大套压值为准）1 当压井液因重力的作用下沉后，通过节流阀缓慢放气，使套 压下降至一定值（即泵入的压井液静液压力的增加值）后关闭节流阀1 重复上述步骤直至井内全部充满钻井液二、关井起下钻 发生溢流关井时，井内有压力（即关井后井口压力Pa不等于0）的情况下，将钻具下入井内或下到井底，或为了井内钻具、测量 工具及仪器的安全，将管具或钻具从井内起出的操作技术统称关井起 下钻。

根据是否需要额外的辅助加压设备，可将其分为非加压关井起 下钻技术和加压强行关井起下钻技术非加压关井起下钻就是在溢流 或井喷关开后，当井口回压较小而井内剩有较长的钻具时，无需外力 支持，只靠钻具自身重量就能实现关井起下钻具的操作技术它通常 被简称为关井起下钻该方法较为简单操作方便，不需要其它的辅 助设备；而加压强行关井起下钻则是在溢流或井喷关井后，由于井内 憋压过大（即关井后井口回压Pa过大），作用于钻具底部或钻具接箍 横截面上的上顶力大，当其大于或等于钻具的有效重力时，无法实现 上述常规关井起下钻操作，只能在外力的帮助下实现将钻具强行下入 井内或从井内强行起出的操作技术它通常被简称为强行起下钻技 术1.关井下钻原理实现关井起下钻作业既可以通过环形防喷器，也可以通过两个闸 板防喷器进行是采用环形防喷器，还是采用两个闸板防喷器进行关 井起下钻作业，在此之前必须先解决两个问题：一是钻柱的有效重量 是否允许不加压关井起下钻作业；二是如果允许关井起下钻，是通过 环形防喷器还是通过两个闸板防喷器这就要先进行受力分析和相关 计算只有有效的钻具重量大于井内的上顶力时，才能靠其自重进行 关井下钻作业，将钻具下入井内，直至井底。

为了成功与安全地实现关井下钻作业，既要考虑关井条件下钻具 重力的平衡因素，又要考虑压井作业时间、安全、人力和设备等诸多 因素其优选顺序方案见图1 — 10.1图1 —1一 1关井卜钻优选程序流程图计算钻具有效重量为：W = lxlO-3Mg^G,L,f=l式中W——钻具有效重量，kN；U 浮力系数；G 钻具的每米质量（钻具线密度），kg/m；L——钻具的长度，m各种关井下钻时的钻具受力分析如图1 — 10—2和图1 — 10—3所 示通过建模分析得知：井内压力作用在钻具横截面上，从而产生 使钻具上窜的上顶力，即：F=A x Pa= n /4 x 10-3PaD2式中P——钻具上顶力，kN；A——井内钻具接头或本体截面积，n?；Pa——井眼内压力，MPa；D 钻具外径，mm；注：1）当选用一个环形防喷器封井下钻时，D为钻具接头或接箍的 外径；2）当选用两个闸板防喷器封井下钻时，D为钻具本体外径从上式得知：在同样的井眼和钻具条件下，由于钻具受力部位的不同, D的大小就不一样所以，选用环形防喷器进行封井下钻时产生的上 顶力（下钻时必须克服的阻力）比选用两个闸板防喷器下钻时的上顶 力大因此，在相同的井口压力和有效钻具重量的情况下，选用两个 闸板防喷器封井下钻比选用环形防喷器下钻更有可能或更容易实现 关井下钻。

在关井下钻期间，钻具与防喷器胶心或闸板芯子之间的摩擦阻力可能 是相当大的其大小取决于钻具的外径、粗糙度、密封元件的条件、 液控油压、井内压力及下钻时的润滑处理等因素当钻具的重量大于 钻具的上顶力时，摩擦阻力将阻止钻具下行，因此，必须将摩擦阻力 加到钻具上顶力上，只有钻具的有效重量足够大时，才能实现关井下 钻即:WNF+f式中：W——钻具的有效重量，kN；f一封井起下钻时钻具与防喷器胶芯或芯子之间的摩擦阻力，kNo 关井下钻时选用两个闸板防喷器，还是采用一个环形防喷器，除了力 的问题，还有时间效率和井下安全的因素而时间和效率直接影响压 井作业的成功率及井眼安全，所以，必须进行全面分析考虑，以确定 最优的关井起下钻操作方法如果采用两个闸板防喷器，其优点是关 井下钻时产生的上顶力（阻力）较小，只用较小的钻具重量就可以实 现关井下钻（特别是在空井关井下钻初期）但缺点是要使钻具接头 通过防喷器，必须采用较多较繁的倒换步骤，延长了排除溢流和压井 的时间，增加了井眼的不安全性如果用环形防喷器，优点是关井下 钻时，钻具接头通过防喷器的步骤较为简单，占用时间较少，能及时、 迅速地将钻具下到井底但缺点是关井下钻时产生的上顶力（尤其是 钻具接头过胶芯时）较大。

当井内钻具的有效重量不足以克服上顶力 时，必须借助于外力，迫使钻具通过环形防喷器胶芯下入井内只有 足够的钻具重量才能实现关井下钻所以，在刚开始关井下钻时，由 于钻具有效重量较小，一般采用倒换两个闸板防喷器的方法进行下 钻当下至一定的深度，钻具有效重量足够大时，为了尽快将钻具下 至井底，可采用环形防喷器将钻具下至井底这就需要求出在将两个 闸板防喷器换成环形防喷器封井下钻之前，需要采用两个闸板防喷器 下入多少钻具钻具需要额外增加的重量为：W 额=F-W式中W额——需要多下的钻具有效重量，kN；F——钻具上顶力，kN；W——井内钻具有效重量，kNo可以将需要多下的钻具有效重量换算成钻具的长度，即：L = 心* 10一3毋心式中L额——需要多下的钻具长度，mo也就是说，在换成环形防喷器之前需要多下L额长的钻具例：某井从3 048 m起钻，起出2 621m钻杆后，发现溢流并关 井测得Pa= 7 MPao井内钻铤外径165mm,内径63.5 mrn,长 度122 m,线密度为143 kg/m；钻杆外径为114 mm,线密度24. 7 kg/m,接头外径156mm；钻井液密度为1.56 g/ cm3,摩擦力取90 kN。

问：①使用两个闸板防喷器还是采用环形防喷器进行封井下钻？%1 如果使用两个闸板防喷器进行封井下钻，在换成环形防喷器之 前，应下入多少钻具.解:浮力系数 u=( P s- p m)/ p s=(7.854-l.56)/7.854=0.801井内现有钻艇122 m，钻杆305 m,钻具有效重量为：W=Wdpl+Wdp2=l*10-3*9.8*305*24.7*0.801+l*l(y3*9.8*122*14 3*0.801=196.085(kN)封井下钻时•需要克服的阻刀(钻具上顶力与摩擦阻力之和)为 当使用两个闸板防喷器进行封井下钻时：F4-f=0785*10-3PaD24-f=0.785*10-3*7*11424-90=161.41(kN)当采用环形防喷器进行封井下钻时：F+f=0.785*l(y3paD 接.^24-f =0785^10-^7^1562+90=223.726(kN)由以上计算可知.196.085kN的钻柱有效重量大于使用两个闸板 防喷器进行关井下钻时的井内阻力161.41kN,所以使用两个闸板防喷 器进行关井下钻是可行的但是作用在接头上的井内阻力 (223.726kN)大于钻柱有效重量(196.085kN)，所以无法采用环形 防喷器进行下钻.在换成环形防喷器之前应关井下入的钻具有效重量为：W 额=223.726-196.085=27.641 (kN)在换成环形防喷器之前，应使用两个闸板防喷器关井下入的钻杆 长度：如=―写一=27.641/(1 *10-3*9.8*0.801 *24.7)=142.56(m)1x10 guG若是根据井内压力决定采用环形防喷器关井下钻，则要考虑井内 压力越高，所需液控油压也越大，钻具与防喷器胶芯或芯子之间的摩 擦阻力就越大，环形防喷器胶芯的密封橡胶磨损就越严重考虑可以使 用的液控关闭油压为10.5 MPao虽然试验表明Hydril和Shaffer的环 形防喷器胶芯足以承受21 MPa,但为了提高关井下钻过程中钻杆接 头过胶芯的次数，避免其过早损坏通常在钻杆过胶芯的过程中，液控 油压值的选取应按厂家推荐的最低曲线值来密封井口，如图1 — 10一 4所示。

当使用两个闸板防喷器进行关井下钻时，钻井四通下喷器的重要作用 就是使钻杆接头方便顺利地通过上防喷器时能关往井口，并允许接头 下行足够距离（两个防喷器之间应有足够距离，以便容纳钻柱接头） 从转盘面到每一个防喷器的距离必须清楚，并画图表示（如图1 — 10 。