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第四章非常规压井施工设计

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'四非常规压井施工设计非常规井控是指发生井喷或井喷失控以后,以及一些特殊情况下,为在井内建立液柱、恢复和重新控制地层压力所采用的压井方法。如钻柱不在井底、井漏、钻柱堵塞或井内无钻具、空井等。出现这些非常规情形时,就需要采用非常规井控技术进行压井,控制地层压力。由于发生井喷或井喷失控以后的危害极大,同时由于地面条件和井下情况的特殊性,所以现场压井施工方案设计和各压井参数的确定就更加困难。要解决非常规压井的问题,就必须解决非常规井控的基本理论,根据不同的地面设备条件和井下情况选择不同的压井方法,同时定量地确定各压井施工参数,只有这样,才能减小施工的盲目性,提高压井成功率。前面已经比较系统地阐述了非常规井控技术的基本理论和方法。这里着重从压井基本参数的确定,非常规压井方法的选择以及压井方案设计等方面探讨非常规井控设计的问题。1井控基本参数的确定1.1地层压力发生井涌或井喷失控以后,地层压力是最重要的参数之一,求取地层压力也是压井施工作业的重要的一步。有以下三种方法可以求得地层压力。以气井为例。(1)立管压力法如果在井喷或井喷失控前,已关过井,并获得相关关井数据,则根据“U”型管连通器原理,利用立管侧的压力平衡关系即可求出地层压力。计算公式如下,(4-1)式中:地层压力:原浆静液柱压力:关井立管压力(2)关井求压法当发生井喷后在井内泥浆喷空的条件下,如未能及时关井获得相关关井数据,且地层压力不高,井口装置能够关井,井内套管的抗内压强度能满足关井条件,同时套管下得较深,裸眼井段较短,则可采用关井求压的方法获取地层压力。具体作法是:通过节流阀关井,记录井口的关井压力Pd,直到关井压力达到稳定,应用此时的关井压力,根据静气柱井底压力的计算方法就可求出地层压力。由气体的状态方程可知天然气的密度为(4-2)式中:天然气的密度P:天然气的压力:天然气的分子量Z:气体偏差系数R:通用气体常数T:绝对温度°K将上述单位改为现场常用的单位,并引入天然气分子量和通用气体常数,则有143 (4-3)式中r:天然气密度g/cm3d:天然气的相对密度P:压力MPaZ:偏差系数T:绝对温度°K取井内一微元来研究,则有所以分离变量积分得上述积分中温度T是井深、压力的函数,偏差系数Z是压力的函数,故不能求得解析解。如果采用全井筒的平均温度和天然气的平均压缩系数来代替,则可将其从积分号中提出来,积分得(4-4)式中:地层压力:井口关井压力d:天然气的相对密度H:井深m:平均温度°K:天然气的平均偏差系数由于仍然与压力、温度有关,所以只能通过试算法求解地层压力。(3)动态压力法当发生井喷以后,既没有井喷前的相关关井数据,而地面井控设备、套管和井下条件又达不到关井求压的要求,这时可采用动态压力法求取地层压力。在天然气经过地面放喷管线放喷的条件下,根据平面径向流的非达西流动方程,可以导出放喷量与地层压力的计算公式,如下,(4-5)式中::地层压力:井底压力(流动压力)A:达西流动系数B:非达西流动系数:天然气放喷量对于环空动气柱井底流动压力可用下述公式计算(4-6)式中:井口放喷压力:环空摩擦系数:动气柱平均温度°K:动气柱平均偏差系数143 :井眼直径D:钻具外径:天然气的相对密度H:井深m摩擦系数f可用Jain公式计算(4-7)而雷诺数(4-8)天然气粘度计算公式(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)式中:天然气粘度:天然气密度1.2压井泥浆密度在常规压井设计中,压井泥浆密度是根据地层压力直接确定的,不考虑附加值,待压井完成后,按正常钻进的密度附加值加重,主要目的是为了减小施工压力,避免发生压差卡钻等井下复杂情况。对于非常规压井,由于井下情况的复杂性,以及为了能迅速建立液柱,控制地层压力,所以压井泥浆密度是根据地层压力,同时考虑密度附加值来确定的。计算公式如下,(4-13)式中:压井泥浆密度:地层压力H:井深m:密度附加值可按石油天然气钻井井控技术规程的推荐值确定。油井:0.05~0.01g/cm3气井:0.07~0.15g/cm3143 1.3压井排量对于非常规压井,由于在未平衡地层压力之前,地层中的天然气要不断进入井内,因此为了能较快地建立起液柱以平衡地层压力,故在确定排量时,可选用该井所允许的最大循环泵压作为计算压井排量的依据,即(4-14)式中:最大循环泵压:地层破裂压力:缸套的额定工作压力:地面管汇的承压力Pi:套管的抗内压强度(1)钻头未装喷嘴(4-15)式中:压井排量Q:正常钻进泥浆排量:最大循环泵压:正常钻进循环泵压:压井泥浆密度:正常钻进时泥浆密度:压井泥浆塑性粘度:正常钻进时泥浆塑性粘度(2)钻头装有喷嘴(4-16)(4-17)式中符号同前。用井喷前的两组(P,Q)值代入方程(4-16)求出系数和的值,再代入方程(4-17)即可求出压井排量。当井内压力与地层压力平衡后,即可采用正常压井循环排量循环,以减小设备的负荷,即(4-18)1.4天然气放喷量计算143 在应用动态压力法求地层压力的方法中需要知道天然气的放喷量,在现场获取天然气放喷量是比较困难的问题,如果井喷后井口具备安装流量计求产量,则可通过流量计求取天然气放喷量,但实践证明绝大多数发生井喷的井都不具备这样的条件,所以天然气放喷量的获取一直是围绕井控压井设计的重要问题之一。这里我们应用等直径放喷管(参见图4-1)模型来求取天然气放喷量。发生井喷后,天然气通过放喷管线放喷,考虑井口放喷套压,放喷管线特点及出口压力等因素,我们将放喷管汇简化为图4-1所示的等直径放喷模型。P1,T1DP2,T2:放喷时的井口压力,温度LQg,P:放喷管末端的压力,温度D,L:放喷管线的直径,长度P:大气压力图4-1等直径放喷管模型示意图如果天然气在放喷管线末端达到临界流速(即如果,则可认为天然气在出口断面的速度达到声音在天然气中的速度,这时°K),这样天然气放喷量就可以用临界流动时的气产量公式计算,用表示,则又如果①天然气在放喷管内作稳定流动(气体的质量流量不变),②气体在管道内作等温流动(近似),③摩阻系数为一常数。则根据输气公式,其产量为:因为天然气在放喷过程中在管内无漏失,所以上述两种情况计算的产量应相同,即将前述两公式的单位统一得(4-19)(4-20)由于天然气在管内作等温流动,即所以(4-21)式中P2:放喷管出口压力D:放喷管线内径mm143 L:放喷管线长度mZcp:放喷管线内天然气的平均偏差系数Z2:放喷管出口天然气的偏差系数P1:放喷时的井口压由于Zcp,Z2,与P1,P2有关,而P2此时为未知数,所以不能计算出Zcp,Z2,只能通过试算法求解P2,然后再用P2求出天然气放喷量Qg。1.5压井平衡点由于天然气的渗流流动,在井眼附近地层中形成一压力降,随着压井液出钻头后在环空建立液柱压力,地层中天然气流量逐渐减小,井眼附近的地层压力逐渐恢复,所以平衡点实质上就是井底压力与地层压力达到平衡或同步的时间点。根据井内压力平衡关系和地层压力恢复特性,达到平衡点的时间可用下式计算,(4-22)式中:达到平衡点时间mina:地层压力恢复系数:地层压力:天然气的井底流动压力:压井时井口最大控制压力:天然气在环空中的流动阻力:天然气在环空中的静液压力:气液混合物的流动阻力:气液混合物的静液压力:压井液到钻头的时间min平衡点的判断。压井液出钻头后在环空上返,是否已达到预计的平衡点,实际施工中掌握这一时刻非常重要。若过早将回压下调,会使井底达到平衡的时间延长,甚至导致压井失败,若过晚下调回压,可能因井底压力过高而压漏地层。为了较准确地判断平衡点,可以从下述几方面进行综合分析:(1)实际的压井液累计泵入量不小于达到平衡点的计算值;(2)在环空回压和液量保持不变的情况下,泵压应接近达到平衡点时的预计值,但不超过预计循环终了时的泵压值;(3)达到平衡点后,泵压对环空回压变化较敏感,泵压将随环空回压(即回压的实际控制值与预计值之差)以相同数值升降;(4)达到平衡点后,若停泵关井,井口压力接近此时的计算环空回压,且保持稳定。1.6套压转折点在运用直推法压井技术压井时,从关井后向井内泵注压井液起,井内液柱压力逐渐增加,同时地层压力也在逐步恢复,前者的压力增长速度基本保持稳定,而后者的压力增长速度呈下降趋势,但在最初一段时间内速度差呈负值,致使井口套压逐渐上升,当其两者的压力增长速度达到相等时,套压升至最大值。随着压井液的继续注入,速度差呈现正值,套压逐渐下降。井内液柱压力增长速度与地层压力恢复速度的相等点,正是井口套压发生根本变化的转折点,也是压井施工中的一个重要标志,我们称为套压转折点。套压转折点的计算公式如下,143 (4-23)式中::套压转折点时间min:地层压力恢复系数:地层压力:井底流域压力:压井泥浆密度:压井排量D:井眼直径m1.7放喷管线当量长度计算在前面计算天然气放喷量的过程中,曾假设放喷管为等直径管。但是现场使用的放喷管线均不是理想的等到直径放喷管线,它们都有程度不同的局部断面缩小的现象,如钻杆接头、孔板、油管短节、小直径的闸门、小直径弯管等。天然气通过这些断面缩小的部分时,要消耗更多的能量,即增加流动阻力。我们可以将增加的这部分流动阻力用增加放喷管线长度来代替。因此在前面计算放喷量的公式中应采用放喷管线的当量长度。即,(4-24)这里(1)放喷管线实长m放喷管线的始端至放喷管线出口的实际长度。(2)孔板的影响m(4-25)式中:孔板直径mm(3)钻杆接头的影响m(4-26)式中:接头内径mm:接头长度m:接头个数(4)短节影响m(4-27)式中:短节内径mm(5)弯管影响m143 (4-28)式中:阻力系数:弯管内径mm:弯管长度m上述公式中D为放喷管线内径,单位为mm。阻力系数见下表。表4-1弯管阻力系数表序号转弯角度a阻力系数x190°12100°0.753120°0.374140°0.141.8地层压力恢复系数在裂缝孔隙介质中,天然气的渗流过程是:从孔隙空间流到裂缝系统,从裂缝系统流到表皮区,然后再从表皮区流到井底。对于在钻进过程中发生井喷,气层刚钻开,且处于欠平衡状态,表皮污染区还未形成,因此其影响可以不考虑;另一方面,由于气层刚钻开,放喷时间不长,裂缝发育好,渗透率高,因此当关井压井恢复时,裂缝与井底的压力平衡很快就可以建立起来。所以对地层压力恢复起主要作用的只有天然气从孔隙空间流到裂缝系统这一过程。在这一过程中,天然气的流动在井眼附近地层形成压力降,该压力降是时间的函数。由于刚发生井喷不久,压力波动未达到气藏边界,因此可以认为气藏的供给半径为无穷大,所以孔隙空间向裂缝系统补充天然气的速度或称孔隙流量可视为常数。设即近井带地层压力降是时间的函数。根据压缩性的定义,井眼附近天然气的压缩系数为,(4-29)这里V:天然气的体积用除上式得令这里就是孔隙流量,在我们所讨论的条件下是常数,它与原始气层压力、孔隙度、孔隙渗透率有关。对于实气体有,(4-30)143 所以代入压缩系数公式得,令(4-31)分离变量得积分B:积分常数则令则(4-32)这就是井眼附近地层压力降随时间变化的数学系表达式。在关井地层压力恢复过程中,井底压力所以边界条件:所以故(4-33)这里a:地层压力恢复系数下面是根据牟九井压力恢复数据求得的地层压力恢复特性计算公式,以关井后井底压力表示,(4-34)t:时间s143 2非常规压井方法发生强烈井喷或井喷失控以后,经过第一阶段的抢险工作,井口防喷器、节流管汇、压井管汇等均能正常使用,但井内钻井液已全部喷空,在这种情况下,井下条件基本上可以归结为以下两种情况:(1)空井条件下井内有钻具的压井,和(2)空井条件下井内无钻具的压井。非常规压井方法有以下几种:(1)平衡点法,(2)置换法,(3)直推法,(4)反循环法,和(5)分段循环法。下面分别介绍这几种压井方法。2.1平衡点法该方法是气井泥浆喷空后,在井内钻具完好的情况下,综合考虑井口、井下条件、气流两相流和地层压力恢复特性及压井过程中的动态平衡控制等因素的一种空井压井方法。平衡点法压井技术的基本原理和参数计算都在第二部分中进行了比较详细的讨论,这里就不在重述。2.2直推法该方法是气井泥浆喷空后,在井控装置可以关井,井内无钻具不能进行循环压井的情况下,综合考虑井口、井下条件、地层压力恢复特性和压井过程中的动态压力控制等因素的一种空井压井方法。气井喷空后,如果井筒内无钻具,井口装置不能将井关死,则只能采用直推法,将进入井筒内的天然气压回地层。为了减小地层被压裂而发生地下井喷的危险性,通常在套管下得较深、裸眼段较短的条件下采用直推法压井。直推法压井技术的基本原理和参数计算都在第二部分中进行了比较详细的讨论,这里就不在重述。2.3置换法在气井泥浆喷空后,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。基本条件是: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。置换法的基本操作步骤为: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。重复上面的操作直至井内建立起液柱压力。置换法压井技术的基本原理和参数计算都在第二部分中进行了比较详细的讨论,这里就不在重述。2.4反循环法发生溢流后,裸眼段较长,为了防止溢流串入井下其它地层,尽快将溢流排出井内,在井口装置、钻具、钻头水眼等条件具备的情况下,可以采用反循环法压井。其基本条件是:钻具至节流管汇必须连接反循环循环管汇,且达到规定的承压标准,压井泥浆可以通过压井管汇经环空注入井内。反循环法的基本操作步骤为:压井泥浆从压井管汇经环空注入井内,将井底的溢流循环至钻柱内,经钻柱内、井口、反循环管汇、地面节流管汇,然后排出。溢流排出后,可以继续反循环压井替出井内的轻浆,也可改用正循环压井替出轻浆。反循环法压井技术的基本原理和参数计算都在第二部分中进行了比较详细的讨论,这里就不在重述。2.5分段循环法发生溢流后,如果井口压力较高,钻柱不在井底,井较深,地层压力较高,现场储备重泥浆不能一次满足压井的要求,为了迅速提高井内液柱压力,降低关井等待过程中井口压力进一步升高的风险,在井口装置、钻具等条件具备的情况下,可以采用分段循环法压井。其基本条件与常规压井相同。分段循环法压井的基本步骤为:确定分段循环井深,分段循环重浆密度,重浆经钻柱进入井内,从钻头返出,将钻头以上井内轻浆替出井内,从而提高井内的液柱压力。钻头到达井底后,可按常规压井方法进行压井循环,排出溢流,最后将井压稳。分段循环法压井技术的基本原理和参数计算都在第二部分中进行了比较详细的讨论,这里就不在重述。143 3压井方案设计非常规压井由于其特殊性,在压井设计方面与常规压井有很大的区别。主要表现在两个方面;一是压井参数的确定与常规压井有很大的不同,由于井喷后井下条件的不同和井口装置的条件不一样,所以压井设计中需要确定的施工参数也是不同的,而且与所选定的压井方法有关;二是井喷后由于地层情况不同,井下条件不同(如套管下入深度的影响,井内有无钻具等情况),地面井口装置的承压能力等因素的影响,所以压井方法的选择也是不一样的,各种压井方法的基本原理和施工中应遵循的原则亦不相同,所以在压井方案设计中压井方法的选择必须根据一口井的具体情况来确定。所以对于非常规压井方案设计主要应解决现场数据的收集与处理和压力井方法选择这两个重要的问题,同时还应设计出施工方案,以指导现场压井施工作业。3.1现场井喷数据的收集与处理对于非常规压井设计所需的参数可以分为三大类来收集与处理:①一口井的基本参数,包括井身结构,钻具组合,井口装备,钻进参数,钻井液性能参数等;②发生井涌或井喷应收集的数据及与井控相关的参数等;③压井施工参数,如压井液密度,压井排量,压井泥浆量,平衡点时间,套压转折点时间等。下面分别就这三方面的数据进行讨论。3.1.1一口井的基本参数井身结构(1)井深井深是从井口至井底的井眼轴线长度。垂直井深是指井口至井底水平面的垂直距离。(2)井眼尺寸一般情况下是用钻头直径来计算。对于易坍塌地层可适当考虑井径扩大系数。对于套管段,则以套管内径计算。(3)套管下入深度根据实际固井时套管的下入深度确定。钻具组合(1)钻铤包括钻铤外径、内径和长度以及扣型。(2)钻杆包括外径、内径和长度以及扣型。(3)钻头包括钻头直径、高度、水眼直径、水眼个数。井口装备及管汇(1)防喷器环形防喷器型号、通径、额定工作压力。闸板防喷器型号、通径、额定工作压力。四通型号、通径、额定工作压力。司钻控制台远程控制台(2)放喷管线放喷管线长度从井口至放喷管线出口的实际长度。放喷管线的承压力(以现场试压数据为准)放喷管线内径放喷管线附件包括接头、弯管、孔板、短节等的相关参数。(3)节流管汇节流管汇的额定工作压力节流阀额定工作压力、阀芯几何参数。压井管汇内径、额定工作压力。地面高压管汇长度、内径、承压力。钻进参数143 (1)钻压钻柱自重产生的作用在钻头上压力。(2)转速(3)机械钻速(4)排量(3)循环泵压钻井液参数(1)钻井液密度(2)静切力(3)动切应力(4)塑性粘度(5)动塑比(6)稠度系数(7)流性指数3.1.2井涌相关参数(1)关井立压(2)关井套压(3)泥浆池增量(4)小排量循环泵压(5)起钻泥浆灌入量(6)下钻泥浆返出量(7)起下钻速度(8)起下钻加速度3.1.3压井施工参数(1)地层压力(2)压井泥浆密度(3)压井排量(4)天然气放喷量(5)压井平衡点时间(6)套压转折点时间(7)放喷管线当量长度(8)地层压力恢复系数(9)达西及非达西流动系数(10)最大施工压力(11)压井施工总时间3.2压井方法选择对于非常规井控,压井方法的选择主要取决于井下情况(如井内有无钻具、套管的下入深度,有无漏失层及地层破裂压力等因素)和地面井控设备的状况。目前常用的比较典型的方法有五种:①平衡点法,②直推法,③置换法,④反循环法,和⑤分段循环法。这五种方法分别适用于不同的井口和井下条件。下面分别予以讨论。(1)平衡点法这种方法是在气井泥浆喷空后,井口防喷器和井内钻柱完好的条件下,可以通过地面向井内泵入泥浆通过钻柱循环进行压井的一种空井压井方法。压井过程中的压力平衡关系可以运用“U”143 型管连通器的原理来分析,天然气与压井泥浆在环空的流动符合气液两相流的基本规律。压井设计要解决的主要问题是确定各施工参数,压井泥浆密度、压井排量、平衡点时间、最高施工压力等。(2)直推法这种方法是在气井泥浆喷空后,井口装置完好并可以关井,井内无钻具不能进行循环压井的情况下,但可以通过地面压井管汇向井内泵入泥浆,且套管下得较深,裸眼段较短的条件下的一种空井压井方法。压井过程中的压力平衡关系可以运用真实气体的状态方程和液柱压力的建立速度来确定。压井设计要解决的主要问题是施工参数,如压井排量、压井泥浆密度、最高施工压力,套压转折点时间等。(3)置换法这种方法是在气井泥浆喷空后,套管下入较浅,裸眼较长,有漏失层,地层破裂压力较低,井内无钻具不能进行循环压井,同时井口装置完好,可以关井的条件下的一种空井压井方法。压井过程中的压力平衡关系,可以运用真实气体的状态方程和液柱压力的建立来描述。压井设计要解决的主要问题是施工参数,如压井排量、每次注入量、井口卸压值、最高施工压力等。(4)反循环法这种方法是在套管下得较浅,裸眼段较长,地层破裂压力较低,有漏失层存在,为了防止溢流串入井下其它地层,尽快将溢流排出井内,在井口装置、钻具、钻头水眼等条件具备的情况下的一种非常规压井方法。其主要特点是压井泥浆从压井管汇经环空注入井内,将井底的溢流循环至钻柱内,经钻柱内、井口、反循环管汇、地面节流管汇,然后排出。压井过程中的压力平衡关系,可以通过气体的状态方程和液柱压力的建立速度来确定。压井设计要解决的主要问题是压井施工参数,如最大井口立压、压井排量、压井泥浆密度、压井施工时间,最高施工压力等。(5)分段循环法这种方法是在发生溢流后,如果井口压力较高,钻柱不在井底,井较深,地层压力较高,现场储备重泥浆不能一次满足压井的要求,为了迅速提高井内液柱压力,降低关井等待过程中井口压力进一步升高的风险,在井口装置、钻具等条件具备且可以进行循环的情况下的一种非常规压井方法。其主要特点是合理确定分段循环井深,分段循环重浆密度。压井时重浆经钻柱进入井内,从钻头返出,将钻头以上轻浆替出井内,从而提高井内的液柱压力。钻头到达井底后,可按常规压井方法进行循环压井,排出溢流,最后将井压稳。压井设计要解决的主要问题是压井施工参数,如最大井口套压、压井排量、溢流滑脱上升速度、压井施工时间,最高施工压力等。3.3压井设计实例3.3.1温泉4井(平衡点法)(1)温泉4井的基本情况温泉4号井是川局川东钻探公司在温泉构造西段下盘石炭系构造高点上钻的一口探井。设计井深4650m,钻探目的层是石炭系。直径339.7mm套管下至238.99m,井口装有环形、双闸板防喷器和双四通。试压12MPa。三开用直径215.9mm钻头钻进,泥浆密度是1.14g/cm3。1998年3月24日发生井喷,井深1869.6m,层位是嘉二2。这口井在井段609.5~1747m,用密度为1.07~1.14g/cm3的泥浆钻进时发生井漏,累计损失钻井液579.4m3。3月18日,当钻至井深1835.9m时,井口微涌,泥浆密度1.09g/cm3,岩性为白云岩。3月22日,钻至井深1869.6m时井涌,泥浆池增量5m3,关井,套压8.5MPa,立压7.9MPa。反注120m3泥浆压井无效。由于套管下得浅、裸眼长、漏层多,3月24日不得不进行间断放喷。由于该井漏层较多,发生井喷关井期间,天然气经地下的裂缝串至附近的煤窑内造成地下井喷,在煤窑内发生爆炸,致使其中采煤的11名民工死亡,烧伤1人,严重中毒6人。天然气中硫化氢的含量为0.379~0.539g/m3。处理过程:(1)准备正向压井,但钻具不通。(2)钻杆内射孔,但压井未成功。(3)压井、封堵漏层。143 (2)设计结果温泉4井在第三次压井作业施工中采用了平衡点压井法,设计结果如表4-2所示。表4-2温泉4井压井设计结果原始数据计算结果井深m1869.6地层压力MPa30.46井径mm311压井泥浆密度g/cm31.66钻杆外径mm127压井排量L/s63.3钻杆壁厚mm10平衡点时间min.20钻井液密度g/cm31.14最小压井泥浆量m3241井口放喷压力MPa5.5最大施工泵压MPa14.8放喷管线长度m100压井施工时间min.56放喷管线内径mm92天然气相对密度0.57地热增温率m/°C41.5井口温度°C20地面管汇承压力MPa15井口承压力MPa10(3)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按密度1.66g/cm3将泥浆加重,并备足241m3压井泥浆。③作出压井施工单。④缓慢启动泥浆泵,将排量调整到压井排量63.3L/s,用节流阀调节套压保持10MPa不变。⑤保持套压为10MPa,排量为63.3L/s循环,直至达到平衡点的时间20min为止。⑥用平衡点判断方法,对是否达到平衡点进行实时检查。⑦以压井排量63.3L/s循环,调节节流阀使立压等于终了循环立管压力14.8MPa。⑧保持压井排量63.3L/s,立管压力14.8MPa循环,直至压井终了时间56min。⑨停泵,关井,检查立套压是否为零,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。⑩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。(4)压井施工曲线图4-2温泉4井立套压变化曲线图4-3温泉4井泥浆池增量变化曲线143 3.3.2渡1井(直推法)(1)渡1井的基本情况渡1井是川局川东钻探公司在渡口河构造北高点上钻的一口预探井。井口海拔419.40m,设计井深5250m,钻探目的层是石炭系。1995年5月14日开钻,直径339.7mm套管下至井深217m,直径244.5mm套管下至井深3727.57m。1995年12月25日用直径215.4mm钻头钻至井深5037m。泥浆密度是1.68g/cm3。井口装有环形、双闸板防喷器、双四通和套管头等。井口试压25MPa。1995年12月25日,用直径215.4mm钻头钻至井深5037m,进入地层5m,发现溢流2.2m3。钻井液性能参数:ρ1.68g/cm3,T47,B3.5,K0.5,Q2.5/18,PH8。钻具结构:钻头215.4mmΧ0.25m(水眼直径15mm+11mm+0)+430Χ410接头Χ0.48m+7"钻铤Χ52.79m+411Χ410A接头Χ0.5m+61/2"钻铤136.37m+411AΧ410接头Χ0.53m+G105钻杆171柱+411Χ520接头Χ0.51m+方钻杆下旋塞0.6m+方入10.05m,未接回压凡尔。由于钻进时未接回压凡尔,放喷2小时45分后,泥浆泵保险阀剪断,放喷2小时55分后,立管上堵头冲掉,三条放喷管线放喷,井口压力4.5MPa。准备喷砂切割井口钻杆未成功。通过天车辅助滑车导向,利用下放游车的力量上提井内钻具,然后关井。当开井后,井内钻杆即旋转冲出井口,冲出钻杆总长83.70m,随即关全闭防喷器控制井口。处理过程:(1)控制井口,避免井口失控着火。(2)清除井口、地面障碍。(3)压井准备。(4)压井施工。(2)设计结果渡1井在压井作业施工中采用了直推压井法,设计结果如表4-3所示。表4-3渡1井压井设计结果原始数据计算结果井深m5037地层压力MPa87.13井径mm215.9压井泥浆密度g/cm31.77关井立压MPa4.2压井排量L/s19.6钻井液密度g/cm31.68套压转折点时间min.50钻井排量L/s17压井泥浆量m3234循环泵压MPa10最大施工泵压MPa24.11地面管汇承压力MPa14压井施工时间min.169初始井口压力MPa7.5地层压力恢复系数0.01887846(3)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按密度1.77g/cm3将泥浆加重,并备足所需压井泥浆量234m3。③启动泥浆泵向井内注入压井泥浆,见压井泥浆返出时迅速关闭放喷闸阀。④保持压井排量为19.6L/s,按压井时间或累计泵入不敷出量核对套压转折点(50min143 )前后的实际与设计套压值,根据其吻合情况可适当调整压井泥浆密度和压井排量。⑤施工中判断:若累计泵入量已达到井筒容积,而停泵关井套压仍未降至零,一种可能是注入压井泥浆密度控制不均匀,实际井内液柱压力低于地层压力,确认后,可用低泵速注入一段高密度压井泥浆;另一种可能是井下裸眼地层出现漏失,这时可采用置换法压井。若累计泵入量尚未达到井筒容积,而停泵关井套压已降至零,说明井内液柱压力已平衡地层压力,这时可采用置换法或继续采用直推法注入一段低密度压井泥浆。⑥确信井已压稳后,停泵关井,观察一段时间,让混入压井泥浆中的天然气滑脱升至井口,通过节流阀间断泄压,同时向井内补充压井泥浆。⑦放完井口天然气后,打开节流阀检查是否有溢流,若无,则可打开井口防喷器,关闭节流阀,然后及时下钻。⑧将泥浆按规定的附加值加重,恢复正常钻进。(4)压井施工曲线图4-4渡1井井口压力变化曲线图4-5渡1井泥浆池增量变化曲线3.3.3龙会2井(置换法)(1)龙会2井的基本情况龙会2井是川局川东钻探公司在龙会场潜伏构造顶部钻的一口石炭系预探井。设计井深4743m,钻探目的是主探石炭系,兼探三、二迭系含流体情况。直径339.7mm表层套管下至香溪地层顶部,井深1101m,直径244.5mm技术套管下至飞三~一地层下部,井深3913m。井口装有环形、双闸板防喷器和双四通。三开用直径215.9mm钻头和直径127mm钻杆钻进,泥浆密度是1.75g/cm3。1992年1月28日7:30钻至地层,井深4418.5m时发现井涌,泥浆涌出转盘面1m高,报警,同时上提钻具至井深4411.5m,关环形防喷器,套压8.5MPa,泥浆池溢流量9m3,泥浆密度由1.75g/cm3下降至1.65g/cm3,套压很快上升到25~26MPa。8:45防喷器闸板开始刺漏,泥浆很快冲上钻台20m高,随即开启放喷闸门少许卸压,同时关环形防喷器,11:45环形防喷器胶芯蹩破,天然气将方补芯和大方瓦冲到井场,井口失控,立即全开两条放喷管线放喷减压,套压由26MPa下降到4MPa,井口喷高还有25m,由于环形防喷器芯子处节流,很快将钻杆刺断,钻具悬重由122吨下降到13吨,下部钻具顿于井底。处理过程:(1)控制井口、防止着火。(2)测试天然气产量。(3)压井准备。(4)压井施工。(2)设计结果龙会2井在压井作业施工中采用了置换压井法,设计结果如表4-4所示。143 表4-4龙会2井压井设计结果原始数据计算结果井深m4418.5地层压力MPa84.3井径mm215.9压井泥浆密度g/cm31.95关井立压8.5压井排量L/s10钻井液密度g/cm31.75压井泥浆量m3212钻井排量30压井施工时间min.59地面管汇承压力MPa17井口承压力10破裂压力当量密度2.6初始井口压力8.5密度附加值0排量系数0关井等候时间5卸压时间5(3)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按密度1.95g/cm3将泥浆加重,并备足所需压井泥浆212m3。③作出压井施工单。④开泵,将排量调整到压井排量10L/s,向井内泵入压井泥浆,直至泵入量为2.61m3。⑤停泵,关井,等候井内压井泥浆下沉至井底。⑥打开节流阀,使井口压力按压井施工单的规定逐渐降低至7.14MPa,关闭节流阀。⑦重复第4步至第6步的操作,按施工单的规定,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不溢流。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。(4)压井施工曲线图4-6龙会2井压井施工曲线图4-7龙会2井井口压力变化曲线143'