司钻法压井机理
学习任务三 司钻法压井
L2
• 总容积
V=V1+V2
V1——钻柱内容积(m3); V2 ——环空容积(m3);
D ——钻具内径(m);
Dh ——井眼直径或套管内径(m);
DP ——钻具外径(m); L ——钻具或井段长(m);
所需加重钻井液（或压井液）量一般取总容积之和的1.5---2倍。
4）计算注入加重钻井液的时间
p — 关井立管压力，MPa。
d
e — 安全附加值，g / cm3。
3）计算钻柱内、外容积及加重钻井液量
• 钻V柱1 内 容4 积DV121L1 D2 2 L2 Dn 2 Ln
• 环空容积
V2 4
Dh12
D
2 p1
L1
Dh2 2 D p2 2
V2 — 环空容积，m3；
QQ——压压井 井排 排量量，，LL/ S/ 。 S。
Q — 压井排量，L / S。
压井时，压井排量一般取钻进时排量的1/3—1/2。
5）计算压井循环时的立管总压力
•初始压井立管压力
ps=pd+po
ps—初始压井循环立 管压力， MPa ；
pd—关井立管压力 ， MPa；
po—压井排量循环 立管压力， MPa；
•终了循环立管压力
PF
1 0
p0
9.81(k
1)H
PF---最终立管压力Mpa； 1---最新钻井液密度g/cm3
。
0---原钻井液密度g/cm3。 k---压井浆密度 g/cm3。 P0---原低泵速泵压。 H---井深，km。
6) 计算最大允许关井套压
• 将钻井液密度按规定附加值增大，可以边循环边加重， 直至整个井内的钻井液密度符合近平衡钻井的要求后再恢 复正常的钻进。
压井
现象：立管压力和套管压力均要下降，
处理：此时不能用控制地面压力的方法进行压井作 业。
①发现小漏，可适当地减小压井排量，适当地降 低压井钻井液密度，继续施工；
②如发现大漏，可以起钻至适当位置，再循环钻 井液；
如漏，再起，再试循环，一直起到能建立起循 环的井深为止，调整好钻井液性能，再分段下钻循 环，将井压稳；
第二循环周：用重钻井液将环空中的钻井液，顶替到 地面，恢复井内压力平衡。 （2）工程师法压井（又称一次循环法压井，循环一周完成 压井）
用重钻井液将受污染的钻井液顶替出井，恢复井内压 力平衡。
（3）、边循环边加重压井法
溢流量较小使用。（一般不采用此法）
1、只有在下列情况下才被迫使用：
a、未安装井控装置；
2、调整泵排量到压井排量，并保持不变，原浆进行循环， 直到环空受污染的钻井液被排出地面； 要求：在此过程中，调节节流阀保证立管压力为初始 循环立管压力。
3、环空受污染的钻井液被排完后，停泵、关节流阀，观 察关井套管压力是否等于关井立压。
（相等、则排污顺利，配置井眼容积1.5-2倍的重钻井液； 若关井套压>关井立压，则需继续以上工作）
如在下钻的过程中，井涌加剧，在条件许可时，可 利用防喷器在关井的情况 下强行下钻。
强行下钻的方法：
a、利用多效能防喷器，在钻杆接头通过防喷器时，要控 制好防喷器的关闭压力，使密封胶皮有一个轻微的“呼 吸”动作，钻杆接头要非常缓慢地通过防喷器心子，通 过钻杆本体时，防喷器心子不能发生泄漏。
b、交替使用多效能防喷器和管子闸板防喷器 强行下钻，当钻杆接头通过多效能防喷器时， 打开多效能防喷器。关闭管子闸板防喷器；
b、虽安装了井控装置，但表层套管下得太浅，不敢关 井，只能导流放喷。
第7章 压井工艺【精选文档】
第七章压井工艺压井是向失去压力平衡的井内泵入高密度的钻井液，并始终控制井底压力略大于地层压力，以重建和恢复压力平衡的作业。
压井过程中,控制井底压力略大于地层压力是借助节流管汇，控制一定的井口回压来实现的。
一压井基本数据计算1 判断溢流类型1）首先计算溢流物在环空中占据的高度h w = ΔV/ Va式中h w—溢流物在环空中占据的高度,m ；ΔV—钻井液罐增量，m3；Va —溢流物所在位置井眼单位环空容积，m3/m 2）计算溢流物的密度ρw =ρm－式中ρw—溢流物的密度，g/cm3；ρm—当前井内泥浆密度，g/cm3；P a —关井套压，MPa；P d—关井立压，MPa.如果ρw在0。
12～0.36 g/cm3之间,则为天然气溢流。
如果ρw在0。
36～1。
07 g/cm3之间，则为油溢流或混合流体溢流.如果ρw在1。
07～1.20 g/cm3之间,则为盐水溢流。
2 地层压力P pP p = P d＋ρm g H式中ρm—钻具内钻井液密度，g/cm33 压井钻井液密度ρk=ρm＋P d/gH压井钻井液密度的最后确定要考虑安全附加值，同时其计算结果要适当取大。
4 初始循环压力压井钻井液刚开始泵入钻柱时的立管压力称为初始循环压力。
P Ti = P d＋P L式中P i—初始循环压力，MPa；P L—低泵速泵压,即压井排量下的泵压,MPa.P L可用三种方法求得。
第一种方法：实测法。
一般在即将钻开目的层时开始,每只钻头入井开始钻进前以及每日白班开始钻进前，要求井队用选定的压井排量循环，并记录下泵冲数、排量和循环压力，即低泵速泵压。
当钻井液性能或钻具组合发生较大变化时应补测。
压井排量一般取钻进时排量的1/3~1/2。
这是因为:1）正常循环压力加上关井立压可能超过泵的额定工作压力；2）大排量高泵压所需的功率，也许要超过泵的输入功率；3）大量流体流经节流阀可能引起过高的套管压力,如果压井循环时，节流阀阻塞，可能导致地层破裂。
常规压井——司钻法.
二次井控技术内容要点
2.2、关井——发现溢流的显示后，必须在3～5分 钟时间内控制井口（关井）。 关井方法、关井程序、井控设备操作。 2.3、天然气溢流的特点 ⑴天然气侵入井内后对钻井液液柱压力的影响。 ⑵井下聚集有气柱时对井底压力的影响。 ⑶关井后天然气对井内压力的影响。 ⑷关井后天然气上升的处理方法 2.4、压井工艺——常规压井、非常规压井
司钻法压井基本程序
1、溢流前资料收集
钻井液密度 套管尺寸：内径、外径，抗内压强度。
深度
最小地层破裂压力所在深度处 环空容积 钻杆尺寸、内容积
钻铤尺寸 井眼尺寸
司钻法压井基本程序
1、溢流前资料收集 低泵冲数据
2、溢流后资料收集
司钻法压井基本程序
3、压井所需基本数据计算 3.1、关井立管压力的确定 关井立管压力是计算地层压力等数据的重 要依据，准确记录能真实反映地层压力的关井 立管压力值是很重要的。 “U”形管原理
常规压井法
采用一般的 循环方法（敞 开井口）是无 法制止溢流的 ，因为这时环 空内液柱压力 大大小于地层 压力，打入的 重泥浆会随同 油气立即溢出 或喷出，无法 建立起压力平 衡。
常规压井法
最常用的 常规压井方法 有司钻法、等 待加重法（工 程师法）、循 环加重法，压 井原理基本相 同，唯一区别 就是第一循环 周用的钻井液 密度不同。
Pa
Pp
司钻法压井基本程序
3、压井所需基本数据计算 3.2、溢流种类的判别
根据“U”形管原理 3 ： Pd 9.8110 m hw
Pd Pa
Pa 9.8110 w hw
Hale Waihona Puke 3HPa Pd w m 9.8110 3 hw
两种常规压井研究
1 常规井控压井方法常规压井方法，就是当溢流发生后，能正常实施关井程序并在井底建立循环，在向井内泵入压井液过程中，始终保持井底压力略大于地层压力，完成压井作业的方法。
本文主要对常规压井方法中的司钻法压井和工程师法压井进行研究。
1.1 司钻法压井司钻法是发生溢流关井求压后，第一循环周用原密度钻井液循环，排除环空中已被地层流体污染的钻井液，第二循环周再将压井液泵入井内，用两个循环周完成压井，压井过程中保持井底压力不变。
其具体操作步骤如下：（1）录取关井资料，计算压井所需数据，填写压井施工单，绘出压力控制进度表，作为压井施工的依据。
（2）第一步用原钻井液循环排除溢流。
（3）第二步泵入压井液压井，重建井内压力平衡。
A．缓慢开泵，迅速开节流阀平板阀，调节节流阀、保持关井套压不变。
B．排量逐渐达到压井排量并保持不变。
在压井液从井口到钻头这段时间内，调节节流阀，控制套压等于关井套压并保持不变（也可以控制立管压力由初始循环压力逐渐下降到终了循环压力）。
C．压井液出钻头沿环空上返，调节节流阀，控制立管压力等于终了循环压力，并保持不变。
当压井液返出井口后停泵关井，关井立管压力、套管压力应皆为零。
然后开井，井口无外溢，则说明压井成功；如果立压、套压相同但大于零，则说明有圈闭压力或压井作业流体密度计算不准确，测试应打开节流阀适当排放作业流体；如果立压不降，作业流体不停地流动，则说明压井作业密度偏低，应继续压井。
1.2 工程师法压井工程师法压井是在关井后等待加重作业流体、压井和排除遗留在一个循环周内完成，因此也叫一次循环法或等待加重法。
在整个循环过程中，要保持井底压力等于或稍大于地层压力。
压井的基本作法仍是通过调节节流阀的开启程度，控制立管压力，保持井底压力不变的原则下，用压井液循环压井。
其具体操作步骤如下：（1）缓慢启动泵并打开节流阀，使套压等于关井时的套压值。
当排量达到选定的排量时，保持排量不变，调节节流阀的开启程度使立管压力等于初始循环立管总压力。
压井技术探讨及注意事项
压井技术探讨及注意事项【摘要】文章首先从阐述压井原理出发，讨论了两种压井方法：司钻法和工程师法，并对这两种方法的步骤进行归纳；然后文章介绍了以往压井作业过程中的错误做法：在关井的情况下活动钻具；关井后长时间不进行压井作业；畅开井口压井。
最后文章针对福山油井的实际情况，提出了压井作业应注意的问题。
【关键词】压井技术安全注意事项近年来，福山油田并没有受限于相当复杂的地质现实，而是选择对各种开采难题不断攻关，油田不回避“小”的实际情况，逐步在滚动发展过程中实现比较成功的自我积累，最终创造了福山油田当前油气并举、产业链条通畅的发展形式，勘探开发工作实现非常高的效益。
这个过程中，不得不研究的一个领域便是压井技术，在油田的壮大过程中，压井技术功不可没，本文是一个总结也更是一个突破，期望为福山油田开发过程中的压井技术创新带来新思路。
一、压井原理压井原理的依据可以简单地比方成我们常说的“U”原理，在压井过程中，地层压力是依靠阻力和压力来实现平衡的，其中的阻力是由于地面节流而产生的，压力是由钻井过程中形成的合力。
压井过程的始终都会保持地层压力小于井底压力的状态，并且在整个过程中都会有一个恒定的井底压力。
当操作中将加重钻井液打入井内时，由于压井排量的不变和钻井液的不断增加，将会产生一个逐渐减小的节流压力，最终会出现这样一种状态：井口溢出当初所加的钻井液时，节流压力已经显示为零的状态了，此时的平衡又重新建立在地层和井口之间。
二、压井方法（一）司钻法压井司钻法又称二次循环法，指的是当溢流发生时并且完成关井工作后，考虑先利用钻井液循环将溢流排出，然和再结合钻井液压井的方法进行联合操作。
这种方法得以采用的硬件环境要求是边远井或者不能够及时供应加重剂的情况。
但是这种方法却具有最大的先天优势，它比较容易掌握，并且最关键的是操作时间短。
我们将司钻压井法的操作步骤概括如下：第一步，计算出压井操作所需要的真实数据，然后根据相关公式进行必需数据或者指标变量的计算。
第九章 井底常压法压井
例 已知原浆密度0=1.20g/cm3,要加重到1=1.35 g/cm3,欲配制新浆容积V1=191m3。 求（1）重晶石的袋数； （2）重晶石增加的体积。 解（1）求重晶石的重量
根据公式 G SV1(1 0 ) S 0
=4.25191(1.35-1.2)/(4.25-1.20)
司钻法压井立管压力和套管压力的变化 规律见图9---1
图9---1
0-t1气柱到井口 tt1 - t2 排气 t2- t3重浆从井口到井底 t3- t4重浆从井底到井口
工程师法压井步骤
1、计算压井所需的基本数据 2、填写压井施工单 3、配制压井钻井液 4、压井
1、计算压井所需的基本数据
同司钻压井法。
=33922Kg 每袋重晶石50Kg,重晶石袋数为
3392250=799袋 (2)重晶石的体积=33.922/4.25=7.982m3
5、压井液从井口到井底的时间T1 ： T1=V钻具H/60Q
6、压井液从井底到井口的时间T2 ： T2=V环空H/60Q
Q---为压井排量,公升/秒
7、允许关井套压 P关套= Pf -0.0098mHf P关套__允许关井套压,MPa
第九章 井底常压法压井
一、压井方法 二、压井原理 三、压井计算 四、压井步骤 五、压井注意事项
一、井底常压 法压井：
1、司钻压井法 2、工程师压井法
1、司钻法：又称二次循环法。压井过 程中需要循环两周钻井液。
第一循环周，用原浆将环空中被 污染的泥浆顶替到地面，同时配制压 井钻井液。
第二循环周，用压井钻井液将原浆 顶替到地面。
2、填写压井施工单
同司钻压井法。
3、配制压井钻井液
司钻法压井问题分析
下行段要求控制套压不变在理论上是成立的。因 此， 把司钻法压井措施要点归纳为控制立压、 套压、 立压三个压力不变段也就诞生了。这就是在压井施 工中， 要求压井液下行段采取控制套压不变做法的 理论依据。
二、 满足井底压力平衡条件分析
根据司钻法压井的原理， 不论是第一循环周， 还 是第二循环周， 都需要满足井底压力平衡。即所有 时段内都需要控制液柱在井底的动压力最接近地层 孔隙内的流体压力， 最大程度地减少地层流体进入 井内和循环液体进入地层。这里对控制套压不变实 现井底压力平衡的必备条件进行分析。 １ ． 井底压力平衡条件 井底压力平衡的条件是： “ 立压 ＋钻具内的液
·２ ８ ·
钻井工艺
钻 采 工 艺
Ｄ Ｒ Ｉ Ｌ Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ＆Ｐ Ｒ Ｏ Ｄ Ｕ Ｃ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＴ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
２ ０ １ ２年 ９月
Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ２
司钻法压井问题分析
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司钻法压井
当发生溢流关井后，关井立压和套压的显示有以下几种情况。
A、关井立压和套压均为零。
这种情况说明井内泥浆静液压力能平衡地层压力。
泥浆受油、气侵不严重，采用开着封井器循环除气的方法处理即可。
B、关井立压为零，套压不为零。
这说明泥浆静液压力仍能平衡地层压力，只是环空泥浆受侵污严重。
这时必须关闭封井器，通过节流阀循环，排除环空受侵污的泥浆。
循环时要通过调节节流阀的开启大小，控制立压不变。
关井立压不为零。
表明井内泥浆静液压力不能平衡地层压力。
必须提高泥浆密度进行压井。
压井时一般采用小排量压井。
主要原因是用小排量循环压井，泵压较低，可以减小循环设备和管汇的负荷。
有利于提高这些设备在压井作业中的可靠性，保证压井作业顺利进行。
否则，采用大排量压井，会使泵压增高，设备负荷增大甚至超过工作能力造成事故。
同时也易压漏地层，影响压井作业顺利进行。
因此在一般情况下，压井排量采用正常钻进时的排量的1/2-1/3。
常用的压井方法有司钻法和工程师法两种。
下面介绍司钻法压井。
司钻法又称两步法，司钻法压井分两步完成。
第一步（第一循环周），循环排除井内受侵污的泥浆。
第二步（第二循环周），用重泥浆循环压井。
压井的具体步骤是：
1、计算压井所需的基本数据
在压井施工前，必须迅速、准确的计算出压井所需的基本数据。
2、填写压井施工单
3、压井
第一步（第一循环周）
基本做法是通过节流阀用原浆循环调节节流阀的开启程度，控制立压不变，以保持在井底压力不变的条件下，将环空内受侵污的泥浆排至地面。
具体步骤及操作方法：
（1）缓慢启动泵并打开节流阀，使套压保持关井套压。
（2）当排量达到选定的压井排量时，保持排量不变循环。
调节节流阀使立压等于初始循环立管总压力Pt1，并在整个循环周内保持不变。
如立压超过Pt1时，应适当开大节流阀，反之，则应关小节流阀。
应该注意：在调节节流阀的开大或关小和立压呈现上升或下降之间，由于压力传递需要一定的时间，因此存在着迟滞现象。
其滞后时间取决于液柱传递压力的速度和井深，液柱传递压力的速度大约为300米/秒。
如在井深3000米的井中，在调节节流阀后的压力要经过约20秒才能呈现在立压表上。
实际的滞后时间还受泥浆柱中天然气的含量和泥浆密度的影响。
在实际施工中，如果不注意滞后时间，就会造成调节节流阀过头，导致井底压力的控制不准确。
（3）环空受侵污的泥浆排完后，应停泵、关节流阀。
此时关井套压应等于关井立压。
第一步操作进行中，应同时配制压井重泥浆，准备压井。
第二步（第二循环周）
基本做法是通过节流阀用重泥浆循环，调节节流阀的开启程度，控制立压，以保证在井底压力不变的条件下将重泥浆替入井内，并在一个循环周内把井压住，具体步骤是：
（1）缓慢启动泵，并打开节流阀控制套压等于第一步结束后的关井套压。
（2）当排量在到选定的压井排量时，保持排量不变。
重泥浆由井口到达钻头的这段时间内，要通过调节节流阀控制套压等于关井立压不变。
立压由初始循环立管总压力Pt1降到终了循环立管总压力Pt2也可按“立管压力控制表”。
（3）继续循环，重泥浆在环空上返。
调节节流阀，控制立压等于终了循环立管总压力Pt2不变，直到重泥浆返出地面。
停泵、关节流阀。
检查立压和套压是否为零。
如果都为零，说明井内建立起新的压力平衡，压井成功。
压井时控制立压的目的是为了达到保持井底压力不变，但在控制立压的过程中，必然会引起套压的变化。
掌握立管和套管压力的变化规律，不仅有助于理解压井原理，掌握压井方法，而且对分析判断压井施工情况，保证压井顺利进行也是十分必要的。
压井时立管和套管压力的变化规律见图1－2所示。
在压井操作中已谈到一些，现作进一步归纳。
（1）立管压力的变化规律
在第一循环周内（0－t2），立管压力保持不变Pt1=Pd+Pc1.
在第二循环周内，重泥浆由井口到达钻头的时间（t2－t3）内，由于钻柱内的重泥浆柱压力逐渐增大，关井立压则逐渐减小，当重泥浆到达钻头时重泥浆压力与地层压力平衡，关井立压即降为零。
因此，在这段期间循环立压应由Pt1降至Pt2。
重泥浆在环空上返直至返出地面（t3－t4）这段期间。
立压保持Pt2不变。
（2）套压的变化规律
套压的变化比较复杂，在压井过程中，环空的井底压力是套压、泥浆柱压力和溢流液柱或气柱压力之和。
而在压井过程中又要求井底压力必须保持不变。
因此，环空内的泥浆或溢流的体积发生变化时，必然会引起套压的变化。
溢流的种类不同引起的套压变化也不同。
1）溢流为油、盐水时套压的变化在低循环周内，溢流由井底向井口上返的过程中在（0－t1）这段时间内，由于溢流
的体积不发生变化，泥浆的体积也不发生变化，套压则保
持关井套压值不变，当溢流从井口开始返出时，环空的泥
浆柱溢流逐渐增大，套压逐渐下降，溢流排完后，关井套
压就等于关井立压，见图1－2中（t1－t2）段曲线。
在第二循环周内，重泥浆由井口到达钻头的过程中，即（t2－t3）的时间内，环空内的泥浆柱压力没有发生变化。
套压也保持关井立压值不变。
重泥浆在环空上返的过程中（t3－t4），随着重泥浆的返高增加，泥浆静液压力逐渐增大，套压则逐渐下降，重泥浆返到井口时，套压就降为零。
2）溢流为天然气时，套压的变化
在第一循环周内，天然气在环空上返（t0－t1）时间内，天然气上部受到的泥浆柱压力逐渐减小，气体体积不断膨胀，环空泥浆柱压力随之减小，套压则逐渐增加。
当天然气的顶端到达井口时，套压达到最大。
天然气从井口排出时（t1－t2）,环空泥浆柱高度增加套压下降。
天然气排完后关井，关井套压就等于关井立管压力。
在第二循环周内，套压的变化与溢流为油和盐水时的变化相同。
值得注意的是：在第一循环周的循环过程中，当天然气上返到接近井口时，其体积迅速膨胀，套压迅速升高，这是正常现象，在这个重要时刻，不要开大节流阀降压，仍应控制立管压力不变。
否则会造成井底压力降低，使地层流体再次进入井内，导致压井失败。
另外，从上面的讨论可知，采用司钻法压井时，进行完第一步后，井内的地层流体已排完，管柱内外的泥浆压力相等。
这样在进行第二步时，重泥浆由井口到达钻头的过程中，过程只要通过调节节流阀控制套压等于关井立压值不变，就可保持井底压力不变，立压自然会由PT1降到PT2。