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1、钻井过程中压力控制钻井过程中压力控制Well Control第五章第五章第五章第五章 钻井过程压力控制概述概述第一节第一节 压力控制钻井中的几个概念压力控制钻井中的几个概念 第二节第二节 井内波动压力预测方法井内波动压力预测方法第三节第三节 溢流及井喷控制溢流及井喷控制油井井喷油井井喷 （美国）（美国）井喷结冰（克拉玛依）井喷结冰（克拉玛依）井喷失火井喷失火概概 述述一、油气井压力控制的基本概念一、油气井压力控制的基本概念气侵：气侵：指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井液中。指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井液中。指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井液中。指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井
2、液中。井涌：井涌：指井口泥浆有外溢的现象。指井口泥浆有外溢的现象。指井口泥浆有外溢的现象。指井口泥浆有外溢的现象。严重井涌：严重井涌：井涌比较强烈的情况。井涌比较强烈的情况。井涌比较强烈的情况。井涌比较强烈的情况。井喷：井喷：指地层流体无控制入井。指地层流体无控制入井。指地层流体无控制入井。指地层流体无控制入井。井喷失控：井喷失控：利用封井器也无法控制的井喷。利用封井器也无法控制的井喷。利用封井器也无法控制的井喷。利用封井器也无法控制的井喷。概概 述述一、油气井压力控制的基本概念一、油气井压力控制的基本概念(续续)井控技术：井控技术：主要是及时发现溢流并在保证井底压力主要是及时发现溢流并在保证
3、井底压力主要是及时发现溢流并在保证井底压力主要是及时发现溢流并在保证井底压力略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术。略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术。略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术。略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术。具体措施包括：具体措施包括：具体措施包括：具体措施包括：t t如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？t t当平衡被破坏，又怎样恢复井内压力平衡？当平衡被破坏，又怎样恢复井内压力平衡？当平衡被破坏，又怎样恢复井内压力平衡？当平衡被破坏，
4、又怎样恢复井内压力平衡？概概 述述二、井控技术的基本内容二、井控技术的基本内容1.1.1.1.研究对象和目的：研究对象和目的：研究对象和目的：研究对象和目的：(1)(1)(1)(1)客观对象客观对象客观对象客观对象:地层地层地层地层 地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条件，研究方法是预测。件，研究方法是预测。件，研究方法是预测。件，研究方法是预测。(2)(2)(2)(2)主观对象主观对象主观对象主观对象:控制方法控制方法控制方法控制方法 如何发现和控制液流如何发现和控制液
5、流如何发现和控制液流如何发现和控制液流 (3)(3)(3)(3)研究目的研究目的研究目的研究目的 a.a.a.a.揭示各种压力关系揭示各种压力关系揭示各种压力关系揭示各种压力关系 b.b.b.b.阐述控制方法阐述控制方法阐述控制方法阐述控制方法概概 述述2.2.2.2.井控理论：井控理论：井控理论：井控理论：2 2 2 2个原理、个原理、个原理、个原理、1 1 1 1个原则个原则个原则个原则 (1)“(1)“(1)“(1)“U”U”U”U”型管原理：把地层压力、立管压力、套型管原理：把地层压力、立管压力、套型管原理：把地层压力、立管压力、套型管原理：把地层压力、立管压力、套管压力和井口压力视为
6、一个管压力和井口压力视为一个管压力和井口压力视为一个管压力和井口压力视为一个“U”U”U”U”型管系统。型管系统。型管系统。型管系统。(2)(2)(2)(2)理想气体方程：把井内气体的体积、压力、温理想气体方程：把井内气体的体积、压力、温理想气体方程：把井内气体的体积、压力、温理想气体方程：把井内气体的体积、压力、温度用理想气体方程联系起来。度用理想气体方程联系起来。度用理想气体方程联系起来。度用理想气体方程联系起来。(3)(3)(3)(3)原则原则原则原则:任何时候井底压力大于或略大于地层压任何时候井底压力大于或略大于地层压任何时候井底压力大于或略大于地层压任何时候井底压力大于或略大于地层压
7、力。力。力。力。二、井控技术的基本内容（续）二、井控技术的基本内容（续）概概 述述3.3.3.3.井控工艺井控工艺井控工艺井控工艺(1)(1)(1)(1)初次井控：利用泥浆柱压力平衡地层压力初次井控：利用泥浆柱压力平衡地层压力初次井控：利用泥浆柱压力平衡地层压力初次井控：利用泥浆柱压力平衡地层压力(2)(2)(2)(2)二次井控：使用适当设备井控控制地层压力二次井控：使用适当设备井控控制地层压力二次井控：使用适当设备井控控制地层压力二次井控：使用适当设备井控控制地层压力（常规井控技术（常规井控技术（常规井控技术（常规井控技术)(3)(3)(3)(3)三次控制：井喷失控后进行的处理三次控制：井喷
8、失控后进行的处理三次控制：井喷失控后进行的处理三次控制：井喷失控后进行的处理(非常规井控非常规井控非常规井控非常规井控技术技术技术技术)二、井控技术的基本内容（续）二、井控技术的基本内容（续）概概 述述4.4.井控设备：实现对油气井压力控制的手段井控设备：实现对油气井压力控制的手段 (1)(1)(1)(1)以液压防喷器为主的井口装置以液压防喷器为主的井口装置以液压防喷器为主的井口装置以液压防喷器为主的井口装置;(2)(2)(2)(2)以节流器、压井管线为主的井控管汇；以节流器、压井管线为主的井控管汇；以节流器、压井管线为主的井控管汇；以节流器、压井管线为主的井控管汇；(3)(3)(3)(3)以
9、钻具回压凡尔为主的钻具内防喷工具以钻具回压凡尔为主的钻具内防喷工具以钻具回压凡尔为主的钻具内防喷工具以钻具回压凡尔为主的钻具内防喷工具;(4)(4)(4)(4)以监测地层压力为主的仪器以监测地层压力为主的仪器以监测地层压力为主的仪器以监测地层压力为主的仪器;(5)(5)(5)(5)以起钻自动灌泥浆装置为主的平衡压力设备以起钻自动灌泥浆装置为主的平衡压力设备以起钻自动灌泥浆装置为主的平衡压力设备以起钻自动灌泥浆装置为主的平衡压力设备;(6)(6)(6)(6)以强行下钻为主的灭火装置以强行下钻为主的灭火装置以强行下钻为主的灭火装置以强行下钻为主的灭火装置.5.5.井控操作规程及法规井控操作规程及法
10、规概述三、井控技术发展的三个阶段三、井控技术发展的三个阶段1.1.1.1.经验阶段：经验阶段：经验阶段：经验阶段：60606060年代以前年代以前年代以前年代以前2.2.2.2.理论化阶段：理论化阶段：理论化阶段：理论化阶段：60606060年代初至年代初至年代初至年代初至70707070年代初年代初年代初年代初3.3.3.3.现代化阶段：现代化阶段：现代化阶段：现代化阶段：70707070年代中期到现在年代中期到现在年代中期到现在年代中期到现在井控井控基本概念基本概念l l井内有效液柱压力井内有效液柱压力P Pm m:钻井液静液柱压力钻井液静液柱压力钻井液静液柱压力钻井液静液柱压力P Pco
11、co：环空循环压力，裸眼环空循环压力，裸眼环空循环压力，裸眼环空循环压力，裸眼和套管内分开计算。和套管内分开计算。和套管内分开计算。和套管内分开计算。PP PmE井控井控基本概念基本概念l l与压力有关的钻井方式与压力有关的钻井方式平衡钻井（平衡钻井（平衡钻井（平衡钻井（Balanced Balanced DrillingDrilling）uu在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内有效液柱压有效液柱压有效液柱压有效液柱压力力力力刚好能够平衡地层压力的刚好能够平衡地层压力的刚好能够平衡地层压力的刚好能够平衡地层压力的钻井技术钻井技术钻井技术钻井技术近平衡钻井技术近平衡钻井技术近
12、平衡钻井技术近平衡钻井技术uu在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内有效液柱压有效液柱压有效液柱压有效液柱压力力力力略高于地层压力，起钻时略高于地层压力，起钻时略高于地层压力，起钻时略高于地层压力，起钻时井内有效液柱压力等于地层井内有效液柱压力等于地层井内有效液柱压力等于地层井内有效液柱压力等于地层压力的钻井技术压力的钻井技术压力的钻井技术压力的钻井技术PP PmE井控井控基本概念基本概念l l与压力有关的钻井方式与压力有关的钻井方式欠平衡钻井（欠平衡钻井（欠平衡钻井（欠平衡钻井（Under-Under-Balanced DrillingBalanced Drilling）u
13、u在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内有效液柱压有效液柱压有效液柱压有效液柱压力力力力小于地层压力的钻井技术小于地层压力的钻井技术小于地层压力的钻井技术小于地层压力的钻井技术过平衡钻井技术（过平衡钻井技术（过平衡钻井技术（过平衡钻井技术（Over-Over-Balanced DrillingBalanced Drilling）uu在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内在钻井时，井内有效液柱压有效液柱压有效液柱压有效液柱压力力力力大于地层压力的钻井技术大于地层压力的钻井技术大于地层压力的钻井技术大于地层压力的钻井技术PP PmE井控井控波动压力计算波动压力计算l l波动压
14、力波动压力激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。激动压力会使井内压力增加。激动压力会使井内压力增加。激动压力会使井内压力增加。激动压力会使井内压力增加。抽吸压力：上提管柱过程中所产生的附加压力。抽吸压力：上提管柱过程中所产生的附加压力。抽吸压力：上提管柱过程中所产生的附加压力。抽吸压力：上提管柱过程中所产生的附加压力。抽吸压力会使井内压力减少。抽吸压力会使井内压力减少。抽吸压力会使井内压力减少。抽吸压力会使井内压力减少。l l为什么要研究波动压力？为什么要研究波动压
15、力？由于起钻速度过高导致井喷由于起钻速度过高导致井喷由于起钻速度过高导致井喷由于起钻速度过高导致井喷下钻速度过快压漏地层，导致井塌、卡钻等井下下钻速度过快压漏地层，导致井塌、卡钻等井下下钻速度过快压漏地层，导致井塌、卡钻等井下下钻速度过快压漏地层，导致井塌、卡钻等井下复杂事故。复杂事故。复杂事故。复杂事故。激动压力是导致产层损害的因素之一。激动压力是导致产层损害的因素之一。激动压力是导致产层损害的因素之一。激动压力是导致产层损害的因素之一。井控井控波动压力计算波动压力计算l l波动压力对钻井工程的影响波动压力对钻井工程的影响抽汲减少井眼中压力引起井喷抽汲减少井眼中压力引起井喷抽汲减少井眼中压力
16、引起井喷抽汲减少井眼中压力引起井喷抽汲导致地层流体进入井眼污抽汲导致地层流体进入井眼污抽汲导致地层流体进入井眼污抽汲导致地层流体进入井眼污染泥浆染泥浆染泥浆染泥浆下钻、下套管引起过高的激动下钻、下套管引起过高的激动下钻、下套管引起过高的激动下钻、下套管引起过高的激动压力而发生井漏压力而发生井漏压力而发生井漏压力而发生井漏抽汲和压力激动交替变化，使抽汲和压力激动交替变化，使抽汲和压力激动交替变化，使抽汲和压力激动交替变化，使井壁不稳定井壁不稳定井壁不稳定井壁不稳定循环时井底压力循环时井底压力停止循环停止循环P PmmP Plala井控井控波动压力计算波动压力计算2/20/2023井控井控波动压力
17、计算波动压力计算l l波动压力计算方法波动压力计算方法波动压力计算方法波动压力计算方法稳态波动压力分析：认为流体是不可压缩的，压力稳态波动压力分析：认为流体是不可压缩的，压力稳态波动压力分析：认为流体是不可压缩的，压力稳态波动压力分析：认为流体是不可压缩的，压力变化与时间无关。变化与时间无关。变化与时间无关。变化与时间无关。瞬态波动压力分析：认为流体是弹性体，压力变化瞬态波动压力分析：认为流体是弹性体，压力变化瞬态波动压力分析：认为流体是弹性体，压力变化瞬态波动压力分析：认为流体是弹性体，压力变化与时间有关。与时间有关。与时间有关。与时间有关。l l产生波动压力的原因产生波动压力的原因产生波动
18、压力的原因产生波动压力的原因管柱从静止状态到运动状态，因克服井内钻井液的管柱从静止状态到运动状态，因克服井内钻井液的管柱从静止状态到运动状态，因克服井内钻井液的管柱从静止状态到运动状态，因克服井内钻井液的静切力引起的井内压力激动。静切力引起的井内压力激动。静切力引起的井内压力激动。静切力引起的井内压力激动。管柱运动引起的钻井液动量变化管柱运动引起的钻井液动量变化管柱运动引起的钻井液动量变化管柱运动引起的钻井液动量变化运动管柱排开的井内流体在环空中产生与管柱运动运动管柱排开的井内流体在环空中产生与管柱运动运动管柱排开的井内流体在环空中产生与管柱运动运动管柱排开的井内流体在环空中产生与管柱运动方向
19、相反的流动，为此需要克服环空的沿程阻力，方向相反的流动，为此需要克服环空的沿程阻力，方向相反的流动，为此需要克服环空的沿程阻力，方向相反的流动，为此需要克服环空的沿程阻力，从而产生井内波动压力。从而产生井内波动压力。从而产生井内波动压力。从而产生井内波动压力。井控井控波动压力计算波动压力计算l l计算波动压力时管柱的两种状态计算波动压力时管柱的两种状态堵口管堵口管开口管开口管井控井控波动压力计算波动压力计算l l计算环空流速计算环空流速堵口管（关泵）堵口管（关泵）堵口管（关泵）堵口管（关泵）uu环空平均流速环空平均流速环空平均流速环空平均流速uuQs:Qs:堵口管排开液体的流量，堵口管排开液体
20、的流量，堵口管排开液体的流量，堵口管排开液体的流量，mm3 3/s/suud:d:运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，mmuuVpVp:运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，m/sm/suuV1:V1:环空平均流速，环空平均流速，环空平均流速，环空平均流速，m/sm/suuDh:Dh:井眼直径，井眼直径，井眼直径，井眼直径，mm井控井控波动压力计算波动压力计算l l计算环空流速计算环空流速开口管（关泵）开口管（关泵）开口管（关泵）开口管（关泵）uu环空平均流速环空平均流速环空平均流速环空平均流速uuQiQi是一个未知数，需要进行迭代计算是一
21、个未知数，需要进行迭代计算是一个未知数，需要进行迭代计算是一个未知数，需要进行迭代计算uuQs:Qs:开口管排开液体的流开口管排开液体的流开口管排开液体的流开口管排开液体的流量，量，量，量，mm3 3/s/suuQiQi:进入运动管柱内的液体进入运动管柱内的液体进入运动管柱内的液体进入运动管柱内的液体流量，流量，流量，流量，mm3 3/s/suud:d:运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，mmuudidi:运动管柱内径，运动管柱内径，运动管柱内径，运动管柱内径，mmuuVpVp:运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，m/sm/suuDh:D
22、h:井眼直径，井眼直径，井眼直径，井眼直径，mm井控井控波动压力计算波动压力计算l l计算环空流速计算环空流速开口管（关泵，续）开口管（关泵，续）开口管（关泵，续）开口管（关泵，续）uu可近似地开口管管内外的流速相等，则：可近似地开口管管内外的流速相等，则：可近似地开口管管内外的流速相等，则：可近似地开口管管内外的流速相等，则：uuQs:Qs:开口管排开液体的流量，开口管排开液体的流量，开口管排开液体的流量，开口管排开液体的流量，mm3 3/s/suud:d:运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，mmuudidi:运动管柱内径，运动管柱内径，运动管柱内径，运动管柱内径
23、，mmuuVpVp:运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，m/sm/suuDh:Dh:井眼直径，井眼直径，井眼直径，井眼直径，mm井控井控波动压力计算波动压力计算l l计算环空流速计算环空流速开（堵）口管开泵开（堵）口管开泵开（堵）口管开泵开（堵）口管开泵uuQs:Qs:开口管排开液体的流开口管排开液体的流开口管排开液体的流开口管排开液体的流量，量，量，量，mm3 3/s/suuQpQp:泵的排量，泵的排量，泵的排量，泵的排量，mm3 3/s/suuVpVp:运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，运动管柱的速度，m/sm/suud:d:运动管柱的外径，运动管
24、柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，mmuuDh:Dh:井眼直径，井眼直径，井眼直径，井眼直径，mm第二节第二节 井内波动压力预测方法井内波动压力预测方法l l钻井液粘滞力引起的附加流速钻井液粘滞力引起的附加流速钻井液粘滞力引起的附加流速钻井液粘滞力引起的附加流速粘粘粘粘附附附附力力力力引引引引起起起起的的的的环环环环空空空空流流流流速速速速 与与与与管管管管柱柱柱柱运运运运动动动动速速速速度度度度V Vp p、流流流流体体体体流流流流变变变变性性性性、流流流流道道道道几何尺寸有关，即几何尺寸有关，即几何尺寸有关，即几何尺寸有关，即 紊流紊流紊流紊流Kc=0.5Kc=0.5，幂律流体层流
25、时，幂律流体层流时，幂律流体层流时，幂律流体层流时，KcKc从下图查得从下图查得从下图查得从下图查得井控井控波动压力计算波动压力计算l l考虑流体的粘滞效应，产生一个附加的流速，考虑流体的粘滞效应，产生一个附加的流速，附加流速的大小为附加流速的大小为:堵口管（关泵）堵口管（关泵）堵口管（关泵）堵口管（关泵）开口管（关泵）开口管（关泵）开口管（关泵）开口管（关泵）开（堵）口管（开泵）开（堵）口管（开泵）开（堵）口管（开泵）开（堵）口管（开泵）井控井控波动压力计算波动压力计算l l波动压力计算波动压力计算uuPswPsw:波动压力，波动压力，波动压力，波动压力，PaPauuV1:V1:钻井液环空流
26、速，钻井液环空流速，钻井液环空流速，钻井液环空流速，m/sm/suud:d:运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，运动管柱的外径，mmuuDh:Dh:井眼直径，井眼直径，井眼直径，井眼直径，mmuuf:f:范宁摩阻系数，具体计算见水力范宁摩阻系数，具体计算见水力范宁摩阻系数，具体计算见水力范宁摩阻系数，具体计算见水力参数设计参数设计参数设计参数设计uu mm:钻井液密度钻井液密度钻井液密度钻井液密度,kg/mkg/m3 3。第二节 井内波动压力预测方法二、波动压力计算二、波动压力计算二、波动压力计算二、波动压力计算l l环空流速求出后，即可进行波动压力计算，计算步骤为：环空流速求出后
27、，即可进行波动压力计算，计算步骤为：环空流速求出后，即可进行波动压力计算，计算步骤为：环空流速求出后，即可进行波动压力计算，计算步骤为：（1 1）计算环空流速；）计算环空流速；）计算环空流速；）计算环空流速；（2 2）流态判别）流态判别）流态判别）流态判别 幂律流体幂律流体幂律流体幂律流体 塑性流体塑性流体塑性流体塑性流体l l幂律流体，当幂律流体，当幂律流体，当幂律流体，当R Re e (3470-1370n)(3470-1370n)时，为紊流。时，为紊流。时，为紊流。时，为紊流。l l塑性流体，当塑性流体，当塑性流体，当塑性流体，当R Re e 20002000时，为紊流。时，为紊流。时，
28、为紊流。时，为紊流。第二节 井内波动压力预测方法二、波动压力计算二、波动压力计算二、波动压力计算二、波动压力计算（3 3）计算波动压力）计算波动压力）计算波动压力）计算波动压力P Pswsw 摩阻系数摩阻系数摩阻系数摩阻系数f f的计算：的计算：的计算：的计算：层流（环空）层流（环空）层流（环空）层流（环空）f=24/Rf=24/Re e紊流：塑性流体紊流：塑性流体紊流：塑性流体紊流：塑性流体 幂律流体幂律流体幂律流体幂律流体第二节第二节 井内波动压力预测方法井内波动压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题l l例例例例1 1 某某某某井井井井 215.92
29、15.9mmmm钻钻钻钻头头头头钻钻钻钻至至至至井井井井深深深深45004500mm，钻钻钻钻柱柱柱柱组组组组合合合合：215.9215.9mm+mm+177.8mm177.8mm钻钻钻钻铤铤铤铤（内内内内径径径径7878mmmm）200m+200m+127mm127mm钻钻钻钻杆杆杆杆（内内内内径径径径108.6108.6mmmm）。井井井井 内内内内 钻钻钻钻 井井井井 液液液液 性性性性 能能能能：mm=1.50g/cm=1.50g/cm3 3，600=100600=100，300=60300=60。起起起起钻钻钻钻最最最最大大大大瞬瞬瞬瞬时时时时速速速速度度度度V Vp p=0.6m/
30、s=0.6m/s，下下下下钻钻钻钻最最最最大大大大瞬瞬瞬瞬时时时时速速速速度度度度V Vp p=2.25m/s=2.25m/s。喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴组组组组合合合合：J J1 1=J=J2 2=12mm=12mm，J J3 3=13mm=13mm。试求钻头在井深试求钻头在井深试求钻头在井深试求钻头在井深40004000mm处起钻（下钻）时：处起钻（下钻）时：处起钻（下钻）时：处起钻（下钻）时：（1 1）钻钻钻钻头头头头水水水水眼眼眼眼全全全全部部部部堵堵堵堵死死死死，钻钻钻钻头头头头处处处处井井井井壁壁壁壁所所所所受受受受波波波波动动动动压压压压力力力力值值值值P Pswsw；（2 2）钻头水眼未
31、堵，钻头处井壁所受波动压力值钻头水眼未堵，钻头处井壁所受波动压力值钻头水眼未堵，钻头处井壁所受波动压力值钻头水眼未堵，钻头处井壁所受波动压力值P Pswsw。第二节 井内波动压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题解解解解 1.1.钻钻钻钻头头头头水水水水眼眼眼眼全全全全部部部部堵堵堵堵死死死死，即即即即运运运运动动动动管管管管柱柱柱柱为为为为堵堵堵堵口口口口管管管管。先先先先求求求求环环环环空空空空平平平平均均均均流流流流速速速速，由环空直径比由环空直径比由环空直径比由环空直径比 ，由图查得，由图查得，由图查得，由图查得K Kc c=0.48=0.48。l
32、 l钻铤外环空流速钻铤外环空流速钻铤外环空流速钻铤外环空流速l l钻杆外环空流速钻杆外环空流速钻杆外环空流速钻杆外环空流速l l钻井液流变参数钻井液流变参数钻井液流变参数钻井液流变参数第二节第二节 井内波动压力预测方法井内波动压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题解解解解 1.1.钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。l l流态判别：钻铤段流态判别：钻铤段流态判别：钻铤段流态判别：钻铤段 =1369 =1369因因因因3470-13703470
33、-1370 0.737=24600.737=2460，R Recec=13692460=13692460，所所所所以以以以钻钻钻钻铤铤铤铤环环环环空空空空钻钻钻钻井井井井液为层流。液为层流。液为层流。液为层流。l l钻杆段钻杆段钻杆段钻杆段 =1289 =1289同理钻杆段也是层流。同理钻杆段也是层流。同理钻杆段也是层流。同理钻杆段也是层流。第二节第二节 井内波动压力预测方法井内波动压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题解解解解 1.1.钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。钻头水
34、眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。l l计算摩阻系数计算摩阻系数计算摩阻系数计算摩阻系数f f 钻铤段钻铤段钻铤段钻铤段 f fc c=24/1369=0.0175=24/1369=0.0175 钻杆段钻杆段钻杆段钻杆段 f fp p=24/1289=0.0186=24/1289=0.0186 l l计算起钻时，钻头处的抽汲压力计算起钻时，钻头处的抽汲压力计算起钻时，钻头处的抽汲压力计算起钻时，钻头处的抽汲压力P Pswswl l l l=2.71=2.71MPaMPal l同样步骤计算下钻时激动压力同样步骤计算下钻时激动压力同样步骤计算下钻时激动压力同样步骤计算下钻时激动压力P Psgsg=1
35、4.6=14.6MPaMPa第二节 井内波动压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题解解解解 2.2.钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。l l这这这这种种种种情情情情况况况况在在在在求求求求环环环环空空空空钻钻钻钻井井井井液液液液流流流流速速速速时时时时，由由由由于于于于被被被被排排排排开开开开的的的的流流流流体体体体一一一一部部部部分分分分进进进进入入入入环环环环空空空空，另另另另一一一一部部部部分分分分进进进进入入入入运运运运动动动动管管管管柱柱柱柱内内
36、内内。式式式式（5-115-11）中中中中QQi i是是是是未未未未知知知知数数数数，可可可可用用用用试试试试算法求解算法求解算法求解算法求解。其步骤如下：。其步骤如下：。其步骤如下：。其步骤如下：a.a.用任意一用任意一用任意一用任意一QQi i值代入（值代入（值代入（值代入（5-115-11）式，求出环空和管内钻井液流速。）式，求出环空和管内钻井液流速。）式，求出环空和管内钻井液流速。）式，求出环空和管内钻井液流速。b.b.由由由由V V和和和和V Vi i 分分分分别别别别计计计计算算算算环环环环空空空空和和和和井井井井内内内内压压压压降降降降P P环环环环和和和和P P内内内内，若若若
37、若P P环环环环=P P内内内内，钻钻钻钻柱柱柱柱底底底底部部部部压压压压力力力力平平平平衡衡衡衡，钻钻钻钻井井井井液液液液分分分分成成成成两两两两路路路路流流流流动动动动，则则则则所所所所选选选选QQi i即即即即为为为为进进进进入入入入钻钻钻钻柱柱柱柱内内内内的的的的钻钻钻钻井井井井液液液液量。若量。若量。若量。若P P环环环环 P P内内内内，需重新选，需重新选，需重新选，需重新选QQi i，直到：直到：直到：直到：（0.020.02）l l为简化，可采用下式近似计算：为简化，可采用下式近似计算：为简化，可采用下式近似计算：为简化，可采用下式近似计算：（5-165-16）第二节 井内波动
38、压力预测方法波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题波动压力计算例题解解解解 2.2.钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。起钻时环空钻井液流速：起钻时环空钻井液流速：起钻时环空钻井液流速：起钻时环空钻井液流速：=1.54 =1.54m/sm/sl lR Recec=13042460=13042460应应应应为为为为层层层层流流流流，f fc c=0.0184=0.0184，R Repep=9832460=9832460应应应应为为为为层层层层流流流流，f fp p=0.0244=0.02
39、44。l l将将将将 以以以以 数数数数 据据据据 代代代代 入入入入（5-155-15）式式式式 求求求求 得得得得 起起起起 钻钻钻钻 时时时时，钻钻钻钻 头头头头 处处处处 的的的的 抽抽抽抽 汲汲汲汲 压压压压 力力力力P Pswsw=2.40MPa=2.40MPa。l l以同样的步骤求得下钻时，钻头处的激动压力以同样的步骤求得下钻时，钻头处的激动压力以同样的步骤求得下钻时，钻头处的激动压力以同样的步骤求得下钻时，钻头处的激动压力P Psgsg=11.25MPa=11.25MPa。井控井控波动压力计算波动压力计算l l减少抽吸作用的方法减少抽吸作用的方法平衡地层压力的合适泥浆密度，并附
40、加安全平衡地层压力的合适泥浆密度，并附加安全平衡地层压力的合适泥浆密度，并附加安全平衡地层压力的合适泥浆密度，并附加安全系数系数系数系数尽可能小的泥浆粘度和切力尽可能小的泥浆粘度和切力尽可能小的泥浆粘度和切力尽可能小的泥浆粘度和切力井内有许多钻具时，降低起钻速度井内有许多钻具时，降低起钻速度井内有许多钻具时，降低起钻速度井内有许多钻具时，降低起钻速度钻杆与井眼间应有适当有间隙钻杆与井眼间应有适当有间隙钻杆与井眼间应有适当有间隙钻杆与井眼间应有适当有间隙井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l地层井眼系统的压力平衡地层井眼系统的压力平衡正常情况下正常情况下正常情况下正常情况下uuG G G G
41、p p p pECDGECDGECDGECDGf f f f,G,G,G,GSTSTSTSTECDGECDGECDGECDGf f f fuu 或或或或 P P P Pp p p pPPPPmEmEmEmEPPPPf f f f,P,P,P,PSTSTSTSTPPPPmEmEmEmEPPPPPPPf f f f时，井漏时，井漏时，井漏时，井漏当当当当P P P PmEmEmEmEPPPPstststst时，缩径或坍塌时，缩径或坍塌时，缩径或坍塌时，缩径或坍塌当当当当P P P PmEmEmEmEPPPPP P P P时，溢流或井喷时，溢流或井喷时，溢流或井喷时，溢流或井喷为了能正常钻井，一般情
42、况为了能正常钻井，一般情况为了能正常钻井，一般情况为了能正常钻井，一般情况下，应建立如下井内压力平下，应建立如下井内压力平下，应建立如下井内压力平下，应建立如下井内压力平衡关系：衡关系：衡关系：衡关系：PP PmE井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l地层井眼系统的压力平衡地层井眼系统的压力平衡uuPePePePe附加安全压力，一般附加安全压力，一般附加安全压力，一般附加安全压力，一般为为为为5005005005003000300030003000KPaKPaKPaKPa用钻井液当量密度表示：用钻井液当量密度表示：用钻井液当量密度表示：用钻井液当量密度表示：uuPe:kPa,Pe:kPa,
43、Pe:kPa,Pe:kPa,：g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3.PP PmE由此提出了井控概念，由此提出了井控概念，即要控制溢流，防止井喷，即要控制溢流，防止井喷，以下讨论环空压力低于地以下讨论环空压力低于地层压力，导致井内压力失层压力，导致井内压力失去平衡的原因。去平衡的原因。平衡破坏后的最大后果平衡破坏后的最大后果井喷井喷井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制2/20/2023井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l失去压力平衡的原因失去压力平衡的原因（一（一)地层压力掌握得不确切地层压力掌握得不确切uu这是在新探区经常会遇到的情况，参照邻井这是在新探区经常会遇到的情况，参照
44、邻井这是在新探区经常会遇到的情况，参照邻井这是在新探区经常会遇到的情况，参照邻井资料定地层压力，加强随钻地层压力监测。资料定地层压力，加强随钻地层压力监测。资料定地层压力，加强随钻地层压力监测。资料定地层压力，加强随钻地层压力监测。分析关系式分析关系式（二）钻井液液柱高度降低（二）钻井液液柱高度降低（1)1)起钻过程中未灌及时灌钻起钻过程中未灌及时灌钻井液；井液；（2 2）井漏没有及时发现。）井漏没有及时发现。井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l失去压力平衡的原因失去压力平衡的原因2/20/2023井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l失去压力平衡的原因失去压力平衡的原因（三）钻井液
45、密度降低（三）钻井液密度降低：这常常是钻开油气这常常是钻开油气这常常是钻开油气这常常是钻开油气层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。层后，油气水不断侵入钻井液所造成的。uu油、水、天然气进入钻井液，地面未能及时排油、水、天然气进入钻井液，地面未能及时排油、水、天然气进入钻井液，地面未能及时排油、水、天然气进入钻井液，地面未能及时排除侵入钻井液的地层流体，导致井内钻井液密度除侵入钻井液的地层流体，导致井内钻井液密度除侵入钻井液的地层流体，导致井内钻井液密度除侵入钻井液的地层流体，导致井内钻井液密度降低，而钻井液密度降低又使油气
46、水更容易侵入。降低，而钻井液密度降低又使油气水更容易侵入。降低，而钻井液密度降低又使油气水更容易侵入。降低，而钻井液密度降低又使油气水更容易侵入。（四）抽吸压力导致井底压力降低（四）抽吸压力导致井底压力降低2/20/2023井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l气侵气侵钻井过程中，地层中的天然气进入井筒的现象称为气钻井过程中，地层中的天然气进入井筒的现象称为气钻井过程中，地层中的天然气进入井筒的现象称为气钻井过程中，地层中的天然气进入井筒的现象称为气侵。气侵无论是在侵入方式方面，还是在井内的运动侵。气侵无论是在侵入方式方面，还是在井内的运动侵。气侵无论是在侵入方式方面，还是在井内的运动侵。
47、气侵无论是在侵入方式方面，还是在井内的运动状态方面，都不同于油水侵，并且气侵的危害是最大状态方面，都不同于油水侵，并且气侵的危害是最大状态方面，都不同于油水侵，并且气侵的危害是最大状态方面，都不同于油水侵，并且气侵的危害是最大的。的。的。的。l l气侵的途径与方式气侵的途径与方式钻进气层时，随着气层岩石的钻碎，岩石孔隙所钻进气层时，随着气层岩石的钻碎，岩石孔隙所钻进气层时，随着气层岩石的钻碎，岩石孔隙所钻进气层时，随着气层岩石的钻碎，岩石孔隙所含的气体侵入钻井液；含的气体侵入钻井液；含的气体侵入钻井液；含的气体侵入钻井液；气层中气体通过泥饼向井内扩散；气层中气体通过泥饼向井内扩散；气层中气体通
48、过泥饼向井内扩散；气层中气体通过泥饼向井内扩散；当当当当PmPpPmPpPmPpPmPp时，气体由气层以气态或溶解状态大量时，气体由气层以气态或溶解状态大量时，气体由气层以气态或溶解状态大量时，气体由气层以气态或溶解状态大量地流入和渗入钻井液。地流入和渗入钻井液。地流入和渗入钻井液。地流入和渗入钻井液。gasmud井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制气体存在的状态气体存在的状态气体存在的状态气体存在的状态：游游游游离离离离状状状状态态态态微微微微小小小小气气气气泡泡泡泡吸吸吸吸附在泥浆颗粒表面附在泥浆颗粒表面附在泥浆颗粒表面附在泥浆颗粒表面体积变化体积变化体积变化体积变化：逐逐逐逐渐渐渐渐增增
49、增增大大大大因因因因为为为为压压压压力力力力减减减减小小小小。l l气侵对井筒钻井液液柱压力气侵对井筒钻井液液柱压力的影响的影响地下地面地面2/20/2023井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l l气体均匀侵入时对井内钻井液液柱压力的影响气体均匀侵入时对井内钻井液液柱压力的影响气体均匀侵入时对井内钻井液液柱压力的影响气体均匀侵入时对井内钻井液液柱压力的影响设气体膨胀是等温过程，钻井液气侵后井内钻设气体膨胀是等温过程，钻井液气侵后井内钻设气体膨胀是等温过程，钻井液气侵后井内钻设气体膨胀是等温过程，钻井液气侵后井内钻井液液柱压力下降值为：井液液柱压力下降值为：井液液柱压力下降值为：井液液柱压力下
50、降值为：uuP:P:钻井液气侵前后井内液柱压力降低值，钻井液气侵前后井内液柱压力降低值，钻井液气侵前后井内液柱压力降低值，钻井液气侵前后井内液柱压力降低值，MPaMPauua:a:气侵钻井液井口密度与气侵前钻井液密度的比值气侵钻井液井口密度与气侵前钻井液密度的比值气侵钻井液井口密度与气侵前钻井液密度的比值气侵钻井液井口密度与气侵前钻井液密度的比值uuH:H:井深，井深，井深，井深，mmuuPs:Ps:井口环空压力井口环空压力井口环空压力井口环空压力,MPaMPa。4010000.20.50.7气侵前液柱压力（MPa)气侵前后泥浆柱压力降低值MPa井控井控溢流及井喷控制溢流及井喷控制l 气侵后泥