鉆井過程中井眼與地層之間壓力平衡關系分析

摘要：在油田鉆井過程中，要維持井眼與地層間壓力平衡，防止出現鉆井液漏失、溢流、井涌等現象發生，造成污染油層，嚴重時導致油氣資源損失，危害作業人員生命安全。本文在對鉆井過程中不同鉆井作業工況時井底壓力分析基礎上，剖析引起井底壓力變化因素，提出減少壓力波動措施，制定鉆開油氣層的技術對策，可為同行提供借鑒經驗。

關鍵詞：油田鉆井;壓力平衡;波動壓力;技術對策

1.井底與地層壓力平衡關系

1.1井底壓力定義

井底壓力是指作用在井底上的各種壓力總和，不同鉆井作業工況中井底壓力不同，具體可以分為停止循環時、鉆井時、起鉆時、下鉆時、劃眼時五種工況。

（1）停止循環時

井內鉆井液處于靜止停卡循環時，井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力，即Pb=Pm=0.0098*ρm *Hm，式中Pb為地層壓力，Pm為鉆井液靜液柱壓力，ρm為鉆井液密度，Hm為鉆井深度。

（2）鉆進時

鉆井時井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力+循環時的環空流動阻力，即Pb=Pm+Pbp=0.0098*ρm *Hm+ Pbp，式中Pbp為環空流動阻力，數值一般為0.7～1.5MPa。

（3）起鉆時

起鉆井時井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力-抽吸壓力-未及時灌滿井口而產生的靜液壓力減少值，Pb=Pm- Psb-Pdp，Psb為抽吸壓力， Pdp為未及時灌滿井口而產生的靜液壓力減少值。

（4）下鉆時

下鉆時井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力+激動壓力，即Pb=Pm+ Psw，式中Psw為激動壓力。

（5）劃眼時

劃眼時井底壓力等于鉆井液靜液柱壓力+激動壓力+環空流動阻力，即Pb=Pm+Psw+Pbp。

1.2井底壓差

井底壓差為井底壓力與地層壓力差值，即ΔP=Pb-Pp，當Pb>>Pp時，ΔP>>0，井底為過平衡;當Pb稍大于Pp時，ΔP稍大于0，井底為近平衡;當Pb=Pp時，ΔP=0，井底壓力與地層壓力相平衡;當Pb

1.3井底壓力變化因素

由于井內鉆具或流體上下運動而引起井底壓力增加或減少的壓力值為波動壓力，引起井底壓力變化因素主要有三方面：一是鉆井液靜切力，鉆井液靜止時間越長，其網狀結構強度越大，靜切力就越大，鉆井液從靜止狀態到流動狀態所克服的流動阻力就越大，導致井內鉆柱上下運動時就會造成過大的波動壓力;二是起下鉆速度，起鉆時鉆具底部產生負壓，使井底壓力減少。下鉆時鉆具底部排擠鉆井液向上流動，使井底壓力增加;三是慣性力，在起下鉆具或接單根等作業中，鉆柱運動速度不均而產生慣性力，使井內壓力產生波動。

2.減少波動壓力措施

由于鉆井液具有一定的粘度和切力，當快速提升鉆柱（尤其是出現縮徑、鉆頭泥包）時，都將引起過大的抽吸壓力，易引起井噴和井眼垮塌，同時下鉆速度過快時，會引起過大的激動壓力，造成井漏，影響井眼安全。減少波動壓力對井眼影響措施主要有四方面：一是嚴格控制起下鉆速度，防止過快，尤其是鉆頭在井底附近時，更應高度重視;二是起下鉆具時，嚴禁猛提猛剎，防止產生過大的慣性力和波動壓力;三是起鉆前充分循環井內鉆井液，使其性能均勻，進出口密度差小于0.02g/cm3。同時調整好鉆井液性能，防止因切力、粘度過大產生較大的波動壓力;四是應保持井眼暢通，防止縮徑、泥包等引起嚴重抽吸。

3.鉆開油氣層的技術措施

為維護井底壓力平衡，減少壓力波動，避免出現溢流、井涌等復雜事故，制定鉆開油氣層技術措施，主要有以下幾方面：

一是加強地層對比，及時提出地質預報，尤其是異常高壓地層上部蓋層的預報要力求準確，采用dc指數、氣測資料等對異常地層壓力進行隨鉆監測，綜合分析對比資料數據，以提高地層壓力監測的精度。

二是在進入預計的油氣水層前，調整鉆井液性能，調整好后再繼續鉆進，以免因調整鉆井液性能而掩蓋溢流的某些顯示。根據井場井控設備的配套情況、井控技術水平、井身結構、地層及地層流體特點等，規定最大允許溢流量，一般不超過2～3m3。

三是鉆開油氣層后進行起下鉆作業時，必須進行短程起下鉆。一般情況下試起10～15柱鉆具，在下入井底循環一周，若鉆井液無油氣侵，則可正式起鉆;鉆開油氣層后因發生卡鉆須泡油、混油或因其它原因要調整鉆井液密度時，其液柱壓力不能小于地層壓力。同時要求鉆開油氣層后避免在井場使用電氣焊。

四是電測前井內情況必須正常。電測期間須準備一根裝有鉆具安全閥或鉆具回壓閥的鉆桿，以備井內異常時強行下入，控制井口。

五是若發生井噴而井口無法控制時，應立即關閉柴油機及井場、鉆臺和機房處的全部照明燈，打開探照燈，滅絕火源組織警戒，盡快由注水管線向井口注水防火。

六是井眼要暢通，防止拔活塞造成抽吸井噴。開泵要平穩，排量由小逐漸增大，防止蹩漏地層。同時為了井眼安全，防止大段井涌或蹩泵蹩漏地層，下鉆時應分段下鉆并開泵破乳循環，嚴禁一次下鉆到底，尤其是長期未循環的深井，起鉆完要及時下鉆，嚴禁空井或鉆具停留在裸眼中檢修設備。

4.結論

（1）在鉆井過程中，井底壓力隨鉆井作業工況不同而變化。

（2）引起井底壓力變化因素主要有鉆井液靜切力、起下鉆速度及鉆柱運動產生慣性力。

（3）減少波動壓力措施包括控制起下鉆速度、嚴禁起下鉆具時猛提猛剎、起鉆前充分循環井內鉆井液、保持井眼暢通等，并制定鉆開油氣層的技術措施。

（4）本文井眼與地層之間壓力平衡關系方面取得認識，可為同行提供借鑒經驗。

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作者簡介：

田帥，男，1987年8月出生河北，漢族，工程師，2010年畢業于中國石油大學（華東），現于中石油長城鉆探工程有限公司從事鉆井技術管理工作。