5.1平衡钻井、欠平衡钻井和过平衡钻井在线视频

首先在我们钻井过程当中

井底有效的液柱压力

是怎么计算的

我们可以通过这个公式计算出来

这个公式PmE表示的就是

井筒的某一点的

静止的钻井液静液柱压力

井底的有效液柱压力等于

钻井液的

静水柱压力

再加上环形空间的循环压耗

这是我们某一点

有效的

环形空间的

静液柱压力的计算公式

通过这个公式看出来

当我们

钻井液没有发生循环的时候

钻井液从井底往井口流动过程当中

这个循环压耗

如果没有循环的话

循环压耗就等于0没有循环压耗

在这个时候

某一点有效的液柱压力

与钻井液的静液柱压力是一致的

相等的

在流动过程当中

由于我钻井液

从井底往井口流动过程当中

有相应的循环压耗

在这种情况下

某一点的有效液柱压力

大于它静液柱压力

这就是

某一点有效的静液柱压力

计算方法

根据静液柱压力的计算方法

可以分为以下几个情况

在停止循环的时候

某一点的

井底某一点的液柱压力

就等于钻井液的静液柱压力

这是没有循环的情况

还有一种就是

我起钻的时候

当我钻柱往上面移动的时候

在这个时候

由于钻柱往上面移动

钻井液的液面

一方面要往下面走

往下面移动

另一方面由于我

钻柱往上面提的过程当中

钻井液相对有一个向下的运动速度

有一个反向的循环压耗

在这个情况下

某一点的液柱压力

就等于钻井液的静液柱压力

减去它抽汲压力

就是波动压力

就是我上提钻柱产生的波动压力

再减去钻井液

由于液面的下降

导致我这部分压力的降低

这是起出钻柱压力的情况

在正常钻井过程当中

某一点有效的压力

就等于钻井液的静液柱压力

再加上循环压耗

这是钻井过程当中

还有一种就是

在我们下钻过程

就是我刚开始讲了起钻

我如果是

比如说我

需要更换钻头的时候

现在是钻柱贴在井口以后

换了钻头

再下放钻柱的时候

这种情况下的话

钻柱往下面放

我还要考虑

钻柱往下面走的时候

是不是在井底产生

附加了一个压力

压力要大一些

这个时候我要加上它的激动压力

这就是往下放钻柱的时候

井底某一点的压力

就等于钻井液的静液柱压力

再加上激动压力

还有就是我

比如说我旋转钻井的时候

环眼的时候

环眼钻井的时候

环眼就是我井壁

可能比较粗糙

可能还会遇到一些

盐膏层的等等

造成我井眼的直径缩小了

在这种情况下

我钻头向下可能有些困难

我需要环眼

把直径恢复到原先的直径去

就是叫做环眼的钻井工艺

在这种情况下环眼的速度比较快

类似的它可能

就有一定的波动压力

比我们钻井速度要快得多

因为它只是井壁突出了一部分

然后用我们钻头把它钻到

相应的直径去

在就是环眼的情况

某一点的有效的液柱压力

这就是我们

正常的情况下

正常钻井的

或者是起下钻几种压力的

平衡关系

根据这个平衡关系

我们就可以确定

我们钻井的方式

比如说是欠平衡钻井

还是过平衡钻井

近平衡钻井的这些钻井方式

这些符号的话

大家看

就是说

每个符号

包括我们这里面都有相应的一些说明

对于循环的时候

根据前面这个公式

如果有钻井液的循环

可以看出来

在循环过程当中

井底的压力就是

钻井液的液柱压力

加上环形空间的循环压耗

如果停止循环的时候

环形空间的循环压耗

就是趋近于0

没有循环

这个时候就等于

钻井液的静液柱压力

根据我们前面讲的一些内容

就是我们根据三个压力剖面

因为我钻井过程当中

我井内的液柱压力

要大于等于地层压力

如果小于地层压力的话

根据我们渗流力学的理论

如果地层压力大于我

静液柱压力

根据达西定律可以算出来

根据我们这个渗漏的面积

可以算它

在一定压差下

地层气体进到井筒的量

这个可以计算出来的

根据达西定律

达西定律根据压差

根据它的渗透率

就可以计算

这个时候

如果我井内的液柱压力

小于地层压力

根据达西定律

气体要进入井筒里面去

所以我们要求

我们在正常钻井过程当中

常规钻井

要求井底的液柱压力是

要大于地层压力的

还有一些情况

地层还有一个坍塌压力

当我井内的液柱压力

小于某一个压力值时

在地裂的作用下

还有一些岩石的影响

我岩石可能

井壁可能发生坍塌

这个压力对应的就是坍塌压力

所以我要求我井内的

钻井液的静液柱压力

是要大于等于

地层坍塌压力

最后可以得到

要求我们井筒的液柱压力

是要大于等于地层压力

并且要大于等于地层的坍塌压力

也就是说我从

地层压力到坍塌压力

最大的值时

我钻井液的液柱压力是要大于它

另一方面

我的地层还有破裂压力

当我井筒的液柱压力

大于地层的破裂压力时

地层要发生破裂

所以要求我们钻井液的

有效液柱压力

是要小于地层破裂压力

所以说在我们正常钻井过程当中

井内就存在这样一个压力平衡关系

井内的有效液柱压力

是要大于等于地层压力的

小于等于地层的破裂压力

或者并且是大于等于坍塌压力

小于等于破裂压力

这是我们井内的压力平衡关系

根据这个公式

我们反过来也可以

根据相对的密度

也可以得到以下一个公式

就是说井筒里面的液柱压力

就等于地层压力

加上一定的附加压力值

附加压力

就是我附加一定的压力

或者说我等效的

井内的

有效的

钻井液的密度就等于

地层的孔隙压力当量密度

再加上附加的密度

就有这么一个公式

这个公式可以看出来

这地方是地层的孔隙压力

或者是地层的地层压力

再加上一定的压差

这个压差

跟井的类型有关系

跟井的重要程度有关系

对油井来说

由于我的油井生产过程当中

油管是有油进到井筒里面去

但是它体积改变很小

它的安全

相对气井来说

它的危险程度要低一些

对于气井来说

少量的气体

进到井筒里面去

由于在井底的气体处于高压的状态

它体积很小

但是这部分气体

从井底往井口移动过程当中

它的体积会增加

因为是压力降低了

体积会增加

体积增加了过后

导致我环形空间的压力降低

有发生进一步发生溢流的

井喷的这种风险

所以说在这种情况下

根据我们地层流体的特性

我区分了

对于油井来说

要求我钻井液的密度要

大于地层压力

大于有效液柱压力

大1.5到3.5个Mpa

相当于等效的

钻井液的密度

是要高0.05到0.1g/cm^3

要高这么多

对于气井来说

由于气井的危害程度要严重一些

影响要大一些

所以说我们要求

某一点的有效的液柱压力

要大于等于地层压力

大于3到5个Mpa

同时它的密度等效过来

是要大于

0.07到0.15g/cm^3

这里面

它这个绝对压力

实际上跟我们井眼深度有关系

井比较浅

相对说密度要提高的多一些

如果是井深

相对说我这个提高的密度要少一些

这个要根据我们实际的设计

来考虑这个问题

像四川的这些气体

就是高含硫化氢的

二氧化碳的气体

井又比较深

比如说6km的井

这么这部分

因为硫化氢对于环境

和人员安全有重大的影响

所以在钻硫化氢的这种气井里

要求我们附加的密度

一般是取它的上限

就是0.05g/cm^3

这种情况下

根据这个值我们可以看到

如果是我们5km的井

1.2的钻井密度

井底压力相当于60个Mpa

然后再附加多少

附加的值是多少

如果按0.15的话

乘个5km的话

也就是7.5个Mpa

增加了7.5个Mpa

这是我们井筒压力的一个平衡关系

根据这个有效液柱压力

和地层压力相对关系

我们可以得带以下4个情况

一种情况就是

井筒里面的有效液柱压力

小于地层压力

这种我们

采用这种方式的钻井

我们叫做欠平衡钻井

就是低于正常压力的

地层压力的这种钻井方式

叫做欠平衡钻井

对于欠平衡钻井来说

现在常用的欠平衡钻井方式

有液体欠平衡

也有气体欠平衡的

这两种

这些钻井方式

另外有井筒的有效液柱压力

是等于地层的孔隙压力

这种钻井方式

它叫做平衡压力钻井

还有一种方式就是

我们常规的钻井方式

就是我们

有效的液柱压力是大于等于

地层的孔隙压力

同时小于

地层的破裂压力的这种方式

这就是现有的过平衡压力钻井方式

这是我们常规的这种方式

用的比较多的

就是我们井筒的有效液柱压力

大于等于地层的孔隙压力

小于地层的破裂压力

还有一种情况

就是井筒的有效液柱压力

是大于地层的破裂压力

这种情况的话

如果有效液柱压力大于地层破裂压力

它造成的后果就是把地层压破

地层压破后出现裂缝后

井筒的钻井液会到哪里去

会到裂缝里面去

到裂缝去后可能

导致我钻井液的液柱压力降低

同时还可能产生其他的一些复杂情况

现在我们实际钻井过程当中

可能遇到的几种钻井方式

就有这么三种

一种是欠平衡压力钻井

一种平衡压力钻井

或者近平衡压力钻井

也有过平衡压力的钻井方式

主要是这么三种钻井方式

其中用到最多的

就是过平衡压力钻井

这也是我们常规的钻井方式

大家想

当我这个压力小于地层压力

这个钻井方式

欠平衡压力钻井

在这种情况下

由于我井里面

液柱压力小于地层压力的

根据我们达西定律

可以看出来

如果是钻遇气层的话

高压的气层

气体会不会进去井筒里面去

气体会进到井筒里面去

在这种情况下

可能存在一些安全风险

对于欠平衡压力的这种钻井方式

我们对井口的控制装备要求比较高

有附加的很多控制准备

这是欠平衡压力钻井

另一类

就是对于这种

近平衡压力钻井

或者平衡压力钻井

它主要的目标

根据我们前面所学的课程

可以看出

它主要是为了降低

钻井液静液柱压力

对地层岩石的

相对压持作用

压持效应它的原理是怎么回事

它就是我们钻开的这种钻屑

在井底的话

如果你钻井液静液柱压力过大

会把钻屑一直压持在井底

如果钻屑一直被压在井底

造成我钻头重复破碎这种情况

如果说我钻井液的液柱压力

小于地层压力

在这种情况下

我的压持效应就被消除了

这个钻屑可以及时的离开井底

钻井速度可以提高

所以为了提高钻井速度

用平衡钻井

还是说近平衡压力钻井

这种方式

这种的话

我也需要

很多的地面的控制装备

通过相应的一些控制手段

实现这种钻井方式

这种钻井方式是

目前常见

用的最多的

就是过平衡压力的钻井方式

针对这几种方式

它也有不同的优缺点

对于平衡压力钻井来说

这种钻井方式的话

能够控制有效的静液柱压力

同时让静液柱压力

尽量等于地层压力

这是钻井过程当中

要保持这种状态

随着我井眼深度的不断增加

随着钻井的继续

因为我钻井过程当中

可能我钻井液的密度

是固定的

比如说我配置的钻井液密度是

1.2g/cm^3

在这种情况下

整个钻井过程当中

钻井液的静液柱压力

钻井液的密度是不变的

但是

随着井眼深度的增加

循环压耗也在变化

等效的钻井密度也在变化

在这种情况下

我们要让它一直等于

孔隙的地层压力

难度是比较大的

这个的话

我要通过比如说

通过其他的一些手段

调整我的钻井液的排量

对于我们充气钻井来说

钻井液里充入一定的空气

我控制地面的一些回压等等

控制环形空间这个压力

实现它的压力等于或

略近似于地层压力

这种钻井方式

就是平衡压力钻井方式

平衡压力钻井方式

衍生过来就是

近平衡压力钻井方式

就是约等于

地层压力比较接近的

这种情况的钻井方式

第二种叫做

近平衡压力的钻井方式

这种方式定义

这种技术就是使

有效的液柱压力

钻井液的有效液柱压力

是近似等于地层的压力

地层孔隙压力

这种钻井方式

是近平衡压力的钻井方式

第三类是欠平衡压力的钻井

欠平衡压力钻井它就是

控制有效的液柱压力

并且钻井液的有效液柱压力

要低于地层的孔隙压力

或者叫地层压力

在这种情况下

达西定律的作用

因为我井底的有效液柱压力

是小于地层压力

钻井液就会

在压差的作用下

就会进入到井筒里面去

如果说地层流体是水的话

或者说油的话

这部分流体进来过后

体积改变非常小

它的压缩性比较小

流入的量

在井底的量

井口的量

是比较近似的

对环形空间的这个压力的变化

影响比较小

如果说我进来是

是气体的话

气体在井底高压

它的体积小

它往上走的时候

随着压力的逐渐降低

体积会增加

这种情况导致我

井底的压力改变比较大

这是欠平衡压力钻井

为了防止出现很复杂的安全事故

我欠平衡压力钻井

我井口还有旋转控制头

其他的一些装备保证我的安全

第四类

就是常见的过平衡压力钻井

那么这种钻井方式

就是有效钻井液的液柱压力

大于地层压力的这种钻井方式

这是过平衡压力的钻井

前面也讲了

如果是采用我们前面的这种

欠平衡压力的钻井

对我们钻井的安全

有很大的影响

气体进来可能发生井喷

或者产生其他的一些复杂情况

我们为什么

还要采用这种欠平衡钻井方式

因为它存在安全的风险

为什么我们还要采用这种钻井方式

主要采用平衡钻井

欠平衡压力钻井

或者是近平衡压力钻井

主要的目标

第一个

有效的保护产层

这个也是原先我们钻井

从事钻井作业的

和搞地质的

开发其他方向的

比较争执的一个问题

在某些情况下

根据我们的地质资料

或者其他的一些判断

可能地下存在一些油气

但是由于我们钻井

可能钻井液里面的固相成分

可能进到地层里面去

发生地层的一个堵塞的问题

降低产量

或者说没有产量

那么采用这种欠平衡压力钻井方式

由于我有效的液柱压力

是小于地层压力

钻井液里面的固相颗粒就不会

污染我们的地层

这样就会保护我的产层

在这种情况下

如果还是没有很高的产量的话

证明我这个储层本身储量或者说

渗流性不太好

这是欠平衡钻井的第一个目标

可以有效的保护产层

第二个可以提高钻井的速度

根据相应的一些实验

或者现场的经验可以看出

如果我们采用欠平衡钻井

由于我的钻井液的液柱压力

小于地层压力

我钻开的钻屑可以

很快的离开井底

尽量避免重复打钻

可以提高钻井的速度

比如在四川的钻井过程当中

对于一些比较致密的砂岩层段

在四川的某些层位

钻井速度很慢

比如一个小时只有1m

2m的样子

采用常规的过平衡压力的钻井方式

如果采用气体钻井的这种方式

它可以提高到几米

一个小时几米或者十来米这样子

提高几倍到十来倍这种情况

提高钻井速度

相当于就是降低了我整个钻井的成本

加快了我建井的周期

这个气体钻井可以提高钻井速度

到目前为止

我们采用欠平衡钻井

在川渝地区

主要就是为了

提高钻井的速度

在非产层段

使用气体钻井的这种方式

对于气体钻井的方式

我们后面还要讲

气体钻井可能采用的几种

一种是采用空气钻井

还有就是氮气钻井

天然气钻井等等的这些

气体钻井的方式

另外就是可以

更加灵敏的获得地层的特性

因为我采用一些过平衡压力钻井

可能伤害地层

或者说固相颗粒可能进到孔隙里面去

在这种情况下

我取出的岩屑

或者说我进行其他的一些测试

可能不能反映

真实的一些情况

还有就是可以优化我们的

井深结构

在某些情况下

采用过平衡压力钻井

这种方式

比如说像四川这种地层

它叫做喷漏涂层的这种地层

在我们静止的情况下

可能发生井喷

溢流的这种风险

在循环过程当中

钻井过程当中

也有可能发生井漏这种风险

就是由于我的

地层的

地层孔隙压力

或者地层坍塌压力

低于我们地层的

地层压力之间的差异

坍塌压力或者地层压力

跟我们破裂压力

两个差异比较近

另外一个就是

还有就是像海上这种

它的压力窗口非常的窄

非常的接近

比如说变化很