油氣井壓力控制培訓教材習題集四、簡答題在鉆井中,確定鉆井液密度的主要依據(jù)是什么?其重要意義是什么?答：確定鉆井液密度的主要依據(jù)是地層孔隙壓力和地層破裂壓力。在實際鉆井中，鉆井液密度應不小于地層孔隙壓力當量密度，以避免地層流體侵入井眼，造成溢流，發(fā)生井噴；鉆井液密度應不大于地層破裂壓力當量密度，以避免壓漏地層，造成井漏。在實際鉆井中,如何處理平衡壓力鉆井與安全鉆井的關(guān)系?答：所謂平衡壓力鉆井就是在鉆井過程中使井內(nèi)有效壓力等于地層壓力，這樣可以保持井眼壓力系統(tǒng)平衡，有利于解放鉆速，保護油氣層，并能安全鉆進。但是在一些井眼不穩(wěn)定的井中鉆進時，為了抑制井眼不穩(wěn)定，需要選擇較高的鉆井液密度，但井底壓力不能高于地層破裂壓力。欠平衡壓力鉆井的方式有哪些？簡述欠平衡壓力鉆井的特點、適用性及局限性。答：欠平衡壓力鉆井的方式有：（1）空氣鉆井（2）霧化鉆井（3）泡沫鉆井（4）充氣鉆井（5）邊噴邊鉆欠平衡鉆井具有一系列的優(yōu)點，如減少地層傷害，避免漏失；提高鉆井速度；避免壓差卡鉆；減少完井及油層改造費用；可以對油氣藏數(shù)據(jù)進行實時評價等。對像稠油油田、低壓裂縫性油氣田、低壓低滲透油氣田等具有儲層孔隙壓力低的特點，采用常規(guī)的平衡壓力鉆井方式，容易污染油氣層；對于探井，又不利于發(fā)現(xiàn)油氣層和評價油氣層；此外對于裂縫發(fā)育的高壓地層，如果采用過平衡壓力鉆井，則會出現(xiàn)嚴重的漏失，有時因此無法鉆達目的層。為此，常采用欠平衡壓力鉆井。欠平衡鉆井理論技術(shù)尚不完善，也存在著許多缺點，如在所感興趣井段的鉆井與完井過程中，并不能始終保證全為欠平衡壓力狀態(tài)，像接單根、起下鉆過程易出現(xiàn)過平衡，機械設(shè)備出現(xiàn)故障也可以出現(xiàn)過平衡。由于井眼缺少泥餅，過平衡下則會對油層造成傷害。地層流體侵入的原因及其預防。答：造成井底有效壓力降低，進而導致地層流體進入井眼的原因有多種，主要為：（1）鉆井液密度低；（2）環(huán)空鉆井液液柱降低；（3）起鉆抽汲；（4）停止循環(huán)。要預防地層流體的侵入，就要使井底有效壓力不小于地層壓力值：首先鉆井液密度不小于地層壓力當量密度與安全系數(shù)之和；保持鉆井液液柱高度不降，起下鉆要平穩(wěn)等。氣侵情況環(huán)空氣液兩相流流型分布特點.答：（1）鉆采過程中的井筒氣液兩相流動地層氣體進入井底后，天然氣與鉆井液密度不同，依重力分離原理，氣體相對鉆井液將滑脫上升。先進入井眼的氣體，將先行滑脫上升，不可能待氣體積聚成氣柱再上升。在氣體上升過程中，雖然后邊大氣泡上升速度快，可能與沿程小氣泡發(fā)生合并，但并不能在井底形成一連續(xù)氣柱。根據(jù)氣液兩相流理論，氣侵后在環(huán)空內(nèi)出現(xiàn)的典型的氣液兩相流流型分布可以用下圖表示。（2）微小氣侵量下的流型分布上圖（a）是微小氣侵量下的環(huán)空流型分布，整個環(huán)空為泡狀流。在井眼下部，氣泡體積小。在地面可以看到鉆井液槽內(nèi)有氣泡，但無明顯井涌現(xiàn)象。如果油氣層薄，環(huán)空中可能只有在某一段鉆井液中氣泡。（3）小氣侵量下的流型分布上圖（b）是小氣侵量下的環(huán)空流型分布。在環(huán)空中的中、下部均為泡狀流，但在上部為段塞流。在井口可以看到含大量氣體的鉆井液涌出。它既可以由上圖（a）情況演變而來，也可能由于地下進氣量增加所致。（4）中氣侵量下的流型分布上圖（c）是中氣侵量下的環(huán)空流型分布。在井底為泡狀流，在井眼中上部為段塞流，而在井口為攪拌流（又稱過渡流）。在井口可出現(xiàn)連續(xù)的噴勢，成為較強的井噴。這種情況井底壓力與地層壓力的負壓差較大，并且地層的滲透率較高。同時它也可以由圖（b）演變而來。（5）大氣侵量下的流型分布上圖（d）是大氣侵量下的環(huán)空流型分布。對于高壓裂縫性或溶洞氣藏，如果負壓差差較大，進入井眼的氣體流量可能很大，在井的底部可能會出現(xiàn)段塞流，但這并不等于連續(xù)氣柱而且也不可能形成連續(xù)氣柱。在井的中上部出現(xiàn)攪拌流，井的上部可出現(xiàn)環(huán)狀流。在地面可以看到強烈的井噴。圖（c）情況如果控制不當，可以導致此種情況。以上四種情況基本上是以單位時間內(nèi)氣侵量多少劃分的。而實際上的氣侵量可以落到某兩種情況之間，并且有許多種情況。因此，在井眼環(huán)空中，盡管氣液兩相流流型分布如上圖所示，但每種流型在環(huán)空中的位置卻差別很大，詳細描述環(huán)空中流型分布，則需要求解一組偏微分方程組。簡述地層流體侵入井眼的征兆。答：地層液體侵入井眼的征兆有：（1）鉆時加快；（2）鉆井液池液面增高；（3）鉆井液返出流量增加；（4）返出鉆井液溫度增高；（5）返出鉆井液密度變低；（6）返出鉆井液電導率變化；（7）返出鉆井液粘度變化；（8）循環(huán)壓力下降；（9）地面油氣顯示；（10）大鉤負荷（HookLoad）增大。地層流體侵入井眼檢測方法比較。答：（1）鉆井液池液面檢測法：主要是測量地層流體侵入的累計量，在地層流體侵入速度較低時可以測得其變化量，但地層流體侵入速度較高時反映比較滯后。（2）返出鉆井液流量檢測法：利用測量返出鉆井液流量比測量鉆井液池液面發(fā)現(xiàn)井涌快。（3）聲波氣侵早期檢測法：鑒于聲波在氣液兩相流中速度明顯低于在純鉆井液中的速度，可以利用聲波法早期檢測氣侵。它可以及早的檢測到氣侵。什么情況下采用硬關(guān)井？答：井口井涌速度不高；鹽水侵入量越大，井壁越不穩(wěn)定，盡可能采用此方法；井口裝置能夠承受較大壓力。氣侵情況下如何準確地確定關(guān)井立壓與套壓？答：每隔2～4min記錄一次立壓和套壓；以時間為橫坐標，以立壓、套壓為縱坐標，做曲線；當曲線變化平滑時，其拐點處，即可讀為關(guān)井立壓與關(guān)井套壓；對于低滲油氣藏，關(guān)井后立壓和套壓較長時間不出現(xiàn)平穩(wěn)段及拐點，可取最高壓力值，然后再根據(jù)井眼及地層情況，適當增加鉆井液密度附加值。根據(jù)關(guān)井壓力恢復情況粗略判斷井控難易的原理是什么？答：根據(jù)關(guān)井壓力恢復情況，可以粗略判斷井底壓力與地層壓力間的負壓差大小及地層滲透率大小。關(guān)井后立壓、套壓大小直接反映的是井底壓力與地層壓力間的負壓差大小，但間接反映的是地層壓力大小。依據(jù)經(jīng)驗，根據(jù)關(guān)井后立壓、套壓的恢復情況可粗略判斷地層滲透率大小。而通過地層壓力的大小和地層滲透率的高低可以判斷井控難易。井底常壓法壓井的原則是什么？答：原則是保持井底常壓，就是在壓井過程中井底壓力略大于地層壓力并且使井底壓力保持不變。壓井方法的選擇依據(jù)是什么？答：壓井的目的是恢復井眼內(nèi)壓力平衡，即井底壓力等于或稍大于地層壓力，并且還必須把地層進入井眼中的流體安全的排出井眼，或安全的再壓回地層。壓井的原則是保持井底常壓，就是在壓井過程中，井底壓力略大于地層壓力并且使井底壓力保持不變。選擇壓井方法，應保證以最短的時間壓住井，循環(huán)排出流體，既不損毀井口裝置及套管，又不壓裂地層，并且壓井循環(huán)結(jié)束后，保證井底壓力大于地層壓力。常規(guī)壓井與非常規(guī)壓井區(qū)別在哪里？答：常規(guī)屬于循環(huán)法壓井，即壓井液通過鉆柱注入井眼，將受污染鉆井液通過正常循環(huán)出井，并保證井底壓力大于地層壓力的壓井方法。非常規(guī)壓井不局限于正常循環(huán)加重鉆井液方法，可以從環(huán)空泵入鉆井液，地層釋放適當體積的鉆井液等方法，只要保證井底壓力大于地層壓力即可。五、計算題基于方程(6-5)，自行設(shè)置參數(shù)，對于同一鉆井液泵入量、氣體侵入量、鉆井液密度及表面張力，模擬計算不同井深下氣體上升速度分布值。某井井深為D=4000m；鉆頭尺寸為215.9mm；鉆桿尺寸為114.3mm，24.72kg/m，壁厚8.6mm；鉆井液密度ρd=1.50g/cm3；技術(shù)套管下至3000m，該處地層破裂壓力梯度Gf=19.9kPa/m。根據(jù)溢流發(fā)生之前的記錄，泵速30沖每分時，循環(huán)壓力pci=12.00MPa；鉆井泵類型為3NB-900，缸套直徑120mm，泵速30沖每分時排量Q=15.56L/s，最大泵壓為33.27MPa；發(fā)生井涌關(guān)井后10min，立管壓力為4.67MPa，套壓為6.65MPa；鉆井液池內(nèi)鉆井液增加4.5m3。利用司鉆法及工程師法設(shè)計一壓井施工單。答：根據(jù)以上數(shù)據(jù)，比較關(guān)井立壓和套壓，差值為1.98Mpa,而鉆井液增加4.5m3，說明環(huán)形空間被侵染的不嚴重，井涌發(fā)現(xiàn)及時。（1）地層壓力pPpP=psp+0.00981ρdD=4.67+0.00981×1.50×4000=63.53(Mpa)（2）壓井所需鉆井液密度ρd11.62(g/cm3)（3）鉆井時所需鉆井液密度：取△=0.055=（g/cm3）如將整個井筒容積二倍的鉆井液加重，根據(jù)經(jīng)驗公式每一千米井筒容積=4000m井筒容積為4×=144.5（m3）二倍為144.5×2=289（m3）（4）初始循環(huán)立管壓力=+=4.67+12=16.67（MPa）這小于該鉆井泵120mm鋼套的最大泵壓，所以120鋼套是適用的。（5）終了立管總壓力==（6）重鉆井液到達鉆頭所需的時間t由鉆井手冊查得114.3mm(41/2in)、24.72kg/m的鉆柱每米長的內(nèi)容積Vd=7.417L/m,則（7）許可的最大關(guān)井套壓=（19.9-9.81×1.50）×3000=15.555×103（kPa）=15.56(MPa)簡述井筒內(nèi)壓力系統(tǒng)平衡破壞的原因。某井鉆進至井深H=3000m發(fā)生溢流，井內(nèi)鉆井液密度為1.25g/cm3。溢流前記錄：泵循環(huán)排量Q=12L/s，循環(huán)壓力Pci=9MPa。溢流出現(xiàn)關(guān)井15分鐘后立管壓力穩(wěn)定，記錄：立管壓力Pd=5MPa，套管壓力Pa=7MPa。試計算出地層壓力(單位：MPa)、壓井所需鉆井液密度(單位：g/cm3)、壓井時初始立管總壓力(單位：MPa)和終了立管總壓力(單位：MPa)。答:井筒內(nèi)壓力系統(tǒng)平衡破壞的原因:（1）地層壓力掌握不確切；（2）鉆井液液柱高度降低；（3）鉆井液密度降低；（4）井內(nèi)壓力激動——抽汲。地層壓力PP=Pd+9.81H=5000+9.81X1.25X3000=41.7875MPa壓井所需鉆井液密度=Pp/9.81/H=41787.5/9.81/3000=1.42g/cm3壓井時初始立管總壓力：PTi=Pd+Pci=5+9=14MPa壓井時終了立管總壓力：PTf=Pci=9X=10.22MPa分析氣侵的途徑與方式。某井鉆至井深2500m由于氣侵發(fā)生溢流，此時井內(nèi)泥漿密度為1.20g/cm3。溢流前記錄：泵循環(huán)排量10L/s，循環(huán)壓力Pci=8MPa。溢流出現(xiàn)關(guān)井15分鐘后立管壓力穩(wěn)定，記錄：立管壓力Pd=4MPa，套管壓力Pa=6MPa。試計算出地層壓力(單位：MPa)、壓井所需泥漿密度(單位：g/cm3)、壓井時初始立管總壓力(單位：MPa)和終了立管總壓力(單位：MPa)。答：氣侵進入井中有這樣幾種可能的途徑和方式：（1）進入氣層時，隨著氣層巖石的鉆碎，巖石孔隙中所含的氣體進入泥漿。（2）氣層中氣體通過泥餅向進內(nèi)擴散。（3）當泥漿柱壓力小于地層壓力時，氣體由氣層以氣態(tài)或溶解態(tài)大量地流入和滲入泥漿。地層壓力PP=Pd+9.81H=4000+9.81X1.20X2500=33.43MPa壓井所需泥漿密度=Pp/9.81/H=33430/9.81/2500=1.36g/cm3壓井時初始立管總壓力：PTi=Pd+Pci=4+8=12MPa壓井時終了立管總壓力：PTf=Pci=8X=9.09MPa某井鉆至井深L=3400m，井底地層壓力37.32MPa，泥漿密度ρm=1.22g/cm3，平均上覆巖層密度ρo=2.6g/cm3，平均孔隙度為10%，地層流體密度為1.02g/cm3；求解：（1）地層壓力的當量密度為多少？（2）鉆進時井底壓差為多少？（3）井深3400m處垂直地應力為多少？（4）使用同樣泥漿鉆進到3800m時發(fā)生井涌，打開節(jié)流閥時套管壓力為0.9Mpa，測得立管壓力為2.8Mpa，求壓井所需的