钻井过程中井眼与地层之间压力平衡关系分析

摘要：在油田钻井过程中，要维持井眼与地层间压力平衡，防止出现钻井液漏失、溢流、井涌等现象发生，造成污染油层，严重时导致油气资源损失，危害作业人员生命安全。本文在对钻井过程中不同钻井作业工况时井底压力分析基础上，剖析引起井底压力变化因素，提出减少压力波动措施，制定钻开油气层的技术对策，可为同行提供借鉴经验。

关键词：油田钻井;压力平衡;波动压力;技术对策

1.井底与地层压力平衡关系

1.1井底压力定义

井底压力是指作用在井底上的各种压力总和，不同钻井作业工况中井底压力不同，具体可以分为停止循环时、钻井时、起钻时、下钻时、划眼时五种工况。

（1）停止循环时

井内钻井液处于静止停卡循环时，井底压力等于钻井液静液柱压力，即Pb=Pm=0.0098*ρm *Hm，式中Pb为地层压力，Pm为钻井液静液柱压力，ρm为钻井液密度，Hm为钻井深度。

（2）钻进时

钻井时井底压力等于钻井液静液柱压力+循环时的环空流动阻力，即Pb=Pm+Pbp=0.0098*ρm *Hm+ Pbp，式中Pbp为环空流动阻力，数值一般为0.7～1.5MPa。

（3）起钻时

起钻井时井底压力等于钻井液静液柱压力-抽吸压力-未及时灌满井口而产生的静液压力减少值，Pb=Pm- Psb-Pdp，Psb为抽吸压力， Pdp为未及时灌满井口而产生的静液压力减少值。

（4）下钻时

下鉆时井底压力等于钻井液静液柱压力+激动压力，即Pb=Pm+ Psw，式中Psw为激动压力。

（5）划眼时

划眼时井底压力等于钻井液静液柱压力+激动压力+环空流动阻力，即Pb=Pm+Psw+Pbp。

1.2井底压差

井底压差为井底压力与地层压力差值，即ΔP=Pb-Pp，当Pb>>Pp时，ΔP>>0，井底为过平衡;当Pb稍大于Pp时，ΔP稍大于0，井底为近平衡;当Pb=Pp时，ΔP=0，井底压力与地层压力相平衡;当Pb

1.3井底压力变化因素

由于井内钻具或流体上下运动而引起井底压力增加或减少的压力值为波动压力，引起井底压力变化因素主要有三方面：一是钻井液静切力，钻井液静止时间越长，其网状结构强度越大，静切力就越大，钻井液从静止状态到流动状态所克服的流动阻力就越大，导致井内钻柱上下运动时就会造成过大的波动压力;二是起下钻速度，起钻时钻具底部产生负压，使井底压力减少。下钻时钻具底部排挤钻井液向上流动，使井底压力增加;三是惯性力，在起下钻具或接单根等作业中，钻柱运动速度不均而产生惯性力，使井内压力产生波动。

2.减少波动压力措施

由于钻井液具有一定的粘度和切力，当快速提升钻柱（尤其是出现缩径、钻头泥包）时，都将引起过大的抽吸压力，易引起井喷和井眼垮塌，同时下钻速度过快时，会引起过大的激动压力，造成井漏，影响井眼安全。减少波动压力对井眼影响措施主要有四方面：一是严格控制起下钻速度，防止过快，尤其是钻头在井底附近时，更应高度重视;二是起下钻具时，严禁猛提猛刹，防止产生过大的惯性力和波动压力;三是起钻前充分循环井内钻井液，使其性能均匀，进出口密度差小于0.02g/cm3。同时调整好钻井液性能，防止因切力、粘度过大产生较大的波动压力;四是应保持井眼畅通，防止缩径、泥包等引起严重抽吸。

3.钻开油气层的技术措施

为维护井底压力平衡，减少压力波动，避免出现溢流、井涌等复杂事故，制定钻开油气层技术措施，主要有以下几方面：

一是加强地层对比，及时提出地质预报，尤其是异常高压地层上部盖层的预报要力求准确，采用dc指数、气测资料等对异常地层压力进行随钻监测，综合分析对比资料数据，以提高地层压力监测的精度。

二是在进入预计的油气水层前，调整钻井液性能，调整好后再继续钻进，以免因调整钻井液性能而掩盖溢流的某些显示。根据井场井控设备的配套情况、井控技术水平、井身结构、地层及地层流体特点等，规定最大允许溢流量，一般不超过2～3m3。

三是钻开油气层后进行起下钻作业时，必须进行短程起下钻。一般情况下试起10～15柱钻具，在下入井底循环一周，若钻井液无油气侵，则可正式起钻;钻开油气层后因发生卡钻须泡油、混油或因其它原因要调整钻井液密度时，其液柱压力不能小于地层压力。同时要求钻开油气层后避免在井场使用电气焊。

四是电测前井内情况必须正常。电测期间须准备一根装有钻具安全阀或钻具回压阀的钻杆，以备井内异常时强行下入，控制井口。

五是若发生井喷而井口无法控制时，应立即关闭柴油机及井场、钻台和机房处的全部照明灯，打开探照灯，灭绝火源组织警戒，尽快由注水管线向井口注水防火。

六是井眼要畅通，防止拔活塞造成抽吸井喷。开泵要平稳，排量由小逐渐增大，防止蹩漏地层。同时为了井眼安全，防止大段井涌或蹩泵蹩漏地层，下钻时应分段下钻并开泵破乳循环，严禁一次下钻到底，尤其是长期未循环的深井，起钻完要及时下钻，严禁空井或钻具停留在裸眼中检修设备。

4.结论

（1）在钻井过程中，井底压力随钻井作业工况不同而变化。

（2）引起井底压力变化因素主要有钻井液静切力、起下钻速度及钻柱运动产生惯性力。

（3）减少波动压力措施包括控制起下钻速度、严禁起下钻具时猛提猛刹、起钻前充分循环井内钻井液、保持井眼畅通等，并制定钻开油气层的技术措施。

（4）本文井眼与地层之间压力平衡关系方面取得认识，可为同行提供借鉴经验。

参考文献：

[1]陈明.控制压力钻井技术研究综述[J].重庆科技学院学报（自然科学版）. 2010（05）.

[2]刘超等.控制压力钻井技术在衡6井的应用[J].石油钻采工艺.2009（03）.

[3]李华.控制压力钻井设备及技术研究进展[J].中国石油和化工标准与质量. 2013（14）.

[4]李金洪，武继波.套管压力在油气井压力控制中的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量. 2012（15）.

[5]何淼，柳贡慧，李军，李梦博，李玉洁，许明标.控压钻井井下双测点压力实时解释模型研究[J].石油机械. 2019（10）.

作者简介：

田帅，男，1987年8月出生河北，汉族，工程师，2010年毕业于中国石油大学（华东），现于中石油长城钻探工程有限公司从事钻井技术管理工作。