1.判断溢流类型
溢流发生后,到底是何种溢流,我们在地面无法知道。因此,我们只有通过收集地面数据,即立管压力、套管压力和泥浆池的增量,通过计算首先判别溢流类型。
(1)首先计算溢流在环空中占据的高度
Hw=ΔV/Va
式中:Hw—溢流在环空中占据的高度m;
ΔV—钻井液增量m3;
Va—溢流所在位置井眼单位环空容积m3/m。
(2)计算溢流物的密度
式中:ρw—溢流物的密度g/cm3;
ρm—当前井内泥浆密度g/cm3;
Pa—关井套压MPa;
Pd—关井立压MPa;
hw—溢流物在环空中占据的高度m。
如果ρw在0.12~0.36g/cm3则为天然气溢流;
如果ρw在0.36~1.07g/cm3则为油溢流或混合流体溢流;
如果ρw在1.07~1.20g/cm3则为盐水溢流。
2.计算地层压力Pp
Pp=Pd+ρmgH
式中:ρm—钻具内钻井液密度g/cm3。
3.计算压井钻井液密度
ρk=ρm+Pd/gH
4.计算钻具内容积V1、环空容积V2、总容积V1+V2
V1=钻具内容积系数×钻具长度;V2=环空容积系数×井眼长度;
钻具内容积系数=钻杆内截面积×1m;环空容积系数=环空截面积×1m。
5.循环时间
Q—压井排量,L/s。
(1)总循环时间:
式中:T—循环时间min;
V—总体积(钻具内容积+环空内容积)m3;
Q—压井排量L/s。
(2)正常钻井由井底到井口的迟到时间:
式中:T—钻井液由井底到井口的迟到时间min;
V—环形空间的体积m3;
Q—压井排量L/s。
(3)总循环的时间(包括地面设备)
式中:T—总循环时间min;
V—总体积(地面设备+钻具内+环空)m3;
Q—压井排量L/s。
(4)地面到钻头时间
式中:V—钻具内的体积m3;
Q—压井排量L/s;
T—地面到钻头时间min。
(5)钻头到套管鞋的时间(www.xing528.com)
式中:V—钻头到套管鞋处环空的体积m3;
Q—压井排量L/s;
T—钻头到套管鞋的时间min。
6.初始循环压力
压井钻井液刚开始泵入钻柱时的立管压力称为初始循环压力。
PTi=Pd+Pci
式中:PTi—初始循环压力MPa;
Pd—关井立管压力MPa;
Pci—低泵速泵压,即压井排量下的泵压MPa。
Pci可用三种方法求得。
第一种方法:实测法。一般在即将钻开目的层时开始,每只钻头入井开始钻进前以及每日白班开始钻进前,要求井队用选定的压井排量循环,并记录下泵冲数、排量和循环压力,即低泵速泵压。当钻井液性能或钻具组合发生较大变化时应补测。
压井排量一般取钻进时排量的1/3~1/2。这是因为:
①正常循环压力加上关井立压可能超过泵的额定工作压力;
②大排量高泵压所需的功率,也许要超过泵的输入功率;
③大量流体流经节流阀可能引起过高的套管压力,如果压井循环时,节流阀阻塞,可能导致地层破裂。
采用较低排量时,由于降低了泵等钻井设备负荷,也就提高了钻井设备在压井中的可靠性。在关井立压相当大时也能压井,不致泵压太高。同时,较低的循环速度,有利于加重时对钻井液密度的控制,并且在调节节流阀时,有较长的反应时间。
第二种方法:溢流发生后,用关井套压求初始循环总压力。
①缓慢开启节流阀并启动泵,控制套压等于关井套压。
②使排量达到压井排量,保持套压等于关井套压。
③此时的立管压力表读值近似于所求初始循环总压力。
值得注意的是,此法中保持套压不变的时间要短(<5min),以免压漏地层。其优点在于钻遇异常高压层前未记录压井排量下的循环压力,或者虽有记录,但变换了泵或更换了缸套等情况下可测定初始循环压力。
第三种方法是根据水利学公式计算,但误差较大。若已知钻进排量为Q时,泵压为Pc,压井排量为QL,根据循环系统压力损耗公式:
可求出压井排量下的循环压力PL。
7.终了循环压力
压井钻井液到达钻头时的立管压力称为终了循环压力。
因为压井施工很难调节节流阀使立压刚好等于计算值,为保证压井成功,可考虑给理论计算结果附加一定数值,根据施工经验,一般可取1.5~3.5MPa。
8.钻井液加重
(1)配制一定量加重钻井液所需加重材料的计算:
式中:G—需要的加重材料重量t;
ρs—所用加重剂密度g/cm3;
ρ1—加重后的钻井液密度g/cm3;
ρ0—原钻井液密度g/cm3;
V1—加重后钻井液体积m3。
在这种情况下,需要的原浆体积为加重后钻井液体积(V1)减去所加入的加重剂体积。
(2)定量钻井液加重时所需加重材料的计算
式中:G—需要的加重材料重量t;
ρs—所用加重剂密度g/cm3;
ρ1—加重后的钻井液密度g/cm3;
ρ0—原钻井液密度g/cm3;
V0—加重前的钻井液体积m3。
在这种情况下,加重后的钻井液总体积为加重前的钻井液体积(V0)加上所加入的加重剂体积。
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