2)源自第二节 井内波动压力预测方法
钻井液粘滞力引起的附加流速
V 粘附力引起的环空流速
与管柱运动速度Vp、流体流变性、流
道几何尺寸有关，即 2
V2 KcVp
紊流Kc=0.5，幂律流体层流时，Kc从下图查得
井控——波动压力计算
考虑流体的粘滞效应，产生一个附加的流速， 附加流速的大小为:
概述
一、油气井压力控制的基本概念(续)
井控技术：主要是及时发现溢流并在保证井底压力
略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术 。具体措施包括：
如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？ 当平衡被破坏，又怎样恢复井内压力平衡？
概述
二、井控技术的基本内容
1.研究对象和目的： (1)客观对象:地层 地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条

0.309Pa s
第二节 井内波动压力预测方法
波动压力计算例题
解 1.钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。 流态判别：钻铤段
Rec

10120010.737 (21.59 17.8)0.737 1.620.737 0.309( 2 0.737 1)0.737
1.50
（2）流态判别 幂律流体
Re

1012001n (D d )nV K ( 2n 1)n
2n m
3n
塑性流体
Re

10(D d )V m
s
[1

0(D d 800sV
)
]
幂律流体，当Re(3470-1370n)时，为紊流。
塑性流体，当Re2000时，为紊流。
Dh d
Psw:波动压力，Pa
V1:钻井液环空流速，m/s
d:运动管柱的外径，m
Dh:井眼直径，m
f:范宁摩阻系数，具体计算见水力 参数设计
ρm:钻井液密度,kg/m3。
第二节 井内波动压力预测方法
二、波动压力计算
环空流速求出后，即可进行波动压力计算，计算步骤为：
（1）计算环空流速；
Qs:堵口管排开液体的流量 ，m3/s
d:运动管柱的外径，m Vp:运动管柱的速度，m/s
V1

d2 Dh2 d 2
VP

V1:环空平均流速，m/s Dh:井眼直径，m
井控——波动压力计算
计算环空流速
开口管（关泵）
Qs


4
(d 2
di2 )VP
环空平均流速
V1

复杂事故。 激动压力是导致产层损害的因素之一。
井控——波动压力计算
波动压力对钻井工程的影响
抽汲减少井眼中压力引起井喷 抽汲导致地层流体进入井眼污
染泥浆 下钻、下套管引起过高的激动
压力而发生井漏 抽汲和压力激动交替变化，使
井壁不稳定
井控——波动压力计算
循环时井底压力
Pbc Pm Pla
(1)以液压防喷器为主的井口装置; (2)以节流器、压井管线为主的井控管汇； (3)以钻具回压凡尔为主的钻具内防喷工具; (4)以监测地层压力为主的仪器; (5)以起钻自动灌泥浆装置为主的平衡压力设备; (6)以强行下钻为主的灭火装置.
5.井控操作规程及法规
概述
三、井控技术发展的三个阶段
1.经验阶段：60年代以前 2.理论化阶段：60年代初至70年代初 3.现代化阶段：70年代中期到现在
，由图查得Kc=0.48。
Vc

0.60
(
21
17 .59 2
.82 17
.82
0.48)
1.60m /
s
钻杆外环空流速
V

0.60(
21
17.82 .592 12.72
0.48) 0.92m / s
钻井液流变参数
n 3.322lg 100 0.737 60
K

0511 60 5110.737
（1）钻头水眼全部堵死，钻头处井壁所受波动压力值 Psw；
（2）钻头水眼未堵，钻头处井壁所受波动压力值Psw 。
第二节 井内波动压力预测方法
波动压力计算例题
解 1.钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。先求环空平均流速

，由环空直径比 钻铤外环空流速

0

177.8 215.90

0.824
3 0.737
=1369
因3470-13700.737=2460，Rec=1369<2460，所以钻铤环空钻井液 为层流。

钻杆段
Rep

10120010.737 (21.59 12.7)0.737 0.9220.737 0.309( 2 0.737 1)0.737
1.50
停止循环
Pla 0 ,Pbc Pm
Pla
Pm
2/10/2020
井控——波动压力计算
波动压力计算方法
稳态波动压力分析：认为流体是不可压缩的，压力 变化与时间无关。
瞬态波动压力分析：认为流体是弹性体，压力变化 与时间有关。
产生波动压力的原因
管柱从静止状态到运动状态，因克服井内钻井液的 静切力引起的井内压力激动。
第五章
钻井过程中压力控制 Well Control
第五章 钻井过程压力控制
概述 第一节 压力控制钻井中的几个概念 第二节 井内波动压力预测方法 第三节 溢流及井喷控制
油井井喷 （美国）
井喷结冰（克拉玛依）
井喷失火
概述
一、油气井压力控制的基本概念
气侵：指井内的天然气以渗漏（透）的形式钻井液中。 井涌：指井口泥浆有外溢的现象。 严重井涌：井涌比较强烈的情况。 井喷：指地层流体无控制入井。 井喷失控：利用封井器也无法控制的井喷。
d2 Dh2
di2 d2
VP


4Qi (Dh2 d 2 )
Qs:开口管排开液体的流 量，m3/s
Qi:进入运动管柱内的液 体流量， m3/s
d:运动管柱的外径，m di:运动管柱内径，m Vp:运动管柱的速度，m/s Dh:井眼直径，m
Qi是一个未知数，需要进行迭代计算
=1289
3 0.737
同理钻杆段也是层流。
第二节 井内波动压力预测方法
波动压力计算例题
解 1.钻头水眼全部堵死，即运动管柱为堵口管。 计算摩阻系数f
钻铤段 fc=24/1369=0.0175 钻杆段 fp=24/1289=0.0186 计算起钻时，钻头处的抽汲压力Psw

Psw

0.196
件，研究方法是预测。 (2)主观对象:控制方法 如何发现和控制液流 (3)研究目的 a.揭示各种压力关系 b.阐述控制方法
概述
二、井控技术的基本内容（续）
2.井控理论：2个原理、1个原则 (1)“U”型管原理：把地层压力、立管压力、套管
压力和井口压力视为一个“U”型管系统。 (2)理想气体方程：把井内气体的体积、压力、
近平衡钻井技术
在钻井时，井内有效液柱压
力略高于地层压力，起钻时
井内有效液柱压力等于地层
压力的钻井技术
PP
PmE
井控——基本概念
与压力有关的钻井方式
欠平衡钻井（UnderBalanced Drilling）
在钻井时，井内有效液柱压 力小于地层压力的钻井技术
过平衡钻井技术（OverBalanced Drilling）
温度用理想气体方程联系起来。 (3)原则:任何时候井底压力大于或略大于地层压
力。
概述
二、井控技术的基本内容（续）
3.井控工艺 (1)初次井控：利用泥浆柱压力平衡地层压力 (2)二次井控：使用适当设备井控控制地层压力（
常规井控技术) (3)三次控制：井喷失控后进行的处理(非常规井控
技术)
概述
4.井控设备：实现对油气井压力控制的手段
井控——波动压力计算
计算环空流速
开口管（关泵，续） 可近似地开口管管内外的流速相等，则：
V1

Qs Aa Ai

d
2

d
2 i
Dh2

d
2

d
2 i
VP
Qs:开口管排开液体的流量 ，m3/s
d:运动管柱的外径，m di:运动管柱内径，m Vp:运动管柱的速度，m/s Dh:井眼直径，m
堵口管（关泵）
V1

d2 ( Dh2 d 2

Kc)VP
开口管（关泵）
V1

(
d2 Dh2
di2 d2
di2

Kc )VP

开（堵）口管（开泵）
V1

d2 ( Dh2 d 2

Kc )VP


4Qp (Dh2 d
2)
井控——波动压力计算
波动压力计算
PSW

2 fV12L
井控——基本概念
井内有效液柱压力
PmE Pm Pco
Pm :钻井液静液柱压力 Pco：环空循环压力，裸眼
和套管内分开计算。
PP
PmE
井控——基本概念
与压力有关的钻井方式
平衡钻井（Balanced Drilling）
在钻井时，井内有效液柱压 力刚好能够平衡地层压力的 钻井技术
在钻井时，井内有效液柱压 力大于地层压力的钻井技术
PP
PmE
井控——波动压力计算
波动压力
激动压力：下放管柱过程中所产生的附加压力。 激动压力会使井内压力增加。