1、井内气体的膨胀和运移井内气体的膨胀和运移 1 1、天然气的压缩性与膨胀性、天然气的压缩性与膨胀性 天然气是可压缩的流体，其体积大小取决于所加的压天然气是可压缩的流体，其体积大小取决于所加的压力及温度。对一定量的气体来说，当温度不变时，压力增力及温度。对一定量的气体来说，当温度不变时，压力增加，体积减小；压力降低，则体积增大。加，体积减小；压力降低，则体积增大。 在起钻过程中，由于抽汲等因素的影响，若有少量的在起钻过程中，由于抽汲等因素的影响，若有少量的气体进入井内，在其向上运移的过程中，体积会随着所受气体进入井内，在其向上运移的过程中，体积会随着所受钻井液液柱压力的减小而增大，造成环空液柱压力
2、逐渐减钻井液液柱压力的减小而增大，造成环空液柱压力逐渐减小，使井筒内压力系统由正平衡逐渐转为欠平衡，导致溢小，使井筒内压力系统由正平衡逐渐转为欠平衡，导致溢流的发生。如果是在井底压力小于地层压力的情况下，气流的发生。如果是在井底压力小于地层压力的情况下，气体进入井内，若不及时关井，气体向上运移时体积膨胀，体进入井内，若不及时关井，气体向上运移时体积膨胀，造成井底压力进一步降低，则会加剧溢流的发展。特别是造成井底压力进一步降低，则会加剧溢流的发展。特别是井底的高压气体运移至井口附近时，由于体积急剧膨胀，井底的高压气体运移至井口附近时，由于体积急剧膨胀，将会使溢流急剧加速，很快造成液柱压力迅速降低
3、，形成将会使溢流急剧加速，很快造成液柱压力迅速降低，形成井喷。井喷。( (可以控制）可以控制） 一、天然气的特点及危害 一、天然气的特点及危害 在处理气体溢流时，由于气体的膨胀，会导致在处理气体溢流时，由于气体的膨胀，会导致过高的套压，一方面可能造成地下井喷，另一方面过高的套压，一方面可能造成地下井喷，另一方面直接威胁到井口的安全，如引起防喷器、地面管汇、直接威胁到井口的安全，如引起防喷器、地面管汇、井口附近的套管刺漏或施工井地面窜通，导致压井井口附近的套管刺漏或施工井地面窜通，导致压井失败甚至失控着火。失败甚至失控着火。 因此，对于气体溢流来说，更要强调及时发现溢因此，对于气体溢流来说，更要
4、强调及时发现溢流并迅速关井的重要性。流并迅速关井的重要性。一、天然气的特点及危害2 2、天然气的密度低、天然气的密度低 天然气的密度与钻井液、地层水、原油相比要低得多，天然气的密度与钻井液、地层水、原油相比要低得多，在常温下水的密度是天然气密度的在常温下水的密度是天然气密度的10001000倍以上。倍以上。 由于天然气的密度低，与钻井液有很强的置换性，不由于天然气的密度低，与钻井液有很强的置换性，不论是开井还是关井，是循环还是静止，气体向井口的运移论是开井还是关井，是循环还是静止，气体向井口的运移总是要产生的。在开井状态下，气体在井内膨胀上升，会总是要产生的。在开井状态下，气体在井内膨胀上升，
5、会改变井内的平衡状态，并加剧溢流的发生；在关井状态下，改变井内的平衡状态，并加剧溢流的发生；在关井状态下，气体在井内带压上升，会导致地面压力升高，威胁关井的气体在井内带压上升，会导致地面压力升高，威胁关井的安全，或将地层蹩漏，造成地下井喷，给事故处理带来更安全，或将地层蹩漏，造成地下井喷，给事故处理带来更大的难度。大的难度。 因此，发生气体溢流关井后，要及时组织压井。因此，发生气体溢流关井后，要及时组织压井。 3 3、天然气具有易扩散、易燃、易爆的特点、天然气具有易扩散、易燃、易爆的特点 天然气与空气的混合浓度达到天然气与空气的混合浓度达到5%5%15%15%（体积比）时，（体积比）时，遇到火
6、源会发生爆炸，低于遇到火源会发生爆炸，低于5%5%既不爆炸也不燃烧，高于既不爆炸也不燃烧，高于15%15%不会爆炸，但会燃烧。不会爆炸，但会燃烧。 天然气的这一特点导致大部分天然气井井喷失控后都天然气的这一特点导致大部分天然气井井喷失控后都引发着火，或是在关井和压井过程中，由于井口设备刺漏，引发着火，或是在关井和压井过程中，由于井口设备刺漏，最终引发井口爆炸着火。如果井喷失控瞬间未着火，或在最终引发井口爆炸着火。如果井喷失控瞬间未着火，或在抢险过程中某种原因导致火焰熄灭，由于天然气的扩散性，抢险过程中某种原因导致火焰熄灭，由于天然气的扩散性，会以井眼为中心向井场四周扩散，或沿风向向下风向扩散，
7、会以井眼为中心向井场四周扩散，或沿风向向下风向扩散，在这个过程中，遇到火源同样可能发生着火或爆炸。在这个过程中，遇到火源同样可能发生着火或爆炸。 因此，天然气井的井场设备布置，要充分考虑防火要因此，天然气井的井场设备布置，要充分考虑防火要求。另外，在关井和压井以及在抢险过程中，要做好井场求。另外，在关井和压井以及在抢险过程中，要做好井场及周围的的消防工作，防止着火。及周围的的消防工作，防止着火。一、天然气的特点及危害 4 4、含硫化氢的天然气具有更大的危害性、含硫化氢的天然气具有更大的危害性 硫化氢有剧毒，对人员、设备、环境等都会造成严重硫化氢有剧毒，对人员、设备、环境等都会造成严重伤害。硫化
8、氢对现场施工人员的人身安全造成威胁。硫化伤害。硫化氢对现场施工人员的人身安全造成威胁。硫化氢对钻具和井控装置产生氢脆腐蚀，造成钻具断裂和井口氢对钻具和井控装置产生氢脆腐蚀，造成钻具断裂和井口设备损坏，使井控工作进一步复杂化，甚至引发井喷失控。设备损坏，使井控工作进一步复杂化，甚至引发井喷失控。硫化氢能加速非金属材料的老化，使井控装置中的密封件硫化氢能加速非金属材料的老化，使井控装置中的密封件失效而威胁到关井的安全。硫化氢对水基钻井液具有较大失效而威胁到关井的安全。硫化氢对水基钻井液具有较大污染，甚至使之形成流不动的冻胶。污染，甚至使之形成流不动的冻胶。 因此，钻探含硫化氢天然气井比普通油气井具
9、有更大因此，钻探含硫化氢天然气井比普通油气井具有更大的风险，一旦发生井喷失控，容易造成灾难性的后果。的风险，一旦发生井喷失控，容易造成灾难性的后果。一、天然气的特点及危害 5 5、天然气对密封性的要求更高、天然气对密封性的要求更高 天然气侵入井筒后，在钻井液中会自动向上滑天然气侵入井筒后，在钻井液中会自动向上滑脱运移。气体的渗透性比液体要高得多，对套管、脱运移。气体的渗透性比液体要高得多，对套管、油管、井控装置等密封性能提出更高的要求。一旦油管、井控装置等密封性能提出更高的要求。一旦发生泄露，很容易引起井喷失控甚至着火。发生泄露，很容易引起井喷失控甚至着火。 由于天然气的上述几个特征，使天然气
10、井的井由于天然气的上述几个特征，使天然气井的井控问题更复杂，处理不当很容易引发恶性井喷事故控问题更复杂，处理不当很容易引发恶性井喷事故和失控着火。和失控着火。 因此，必须研究和掌握天然气特征所带来的井因此，必须研究和掌握天然气特征所带来的井控技术的特点，保证井控的安全。控技术的特点，保证井控的安全。一、天然气的特点及危害二、天然气侵入井内的方式二、天然气侵入井内的方式1 1、岩屑气侵、岩屑气侵 在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被释放出来而侵入钻井液。侵入天然气量与中的天然气被释放出来而侵入钻井液。侵入天然气量与岩石的岩石的孔隙度
11、、含气饱和度、井径、机械钻速和气层的孔隙度、含气饱和度、井径、机械钻速和气层的厚度成正比厚度成正比。钻开厚气层时，应控制机械钻速，从而控。钻开厚气层时，应控制机械钻速，从而控制单位时间内侵入钻井液中的天然气量，天然气被循环制单位时间内侵入钻井液中的天然气量，天然气被循环到地面后，应进行地面除气，减小天然气对钻井液柱压到地面后，应进行地面除气，减小天然气对钻井液柱压力的影响。力的影响。2 2、置换气侵、置换气侵 钻遇大裂缝或溶洞时，由于钻井液密度比天然气密钻遇大裂缝或溶洞时，由于钻井液密度比天然气密度大，产生重力置换。天然气被钻井液从裂缝或溶洞中度大，产生重力置换。天然气被钻井液从裂缝或溶洞中置
12、换出来进入井内。置换出来进入井内。二、天然气侵入井内的方式二、天然气侵入井内的方式 3 3、扩散气侵、扩散气侵 气层中的天然气穿过泥饼向井内扩散，侵入钻井液。侵气层中的天然气穿过泥饼向井内扩散，侵入钻井液。侵入井内的天然气量与钻开气层表面积、滤饼的质量等因素有入井内的天然气量与钻开气层表面积、滤饼的质量等因素有关。一般通过滤饼侵入井内的天然气量不大。关。一般通过滤饼侵入井内的天然气量不大。但当滤饼受到但当滤饼受到破坏或停止循环时间很长时，侵入量会增大。因此，空井或破坏或停止循环时间很长时，侵入量会增大。因此，空井或井眼长时间静止时，要有专人负责观察井口。井眼长时间静止时，要有专人负责观察井口。
13、 以上三种情况表明，即使在井底压力大于地层压力时，以上三种情况表明，即使在井底压力大于地层压力时，天然气也会以上面几种方式侵入井内。天然气也会以上面几种方式侵入井内。发生天然气气侵，可发生天然气气侵，可通过地面除气设备从钻井液中排除。通过地面除气设备从钻井液中排除。 4 4、气体溢流、气体溢流 井底压力小于地层压力时，天然气会大量侵入井内。井井底压力小于地层压力时，天然气会大量侵入井内。井底的负压差越大，进入井内天然气越多，大量的天然气可能底的负压差越大，进入井内天然气越多，大量的天然气可能形成气柱所以若不及时关井，很快会发展成为井喷。形成气柱所以若不及时关井，很快会发展成为井喷。三、三、天然
14、气侵入井内对井内液柱压力影响1 1、天然气在井内的存在形式及运动形式、天然气在井内的存在形式及运动形式 天然气侵入井眼后，呈气天然气侵入井眼后，呈气液两相流动状态，液两相流动状态，形成泡状流、段塞流等形态。循环时，气体随着钻形成泡状流、段塞流等形态。循环时，气体随着钻井液循环从环空中上返，同时在钻井液中滑脱上升。井液循环从环空中上返，同时在钻井液中滑脱上升。即使在不循环时，钻井液中的气体由于密度小，在即使在不循环时，钻井液中的气体由于密度小，在钻井液中也会滑脱上升。钻井液中也会滑脱上升。三、三、天然气侵入井内对井内液柱压力影响 2 2、天然气侵对钻井液密度的影响、天然气侵对钻井液密度的影响 天
15、然气刚侵入井内，处在井底，受天然气刚侵入井内，处在井底，受到的压力大，体积小，对钻井液密度到的压力大，体积小，对钻井液密度影响小。天然气从井底向井口上升过影响小。天然气从井底向井口上升过程中，由于所受液柱压力逐渐减小，程中，由于所受液柱压力逐渐减小，气泡就逐渐膨胀，体积增大，单位体气泡就逐渐膨胀，体积增大，单位体积钻井液中天然气体积增多，钻井液积钻井液中天然气体积增多，钻井液密度则逐渐减小。如图密度则逐渐减小。如图7 71 1所示。当所示。当气泡上升至接近地面时，气泡体积膨气泡上升至接近地面时，气泡体积膨胀到最大，而钻井液密度降低到最小胀到最大，而钻井液密度降低到最小。天然气侵入井内后，井内钻
16、井液密。天然气侵入井内后，井内钻井液密度随井深自下而上逐渐变小。度随井深自下而上逐渐变小。图71气侵对钻井液密度的影响三、三、天然气侵入井内对井内液柱压力影响 所以地面看到的钻井液中天然气气泡的数量，并所以地面看到的钻井液中天然气气泡的数量，并不反映井底被气侵的程度，实际上仅有少量的天然不反映井底被气侵的程度，实际上仅有少量的天然气进入钻井液，其密度变化甚微，此时注意采取有气进入钻井液，其密度变化甚微，此时注意采取有效的措施除气，使泵入的钻井液保持原有密度，就效的措施除气，使泵入的钻井液保持原有密度，就不会有井喷危险。如果不及时而有效地除气，让密不会有井喷危险。如果不及时而有效地除气，让密度低
17、的气侵钻井液再次进入井内，则会造成井筒内度低的气侵钻井液再次进入井内，则会造成井筒内钻井液受到进一步气侵，如此恶性循环，使井底压钻井液受到进一步气侵，如此恶性循环，使井底压力不断降低，最终导致失去平衡，发生井喷。力不断降低，最终导致失去平衡，发生井喷。三、三、天然气侵入井内对井内液柱压力影响 3 3、钻井液发生气侵后应注意的问题、钻井液发生气侵后应注意的问题 1 1）钻井液发生气侵，密度随井深自下而上逐渐降低）钻井液发生气侵，密度随井深自下而上逐渐降低，不能用井口测量的密度值计算井内液柱压力。，不能用井口测量的密度值计算井内液柱压力。 2 2）即使井口返出钻井液气侵很严重，但是井内液柱）即使井
18、口返出钻井液气侵很严重，但是井内液柱压力并没有大幅度降低。压力并没有大幅度降低。 3 3）气侵对井内静液柱压力影响随井深不同。井越深）气侵对井内静液柱压力影响随井深不同。井越深，影响越小；井越浅，影响越大。，影响越小；井越浅，影响越大。 4 4）发生气侵，采取的首要措施是地面除气。除气后）发生气侵，采取的首要措施是地面除气。除气后的钻井液泵入井内，若返出密度不再下降，则达到目的。的钻井液泵入井内，若返出密度不再下降，则达到目的。若返出密度仍在下降，应适当提高钻井液密度，使出入口若返出密度仍在下降，应适当提高钻井液密度，使出入口密度相等。密度相等。四、开井状态下气体的运移 在开井状态下，侵入井内
19、的天然气靠密度差形成在开井状态下，侵入井内的天然气靠密度差形成的浮力在钻井液中滑脱上升，并逐渐形成气泡甚至段的浮力在钻井液中滑脱上升，并逐渐形成气泡甚至段塞。气泡或段塞所受的钻井液柱压力会随着气体的上塞。气泡或段塞所受的钻井液柱压力会随着气体的上升而逐渐降低，因此气体随之膨胀，并逐渐将其上的升而逐渐降低，因此气体随之膨胀，并逐渐将其上的钻井液排出地面。钻井液排出地面。 假设井深假设井深30003000米，钻井液密度米，钻井液密度1.20g/cm31.20g/cm3，井眼直，井眼直径为径为215.9mm215.9mm，钻杆外径，钻杆外径114.3mm114.3mm，环空有，环空有0.26m30.
20、26m3天然天然气，高度气，高度10m10m，当井口敞开时其上升膨胀情况如图，当井口敞开时其上升膨胀情况如图7 72 2所示。在一些开始起钻就发生局部抽汲的井中，这种所示。在一些开始起钻就发生局部抽汲的井中，这种情况很容易发生。情况很容易发生。四、开井状态下气体的运移 气体上升到井深气体上升到井深1500m1500m，气体体积变为，气体体积变为0.52m30.52m3，高度变，高度变为为20m20m，井底压力降到，井底压力降到35.14MPa35.14MPa。在这个过程中，气体运移。在这个过程中，气体运移了了15001500米的距离，体积只增加了米的距离，体积只增加了0.26m30.26m3。
21、气体继续上升到井。气体继续上升到井深深750750米处时，体积变为米处时，体积变为1.04m31.04m3，高度变为，高度变为40m40m，井底压力，井底压力34.9MPa34.9MPa。在这个过程中，气体运移了。在这个过程中，气体运移了750750米的距离，体积增米的距离，体积增加了加了0.52m30.52m3。气体继续上升到井深。气体继续上升到井深375375米处时，体积变为米处时，体积变为2.08m32.08m3，高度变为，高度变为80m80m，井底压力，井底压力34.4MPa34.4MPa。在这个过程中，。在这个过程中，气体运移了气体运移了375375米的距离，体积增加了米的距离，体积
22、增加了1.04m31.04m3。当气体上升。当气体上升到井口附近时，气体体积变为到井口附近时，气体体积变为8.32m38.32m3，高度变为，高度变为320m320m，井底，井底压力下降到压力下降到31.62MPa.31.62MPa. 气体上升到一定高度后，气体体积的膨胀就足以使上部气体上升到一定高度后，气体体积的膨胀就足以使上部钻井液自动外溢喷出，导致井底压力小于地层压力，使天然钻井液自动外溢喷出，导致井底压力小于地层压力，使天然气进入井内造成更严重的井喷。气进入井内造成更严重的井喷。图72开井状态下气体的运移2开井状态下气体的运移四、开井状态下气体的运移四、开井状态下气体的运移 通过上面的
23、例子可以得出以下结论：通过上面的例子可以得出以下结论： 1 1）开井状态下，气体在井内上升时体积一直在膨胀，）开井状态下，气体在井内上升时体积一直在膨胀，在井底时体积增加较小，越接近井口膨胀速度越快。在井底时体积增加较小，越接近井口膨胀速度越快。 2 2）气体越接近井口，钻井液罐液面上升速度越快，溢）气体越接近井口，钻井液罐液面上升速度越快，溢流量才变得比较明显。流量才变得比较明显。 3 3）气体膨胀上升开始时对井底压力的影响很小，到接）气体膨胀上升开始时对井底压力的影响很小，到接近井口时，井底压力明显降低。近井口时，井底压力明显降低。 由此可见，由于长时间停止循环或起钻抽汲，井底可能由此可见
24、，由于长时间停止循环或起钻抽汲，井底可能会聚集了相当数量的天然气并形成气柱，由于密度差作用会聚集了相当数量的天然气并形成气柱，由于密度差作用导致气柱上升膨胀，或开泵循环钻井液时造成气柱膨胀，导致气柱上升膨胀，或开泵循环钻井液时造成气柱膨胀，到达某一深度时，就会发生钻井液外溢，尤其是天然气上到达某一深度时，就会发生钻井液外溢，尤其是天然气上升接近地面时，体积会迅速膨胀，从而取代井筒内大量的升接近地面时，体积会迅速膨胀，从而取代井筒内大量的钻井液，大大降低了井底压力。为防止出现这样的情况，钻井液，大大降低了井底压力。为防止出现这样的情况，现场作业时应该尽量减少停止循环的时间，起钻要避免抽现场作业时
25、应该尽量减少停止循环的时间，起钻要避免抽汲，起完钻后尽快下钻，等钻头下至一定深度，再做其它汲，起完钻后尽快下钻，等钻头下至一定深度，再做其它必要的辅助工作。必要的辅助工作。五、关井状态下气体的运移 发生天然气溢流关井，或因起钻抽汲导致天然气发生天然气溢流关井，或因起钻抽汲导致天然气溢流而关闭的井中，天然气在关井状态下滑脱上升溢流而关闭的井中，天然气在关井状态下滑脱上升。气体滑脱上升的速度主要取决于环空大小、钻井。气体滑脱上升的速度主要取决于环空大小、钻井液粘度、气体与钻井液密度差等因素。液粘度、气体与钻井液密度差等因素。五、关井状态下气体的运移 如图如图7 73 3所示，假设在所示，假设在t=
26、t1t=t1时刻，时刻，气体处于井底，此时井口压力为气体处于井底，此时井口压力为Pa1Pa1，则，则Pa1Pa1P P气气mgH1mgH1 在在t=t2t=t2时刻，气体向上运移了时刻，气体向上运移了HmHm的的距离，此时井口压力为距离，此时井口压力为Pa2Pa2，则，则Pa2Pa2P P气气mgH2mgH2 如果气体的温度和体积未发生变化如果气体的温度和体积未发生变化，那么气体的压力也不变，所以，那么气体的压力也不变，所以 Pa2Pa2Pa1Pa1m mgH1gH1m mgH2gH2m mgHmgHm 因此，因此，gPPHmaam12H1H2HmmmPa1Pa2 图73关井状态下气体运移速度
27、计算出气体的运移计算出气体的运移HmHm距离之后，就可用下式求出气体的距离之后，就可用下式求出气体的运移速度：运移速度：由此可见，只要记录下地面压力的变化和相对应的时间，由此可见，只要记录下地面压力的变化和相对应的时间，就可以计算出气体的运移速度及其在井眼位置就可以计算出气体的运移速度及其在井眼位置 。12ttHmm12ttHmm12ttHmm五、关井状态下气体的运移 关井状态下，井内容积固定，假如钻井液未发生漏失，关井状态下，井内容积固定，假如钻井液未发生漏失，气体就不能膨胀，所形成的气柱会始终保持原来的井底压气体就不能膨胀，所形成的气柱会始终保持原来的井底压力值不变。从上面的公式中可以看出
28、，气体滑脱上升过程力值不变。从上面的公式中可以看出，气体滑脱上升过程中，气柱以上的液柱压力减小使井口压力增加，气柱以下中，气柱以上的液柱压力减小使井口压力增加，气柱以下的液柱压力增加使井底压力增加。所以在关井状态下，气的液柱压力增加使井底压力增加。所以在关井状态下，气体的滑脱上升会导致整个井筒的压力不停地增加。体的滑脱上升会导致整个井筒的压力不停地增加。五、关井状态下气体的运移 假设井内钻井液密度假设井内钻井液密度1.20g/cm31.20g/cm3，井深，井深3000m3000m，0.26m30.26m3气气体侵入井内关井，此时的井底压力为体侵入井内关井，此时的井底压力为35.378MPa3
29、5.378MPa。天然气。天然气滑脱上升时，井底压力和井口压力的变化情况如图所示。滑脱上升时，井底压力和井口压力的变化情况如图所示。图74关井状态下气体的运移五、关井状态下气体的运移通过上面的例子可以得出以下结论：通过上面的例子可以得出以下结论： 1 1）在关井状态下，气体在带压滑脱上升过程中，关井立）在关井状态下，气体在带压滑脱上升过程中，关井立、套压不断上升，作用在井眼各处的压力均在不断增大。也、套压不断上升，作用在井眼各处的压力均在不断增大。也就是说，一口关井后井内存在钻井液液柱，而天然气不断在就是说，一口关井后井内存在钻井液液柱，而天然气不断在井口聚集的井，比喷空的井在井内不同深度处的
30、压力更高。井口聚集的井，比喷空的井在井内不同深度处的压力更高。 2 2）关井时，天然气上升至地面，井口要承受原作用于井）关井时，天然气上升至地面，井口要承受原作用于井底的压力，所以要求井口防喷装置有足够高的工作压力。底的压力，所以要求井口防喷装置有足够高的工作压力。 3 3）气体滑脱上升引起井口压力不断升高，这个压力与天）气体滑脱上升引起井口压力不断升高，这个压力与天然气以下的钻井液静液柱压力，造成过高的井底压力，不能然气以下的钻井液静液柱压力，造成过高的井底压力，不能认为地层压力也在增大，不能录取这时的井口压力计算地层认为地层压力也在增大，不能录取这时的井口压力计算地层压力。压力。 4 4）
31、发生气体溢流不应长时间关井，避免超过最大关井套）发生气体溢流不应长时间关井，避免超过最大关井套压，造成井口、套管损坏，或套管鞋以下地层破裂，天然气压，造成井口、套管损坏，或套管鞋以下地层破裂，天然气地面窜通。要尽快组织压井或通过节流阀释放部分压力。地面窜通。要尽快组织压井或通过节流阀释放部分压力。六、关井后天然气运移的处理方法 1 1、立管压力法、立管压力法 1 1）立管压力法原理：通过节流阀，间断放出一定数）立管压力法原理：通过节流阀，间断放出一定数量的钻井液，使天然气膨胀，气体压力降低。量的钻井液，使天然气膨胀，气体压力降低。在释放钻在释放钻井液的过程中，要控制立管压力始终大于关井立压，从
32、井液的过程中，要控制立管压力始终大于关井立压，从而保证井底压力始终略大于地层压力，以防止天然气再而保证井底压力始终略大于地层压力，以防止天然气再进入井内。进入井内。六、关井后天然气运移的处理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先确定一个比初始关井立管压力高的允许立管压）先确定一个比初始关井立管压力高的允许立管压力值力值Pd1Pd1和放压过程中立管压力的变化值和放压过程中立管压力的变化值PdPd。 Pd1Pd1的确定是非常有必要的，通常取的确定是非常有必要的，通常取Pd1Pd1比初始关井立比初始关井立压大压大0.7MPa0.7MPa1.4MPa1.4MPa，防止释放钻井液时，由于压力
33、波动，防止释放钻井液时，由于压力波动或压力传递的滞后现象导致井底压力小于地层压力。或压力传递的滞后现象导致井底压力小于地层压力。PdPd的确定要考虑地层的承压能力，一般取的确定要考虑地层的承压能力，一般取PdPd0.350.351MPa1MPa。 例如；关井立压例如；关井立压PdPd3MPa3MPa，可取，可取Pd1Pd14MPa4MPa，PdPd1MPa1MPa。 （2 2）当关井立管压力）当关井立管压力PdPd增加到（增加到（Pd1+PdPd1+Pd），即增加），即增加到（到（3+13+1）+1=5MPa+1=5MPa时，通过节流阀放钻井液，立管压力下时，通过节流阀放钻井液，立管压力下降到
34、降到Pd1Pd1，即下降到，即下降到4MPa4MPa时关井。时关井。六、关井后天然气运移的处理方法 （3 3）关井后，天然气继续上升，立管压力再次升）关井后，天然气继续上升，立管压力再次升到（到（Pd1+PdPd1+Pd）时，即增加到）时，即增加到4+1=5MPa4+1=5MPa时，再按上述时，再按上述方法放压，然后关井。这样重复进行，可使天然气上方法放压，然后关井。这样重复进行，可使天然气上升到井口。升到井口。 放压过程中，由于环空放出钻井液，环空静液压力减放压过程中，由于环空放出钻井液，环空静液压力减小，因此套压增加一个值，增加的值等于环空静液压小，因此套压增加一个值，增加的值等于环空静液
35、压力所减小的值。力所减小的值。六、关井后天然气运移的处理方法 3 3）不适用立管压力方法的情况：）不适用立管压力方法的情况： 当发生如下情况，则不能应用立管压力法，而要采用当发生如下情况，则不能应用立管压力法，而要采用体积法（容积法）：体积法（容积法）： （1 1）钻头水眼被堵死，或钻具内有回压阀（单流阀）钻头水眼被堵死，或钻具内有回压阀（单流阀），立管压力不能读值；），立管压力不能读值； （2 2）钻头位置在气体之上；）钻头位置在气体之上； （3 3）钻具被刺漏等。）钻具被刺漏等。六、关井后天然气运移的处理方法 2 2、体积法（容积法）、体积法（容积法） 体积法的原理：通过节流阀释放钻井液，
36、使气体体积法的原理：通过节流阀释放钻井液，使气体膨胀，环空静液压力由于钻井液量的减少而降低，为膨胀，环空静液压力由于钻井液量的减少而降低，为保证井底压力略大于地层压力，环空静液压力减小值保证井底压力略大于地层压力，环空静液压力减小值通过增加套压补偿。通过增加套压补偿。六、关井后天然气运移的处理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先确定一个大于初始关井套压的允许套压值）先确定一个大于初始关井套压的允许套压值PalPal和放和放压过程中的套压变化值压过程中的套压变化值PaPa。其确定原则和取值方法同立管。其确定原则和取值方法同立管压力法。例如：初始关井套压压力法。例如：初始关井套压Pa
37、Pa5MPa5MPa，可以取允许套压值，可以取允许套压值Pa1Pa16MPa6MPa，套压变化值，套压变化值PaPa0.5MPa0.5MPa。 （2 2）计算出套压变化值）计算出套压变化值PaPa对应的释放钻井液量对应的释放钻井液量VV。 由于井径不同，计算出的由于井径不同，计算出的VV会有所不同。会有所不同。 （3 3）当关井套压由）当关井套压由PaPa上升到上升到Pal+PaPal+Pa6+0.56+0.56.5MPa6.5MPa时，保持套压等于时，保持套压等于6.5MPa6.5MPa不变，从节流阀放出钻井液不变，从节流阀放出钻井液V1V1，关井；关井； （4 4）当关井套压由）当关井套压
38、由6.5MPa6.5MPa上升上升0.5MPa0.5MPa到达到达7MPa7MPa时，保持时，保持套压等于套压等于7MPa7MPa不变，通过节流阀放出钻井液不变，通过节流阀放出钻井液V2V2，关井；，关井；六、关井后天然气运移的处理方法 （5 5）当关井套压由）当关井套压由7MPa7MPa上升上升0.5MPa0.5MPa到到7.5MPa7.5MPa时，时，保持套压等于保持套压等于7.5MPa7.5MPa不变，通过节流阀放出钻井液不变，通过节流阀放出钻井液V3V3，关井。，关井。 （6 6）按上述方法放出钻井液，使气体上升膨胀，）按上述方法放出钻井液，使气体上升膨胀，让套压增加一定数值，补偿环空
39、静液压力减小值，保让套压增加一定数值，补偿环空静液压力减小值，保证井底压力略大于地层压力。气体一直上升到井口。证井底压力略大于地层压力。气体一直上升到井口。六、关井后天然气运移的处理方法 3 3、套压的控制：使用上述两种方法处理气体的滑脱上升时，由、套压的控制：使用上述两种方法处理气体的滑脱上升时，由于环空钻井液不断的放掉，关井套压会不断地上升，有可能会导致于环空钻井液不断的放掉，关井套压会不断地上升，有可能会导致套管鞋的漏失。所以，在施工前，要先校核套管鞋处的承压能力。套管鞋的漏失。所以，在施工前，要先校核套管鞋处的承压能力。套管鞋处地层所受最大压力发生在天然气溢流顶面到达套管鞋处时套管鞋处
40、地层所受最大压力发生在天然气溢流顶面到达套管鞋处时，其计算公式如下：，其计算公式如下：CBBPh422maxhHgPBmpwmpghPC式中：式中：PhmaxPhmax套管鞋处地层所受最大压力，套管鞋处地层所受最大压力，MPaMPa；PpPp井底压力，井底压力，MPaMPa；mm井内钻井液密度，井内钻井液密度，g/cm3g/cm3；H H井深，井深，m m；h h套管鞋深度，套管鞋深度，m m；hwhw井内溢流物所占据的高度，井内溢流物所占据的高度，m m；g g0.009810.00981只要套管鞋处地层所受最大压力小于该处地层破裂压力，施工就可只要套管鞋处地层所受最大压力小于该处地层破裂压
41、力，施工就可以以顺利进行。顺利进行。六、关井后天然气运移的处理方法 4 4、天然气上升到井口的处理、天然气上升到井口的处理 天然气上升到井口后，不能放气泄压，此时的井天然气上升到井口后，不能放气泄压，此时的井口压力值是平衡地层压力所必需的，一旦放气泄压，口压力值是平衡地层压力所必需的，一旦放气泄压，井底压力就不能平衡地层压力了。处理方法是采用置井底压力就不能平衡地层压力了。处理方法是采用置换法，从井口注入钻井液置换井内气体，以降低井口换法，从井口注入钻井液置换井内气体，以降低井口压力压力 六、关井后天然气运移的处理方法 5 5、对于高含硫的气井，不宜采取上述立管压力法和、对于高含硫的气井，不宜
42、采取上述立管压力法和体积法进行处理。因为这两种方法均是通过放掉一定量体积法进行处理。因为这两种方法均是通过放掉一定量的环空钻井液，使侵入井筒的气体逐渐到达井口，在井的环空钻井液，使侵入井筒的气体逐渐到达井口，在井口将会有一段纯气柱存在。由于硫化氢气体对钻具的氢口将会有一段纯气柱存在。由于硫化氢气体对钻具的氢脆腐蚀作用，很可能使井口附近的钻具发生断裂落井，脆腐蚀作用，很可能使井口附近的钻具发生断裂落井，从而导致井内断口以上的钻具冲出转盘，发生井喷失控从而导致井内断口以上的钻具冲出转盘，发生井喷失控，甚至着火。因此，对高含硫的气井，应事先准备充足，甚至着火。因此，对高含硫的气井，应事先准备充足的高密度钻井液，一旦发生溢流关井后，尽快调配适当的高密度钻井液，一旦发生溢流关井后，尽快调配适当密度的压井液，组织压井作业，建立新的压力平衡，恢密度的压井液，组织压井作业，建立新的压力平衡，恢复正常钻井作业。复正常钻井作业。谢谢 谢谢 大大 家家
