关井后井内压力的变化培训教材.doc

关井后井内压力的变化培训教材1.1关井后井眼内的各种压力1.1.1关井后井眼内的各种压力的平衡关系图43 关井后井眼内压力平衡关系1地层压力；2环形空间静液柱压力；3关井套压；4关井立压；5钻柱内部钻井液静液柱压力在关井一段时间后，地层压力便作用于井底。井眼环形空间和钻柱内部存在着钻井液静液柱压力。井眼环形空间和钻柱内部的钻井液液柱在钻柱底部是连通的，地层压力既向上作用于环形空间钻井液液柱，也向上作用于钻柱内部的钻井液液柱，形成了个U形管。对于环空而言，在发生溢流关井后，地层压力一般都大于环形空间钻井液液柱压力，关井后地层压力大于环形空间钻井液静液柱压力的压力由防喷器的闸板所承受，根据液体传递压力规律可知，这个压力会被液体传递到整个环形空间，从与环形空间相连通的套管压力表上可以观察到这个压力，这个压力就是关井套管压力，简称关井套压，关井套压也作用于井底，这样，关井套压与环形空间的钻井液静液柱压力就一起在井底形成井底压力，与地层压力相互平衡。如图4-3所示。对于钻柱内部而言，在发生溢流关井后，地层压力在大多数情况下也大于钻柱内部的钻井液静液柱压力。关井后，地层压力大于钻柱内部钻井液液柱压力的压力，由回压凡尔或其它设备所承受，同时，这个压力也被液体传递到整个钻柱内部，从与钻柱内部连通的立管压力表上可以观察到这个压力，这个压力就是关井立管压力，简称关井立压。关井立压与关井套压可以统称为井口压力，关井立压也作用于井底，这样，关井立压与钻柱内部的钻井液静液液柱压力就一起在井底形成了井底压力，与地层压力相互平衡。如图4-3所示。在环空一侧，地层压力与井底压力的平衡关系公式如下： 41式中：p地层压力，MPa；P1关井套管压力，MPa；H1环空钻井液柱高度，m；1钻井液密度，g/cm3；2井侵流体密度，g/cm3；H2井侵流体在环空中的高度，m。在钻柱内部一侧，地层压力与井底压力的平衡关系如下： 42式中：P地层压力，MPa；P2关井立管压力，MPa；1钻井液密度，g/cm3；H垂直井深，m。1.1.2关井立压和套压的三种显示（1）关井立压、关井套压都大于零，并且关井套压大于关井立压在地层压力大于环形空间的钻井液静液柱压力和钻柱内部的钻井液静液柱压力的状态下，就会出现关井立压、关井套压都大于零的显示。在溢流发生时。地层流体就会侵入到井眼环形空间，当侵入的地层流体为油、盐水时，会使环形空间的液柱平均密度降低，当侵入的地层流体为天然气时，会使环形空间的钻井液液柱高度减小，这就造成了环形空间钻井液液柱压力的降低；而地层流体很不容易侵入到钻柱内部，因此，钻柱底部的钻井液液柱压力基本不变。在这里，我们要清楚地知道，作用于环形空间和钻柱内部的地层压力是相等的，这样，根据下述两个公式就可以明显地看出关井套压大于关井立压。 43 44在发生溢流关井后，不会出现关井立压大于关井套压的现象。在关井套压和关井立压都大于零时，必须提高钻井液密度进行压井。在天然气井钻探中，发现溢流越晚，关井越慢，侵入井内的气柱就越高，环形空间钻井液液柱的高度就越小，天然气的密度小于钻井液密度，而地层压力是本井该深度的客观存在的一定值。由公式(4-3 )可明显的看出，关井套压值会较高，反之发现溢流越早，并能迅速果断地关井，井内就会有尽可能高的钻井液液柱，气柱侵入就会较小，这样就会使关井套压降低。关井套压是由于环空中的钻井液液柱压力与气柱压力即形成的井底压力小于地层压力所引起的。在关井后520min内如果发现关井套压较高，有时可能即将接近最大允许关井套压。这时，千万不能打开节流阀来降低关井套压，这样会适得其反，使关井套压越来越高。其原因是，在打开节流阀时，井内钻井液会经过节流阀向外流出，关井套压会暂时减小，但最终结果是井内的钻井液液柱高度减小，侵入井内的气柱高度增高，通过公式(4-3)可知关井后套压会增高。当然，如果关井套压超过了最大允许关井套压，那就必须打开节流阀，并进行分流压井。在油水井钻探中上述现象比较轻微，但也应引起注意。（2）关井立压为零，关井套压大于零当钻进时所采用的钻井液密度等于地层压力当量钻井液密度，或者所采用钻井液的附加压力当量钻井液密度值偏小时，在地层流体较多地侵入到井眼环形空间的状态下，就会使环形空间的液柱压力小于地层压力，出现关井套压大于零的显示，而在钻柱内部的钻井液液柱没有受到地层流体的污染，钻柱内的钻井液液柱仍然保持着钻进时的钻井液密度，仍能平衡地层压力，因此，关井立压为零。在发生溢流关井后，不会出现关井立压大于零，而关井套压等于零的现象。在关井套压大于零，关井立压等于零时，也应进行压井。（3）关于套压、关井立压都等于零当钻进时采用的钻井液密度大于地层压力的当量钻井液密度，并且钻井液的附加压力当量钻井液密度基本符合要求时，在钻开油气层的情况下，地层中的天然气侵入井眼环形空间，随着循环的钻井液不断上升，体积逐渐膨胀，推动钻井液从井口向外溢流，在这种情况下关井后，井眼环形空间和钻柱内部的液柱压力都会大于或者等于地层压力。因此，会出现关井立压、关井套压都等于零的现象。在关井立压、关井套压都等于零时，可以打开防喷器，进行循环除气。1.2长期关井井内压力的变化在关井后520min内，对于一般井眼中的地层来说，地层流体会较快地流向井底，使地层压力得到恢复，这时关井立压，关井套压等井内压力会较快的增高。对于油水井来说，在关井后520min之内，关井立压，关井套压便趋于稳定，对于气井来说，在关井后520min之后，关井立压，关井套压等井内压力仍会不断地增高，但增高的速度较为缓慢。1.1.2长期关井井内压力的增高图4-4气柱上升而不膨胀井内各处压力a-气柱在井底；b-气柱上升到2400m；c-气柱上升到井口天然气侵入井内发生溢流关井后，在井眼不发生泄漏的情况下，侵入井底的天然气柱就不可能膨胀，由于天然气比钻井液轻，天然气柱会与钻井液产生重力置换而以每小时150300m的速度向上运移，在向上运移过程中天然气柱体积不发生变化，始终保持其在井底的体积，根据气体体积不变，气体所保持的压力就不变(按等温条件考虑)的规律可知，天然气柱的压力在上升过程中也不发生变化，仍保持其在井底的压力值，即地层压力值。结果是气柱中的地层压力向地面移动。在天然气柱不断上升过程中，天然气柱下面的钻井液液柱不断增大，这样，天然气柱所保持的地层压力与其下面的钻井液液柱就会同时施加在井底，使井底压力增加，当天然气柱上升到井口时，地层压力和整个井眼钻井液柱的压力就作用于井底，使井底压力达到最大；同时，在天然气柱上升中，气柱上面的钻井液液柱高度不断减小，关井套压会逐渐升高，当天然气柱上升到井口时，关井套压达到最大，其数值等于地层压力。实际上，在天然气柱上升的过程中，整个井眼内各井段的压力，关井立压都在不断地增加着。为了说明该个问题，现举例如下。例题某井在井深3600m时发生气柱侵入.钻井液池增量3m3，使用钻井液密度为1.70g/m3，关井立压为3.5MPa，关井套压为6.5MPa，已知环空容积为14L/m，气柱密度为0.3g/cm3，因等重晶石粉，需长期关井。求气柱在井底、2400m和井口时的井内有关压力。解：地层压力：=3.5+1.79.83.6=63.5MPa。气柱高度:H2=V/V环310314=214m。气柱压力：P气=P=63.5MPa。（1）当气柱在井底时P=63.5MPa；井深2400m处的压力:=6.5+0.00981.72400=46.5MPa。井深1200m处的压力:=6.5+0.00981.71200=26.5MPa。P1=6.5MPa；P2=3.5MPa。（2）当气柱上升了1200m，即气柱底面在2400m时:井底压力:P=63.5+0.00981.71200=83.5MPa；井深2400m处的压力:P=P气=63.5MPa；井深1200m处的压力:P=63.50.00981.7(24001200214)+0.00980.3214=46.4MPa。关井套压:P1=63.50.00981.7(2400214)+0.00980.3214=26.5MPa。关井立压:P2=83.50.00981.73600=23.5MPa。套压增量:P套=26.56.5=20MPa。立压增量：P立=23.53.5=20MPa。（3）当气柱在井口时:井底压力：P=63.50.00981.7(3600214)+0.00980.3214=120.5MPa井深2400m处的压力:P=63.5+0.00981.7(2400214)+0.00980.3214=100.5MPa。井深1200m处的压力:P=63.5+0.00981.7(1200214)+0.00980.3214=80.5MPa。关井套压:P1=63.5MPa关井立压:P2=120.50.00981.73600=60.5MPa。套压增量:P套=63.56.5=57MPa。立压增量：P立=60.53.5=57MPa。通过上述分析可知：（1）长期关井时，气体上升，气体体积不膨胀，气体压力不变，始终等于地层压力。（2）关井套压、关井立压升高的原因是气柱压力不断向井口运移，不是地层压力在不断升高，气柱上移后的关井套压，关井立压值不是井内液柱压力小于地层压力的数值。（3）关井套压，关井立压的增量相等。（4）气柱上升而不能膨胀，会使井底压力升高，会造成钻井液污染油气层的恶果；还会使井内各处压力升高，压裂易漏层，发生地下井喷；还会使关井套压升高，超过最大允许关井套压，整坏套管与井口装置。（5）为了防止污染油气层、避免发生地下井喷，蹩坏套管与井口装置的井喷失控事故，必须逐渐有控制地打开节流阀释放一部分压力，当关井套压较高是由于环空中的钻井液液柱压力与气柱压力所形成的井底压力小于地层压力所引起的时候，不能打开节流阀进行释放套管压力，但是如果是天然气体在井内向上运移而不能膨胀引起套管压力升高时，可以打开节流阀按照适当的放压方法释放掉一部分钻井液，使天然气体膨胀，套管压力降低。这样关井套压会适当降低，而不会增高。（6）井侵流体为油、水时，关井套压、关井立压、井内压力，井底压力都不会升高。1.2.2长期关井时的放压方法关井后天然气上升，会引起井内压力升高，当压力增加到一定值后，应进行放压，现分别介绍两种放压方法：（1）立管压力法因为天然气上升时，关井立压与关井套压的增量始终是相等的，因此，可以通过观察立管压力进行有控制地放压，当关井立管压力增加到一定值后，适当打开节流阀，放掉小部分钻井液，这时，立管压力降低，立管压力的减小值也就是套管压力的减小值，关井套管压力减小后，井内各处压力便随之减小。立管压力法的操作步骤如下：a、观察并记录关井立压。b、确定放压过程中关井立压的上、下限。P下=P20.5MPa左右 45P上= P下0.5MPa左右 46对于发生气侵的井来说，如果地层的渗透性较好。我们可以把关井立管压力由上升较快变为缓慢的转折时的立管压力确定为关井立压，然后再确定放压时关井立压的上下限。但对于低渗透地层来说，地层流体向井底流动速度缓慢，因此，关井立管压力的增加也就比较缓慢，这就使得我们很难确定关井立压与放压时的上下限，在这种情况下，可以假定关井后一小时的关井立管压力为放压的下限(不超过最大允许关井套压)。c、当关井立压上升到上限时，打开节流阀，放掉一部分钻井液。(约0.5m3左右)，当立压降至下限时关节流阀。放压时，立管压力的变化滞后于节流阀的动作，约每300m路程滞后1s, 3000m的井从节流阀到立管压力的路程为6000m，故约滞后20S。d、关井后，天然气柱继续上升，当关井立压再次上升到上限时，再按上述方法放压，这样重复进行，直至开始循环或是气柱到达井口。在放压过程中，因为每到关井立压+0.5MPa左右的值后就关闭节流阀，所以能保证井底压力始终大于地层压力0.5MPa左右。（2）套管压力法如果在钻柱内装有回压阀，还有钻头水眼堵塞等情况下，人们便观察不到立管压力，因此就不能采用立管压力法进行放压，只有观察套管压力，采用套管压力法进行放压。套管压力法比立管压力法操作步骤复杂，还要经过一些计算。因此，只要能观察到立管压力，就应采用立管压力法进行放压。在放压过程中，每当打开节流阀释放环空中一定量的钻井液后，环空中的气体便等体积膨胀，使环空的井底压力降低，为了保持井底压力大于地层压力，就必须增加关井套压的下限，因此，放压中套压的下限是逐渐增加的，这是与立管压力法的不同之处。套管压力法的操作步骤如下：a、观察并记录关井套压。b、确定放压过程中关井套压的上、下限。根据气柱侵井段环空容积计算每释放出0.1m3钻井液的压力增值，使用下列公式: 47式中：P释放0.1m3钻井液后的压力增值，MPa；环空钻井液密度，g/cm3；V环空单位长度容积，m3/m。关井套压的下限：P下P1+0.5MPa+Pn 48式中：n排出0.1m3钻井液的总数。关井套压的下限随着排出钻井液总数的增加而逐渐增大。关井套压的上限：p上p下+0.5MPac、当关井套压上升到上限时，打开节流阀，放掉0.50.7m3钻井液，当套压降至下限时，关节流阀。d、关井后，天然气柱继续上升，关井套压再次升高到上限时，再按上述方法放压，这样重复进行，直至开始循环或是气柱到达井口。套管压力法忽略了天然气的重量，其准确性受到环形空间容积准确性的影响，井身结构简单的井使用此法是可以的，井身结构复杂，井径不规则时，使用此法是不准确的。