天然气溢流的特点及活动规律.doc

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1、天然气溢流的特点及活动规律气体的特点：密度小，质量轻，扩散性强，体积随温度压力的变化而变化。一、天然气进入井内的方式1、岩石破碎，孔隙中的天然气释放进入井内。2、钻遇裂缝和溶洞时，由于钻井液的密度大于天然气的密度，天然气被置换进入井内。3、钻穿高压气层时，由于地层中所含气体的密度大于钻井液中所含气体的密度，天然气通过泥饼扩散进入井内。4、当井底压力小于地层压力时，天然气在压差的作用下大量进入井内。二、天然气进入井内对井内液柱压力的影响1、以微气泡的形式存在钻井中对Pm的影响 天然气侵入钻井液后，常以微小的气泡形式混在钻井液中。随着钻井液循环在环空上升或因其密度小在钻井液中滑脱上升。天然气在井底

2、开始侵入后，受到的压力大，气泡体积很小，对钻井液密度的影响也较小。在上升过程中，由于受到的钻井液柱压力 逐渐减小，气泡就逐渐膨胀，体积增大。（如图4-1）所示。单位体积钻井液中的天然气体积增多，钻井液密度则随着气泡的上升而逐渐减小。当气泡上升至气侵后，井内钻井液的密接近地面时，气泡体积膨胀到最大，而钻井液密度降到最小。可见，气侵后，井内钻井液密度是随井深自下而上变小。由于天然气的体积和所受到的压力成反比，发生气侵后，整个井筒的钻井液密度不均匀，自上而下逐渐减小，井口的密度最小，这样不能用测得的钻井液密度来计算。气侵后钻井液密度降低值为由于气侵后井内钻井液密度减小，所以钻井液柱压力 也随之减小。

3、气侵后钻井液柱压力减小的计算公式为：式中：气侵后钻井液柱压力的减小值，KPa;mh在井深米气侵钻井液的密度， g/cm3;PS地面压力， KPa；a地面气侵钻井液密度与气侵前的钻井液密度之比值 ；计算井深，m。结论1: 以气泡的形式存在钻井液中，对井内液柱压力影响不大，但要加强地面除气，防止受污染的钻井液再次进入井内.2、天然气以气柱的形式存在井底对Pm的影响（1）在开井情况由于起钻后静止时间叫长或起钻产生抽吸压力，使天然气以气柱的形式存在井底，在密度差的作用下，上升运移，速度一般为150-450米/小时。气柱上升情况及膨胀规律如下：当气柱在井内上升过程中，由于气柱所受压力减小，体积不断增大，

4、其膨胀规律遵循波义耳气态方程。（等温变化）即： P 1V 1 = P 2V2 = P 3 V3= -= Pn Vn结论2 发生天气溢流，在开井情况下，气柱在上升运移过程中，井内液柱压力不断降低，当气柱上升到井口时，液柱压力降低到最小值。（2）、关井情况下气柱对井内压力的影响在关井情况下气柱沿井筒运移，即滑脱上升，其速度约为270-360米/小时。气柱在上升过程中，要发生膨胀，钻井液必须有处去，要不顶出井口，要不进入地层，如果没有，气柱的体积不发生变化，保持井底压力上升。结论3：发生天气溢流，在关井情况下，气柱滑脱上升过程中，井底、井口、井内各部位的压力都逐渐增加，当气柱上升到井口时，达到最大值

5、。注意；发生溢流关井后，井队一定要派人看井，当井口压力上升到某一数值时，应适当打开节流阀放压，并记录所放出的钻井液体积。3、井口套压的控制依据A、 井口防喷器的额定工作压力。、套管抗内压强度的80 。、地层的破裂压力三者中最小的为依据。但一般情况下，套管鞋处的破裂压力最小。三、关井后天然气上升的处理方法、立管压力法 操作方法；先确定一个比关井立压高的允许立压值，再确定一个放压值，推荐放压值千帕，当井口压力上升到，打开节流阀放出钻井液，立压下降到时关节流阀。当立压再次上到时重复上述操作。注意：在用立压力法放压的过程中，由于压力在钻井液中的传播速度约为米秒，故打开节流阀放压时，立压表的读数不能马上

6、下降。要等一段时间。例：某井深3000米，钻进时发生溢流关井，用立管压力压力法放压，问多长时间压力才能呈现在立管压力表上。解：300=20秒、容积法操作方法：先确定一个比关井套压高的允许套压值a1，再确定一个放压值a，推荐343-686千帕。利用公式将放压值转换为放出钻井液体积，当井口套压上升到Pa1+Pa时打开节流阀放出V体积的钻井液关节流阀。当井口套压再次上升到Pa1+Pa时，重复上述操作，可以使天然气上升到井口。放出钻井液体积计算公式：（）/(钻井密度)3、天然气上升速度的计算在关井情况下，天然气在环空上升的速度，可根据套压的升高值来确定。天然气在环空上升不膨胀，天然气压力保持不变，因此

7、关井套管压力的升高值，就是天然气上面钻井液柱压力的减小值。故天然气上升速度可用下式求得。Ug=（Pa1Pa）Gm式中 Ug-天然气上升的速度，米/小时Pa-初始关井套压， 兆帕 Pa1-关井一小时的套压，兆帕Gm-气柱上面的液柱压力梯度，兆帕/米通常，天然气在井内上升的速度大致为270-360米/小时。根据天然气在井内上升的速度和上升的时间可求得天然气在井内上升的距离。L=Ugt式中 L-天然气在井内上升的距离， 米t-天然气在井内上升的时间，小时如果，最大关井套压为则天然气在井内上升的允许高度为：Lc=（PcaPa）GmLc-天然气在井内上升的允许高度为，米4、天燃气上升到井口的处理方法一般

8、情况下采用顶部压井法，即从井口注入钻井液置换井内气体来降低井口压力，保证井底压力稍大于地层压力。操作方法：（）、通过反循环管线向环空注入一定量的钻井液，允许套压上升某一值，（以最大关井套压+环空液柱压力地层破裂压力为原则）（2）、当钻井液在重力的作用下沉落后，通过节流阀缓慢释放气体，套压降到某一数值时关节流阀。（套压的下降值应等于注入钻井液的静液柱压力。（3）、重复上述操作至井内充满钻井液为止。第六章 压井原理及压井参数计算什么叫压井： 就是通过专用设备和技术，控制一定的地面压力，向井内注入一定的钻井液，使井内液柱压力与地层压力相平衡的工艺过程。一、压井原理以“u”型管原理为依据，利用地面节流

9、阀产生的阻力。即控制一定的地面压力（立压、套压）和井内钻井液柱压力所形成的井底压力来平衡地层压力。压力平衡关系：Pd+Pmd=Pa+Pma=PbPp注：在压井过程中，要始终保持这个关系式，保证整个压井过程中不产生新的溢流。但也不能使地面压力过大而压漏地层。二、压井参数计算1、关井立管压力的确定（1）、钻进时发生溢流关井立压的确定钻进时发生溢流关井，压力有一个建立平衡的过程，所以，关井后不能马上读取立压、套压值。应待关节流阀试关井成功后10-15分钟再读取。但也不要时间过长，否则气柱因滑脱上升使井口压力升高而造成立压套压不准。（2）、钻杆中钻杆中装有回压凡尔求关井立压A、已知压井排量和相应低泵速

10、泵压求关井立压 Pci 压井排量一般为钻进排量的1/2-1/3求关井立压的操作过程：接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵，同时调节节流阀，使套压保持关井套压不变，当排量达到压井排量使，调节节流阀，保持套压不变，记录此时的循环立管压力PTi，停泵关节流阀。计算关井立管 压力PTi = Pci + Pd Pd=PTiPciB、用顶开回压凡尔法求关井立压 Pd 操作过程：(1)接方钻杆用原浆缓慢启动泥浆泵(水泥车)向井内注少量原钻井液,观察立压.套压的变化;当回压尔凡被顶开,当套压由初始关井套压上升到某一数值时,同时记录此时的立压Pd1和套压 Pa1 停泵。(2)计算 Pd Pa=Pa1-Pa Pd=Pd1

11、-PdPd= Pa同一系统压力增加值相等Pd=Pd1- PaPd1 Pa= Pd均为已知2 、计算地层压力地层压力=9.8原浆密度液柱高度+关井立压=Pm+Pd计算压井钻井液密度3、 压井钻井液密度=地层压力/9.8H +附加钻井液密度=m+Pd/9.8H + e4 、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1米环空容积系数=环空截面积1米 5、循环时间 （1）、总循环时间 t=V/60Qt循环时间 （min）V总体积（钻具内容积环空内容积）（L）Q排量 （L/s）（2）、正常钻井由井底到井口的迟

12、到时间 t =V/60Qt钻井液由井底到井口的迟到时间 （min）V环形空间的体积 （L）Q排量 （L/s） （3）、总循环的时间、包括地面设备t =V/60Qt总循环时间 （min） V总体积（地面设备+钻具内+环空） （L） Q排量 （L/s） （4）、地面到钻头时间 t =V/60QV钻具内的体积 （L） Q排量 （L/s）t地面到钻头时间 （min） （5）、钻头到套管鞋的时间 t =V/60QV钻头到套管鞋处环空的体积（L） Q排量 (L/s)t钻头到套管鞋的时间 （min）5、计算压井循环时的立管压力（1） 初始循环立管压力 PTi发生溢流后用原浆压井排量循环时的立管压力。低泵速泵压：Pci的取得，是用打钻排量的二分之一至三分之一的立管压力。（2）终了循环立管压力 PTf就是用重浆压井排量循环的低泵速泵压在其他条件相同的情况下钻井液的流动阻力即循环力压与钻井液成正比终了循环立压=低泵速泵压Pci压井钻井液密度原钻井液密度7 计算最大允许关井套压前面已经讲了关井最大套压的确定应依据井口防喷器额定工作压力，套管抗内压强度的80。地层破裂压力三者之中最小的为依据，但在一般情况，地层破裂压力最薄弱，以破裂压力为依据计算允许关井套压。我们作压裂实验时所得到的立管压力值即为最大关井套压。