井內(nèi)氣體的膨脹和運移

1、井內(nèi)氣體的膨脹和運移井內(nèi)氣體的膨脹和運移 1 1、天然氣的壓縮性與膨脹性、天然氣的壓縮性與膨脹性 天然氣是可壓縮的流體，其體積大小取決于所加的壓天然氣是可壓縮的流體，其體積大小取決于所加的壓力及溫度。對一定量的氣體來說，當(dāng)溫度不變時，壓力增力及溫度。對一定量的氣體來說，當(dāng)溫度不變時，壓力增加，體積減小；壓力降低，則體積增大。加，體積減?。粔毫档?，則體積增大。 在起鉆過程中，由于抽汲等因素的影響，若有少量的在起鉆過程中，由于抽汲等因素的影響，若有少量的氣體進入井內(nèi)，在其向上運移的過程中，體積會隨著所受氣體進入井內(nèi)，在其向上運移的過程中，體積會隨著所受鉆井液液柱壓力的減小而增大，造成環(huán)空液柱壓力

2、逐漸減鉆井液液柱壓力的減小而增大，造成環(huán)空液柱壓力逐漸減小，使井筒內(nèi)壓力系統(tǒng)由正平衡逐漸轉(zhuǎn)為欠平衡，導(dǎo)致溢小，使井筒內(nèi)壓力系統(tǒng)由正平衡逐漸轉(zhuǎn)為欠平衡，導(dǎo)致溢流的發(fā)生。如果是在井底壓力小于地層壓力的情況下，氣流的發(fā)生。如果是在井底壓力小于地層壓力的情況下，氣體進入井內(nèi)，若不及時關(guān)井，氣體向上運移時體積膨脹，體進入井內(nèi)，若不及時關(guān)井，氣體向上運移時體積膨脹，造成井底壓力進一步降低，則會加劇溢流的發(fā)展。特別是造成井底壓力進一步降低，則會加劇溢流的發(fā)展。特別是井底的高壓氣體運移至井口附近時，由于體積急劇膨脹，井底的高壓氣體運移至井口附近時，由于體積急劇膨脹，將會使溢流急劇加速，很快造成液柱壓力迅速降低

3、，形成將會使溢流急劇加速，很快造成液柱壓力迅速降低，形成井噴。井噴。( (可以控制）可以控制） 一、天然氣的特點及危害 一、天然氣的特點及危害 在處理氣體溢流時，由于氣體的膨脹，會導(dǎo)致在處理氣體溢流時，由于氣體的膨脹，會導(dǎo)致過高的套壓，一方面可能造成地下井噴，另一方面過高的套壓，一方面可能造成地下井噴，另一方面直接威脅到井口的安全，如引起防噴器、地面管匯、直接威脅到井口的安全，如引起防噴器、地面管匯、井口附近的套管刺漏或施工井地面竄通，導(dǎo)致壓井井口附近的套管刺漏或施工井地面竄通，導(dǎo)致壓井失敗甚至失控著火。失敗甚至失控著火。 因此，對于氣體溢流來說，更要強調(diào)及時發(fā)現(xiàn)溢因此，對于氣體溢流來說，更要

4、強調(diào)及時發(fā)現(xiàn)溢流并迅速關(guān)井的重要性。流并迅速關(guān)井的重要性。一、天然氣的特點及危害2 2、天然氣的密度低、天然氣的密度低 天然氣的密度與鉆井液、地層水、原油相比要低得多，天然氣的密度與鉆井液、地層水、原油相比要低得多，在常溫下水的密度是天然氣密度的在常溫下水的密度是天然氣密度的10001000倍以上。倍以上。 由于天然氣的密度低，與鉆井液有很強的置換性，不由于天然氣的密度低，與鉆井液有很強的置換性，不論是開井還是關(guān)井，是循環(huán)還是靜止，氣體向井口的運移論是開井還是關(guān)井，是循環(huán)還是靜止，氣體向井口的運移總是要產(chǎn)生的。在開井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)膨脹上升，會總是要產(chǎn)生的。在開井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)膨脹上升，

5、會改變井內(nèi)的平衡狀態(tài)，并加劇溢流的發(fā)生；在關(guān)井狀態(tài)下，改變井內(nèi)的平衡狀態(tài)，并加劇溢流的發(fā)生；在關(guān)井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)帶壓上升，會導(dǎo)致地面壓力升高，威脅關(guān)井的氣體在井內(nèi)帶壓上升，會導(dǎo)致地面壓力升高，威脅關(guān)井的安全，或?qū)⒌貙吁柯?，造成地下井噴，給事故處理帶來更安全，或?qū)⒌貙吁柯?，造成地下井噴，給事故處理帶來更大的難度。大的難度。 因此，發(fā)生氣體溢流關(guān)井后，要及時組織壓井。因此，發(fā)生氣體溢流關(guān)井后，要及時組織壓井。 3 3、天然氣具有易擴散、易燃、易爆的特點、天然氣具有易擴散、易燃、易爆的特點 天然氣與空氣的混合濃度達(dá)到天然氣與空氣的混合濃度達(dá)到5%5%15%15%（體積比）時，（體積比）時，遇到火

6、源會發(fā)生爆炸，低于遇到火源會發(fā)生爆炸，低于5%5%既不爆炸也不燃燒，高于既不爆炸也不燃燒，高于15%15%不會爆炸，但會燃燒。不會爆炸，但會燃燒。 天然氣的這一特點導(dǎo)致大部分天然氣井井噴失控后都天然氣的這一特點導(dǎo)致大部分天然氣井井噴失控后都引發(fā)著火，或是在關(guān)井和壓井過程中，由于井口設(shè)備刺漏，引發(fā)著火，或是在關(guān)井和壓井過程中，由于井口設(shè)備刺漏，最終引發(fā)井口爆炸著火。如果井噴失控瞬間未著火，或在最終引發(fā)井口爆炸著火。如果井噴失控瞬間未著火，或在搶險過程中某種原因?qū)е禄鹧嫦纾捎谔烊粴獾臄U散性，搶險過程中某種原因?qū)е禄鹧嫦纾捎谔烊粴獾臄U散性，會以井眼為中心向井場四周擴散，或沿風(fēng)向向下風(fēng)向擴散，

7、會以井眼為中心向井場四周擴散，或沿風(fēng)向向下風(fēng)向擴散，在這個過程中，遇到火源同樣可能發(fā)生著火或爆炸。在這個過程中，遇到火源同樣可能發(fā)生著火或爆炸。 因此，天然氣井的井場設(shè)備布置，要充分考慮防火要因此，天然氣井的井場設(shè)備布置，要充分考慮防火要求。另外，在關(guān)井和壓井以及在搶險過程中，要做好井場求。另外，在關(guān)井和壓井以及在搶險過程中，要做好井場及周圍的的消防工作，防止著火。及周圍的的消防工作，防止著火。一、天然氣的特點及危害 4 4、含硫化氫的天然氣具有更大的危害性、含硫化氫的天然氣具有更大的危害性 硫化氫有劇毒，對人員、設(shè)備、環(huán)境等都會造成嚴(yán)重硫化氫有劇毒，對人員、設(shè)備、環(huán)境等都會造成嚴(yán)重傷害。硫化

8、氫對現(xiàn)場施工人員的人身安全造成威脅。硫化傷害。硫化氫對現(xiàn)場施工人員的人身安全造成威脅。硫化氫對鉆具和井控裝置產(chǎn)生氫脆腐蝕，造成鉆具斷裂和井口氫對鉆具和井控裝置產(chǎn)生氫脆腐蝕，造成鉆具斷裂和井口設(shè)備損壞，使井控工作進一步復(fù)雜化，甚至引發(fā)井噴失控。設(shè)備損壞，使井控工作進一步復(fù)雜化，甚至引發(fā)井噴失控。硫化氫能加速非金屬材料的老化，使井控裝置中的密封件硫化氫能加速非金屬材料的老化，使井控裝置中的密封件失效而威脅到關(guān)井的安全。硫化氫對水基鉆井液具有較大失效而威脅到關(guān)井的安全。硫化氫對水基鉆井液具有較大污染，甚至使之形成流不動的凍膠。污染，甚至使之形成流不動的凍膠。 因此，鉆探含硫化氫天然氣井比普通油氣井具

9、有更大因此，鉆探含硫化氫天然氣井比普通油氣井具有更大的風(fēng)險，一旦發(fā)生井噴失控，容易造成災(zāi)難性的后果。的風(fēng)險，一旦發(fā)生井噴失控，容易造成災(zāi)難性的后果。一、天然氣的特點及危害 5 5、天然氣對密封性的要求更高、天然氣對密封性的要求更高 天然氣侵入井筒后，在鉆井液中會自動向上滑天然氣侵入井筒后，在鉆井液中會自動向上滑脫運移。氣體的滲透性比液體要高得多，對套管、脫運移。氣體的滲透性比液體要高得多，對套管、油管、井控裝置等密封性能提出更高的要求。一旦油管、井控裝置等密封性能提出更高的要求。一旦發(fā)生泄露，很容易引起井噴失控甚至著火。發(fā)生泄露，很容易引起井噴失控甚至著火。 由于天然氣的上述幾個特征，使天然氣

10、井的井由于天然氣的上述幾個特征，使天然氣井的井控問題更復(fù)雜，處理不當(dāng)很容易引發(fā)惡性井噴事故控問題更復(fù)雜，處理不當(dāng)很容易引發(fā)惡性井噴事故和失控著火。和失控著火。 因此，必須研究和掌握天然氣特征所帶來的井因此，必須研究和掌握天然氣特征所帶來的井控技術(shù)的特點，保證井控的安全?？丶夹g(shù)的特點，保證井控的安全。一、天然氣的特點及危害二、天然氣侵入井內(nèi)的方式二、天然氣侵入井內(nèi)的方式1 1、巖屑?xì)馇?、巖屑?xì)馇?在鉆開氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙在鉆開氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。侵入天然氣量與中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。侵入天然氣量與巖石的巖石的孔隙度

11、、含氣飽和度、井徑、機械鉆速和氣層的孔隙度、含氣飽和度、井徑、機械鉆速和氣層的厚度成正比厚度成正比。鉆開厚氣層時，應(yīng)控制機械鉆速，從而控。鉆開厚氣層時，應(yīng)控制機械鉆速，從而控制單位時間內(nèi)侵入鉆井液中的天然氣量，天然氣被循環(huán)制單位時間內(nèi)侵入鉆井液中的天然氣量，天然氣被循環(huán)到地面后，應(yīng)進行地面除氣，減小天然氣對鉆井液柱壓到地面后，應(yīng)進行地面除氣，減小天然氣對鉆井液柱壓力的影響。力的影響。2 2、置換氣侵、置換氣侵 鉆遇大裂縫或溶洞時，由于鉆井液密度比天然氣密鉆遇大裂縫或溶洞時，由于鉆井液密度比天然氣密度大，產(chǎn)生重力置換。天然氣被鉆井液從裂縫或溶洞中度大，產(chǎn)生重力置換。天然氣被鉆井液從裂縫或溶洞中置

12、換出來進入井內(nèi)。置換出來進入井內(nèi)。二、天然氣侵入井內(nèi)的方式二、天然氣侵入井內(nèi)的方式 3 3、擴散氣侵、擴散氣侵 氣層中的天然氣穿過泥餅向井內(nèi)擴散，侵入鉆井液。侵氣層中的天然氣穿過泥餅向井內(nèi)擴散，侵入鉆井液。侵入井內(nèi)的天然氣量與鉆開氣層表面積、濾餅的質(zhì)量等因素有入井內(nèi)的天然氣量與鉆開氣層表面積、濾餅的質(zhì)量等因素有關(guān)。一般通過濾餅侵入井內(nèi)的天然氣量不大。關(guān)。一般通過濾餅侵入井內(nèi)的天然氣量不大。但當(dāng)濾餅受到但當(dāng)濾餅受到破壞或停止循環(huán)時間很長時，侵入量會增大。因此，空井或破壞或停止循環(huán)時間很長時，侵入量會增大。因此，空井或井眼長時間靜止時，要有專人負(fù)責(zé)觀察井口。井眼長時間靜止時，要有專人負(fù)責(zé)觀察井口。

13、 以上三種情況表明，即使在井底壓力大于地層壓力時，以上三種情況表明，即使在井底壓力大于地層壓力時，天然氣也會以上面幾種方式侵入井內(nèi)。天然氣也會以上面幾種方式侵入井內(nèi)。發(fā)生天然氣氣侵，可發(fā)生天然氣氣侵，可通過地面除氣設(shè)備從鉆井液中排除。通過地面除氣設(shè)備從鉆井液中排除。 4 4、氣體溢流、氣體溢流 井底壓力小于地層壓力時，天然氣會大量侵入井內(nèi)。井井底壓力小于地層壓力時，天然氣會大量侵入井內(nèi)。井底的負(fù)壓差越大，進入井內(nèi)天然氣越多，大量的天然氣可能底的負(fù)壓差越大，進入井內(nèi)天然氣越多，大量的天然氣可能形成氣柱所以若不及時關(guān)井，很快會發(fā)展成為井噴。形成氣柱所以若不及時關(guān)井，很快會發(fā)展成為井噴。三、三、天然

14、氣侵入井內(nèi)對井內(nèi)液柱壓力影響1 1、天然氣在井內(nèi)的存在形式及運動形式、天然氣在井內(nèi)的存在形式及運動形式 天然氣侵入井眼后，呈氣天然氣侵入井眼后，呈氣液兩相流動狀態(tài)，液兩相流動狀態(tài)，形成泡狀流、段塞流等形態(tài)。循環(huán)時，氣體隨著鉆形成泡狀流、段塞流等形態(tài)。循環(huán)時，氣體隨著鉆井液循環(huán)從環(huán)空中上返，同時在鉆井液中滑脫上升。井液循環(huán)從環(huán)空中上返，同時在鉆井液中滑脫上升。即使在不循環(huán)時，鉆井液中的氣體由于密度小，在即使在不循環(huán)時，鉆井液中的氣體由于密度小，在鉆井液中也會滑脫上升。鉆井液中也會滑脫上升。三、三、天然氣侵入井內(nèi)對井內(nèi)液柱壓力影響 2 2、天然氣侵對鉆井液密度的影響、天然氣侵對鉆井液密度的影響 天

15、然氣剛侵入井內(nèi)，處在井底，受天然氣剛侵入井內(nèi)，處在井底，受到的壓力大，體積小，對鉆井液密度到的壓力大，體積小，對鉆井液密度影響小。天然氣從井底向井口上升過影響小。天然氣從井底向井口上升過程中，由于所受液柱壓力逐漸減小，程中，由于所受液柱壓力逐漸減小，氣泡就逐漸膨脹，體積增大，單位體氣泡就逐漸膨脹，體積增大，單位體積鉆井液中天然氣體積增多，鉆井液積鉆井液中天然氣體積增多，鉆井液密度則逐漸減小。如圖密度則逐漸減小。如圖7 71 1所示。當(dāng)所示。當(dāng)氣泡上升至接近地面時，氣泡體積膨氣泡上升至接近地面時，氣泡體積膨脹到最大，而鉆井液密度降低到最小。脹到最大，而鉆井液密度降低到最小。天然氣侵入井內(nèi)后，井內(nèi)

16、鉆井液密度天然氣侵入井內(nèi)后，井內(nèi)鉆井液密度隨井深自下而上逐漸變小。隨井深自下而上逐漸變小。圖71氣侵對鉆井液密度的影響三、三、天然氣侵入井內(nèi)對井內(nèi)液柱壓力影響 所以地面看到的鉆井液中天然氣氣泡的數(shù)量，所以地面看到的鉆井液中天然氣氣泡的數(shù)量，并不反映井底被氣侵的程度，實際上僅有少量的天并不反映井底被氣侵的程度，實際上僅有少量的天然氣進入鉆井液，其密度變化甚微，此時注意采取然氣進入鉆井液，其密度變化甚微，此時注意采取有效的措施除氣，使泵入的鉆井液保持原有密度，有效的措施除氣，使泵入的鉆井液保持原有密度，就不會有井噴危險。如果不及時而有效地除氣，讓就不會有井噴危險。如果不及時而有效地除氣，讓密度低的

17、氣侵鉆井液再次進入井內(nèi)，則會造成井筒密度低的氣侵鉆井液再次進入井內(nèi)，則會造成井筒內(nèi)鉆井液受到進一步氣侵，如此惡性循環(huán)，使井底內(nèi)鉆井液受到進一步氣侵，如此惡性循環(huán)，使井底壓力不斷降低，最終導(dǎo)致失去平衡，發(fā)生井噴。壓力不斷降低，最終導(dǎo)致失去平衡，發(fā)生井噴。三、三、天然氣侵入井內(nèi)對井內(nèi)液柱壓力影響 3 3、鉆井液發(fā)生氣侵后應(yīng)注意的問題、鉆井液發(fā)生氣侵后應(yīng)注意的問題 1 1）鉆井液發(fā)生氣侵，密度隨井深自下而上逐漸降低，）鉆井液發(fā)生氣侵，密度隨井深自下而上逐漸降低，不能用井口測量的密度值計算井內(nèi)液柱壓力。不能用井口測量的密度值計算井內(nèi)液柱壓力。 2 2）即使井口返出鉆井液氣侵很嚴(yán)重，但是井內(nèi)液柱）即使井

18、口返出鉆井液氣侵很嚴(yán)重，但是井內(nèi)液柱壓力并沒有大幅度降低。壓力并沒有大幅度降低。 3 3）氣侵對井內(nèi)靜液柱壓力影響隨井深不同。井越深，）氣侵對井內(nèi)靜液柱壓力影響隨井深不同。井越深，影響越小；井越淺，影響越大。影響越??；井越淺，影響越大。 4 4）發(fā)生氣侵，采取的首要措施是地面除氣。除氣后）發(fā)生氣侵，采取的首要措施是地面除氣。除氣后的鉆井液泵入井內(nèi)，若返出密度不再下降，則達(dá)到目的。的鉆井液泵入井內(nèi)，若返出密度不再下降，則達(dá)到目的。若返出密度仍在下降，應(yīng)適當(dāng)提高鉆井液密度，使出入口若返出密度仍在下降，應(yīng)適當(dāng)提高鉆井液密度，使出入口密度相等。密度相等。四、開井狀態(tài)下氣體的運移 在開井狀態(tài)下，侵入井內(nèi)

19、的天然氣靠密度差形成的在開井狀態(tài)下，侵入井內(nèi)的天然氣靠密度差形成的浮力在鉆井液中滑脫上升，并逐漸形成氣泡甚至段塞。氣浮力在鉆井液中滑脫上升，并逐漸形成氣泡甚至段塞。氣泡或段塞所受的鉆井液柱壓力會隨著氣體的上升而逐漸降泡或段塞所受的鉆井液柱壓力會隨著氣體的上升而逐漸降低，因此氣體隨之膨脹，并逐漸將其上的鉆井液排出地面。低，因此氣體隨之膨脹，并逐漸將其上的鉆井液排出地面。 假設(shè)井深假設(shè)井深30003000米，鉆井液密度米，鉆井液密度1.20g/cm31.20g/cm3，井眼直徑為，井眼直徑為215.9mm215.9mm，鉆桿外徑，鉆桿外徑114.3mm114.3mm，環(huán)空有，環(huán)空有0.26m30.

20、26m3天然氣，高度天然氣，高度10m10m，當(dāng)井口敞開時其上升膨脹情況如圖，當(dāng)井口敞開時其上升膨脹情況如圖7 72 2所示。在一所示。在一些開始起鉆就發(fā)生局部抽汲的井中，這種情況很容易發(fā)生。些開始起鉆就發(fā)生局部抽汲的井中，這種情況很容易發(fā)生。四、開井狀態(tài)下氣體的運移 氣體上升到井深氣體上升到井深1500m1500m，氣體體積變?yōu)椋瑲怏w體積變?yōu)?.52m30.52m3，高度變，高度變?yōu)闉?0m20m，井底壓力降到，井底壓力降到35.14MPa35.14MPa。在這個過程中，氣體運移。在這個過程中，氣體運移了了15001500米的距離，體積只增加了米的距離，體積只增加了0.26m30.26m3。

21、氣體繼續(xù)上升到井。氣體繼續(xù)上升到井深深750750米處時，體積變?yōu)槊滋帟r，體積變?yōu)?.04m31.04m3，高度變?yōu)椋叨茸優(yōu)?0m40m，井底壓力，井底壓力34.9MPa34.9MPa。在這個過程中，氣體運移了。在這個過程中，氣體運移了750750米的距離，體積增米的距離，體積增加了加了0.52m30.52m3。氣體繼續(xù)上升到井深。氣體繼續(xù)上升到井深375375米處時，體積變?yōu)槊滋帟r，體積變?yōu)?.08m32.08m3，高度變?yōu)?，高度變?yōu)?0m80m，井底壓力，井底壓力34.4MPa34.4MPa。在這個過程中，。在這個過程中，氣體運移了氣體運移了375375米的距離，體積增加了米的距離，體積

22、增加了1.04m31.04m3。當(dāng)氣體上升。當(dāng)氣體上升到井口附近時，氣體體積變?yōu)榈骄诟浇鼤r，氣體體積變?yōu)?.32m38.32m3，高度變?yōu)?，高度變?yōu)?20m320m，井底，井底壓力下降到壓力下降到31.62MPa.31.62MPa. 氣體上升到一定高度后，氣體體積的膨脹就足以使上部氣體上升到一定高度后，氣體體積的膨脹就足以使上部鉆井液自動外溢噴出，導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力，使天然鉆井液自動外溢噴出，導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力，使天然氣進入井內(nèi)造成更嚴(yán)重的井噴。氣進入井內(nèi)造成更嚴(yán)重的井噴。圖72開井狀態(tài)下氣體的運移2開井狀態(tài)下氣體的運移四、開井狀態(tài)下氣體的運移四、開井狀態(tài)下氣體的運移 通過上面的

23、例子可以得出以下結(jié)論：通過上面的例子可以得出以下結(jié)論： 1 1）開井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)上升時體積一直在膨脹，）開井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)上升時體積一直在膨脹，在井底時體積增加較小，越接近井口膨脹速度越快。在井底時體積增加較小，越接近井口膨脹速度越快。 2 2）氣體越接近井口，鉆井液罐液面上升速度越快，溢）氣體越接近井口，鉆井液罐液面上升速度越快，溢流量才變得比較明顯。流量才變得比較明顯。 3 3）氣體膨脹上升開始時對井底壓力的影響很小，到接）氣體膨脹上升開始時對井底壓力的影響很小，到接近井口時，井底壓力明顯降低。近井口時，井底壓力明顯降低。 由此可見，由于長時間停止循環(huán)或起鉆抽汲，井底可能由此可見

24、，由于長時間停止循環(huán)或起鉆抽汲，井底可能會聚集了相當(dāng)數(shù)量的天然氣并形成氣柱，由于密度差作用會聚集了相當(dāng)數(shù)量的天然氣并形成氣柱，由于密度差作用導(dǎo)致氣柱上升膨脹，或開泵循環(huán)鉆井液時造成氣柱膨脹，導(dǎo)致氣柱上升膨脹，或開泵循環(huán)鉆井液時造成氣柱膨脹，到達(dá)某一深度時，就會發(fā)生鉆井液外溢，尤其是天然氣上到達(dá)某一深度時，就會發(fā)生鉆井液外溢，尤其是天然氣上升接近地面時，體積會迅速膨脹，從而取代井筒內(nèi)大量的升接近地面時，體積會迅速膨脹，從而取代井筒內(nèi)大量的鉆井液，大大降低了井底壓力。為防止出現(xiàn)這樣的情況，鉆井液，大大降低了井底壓力。為防止出現(xiàn)這樣的情況，現(xiàn)場作業(yè)時應(yīng)該盡量減少停止循環(huán)的時間，起鉆要避免抽現(xiàn)場作業(yè)時

25、應(yīng)該盡量減少停止循環(huán)的時間，起鉆要避免抽汲，起完鉆后盡快下鉆，等鉆頭下至一定深度，再做其它汲，起完鉆后盡快下鉆，等鉆頭下至一定深度，再做其它必要的輔助工作。必要的輔助工作。五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移 發(fā)生天然氣溢流關(guān)井，或因起鉆抽汲導(dǎo)致天然氣發(fā)生天然氣溢流關(guān)井，或因起鉆抽汲導(dǎo)致天然氣溢流而關(guān)閉的井中，天然氣在關(guān)井狀態(tài)下滑脫上升。溢流而關(guān)閉的井中，天然氣在關(guān)井狀態(tài)下滑脫上升。氣體滑脫上升的速度主要取決于環(huán)空大小、鉆井液氣體滑脫上升的速度主要取決于環(huán)空大小、鉆井液粘度、氣體與鉆井液密度差等因素。粘度、氣體與鉆井液密度差等因素。五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移 如圖如圖7 73 3所示，假設(shè)在所示，假設(shè)在t=

26、t1t=t1時刻，時刻，氣體處于井底，此時井口壓力為氣體處于井底，此時井口壓力為Pa1Pa1，則，則Pa1Pa1P P氣氣mgH1mgH1 在在t=t2t=t2時刻，氣體向上運移了時刻，氣體向上運移了HmHm的的距離，此時井口壓力為距離，此時井口壓力為Pa2Pa2，則，則Pa2Pa2P P氣氣mgH2mgH2 如果氣體的溫度和體積未發(fā)生變化，如果氣體的溫度和體積未發(fā)生變化，那么氣體的壓力也不變，所以那么氣體的壓力也不變，所以 Pa2Pa2Pa1Pa1m mgH1gH1m mgH2gH2m mgHmgHm 因此，因此，gPPHmaam12H1H2HmmmPa1Pa2 圖73關(guān)井狀態(tài)下氣體運移速度

27、計算出氣體的運移計算出氣體的運移HmHm距離之后，就可用下式求出氣體的距離之后，就可用下式求出氣體的運移速度：運移速度：由此可見，只要記錄下地面壓力的變化和相對應(yīng)的時間，由此可見，只要記錄下地面壓力的變化和相對應(yīng)的時間，就可以計算出氣體的運移速度及其在井眼位置就可以計算出氣體的運移速度及其在井眼位置 。12ttHmm12ttHmm12ttHmm五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移 關(guān)井狀態(tài)下，井內(nèi)容積固定，假如鉆井液未發(fā)生漏失，關(guān)井狀態(tài)下，井內(nèi)容積固定，假如鉆井液未發(fā)生漏失，氣體就不能膨脹，所形成的氣柱會始終保持原來的井底壓氣體就不能膨脹，所形成的氣柱會始終保持原來的井底壓力值不變。從上面的公式中可以看出

28、，氣體滑脫上升過程力值不變。從上面的公式中可以看出，氣體滑脫上升過程中，氣柱以上的液柱壓力減小使井口壓力增加，氣柱以下中，氣柱以上的液柱壓力減小使井口壓力增加，氣柱以下的液柱壓力增加使井底壓力增加。所以在關(guān)井狀態(tài)下，氣的液柱壓力增加使井底壓力增加。所以在關(guān)井狀態(tài)下，氣體的滑脫上升會導(dǎo)致整個井筒的壓力不停地增加。體的滑脫上升會導(dǎo)致整個井筒的壓力不停地增加。五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移 假設(shè)井內(nèi)鉆井液密度假設(shè)井內(nèi)鉆井液密度1.20g/cm31.20g/cm3，井深，井深3000m3000m，0.26m30.26m3氣氣體侵入井內(nèi)關(guān)井，此時的井底壓力為體侵入井內(nèi)關(guān)井，此時的井底壓力為35.378MPa3

29、5.378MPa。天然氣。天然氣滑脫上升時，井底壓力和井口壓力的變化情況如圖所示。滑脫上升時，井底壓力和井口壓力的變化情況如圖所示。圖74關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運移通過上面的例子可以得出以下結(jié)論：通過上面的例子可以得出以下結(jié)論： 1 1）在關(guān)井狀態(tài)下，氣體在帶壓滑脫上升過程中，關(guān)井立、）在關(guān)井狀態(tài)下，氣體在帶壓滑脫上升過程中，關(guān)井立、套壓不斷上升，作用在井眼各處的壓力均在不斷增大。也就套壓不斷上升，作用在井眼各處的壓力均在不斷增大。也就是說，一口關(guān)井后井內(nèi)存在鉆井液液柱，而天然氣不斷在井是說，一口關(guān)井后井內(nèi)存在鉆井液液柱，而天然氣不斷在井口聚集的井，比噴空的井在井內(nèi)不同深度處

30、的壓力更高?？诰奂木?，比噴空的井在井內(nèi)不同深度處的壓力更高。 2 2）關(guān)井時，天然氣上升至地面，井口要承受原作用于井）關(guān)井時，天然氣上升至地面，井口要承受原作用于井底的壓力，所以要求井口防噴裝置有足夠高的工作壓力。底的壓力，所以要求井口防噴裝置有足夠高的工作壓力。 3 3）氣體滑脫上升引起井口壓力不斷升高，這個壓力與天）氣體滑脫上升引起井口壓力不斷升高，這個壓力與天然氣以下的鉆井液靜液柱壓力，造成過高的井底壓力，不能然氣以下的鉆井液靜液柱壓力，造成過高的井底壓力，不能認(rèn)為地層壓力也在增大，不能錄取這時的井口壓力計算地層認(rèn)為地層壓力也在增大，不能錄取這時的井口壓力計算地層壓力。壓力。 4 4）

31、發(fā)生氣體溢流不應(yīng)長時間關(guān)井，避免超過最大關(guān)井套）發(fā)生氣體溢流不應(yīng)長時間關(guān)井，避免超過最大關(guān)井套壓，造成井口、套管損壞，或套管鞋以下地層破裂，天然氣壓，造成井口、套管損壞，或套管鞋以下地層破裂，天然氣地面竄通。要盡快組織壓井或通過節(jié)流閥釋放部分壓力。地面竄通。要盡快組織壓井或通過節(jié)流閥釋放部分壓力。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 1 1、立管壓力法、立管壓力法 1 1）立管壓力法原理：通過節(jié)流閥，間斷放出一定數(shù)）立管壓力法原理：通過節(jié)流閥，間斷放出一定數(shù)量的鉆井液，使天然氣膨脹，氣體壓力降低。量的鉆井液，使天然氣膨脹，氣體壓力降低。在釋放鉆在釋放鉆井液的過程中，要控制立管壓力始終大于關(guān)井立壓，從

32、井液的過程中，要控制立管壓力始終大于關(guān)井立壓，從而保證井底壓力始終略大于地層壓力，以防止天然氣再而保證井底壓力始終略大于地層壓力，以防止天然氣再進入井內(nèi)。進入井內(nèi)。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先確定一個比初始關(guān)井立管壓力高的允許立管壓）先確定一個比初始關(guān)井立管壓力高的允許立管壓力值力值Pd1Pd1和放壓過程中立管壓力的變化值和放壓過程中立管壓力的變化值PdPd。 Pd1Pd1的確定是非常有必要的，通常取的確定是非常有必要的，通常取Pd1Pd1比初始關(guān)井立比初始關(guān)井立壓大壓大0.7MPa0.7MPa1.4MPa1.4MPa，防止釋放鉆井液時，由于壓力

33、波動，防止釋放鉆井液時，由于壓力波動或壓力傳遞的滯后現(xiàn)象導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力?；驂毫鬟f的滯后現(xiàn)象導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力。PdPd的確定要考慮地層的承壓能力，一般取的確定要考慮地層的承壓能力，一般取PdPd0.350.351MPa1MPa。 例如；關(guān)井立壓例如；關(guān)井立壓PdPd3MPa3MPa，可取，可取Pd1Pd14MPa4MPa，PdPd1MPa1MPa。 （2 2）當(dāng)關(guān)井立管壓力）當(dāng)關(guān)井立管壓力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時，通過節(jié)流閥放鉆井液，立管壓力下時，通過節(jié)流閥放鉆井液，立管壓力下降到

34、降到Pd1Pd1，即下降到，即下降到4MPa4MPa時關(guān)井。時關(guān)井。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 （3 3）關(guān)井后，天然氣繼續(xù)上升，立管壓力再次升到）關(guān)井后，天然氣繼續(xù)上升，立管壓力再次升到（Pd1+PdPd1+Pd）時，即增加到）時，即增加到4+1=5MPa4+1=5MPa時，再按上述方法放時，再按上述方法放壓，然后關(guān)井。這樣重復(fù)進行，可使天然氣上升到井口。壓，然后關(guān)井。這樣重復(fù)進行，可使天然氣上升到井口。 放壓過程中，由于環(huán)空放出鉆井液，環(huán)空靜液壓力減小，放壓過程中，由于環(huán)空放出鉆井液，環(huán)空靜液壓力減小，因此套壓增加一個值，增加的值等于環(huán)空靜液壓力所減小因此套壓增加一個值，增加的值等于環(huán)

35、空靜液壓力所減小的值。的值。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 3 3）不適用立管壓力方法的情況：）不適用立管壓力方法的情況： 當(dāng)發(fā)生如下情況，則不能應(yīng)用立管壓力法，而要采用體當(dāng)發(fā)生如下情況，則不能應(yīng)用立管壓力法，而要采用體積法（容積法）：積法（容積法）： （1 1）鉆頭水眼被堵死，或鉆具內(nèi)有回壓閥（單流閥），）鉆頭水眼被堵死，或鉆具內(nèi)有回壓閥（單流閥），立管壓力不能讀值；立管壓力不能讀值； （2 2）鉆頭位置在氣體之上；）鉆頭位置在氣體之上； （3 3）鉆具被刺漏等。）鉆具被刺漏等。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 2 2、體積法（容積法）、體積法（容積法） 體積法的原理：通過節(jié)流閥釋放鉆井液，使

36、氣體膨脹，體積法的原理：通過節(jié)流閥釋放鉆井液，使氣體膨脹，環(huán)空靜液壓力由于鉆井液量的減少而降低，為保證井底壓環(huán)空靜液壓力由于鉆井液量的減少而降低，為保證井底壓力略大于地層壓力，環(huán)空靜液壓力減小值通過增加套壓補力略大于地層壓力，環(huán)空靜液壓力減小值通過增加套壓補償。償。六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先確定一個大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值）先確定一個大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值PalPal和放和放壓過程中的套壓變化值壓過程中的套壓變化值PaPa。其確定原則和取值方法同立管。其確定原則和取值方法同立管壓力法。例如：初始關(guān)井套壓壓力法。例如：初始關(guān)井套壓PaP

37、a5MPa5MPa，可以取允許套壓值，可以取允許套壓值Pa1Pa16MPa6MPa，套壓變化值，套壓變化值PaPa0.5MPa0.5MPa。 （2 2）計算出套壓變化值）計算出套壓變化值PaPa對應(yīng)的釋放鉆井液量對應(yīng)的釋放鉆井液量VV。 由于井徑不同，計算出的由于井徑不同，計算出的VV會有所不同。會有所不同。 （3 3）當(dāng)關(guān)井套壓由）當(dāng)關(guān)井套壓由PaPa上升到上升到Pal+PaPal+Pa6+0.56+0.56.5MPa6.5MPa時，保持套壓等于時，保持套壓等于6.5MPa6.5MPa不變，從節(jié)流閥放出鉆井液不變，從節(jié)流閥放出鉆井液V1V1，關(guān)井；關(guān)井； （4 4）當(dāng)關(guān)井套壓由）當(dāng)關(guān)井套壓由

38、6.5MPa6.5MPa上升上升0.5MPa0.5MPa到達(dá)到達(dá)7MPa7MPa時，保持時，保持套壓等于套壓等于7MPa7MPa不變，通過節(jié)流閥放出鉆井液不變，通過節(jié)流閥放出鉆井液V2V2，關(guān)井；，關(guān)井；六、關(guān)井后天然氣運移的處理方法 （5 5）當(dāng)關(guān)井套壓由）當(dāng)關(guān)井套壓由7MPa7MPa上升上升0.5MPa0.5MPa到到7.5MPa7.5MPa時，保持時，保持套壓等于套壓等于7.5MPa7.5MPa不變，通過節(jié)流閥放出鉆井液不變，通過節(jié)流閥放出鉆井液V3V3，關(guān)井。，關(guān)井。 （6 6）按上述方法放出鉆井液，使氣體上升膨脹，讓套）按上述方法放出鉆井液，使氣體上升膨脹，讓套壓增加一定數(shù)值，補償環(huán)空靜液壓力減小值，保證井底壓壓增加一定數(shù)值，補償環(huán)空靜液壓力減小值，保證井底壓力略大于地層壓力。