第四章非常规压井施工设计

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1、四非常规压井施工设计非常规井控是指发生井喷或井喷失控以后，以及一些特殊情况下，为在井内建立液柱、恢复和重新控制地层压力所采用的压井方法。如钻柱不在井底、井漏、钻柱堵塞或井内无钻具、空井等。出现这些非常规情形时，就需要采用非常规井控技术进行压井，控制地层压力。由于发生井喷或井喷失控以后的危害极大，同时由于地面条件和井下情况的特殊性，所以现场压井施工方案设计和各压井参数的确定就更加困难。要解决非常规压井的问题，就必须解决非常规井控的基本理论，根据不同的地面设备条件和井下情况选择不同的压井方法，同时定量地确定各压井施工参数，只有这

2、样，才能减小施工的盲目性，提高压井成功率。前面已经比较系统地阐述了非常规井控技术的基本理论和方法。这里着重从压井基本参数的确定，非常规压井方法的选择以及压井方案设计等方面探讨非常规井控设计的问题。1井控基本参数的确定1.1地层压力发生井涌或井喷失控以后，地层压力是最重要的参数之一，求取地层压力也是压井施工作业的重要的一步。有以下三种方法可以求得地层压力。以气井为例。（1）立管压力法如果在井喷或井喷失控前，已关过井，并获得相关关井数据，则根据“U”型管连通器原理，利用立管侧的压力平衡关系即可求出地层压力。计算公式如下，（4-1

3、）式中：地层压力：原浆静液柱压力：关井立管压力（2）关井求压法当发生井喷后在井内泥浆喷空的条件下，如未能及时关井获得相关关井数据，且地层压力不高，井口装置能够关井，井内套管的抗内压强度能满足关井条件，同时套管下得较深，裸眼井段较短，则可采用关井求压的方法获取地层压力。具体作法是：通过节流阀关井，记录井口的关井压力Pd，直到关井压力达到稳定，应用此时的关井压力，根据静气柱井底压力的计算方法就可求出地层压力。由气体的状态方程可知天然气的密度为（4-2）式中：天然气的密度P：天然气的压力：天然气的分子量Z：气体偏差系数R：通用气体

4、常数T：绝对温度°K将上述单位改为现场常用的单位，并引入天然气分子量和通用气体常数，则有143（4-3）式中r：天然气密度g/cm3d：天然气的相对密度P：压力MPaZ：偏差系数T：绝对温度°K取井内一微元来研究，则有所以分离变量积分得上述积分中温度T是井深、压力的函数，偏差系数Z是压力的函数，故不能求得解析解。如果采用全井筒的平均温度和天然气的平均压缩系数来代替，则可将其从积分号中提出来，积分得（4-4）式中：地层压力：井口关井压力d：天然气的相对密度H：井深m：平均温度°K：天然气的平均偏差系数由于仍然与压力、温度有关，

5、所以只能通过试算法求解地层压力。（3）动态压力法当发生井喷以后，既没有井喷前的相关关井数据，而地面井控设备、套管和井下条件又达不到关井求压的要求，这时可采用动态压力法求取地层压力。在天然气经过地面放喷管线放喷的条件下，根据平面径向流的非达西流动方程，可以导出放喷量与地层压力的计算公式，如下，（4-5）式中：：地层压力：井底压力（流动压力）A：达西流动系数B：非达西流动系数：天然气放喷量对于环空动气柱井底流动压力可用下述公式计算（4-6）式中：井口放喷压力：环空摩擦系数：动气柱平均温度°K：动气柱平均偏差系数143：井眼直径D

6、：钻具外径：天然气的相对密度H：井深m摩擦系数f可用Jain公式计算（4-7）而雷诺数（4-8）天然气粘度计算公式（4-9）（4-10）（4-11）（4-12）式中：天然气粘度：天然气密度1.2压井泥浆密度在常规压井设计中，压井泥浆密度是根据地层压力直接确定的，不考虑附加值，待压井完成后，按正常钻进的密度附加值加重，主要目的是为了减小施工压力，避免发生压差卡钻等井下复杂情况。对于非常规压井，由于井下情况的复杂性，以及为了能迅速建立液柱，控制地层压力，所以压井泥浆密度是根据地层压力，同时考虑密度附加值来确定的。计算公式如下，（

7、4-13）式中：压井泥浆密度：地层压力H：井深m：密度附加值可按石油天然气钻井井控技术规程的推荐值确定。油井：0.05~0.01g/cm3气井：0.07~0.15g/cm31431.3压井排量对于非常规压井，由于在未平衡地层压力之前，地层中的天然气要不断进入井内，因此为了能较快地建立起液柱以平衡地层压力，故在确定排量时，可选用该井所允许的最大循环泵压作为计算压井排量的依据，即（4-14）式中：最大循环泵压：地层破裂压力：缸套的额定工作压力：地面管汇的承压力Pi：套管的抗内压强度（1）钻头未装喷嘴（4-15）式中：压井排量Q：

8、正常钻进泥浆排量：最大循环泵压：正常钻进循环泵压：压井泥浆密度：正常钻进时泥浆密度：压井泥浆塑性粘度：正常钻进时泥浆塑性粘度（2）钻头装有喷嘴（4-16）（4-17）式中符号同前。用井喷前的两组（P，Q）值代入方程（4-16）求出系数和的值，再代入方程（4-17）即可求出压井排量。当井内压