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1、救援井压井设计理论初探9乞,}611一,7}救援井压31■设计理论初探1毛z刘凯_位•现为谊院讲师.目前打一13定向井来北理井喷着失事故已是件客易的事•但救援井压井设计理论却很少有人研究，而成为一个空白•本文耙地层，井筒，井13考虑成一个相王制约又相王群响的连通体未，刺用地层气体淳流敷学模型.建立起以泥浆排量,花浆用量等眷敷为主的近似压井计算理论.分析和计算结果表明•压井过艇的关健主排量，密度及连续等姑论，推导的有关套武有助干压井设计和指导压井施工进行研究，并回答以上问题•为研究,设计及应用方便，先给出一些定义.1•
2、压井液从救援井刚到喷井井底所对应的喷井井底压力叫初始井底压力，此时压井液与地层喷出物在井底形成的混台物称第一次井底混合物.2•第一次井底混合物刚返到井口所对应的喷井井底压力称第一次井底压力.3.第一次井底压力所对应的井底混台物称第二次井底混合物.4•笫二次井底混合物刚返到井口所对应的喷井井底压力称第二次井底压力•以此类推，设1,2……N,则第一1次井底压力所对应的喷井井底混台物称第次井底混合物，第•次井底混台物刚返到井口所对应的喷井井底压力称第Z次井底压力.另外,在油气同喷的情况下，考虑到气井井喷最难压住，故在下面的
3、理论推导中以纯气井喷为基础・市此而得的压井设计理论进行实际压井设计比较安全.数学模型从压井液进入喷井到第一次井底混合物返至井13的过程中,环空中的第…次井底混合物逐渐上升，其上面为气体,下面为压井液与井喷气体的混合物•在混合物井段任意截面上的气石油钻采I艺1992年第1期体含量各不相同，它不仅与钻具组合，井身结构，泥浆性能，压并排量等有关，还与地层和气体的特性有关•在混合物井段任取微元段dz,设其对应压降为dP,则有dP=(+,)dz(l)式中9重力加速度,m/sl,螂——混合物摩阻压降系数,m/s:;混合物密度,k
4、g/m.略去混台物中气体重量，则有■一CQ=/(+)］⑵式中.m——压井泥浆排量,m/s;微元段在井底时的地层气体喷量,m./s;压井泥浆密度,kg/m.・Itl线性渗流规律可得井喷气体与井底压力的关系L］⑶£中口———对应井底压力为Pbc时的气体喷量(标准状态),ma/s;P,——原始地层压力,Pa;Pc——时刻的井底压力,Pa;线性渗流系数.设吋刻在井底微元段所对应的井底压力为Rc・),对应喷量为在经过时间后的时刻，徽元段上升到距井底处，此时徽元段所受压力为P但其中的气体含量仍为[【](不考虑滑脱)•在略去纯气减
5、少所引起的井内压力降低的情况下可得Pb(aI・)=P[111(4)于是，根据(1)~(4)式,再利用气体状态方程则可得dP=(+).111+[(—P：)/P・)](5)式中A-只z/z・,R为标准状态下的压力,Pa;为温度,K}z为气体压缩系数;下标s表示在标准状态下.记第一次井底混合物在井底时为零时刻,则在任意时刻(就混合物而言)对(5)式分离变量?两边分别对dP,dz从o~P，日一z积分可得Q二CPb(O—P〜+cAP：ln—[(一R]—(+,_)P口(胃一z)(6)(6)式即为混合物第一次返至井口前井底压力与混
6、台物高度(胃一z)间的关系当第一次，…,，则当井底压力从PI••上升到m的过程中(江2,3t?,N)其平均进气量m为II)=[In口(Pb)dP]/[)—p—L)](10)J(-将⑶式代入(1O)式并积分得(I)-C一,P+R(I)P-)4-(-L)](1J)在井筒环空中任取微元体血，对应压降为dP,则在建立起含dP,dz的微分方程之后，分离变量解此方程并将(11)式代入，最后可得P)—PCP,Pb【-一L))一P・+p〜H(g+,)In一詈[%o+Pbo>Pb—1>+札])(12)(8)式和(12)式的
7、显示计算公式见文后推导.(12)式就是为求第次井底压力P的递推公式•井底压力从P・_,上升到Pbm所需时间为?一墨[%。一P
8、]/[(+))(13)压井参数计算法，耍求第一次井底压力等于地层压力在压井过程中，如果要求第一次井底压力等于地层压力(这样，所需吋间最短，压井泥浆用量最少)，则在给定泥浆密度的情况下,在公式(8)中令P一Pr,则可求出压井需用泥浆排量为0.5CAC—)一CAIn(P『/P,)...,一——二二百干广由此可见，所需压井排量不仅与钻具组合，井身结构，泥浆性能有关,而且还与地层特性及地层气体特性有关
9、,它是这些参数综台的结果.将Pt一Pf代入(9)式，可得井底压力等于地层压力的时间为L二(P『一P.)/Cp〜Q(+l,))(15)将与相乘则得所需泥浆量•考虑到井底压力平衡地层压力之后，尚需把喷井中的混合物排除，同时还必须包括救援井内的钻柱内容积，故实际所需压井泥浆为V—月+H—P1)/(+,_)(16)(16)式还没有包括向地层中渗入的泥浆
