5.4 溢流关井后的立管压力和套管压力在线视频

关井的时候

最上面井口

可能是在方钻杆转盘这个位置

还有井口这个位置

这个时候我们

要把方钻杆提上去

提到转盘面以上

然后再关闭防喷器

然后来关井

这是发现溢流的时候

关井的过程

在关井过程当中

对于我们来说

重点是要

监控

立管压力的变化

和套管压力的变化

在这个过程当中

我们就可以记录

随时间变化的这个

这是立管压力的

所谓的立管压力

通过前面的课程

大家也清楚

就在我们这个

水龙头的这个地方压力

表示是我们钻柱

钻柱的入口的压力

如果说

忽略我们地面管汇的摩阻压降

可以近似于泵的泵压

这就是表示我们

整个井口的

这个地方的压力

这段压力

同时我还记录

关井过程当中

套管压力的变化情况

套管压力的话

这条红色的线表示

套管压力的变化曲线

在井控的这部分

有两个基本的定义

一个是立管压力

所谓的立管压力

就是刚刚指的

这个

就是井口的

与钻杆的

井口这个地方的压力

就是水龙头这个地方的压力

叫做立管压力

关井的立管压力

同时还有一个

叫关井的套管压力

关井套压

关井的套管压力

指的是

环形空间

就是井口的出来的这个地方

接振动筛的这个地方

的压力

就是相对于

环形空间出来

从井口返出钻屑

到地面的这个地方的压力

叫做关井的套压

当环形空间

防喷器关闭过后

环形空间它是密闭的

它就有个压力

叫关井的套管压力

这就是两个

在我们井控的过程当中

我们重点要关注

这两个压力的变化情况

通过这个曲线

大家可以看出来

关井的立管压力

略大于关井的套管压力

关井的套管压力

略大于关井的立管压力

这个原因

我们在后面还有一些详细的阐述

对应这幅图来说

就很清楚了

这个地方就是关井的立管压力

关井的立管压力

指的这个压力

就是入口的这个压力

关井的套管压力

指的是

环形空间关闭

环空的压力

这个压力

我们在这里面简写的话

SICP就是关井的套管压力

就是关井套压

关井立管压力

在这种情况下

关井的立管压力

再加上钻柱里面的

钻井液的静液柱压力

到钻头这个地方

是不是跟地层压力是相等的

根据静液柱的这个原理的话

力学的原理的话

这个地方的压力

再加上

这里面的静液柱压力

就等于地层压力

同时对于

环形空间来说

就是钻柱外面环空来说

关井的套管压力

再加上环形空间的静液柱压力

是不是也是等于地层压力的

也是等于地层压力

在钻头水眼的这个地方

这个地方的压力

比如我有几个喷嘴

水眼这个地方的压力

跟地层压力是相等的

这三个

有这么一个平衡关系

这个公式就是

我们压井这一章要讲

最基础的一个公式

根据这个公式

我们可以衍生出很多

计算的方法

注意这个图里面

这一个线表示

环空如果有

关井发现

有溢流发生了

关井的时候

这里面

这个就是地层流体

地层流体在下面的这一部分

这是地层流体的

关井过后

我们还要就是读取或记录

泥浆池液面的变化

泥浆池液面的变化

比如说泥浆池的溢流量

这是为我们后面

井控参数

就是压井参数的计算

提供一个依据

一般说来

我要看溢流量的大小

就是看我地面的

泥浆池的增量

就是增加了1方还是2方

根据泥浆池增加的这部分量

是不是就表示

是井下的地层流体进入井筒的量

当我关井过后

入口是没有排量的

泵没有泵入量

你环形空间

出来这个量

就是表示是地层流体进去这个量

就是泥浆池的增量

表示溢流的大小

就是溢流的大小

同时我们要记录

这个时间

发生的时间

钻井液的密度

还有当前的这种

井眼的垂直深度

垂直深度

垂深

或者井深

特别是记录垂深

这个地方

为什么要读取我

钻井液的密度

要记录钻井液密度

因为发生溢流的时候

主要的原因

是由于我钻井液的静液柱压力

或者有效的液柱压力

低于地层压力

低就表示

钻井液密度可能低的

过低了

在这种情况下

我压井

要提高钻井液的密度

所以我要记录当前

钻井液的密度

为我们压井参数的制定

做出一个依据

前面讲的这些内容

都是我们溢流的发生

发现的一个过程

对它的一个讲解

这里面前面的这些内容

主要是

第一个

溢流发生的原因

还有溢流在地表的

地面的一些征兆

就是说有哪些症状

同时

如果能够关井

针对不同的工况关井

这是我们前面的一些部分内容

接下来讲

溢流的类型的判别

还有我们压井参数的计算

这部分内容

相对说

计算的模型和计算的公式

就比较多

理解起来

可能有一定的难度

第一个就是

我们发现溢流了

就是关井的时候

地面发现有地层流体进来

或者说泥浆池的液面在增加

首先要干一个事

我们要判断

进来的流体

究竟是地层的水还是

地层的油

还是地层的天然气

因为他们物性差异

差异很大

首先我们要进行一个

溢流类型的判别

如果说是地层的

地层水

进到我们井筒里面

对于地层水来说

它有这么几个特点

第一个

不具有可燃烧的特性

不会燃烧

第二个

体积膨胀的这个非常小

因为水

即使压力增加很大

体积收缩变化很小

就是体积变化系数非常小

体积几乎不发生变化

另外一个

即使这个有水

溢流的类型是水的话

地层水进到井口里面

对环形空间的压力

就是井口的套压

关井的套压也是很低的

因为水的密度是1.0~1.05

地层水来说

但是我钻井液密度

也是可能正常的是

比如常规的1.2

1.3等等的

它两个差异很小

所以说

降低关井的套压

降低的幅度是比较小的

第四个

正常情况下

一般有水进来

可能有少量的气

水里面溶解的气量

是非常少的

这个影响

对钻井安全影响

比较小

对于溢流的类型

如果是水的话

如果是溢流的类型是油

它有以下的一些特性

第一个

对于原油来说

它具有一定的可燃烧性

如果这个油

溢流发生的油到地面

到达地面

如果没注意的话

比如说

有沙子冲出来过后

冲出井口的话

产生火花的话

具有一定的燃烧性

但是原油

不具有爆炸性

没有爆炸的这种情况

另外一个

它密度比气的密度要高

另外它的体积

有一定的膨胀系数

原油的膨胀系数

你们在油层物理里面

应该学过

就是多大的温度

压力

它的体积是多少

改变温度和压力

它的体积又是多少

另外一个

对于油来说

它溶解气的能力是非常强的

对于一定温度压力下

在一定体积的油里面

可能溶解大量的气体

这个在油层物理里面

也是有学过的

溶解气的比例

一定的温度压力

它的溶解气体量是知道的

可以计算出来

通过这两个对比

可以看出来

原油里面溶解气的量

是比较多的

对于地层流体如果是油的话

油里面还溶解了天然气

这部分天然气

从井底往井口上升过程当中

可能有一些安全的风险

这是溢流的两种类型

一种是水

油的对安全的影响

总体说

水和油的话

溢流发生的话

我们可控制

因为它对井筒压力的改变

这个改变量是比较小的

我们很容易采取一些措施

把它控制住

但是

还有另外一种情况

就是说

溢流发生

如果是气的话

如果是气体进来

气体进来对我们

环空可能就有比较大的一个影响了

因为对于水和油来说

它体积几乎没有太大的变化

对环空的压降

影响很小

但是气体的话

由于它的体积改变很大

随压力温度

在高压下体积很小

在压力降低

体积膨胀

膨胀倍数也是比较高的

这是气体进来

对我们井筒安全有很大的影响

主要的原因

第一个就是

气体有很高的可压缩性

气体具有可压缩性

它的体积

跟温度和压力都有关系

在井底的话

由于处于高压的这种情况

高度压缩的体积很小

但这部分气体

从井底往井口运移过程当中

随着井筒压力的降低

静液柱压力的降低

体积会膨胀

体积增加了过后

反过来说

也导致井底的压力进一步降低

诱发一些安全的风险

这个我们在后面有相应的一些分析

第二个特性是

气体的密度比较小

密度小的话

意味着

我这部分气体进到井筒里面

因为我们静液柱压力

怎么计算出来

是密度乘以它的长度

深度

再乘以它的重力加速度

如果你的密度小的话

比如说我下面是很长一段气柱

这个气柱本身

它产生的静液柱压力

是很小的

所以导致井底压力降低的幅度比较大

这是气体密度的一些影响

接下来就跟大家讲一个

比较有意思的这么一个情况

对于我们环形空间来说

如果发现溢流了

比如井底有这么一个溢流量

大家可以想

前面讲了

就是我们起下钻有开口管和闭口管

对于我们这种情况

我们也分了两种

一个发现溢流的时候

我们没有关闭防喷器

比如说我软关井的时候

这个流体还可以流出去

没有关闭防喷器

环形空间是敞开的这种情况

这是一种情况

还有另一种

发现溢流了

我就马上关井

马上关井过后

是不是环形空间就是封闭的

封闭的

我就有这么

有这么两种情况出现

一种对于开口的这种

如果我有这么一个

气体进到井筒里面去

这部分气体

在它运移过程中

有什么变化呢

我们可以用这么一个示意图把它

表示出来

比如说我现在

这个地方是上一层的套管

这是当前的这种情况

里面的话

就是钻柱在里面

这是钻头的位置

大家想如果有气体进来了

进来了一小段气体

比如说这一段是气体

第一种情况就是

这部分气体

如果这个环形空间是开的

这个钻井液还可以

从环空出去

还可以到泥浆池去

这部分气体的话

进来过后

它会发生什么运动

由于气体的密度比较小

有滑脱效应

气体会往上面走

假如说我们这口井

举一个简单的例子

比如说这口井是5000m的井

钻井液的密度是1.2

在这个地方

它受到的压力

近似等于

就是60MP了

这部分气体的话

往上运移过程当中

体积

它的

因为它受到上面的压力在降低

压力逐渐降低

它的体积会发生什么变化

往上走的时候

体积会逐渐增加

当他运移到某一个位置过后

上面这一段

全是气体了

可能上面这一段都全是气体

下面是原先的钻井液

在这种情况下

如果说

这是完全敞开的

这部分气体

运移到这个地方去

上面全是气柱

那么我这个时候

液柱压力是多少

静液柱压力

实际上这个时候

井底的压力就是等于

这一段的静液柱压力

这一段长度的静液柱压力

也就是说我

也就有这么一种情况

如果说这个地方

密度很大

压缩的体积很小

压力很大

体积相对就小

到达井口的时候

由于这个地方都是大气压了

体积膨胀的倍数就比较大

对于深井来说

在下面

比如说是1方的气体

可能到达这个地方

扩张了几倍

几百倍

就是几百方

下面比如说是几米的话

这个上面可能是几百米这么长

对井底的压降影响就比较大

这种就是没有及时的关井

井还是敞开的这种情况

还有另外一种情况

就是我发现有溢流进来

比如有1方的气体进到井底了

在这个时候

根据前面跟大家讲的

地面的这些工程师会采取什么措施

它就会关井

另外一种情况

就是

有溢流发生了

比如有这么多溢流

这个地方就关井了

比如说一般这样

就表示它关井了

防喷器关闭的

就关井

关井过后

又会出现什么情况

在重力置换的作用下

我气体的密度

比钻井液的密度要低

这部分气体是不是

要在里面受滑脱效应

会往上面走

密度差会往上面走

最终的结果就是

这部分气体

全部运移到井口去

但是在这里面

又出现

一个情况

就是我这个地方

你看这环形空间是关闭的

这是关闭的

也就是说我的这个钻柱

和井眼

之间的环形空间

总的体积是固定的

没有变化

因为我这个井眼尺寸是一定的

我的钻柱尺寸也是一定的

是不是这里面的体积是一定的

我这里是关闭的

这个气体往上面走

会出现什么情况

它的体积会不会发生改变

变化

会变化

因为我的环形空间是关闭的

总的体积不变

由于总的体积不变

你想这个井眼深度

没有增加

这个环形空间也是关闭的

也就是说钻柱的尺寸也没发生改变

钻具组合没有变

也就是说这个环形空间

总的体积没有变化的

这个环形空间的体积没变化

气体往上走的时候

它的气体本身体积也不能发生变化

因为总的体积没变化

假如说

因为我钻井液的体积改变

受压力的改变很小

假设我钻井液的体积不发生变化

在这种情况下

这个气体体积是不是不发生变化

在这里面

就关心了

这部分体积它体积不变

也就是说

这个地方

假如说这个地方气柱的长度

是1m的话

是1m这么长的气柱长度

它达到这个位置

还是是1m这么长

到了上面也是

这一段

比如说气体还是1m

在这里面我们就

根据状态方程

就有这么一个方程

体积

压力乘个体积

PV等于

是吧

是它

如果当我这个

气体的莫尔量

就是它的总的质量不发生改变

如果考虑理想气体的话

不考虑压缩因子的变化

就是压力乘以体积除以温度

等于常数

在这种情况下

我们再讲井控这一章

很少考虑温度对它的影响

我们一般是简化计算

如果再不考虑温度的影响

井底的压力乘以一个体积

等于井口的

压力乘体积

最终的结果

大家想

像这种情况下

井底的压力是60MPa

这个气体上升到井口

井口的压力是多少

也是60MPa

在这个时候

井底受到的液柱压力是多少

就是120MPa了

就是这上面

这部分气体的压力在这

压力再加上下面这一段

静液柱压力

就变成120MPa

这就是开口管和闭口管

两种情况

接下来我们讲

就是那种

环空敞开

关闭的这两种情况

对于我们整个钻井的安全的影响

讲这方面的一些内容

第一种

环空就是完全敞开的

大家想

这部分气体往上面走

它的体积会逐渐增加

最后的话

就是上面

最上面一段全是气体

下面是钻井液

在这个时候

它的井底的液柱压力是多少

就等于这一段的静液柱压力

下面钻井液的这一段

静液柱压力

因为我这个地方是

是跟大气压

由于在大气压条件下

我气的密度非常小

这一段气体的

这一段重力压降是非常小的

我们可以忽略不计

这个就是下面这一段

另外一种

就是像这种情况

就是环空是关闭的

比如这个井深是9600英尺的话

它受到的井底的压力是

实际上就是5000PSI

这部分气体往上走的时候

由于体积不发生变化

最终到达井口过后

井口的压力就应该是

500PSI

在这里面还有

像它刚刚这个地方

2396PSI

它这个压力是怎么计算出来的

也就是说

这个地方的气柱压力是多少

我们可以知道

根据这个

大致可以推断出5000PSI的样子

如果这个气体上升到这个位置

相当于它受到的气柱压力

也是5000PSI

5000PSI减去这一段的静液柱压力

是不是就是井口的压力

也就是说我可以计算这个

气柱上升不同的高度

井口对应的

环空的套压

关井套压

关井的套压是不一样的

是根据它上升高度

我就可以计算出

前面讲的

都是一些分析

还没涉及到一些计算

接下来的一些跟大家讲讲

相关的一些基本的计算