5.9 气侵对井筒压力的影响在线视频

对于我们气体来说

我们主要是采用

状态方程来进行计算

这个状态方程的话

比如说对于我们井控这一章

很多情况下

你看我们教科书上

一般都是假设的理想气体

所谓的理想气体的话

就是没有考虑压缩因子的变化

压缩因子的变化是很复杂的

压缩因子的计算

它跟我们天然气的组分

还跟你当前所处的温度

压力

等等都有关系

压缩因子计算方法

也是很多的

各种各样的计算方法

并且计算出来难度也是很大

在我们压井这章

为了现场的工程师

为了很快的制定一套方案

如果采取很复杂的计算

相对说难度很大

所以我们压井这章

经常考虑是理想气体

对于理想气体来说

它就没有考虑压缩因子的变化

我们的状态方程就可以

用这个状态方程来表示

压力乘以体积

这个地方还是有压缩因子

压缩因子等于

比如说一个不考虑它变化的

然后乘以常数

再乘以温度

这是气体的状态方程

通过这个状态方程也可以看出来

对于环空敞开的这种情况

气体往井口上升过程当中

由于压力的逐渐降低

气体的体积会膨胀的很剧烈

体积增加很大

对应的

我们根据这个状态方程可以

得到这么一个方程

就是井底的压力

乘以井底的体积

再除以井底气体的压缩因子

再除以井底的温度

就等于地面的压力

再乘以地面的体积

再除以地面的压缩因子

除以地面的温度

是不是根据这个方程

可以推导这个方程

因为它的这个地方是常数

量的话

摩尔量是常数

就可以得到这么一个方程

这个方程的话

前面的天然

油层物理里面学过

就是它的每一个含义

包括它怎么计算的

包括压缩因子的计算

压缩因子计算

有很多图版

在后续的天然气工程里面

还要专门跟大家讲

至少有七八种

就是我们这本书上

至少给大家介绍七八种的

压缩因子的计算方法

其中有一种计算方法

非常出名的

也是我们学校老师

推导出来的

压缩因子的计算模型

并且这个在国际上

也是被公认的一个

效果比较好的一个模型

就是我们学校李士伦院长

写的这个天然气工程

里面就有介绍

叫做李氏方程

这个天然气压缩因子的计算

根据前面的这个方程

我们就可以计算出

它的压力

在这里面

我们就跟大家

做一个实例的计算

这个表示的一个井

就是说

它在9600英尺的时候

钻井液的密度是75pcf

就是说每立方英尺75磅

这个钻井液的密度

9600英尺这口井的深度

看这个

气体上升到井口有什么变化

井底

相当于它在井底

受到的压力是

5000PSI

井口的压力又是多少

就是大气压14.7PSI

可以想象

5000PIS变化到14.7PSI

它的体积变化是非常大的

体积变化是非常大

下面只有很小的一段

上面很长的一段

这是这部分气体的变化

根据前面的状态方程

我们就可以计算出来

膨胀的倍数

根据前面的方程

可以就把它计算出来

我们接下来就分成两个

分成两种情况跟大家计算这个

就是说

计算这个气体往上走的时候

它的环空的压力变化情况

首先我们采用第一种方式

就是环空是关闭的

环空是关闭的大家想

就是这个地方是关闭的

根据这介绍的资料

跟大家进行计算

根据多媒体上的资料

在这种情况下

关闭的时候

这口井的深度是9000

我们用多媒体上这个数据

是9600英尺

深度是9600英尺

井底的压力是5000PSI

这是井底的

钻井液的液柱压力是5000PSI

井口的这个

如果是大气压的话

井口的压力就是14.7PSI

我们接下来就来计算

一个就是环形空间

像这种关闭的情况

这个气体上升过程中

它整个井筒压力变化

还有一种就是敞开的

整个环空的压力变化

还有它等效的液柱压力的变化

还有等效的钻井液密度

因为我压力在变

我的密度也在变化

首先可以计算出来

这个地方是9600英尺

9600英尺这个地方

有一段气柱

在这个地方

这个气柱到达这个位置

到达这个位置过后

井口的压力是

等于多少

比如说到达5000英尺这个深度

这个是9600英尺

9600英尺

这一段气柱的长度

是20英尺

20英尺

这个时候井口的环空压力

等于多少

我们可以看出来

比如说像这种情况下

它井底受到压力实际上就是

9600英尺减去20英尺的长度

这个气体的长度20英尺

实际上就是这一段气柱的

总的长度

总的垂深乘以它的密度

钻井液的密度

这一段井眼的深度

可以把这一点的

这一点的液柱压力算出来

这是这一点的

对于到达这一点

我井口的套压是多少

就要用下面这个地方的压力

减去这一段液柱的

静液柱压力

就等于这个地方的压力

用我们这个模型表示

这个时候

比如说

上升到井口5000英尺的地方

井口的压力是多少

就等于

井底的液柱压力减去

井底的压力

就是在这种情况井底的压力

再减去这上面这一段的

静液柱压力

就等于我井口的

这个地方的压力

到达这个地方

由于我的

实际上到达这个地方

就应该等于多少

实际上就等于井底的压力

因为我减去这一部分

这地方等于0

到达井口了

这部分等于0

就是井底的压力

这就是关井的时候

它整个气体从井底

往井口上升过程中的变化情况

大家对这几个公式

看看能不能

现在看懂没有

表示含义

没看懂是吧

它这个地方

这个公式表示的是

我这种状态

第一种状态的情况

第一个公式

第一种状态

井底的压力是多少

实际上就是ρgh

就是这个钻井液的密度

乘以重力加速度

乘以这一段的长度

这一段的长度

这就是

这个时候的

井底的压力的大小

看到没有

这个地方

它井底的压力

实际上就是

这一段的垂直深度

乘以它的

钻井液的密度

乘以加速度

就是这一段气柱所受的压力

就是这个h

ρgh

这一点没什么问题吧

到达这一种状态

我要看

首先计算井底的压力是多少

这是井底的压力

这个Pa

BHP2表示井底的液柱压力

井底的液柱压力是

等于三部分

第一部分就是

上面这一段的液柱压力

第二部分

这一段的液柱压力

第三部分

这一段的液柱压力

在这种情况下

由于井口还有套压

我还要加上井口的套压

最终是怎么计算

就是我

我如果分段出来的话

我可以看

在这个时候

我这一点是

受到的压力是多少

这一点

这个截面上

受到的压力是多少

实际上就是这一段气体的压力

在这个横截面上

就是

这一横截面的压力

再加上

下面这一段的静液柱压力

等于井底的压力

这个没问题吧

这一个截面的压力是多少

实际上就是气柱的压力

气柱受到的压力

气柱受到压力

因为我环空是关闭的

这个气柱压力是不是可以

在井底的这个压力是相等的

因为我环空是关闭的

它的体积没有发生变化

体积没发生改变

我们为了简化的话

我们假设温度也没发生变化

从井底往井口

假设温度变化不大

没有太大的变化

在这种情况下

这部分气体往上走

是不是它的体积没变

它的压力跟

在井底地方的压力是一样的

是一样的

在这种情况下

井底的压力是多少

就可以用

我这一段气体的压力

受到的压力

再加上

气体以下的静液柱压力

这一点的压力

加上下面的压力

是等于井底的压力

就可以得到

前面这一部分

气体上升到这个位置

受到井底压力是多少

实际上就是刚开始

在这个地方的压力

PB的这个压力

再加上这一段的

液柱压力

静液柱压力

这一段的

就是ρh

ρgh1的这部分压力

这就是

在这种情况下的井底压力

在这种情况下

大家可以看出来

气体上升到这个地方

井底压力是不是大于

原先的井底压力

大于原先的井底压力

同时

同时我又可以计算出来

在这种情况下

井口的压力是多少

这种情况下

比如在这种情况下

井口的套压

关井的套压

是多少

关井的套压

是不是

我这个气柱的压力

再减去上面这一段的

静液柱压力

就等于井口的压力

就等于这么多

就可以得到

这个公式

这个是关井的时候

井口的压力是多少

就等于

这地方的压力

再减去

ρgh这个h是多少

就是总的深度

再减去下面这一段

就是上面这一段深度

h减h1的

这是井口的压力

大家看

我在这种状态下

用了两个

比如说下面这一段

我用的是PB

也是用PB加的

这段静液柱压力

对于上面这一段

也是井底压力减去

它的基础就是我

气柱本身

由于它的体积没变

它的压力一种维持

刚开始在井底的压力

这就是这种状态

第三种状态

就是这个气体逐渐的

已经到达井口了

到达井口

到达井口过后

我们就是BHP3

这个时候井底压力等于多少

井底压力

假如说不考虑温度的影响

体积是封闭的

在这种时候

井底的压力是多少

就等于

这部分气柱的压力

气柱的压力

再加上

整个环形空间的

静液柱压力

静液柱压力

就等于PB

它这个气体体积没变

还是刚刚这个PB这个压力

再加上环空的静液柱压力

ρgh

最后相当于两个PB

就是两个原先的井底压力这么大

大家就想了

在这种情况下

对我们环空的要求

是不是很高

比如说我这口井

井底压力比较高

是异常高压的气层

井底压力就达到100MP了

这100MP的气体

上升到井口

井口承受了多大压力

100MP

对安全影响就非常大了

我这么大的压力

井口的装备

井口的套管

是不是满足要求

这是我们要考虑的问题

这个我们在后面的内容里面

要跟大家来讲

就是说

气体如果是关井的

这部分气体

从井底往井口流动

对我们的套管有什么要求

套管头

就是井口有什么要求

对地层有什么要求

如果是你过大后

有可能把地层压漏

这在我们后面的

部分内容要跟大家讲

前面这个是

没有考虑

我的气体的

一个相当于是

本身的重力

如果为了精确计算

我也考虑

也可以考虑这个气体本身

这个气体的

就是下面这部分气体

本身的重量

实际上我这个

气体在下面

高度压缩的

它本身还是有一定的密度

气体本身是有一定的密度

它要产生一定的重力压降

我们接下来就看

这个气体本身的重力压降

是怎么计算出来的

为了计算气体

本身的重力压降

我们就

就要用到状态

就是状态方程

要用到状态方程

压力乘以体积

等于压缩因子乘以

它的气体的摩尔量

然后乘以常数

乘以温度

这里面重要的计算

主要是压缩因子

压缩因子的话

我们根据实例

给大家讲解

对于这种情况

对于前面讲的这种情况

假如说我们有20桶的

20桶的气体进来

20桶的

20桶的气体

进到井筒里面

进到井底

井底的压力是多少

是3500PSI

这是井底的压力

井口的压力

井口的是

如果是敞开的话

就是14.7PSI

井底的温度是多少

比如说我们要考虑

它的重力的影响

井底的温度是180华氏度

井口是65华氏度

这就是我们假设条件

我们根据这个情况

来看它的影响

首先我们就可以用

真实气体的

状态方程

首先是理想气体的状态方程

这是理想气体的

如果是理想气体

大家看

压力乘体积

除以温度

等于常数

不考虑压缩因子

对于理想气体来说

在这里面

你看

比如说d1p1的话

我们代表井底的这种情况

p2代表井口的这种情况

就可以得到

井底的压力是3500PSI

溢流的量是多少

在井底的体积是多少

是20桶

这个T2就是

井口的温度

这是井口的温度

除个井口的

井口是65再加上460

再除以井底的这部分

井口的压力

是14.4PSI

再乘以井底的温度

这部分温度

最后算下来

它的体积是多少

你看20桶的这部分量

到达井口

如果是敞开的

如果是20桶的话

井底是20桶

到达井口变成多少

4148桶

看这个体积变化

增加了207倍

是不是增加幅度是很大的

增加幅度很大

也就是说

如果说我在井底这个地方

进来这段气柱

有个10m这么长的话

10m这么长

这10m的气体往上走

走到这

会变成多少米

2000多米

2000多米

比如说

体积增加的倍数是很多的

大家想

如果这是10m

整个井底的压力影响大不大

如果对于

你想5000m的井

比如说是5000m的井

你只有10m的话

影响很小

影响0.00几个ZP

但是我这个10m的气体

上升的井口的话

变成2000多米了

相当于我只剩下2000多米

井底的压力可能下降了一半

因为我上升气柱的长度是很长的

这是前面的这种计算

如果说

我不考虑

如果不考虑温度的变化

对于以往我们压井来说

经常不考虑温度的变化

如果不考虑温度的变化

体积的话

膨胀倍数还要大一些

为什么

因为这两个温度

井底的

井底的温度高

在下面

这个还有增加大致17%左右

这是这种情况

接下来我们再看看

如果我这段气体

考虑这一段气柱本身的重量

再看看整个计算有什么变化

就是这个气体进来了

这么一段气体

如果考虑这一段气体本身的重量

看看整个有什么变化

首先

我们根据油层物理里面讲的

比如说气体的密度

我们可以采用这个公式

把它计算出来

这是气的密度

这是29的话

29是相当于空气的分子量

然后再乘以它的相对密度

还有压力

这个温度

这是气体的真实的密度