井內(nèi)氣體的膨脹和運(yùn)移

1、井內(nèi)氣體的膨脹和運(yùn)移井內(nèi)氣體的膨脹和運(yùn)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(duì)一定量的氣體來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度不變時(shí)，壓力增力及溫度。對(duì)一定量的氣體來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度不變時(shí)，壓力增加，體積減??；壓力降低，則體積增大。加，體積減小；壓力降低，則體積增大。 在起鉆過(guò)程中，由于抽汲等因素的影響，若有少量的在起鉆過(guò)程中，由于抽汲等因素的影響，若有少量的氣體進(jìn)入井內(nèi)，在其向上運(yùn)移的過(guò)程中，體積會(huì)隨著所受氣體進(jìn)入井內(nèi)，在其向上運(yùn)移的過(guò)程中，體積會(huì)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(jìn)入井內(nèi)，若不及時(shí)關(guān)井，氣體向上運(yùn)移時(shí)體積膨脹，體進(jìn)入井內(nèi)，若不及時(shí)關(guān)井，氣體向上運(yùn)移時(shí)體積膨脹，造成井底壓力進(jìn)一步降低，則會(huì)加劇溢流的發(fā)展。特別是造成井底壓力進(jìn)一步降低，則會(huì)加劇溢流的發(fā)展。特別是井底的高壓氣體運(yùn)移至井口附近時(shí)，由于體積急劇膨脹，井底的高壓氣體運(yùn)移至井口附近時(shí)，由于體積急劇膨脹，將會(huì)使溢流急劇加速，很快造成液柱壓力迅速降低

3、，形成將會(huì)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(diǎn)及危害 一、天然氣的特點(diǎn)及危害 在處理氣體溢流時(shí)，由于氣體的膨脹，會(huì)導(dǎo)致在處理氣體溢流時(shí)，由于氣體的膨脹，會(huì)導(dǎo)致過(guò)高的套壓，一方面可能造成地下井噴，另一方面過(guò)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(duì)于氣體溢流來(lái)說(shuō)，更要強(qiáng)調(diào)及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢因此，對(duì)于氣體溢流來(lái)說(shuō)，更要

4、強(qiáng)調(diào)及時(shí)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(diǎn)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(qiáng)的置換性，不由于天然氣的密度低，與鉆井液有很強(qiáng)的置換性，不論是開(kāi)井還是關(guān)井，是循環(huán)還是靜止，氣體向井口的運(yùn)移論是開(kāi)井還是關(guān)井，是循環(huán)還是靜止，氣體向井口的運(yùn)移總是要產(chǎn)生的。在開(kāi)井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)膨脹上升，會(huì)總是要產(chǎn)生的。在開(kāi)井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)膨脹上升，

5、會(huì)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(huì)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(huì)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(lái)更安全，或?qū)⒌貙吁柯斐傻叵戮畤?，給事故處理帶來(lái)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(shí)組織壓井。因此，發(fā)生氣體溢流關(guān)井后，要及時(shí)組織壓井。 3 3、天然氣具有易擴(kuò)散、易燃、易爆的特點(diǎn)、天然氣具有易擴(kuò)散、易燃、易爆的特點(diǎn) 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%15%5%15%（體積比）時(shí)，（體積比）時(shí)，遇到火

6、源會(huì)發(fā)生爆炸，低于遇到火源會(huì)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(huì)爆炸，但會(huì)燃燒。不會(huì)爆炸，但會(huì)燃燒。 天然氣的這一特點(diǎn)導(dǎo)致大部分天然氣井井噴失控后都天然氣的這一特點(diǎn)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(guò)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(guò)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(xiǎn)過(guò)程中某種原因?qū)е禄鹧嫦?，由于天然氣的擴(kuò)散性，搶險(xiǎn)過(guò)程中某種原因?qū)е禄鹧嫦?，由于天然氣的擴(kuò)散性，會(huì)以井眼為中心向井場(chǎng)四周擴(kuò)散，或沿風(fēng)向向下風(fēng)向擴(kuò)散，

7、會(huì)以井眼為中心向井場(chǎng)四周擴(kuò)散，或沿風(fēng)向向下風(fēng)向擴(kuò)散，在這個(gè)過(guò)程中，遇到火源同樣可能發(fā)生著火或爆炸。在這個(gè)過(guò)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(chǎng)設(shè)備布置，要充分考慮防火要因此，天然氣井的井場(chǎng)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(xiǎn)過(guò)程中，要做好井場(chǎng)求。另外，在關(guān)井和壓井以及在搶險(xiǎn)過(guò)程中，要做好井場(chǎng)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(diǎn)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(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境等都會(huì)造成嚴(yán)重硫化氫有劇毒，對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境等都會(huì)造成嚴(yán)重傷害。硫化

8、氫對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全造成威脅。硫化傷害。硫化氫對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全造成威脅。硫化氫對(duì)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(duì)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(jìn)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(jìn)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(duì)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(duì)水基鉆井液具有較大污染，甚至使之形成流不動(dòng)的凍膠。污染，甚至使之形成流不動(dòng)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(xiǎn)，一旦發(fā)生井噴失控，容易造成災(zāi)難性的后果。的風(fēng)險(xiǎn)，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(diǎn)及危害 5 5、天然氣對(duì)密封性的要求更高、天然氣對(duì)密封性的要求更高 天然氣侵入井筒后，在鉆井液中會(huì)自動(dòng)向上滑天然氣侵入井筒后，在鉆井液中會(huì)自動(dòng)向上滑脫運(yùn)移。氣體的滲透性比液體要高得多，對(duì)套管、脫運(yùn)移。氣體的滲透性比液體要高得多，對(duì)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(gè)特征，使天然氣

10、井的井由于天然氣的上述幾個(gè)特征，使天然氣井的井控問(wèn)題更復(fù)雜，處理不當(dāng)很容易引發(fā)惡性井噴事故控問(wèn)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(lái)的井因此，必須研究和掌握天然氣特征所帶來(lái)的井控技術(shù)的特點(diǎn)，保證井控的安全?？丶夹g(shù)的特點(diǎn)，保證井控的安全。一、天然氣的特點(diǎn)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(kāi)氣層的過(guò)程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙在鉆開(kāi)氣層的過(guò)程中，隨著巖石的破碎，巖石孔隙中的天然氣被釋放出來(lái)而侵入鉆井液。侵入天然氣量與中的天然氣被釋放出來(lái)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(jī)械鉆速和氣層的孔隙度、含氣飽和度、井徑、機(jī)械鉆速和氣層的厚度成正比厚度成正比。鉆開(kāi)厚氣層時(shí)，應(yīng)控制機(jī)械鉆速，從而控。鉆開(kāi)厚氣層時(shí)，應(yīng)控制機(jī)械鉆速，從而控制單位時(shí)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(shí)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(jìn)行地面除氣，減小天然氣對(duì)鉆井液柱壓到地面后，應(yīng)進(jìn)行地面除氣，減小天然氣對(duì)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(shí)，由于鉆井液密度比天然氣密鉆遇大裂縫或溶洞時(shí)，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(lái)進(jìn)入井內(nèi)。置換出來(lái)進(jìn)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(kuò)散氣侵、擴(kuò)散氣侵 氣層中的天然氣穿過(guò)泥餅向井內(nèi)擴(kuò)散，侵入鉆井液。侵氣層中的天然氣穿過(guò)泥餅向井內(nèi)擴(kuò)散，侵入鉆井液。侵入井內(nèi)的天然氣量與鉆開(kāi)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(kāi)氣層表面積、濾餅的質(zhì)量等因素有關(guān)。一般通過(guò)濾餅侵入井內(nèi)的天然氣量不大。關(guān)。一般通過(guò)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(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，侵入量會(huì)增大。因此，空井或破壞或停止循環(huán)時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，侵入量會(huì)增大。因此，空井或井眼長(zhǎng)時(shí)間靜止時(shí)，要有專人負(fù)責(zé)觀察井口。井眼長(zhǎng)時(shí)間靜止時(shí)，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(shí)，以上三種情況表明，即使在井底壓力大于地層壓力時(shí)，天然氣也會(huì)以上面幾種方式侵入井內(nèi)。天然氣也會(huì)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(guò)地面除氣設(shè)備從鉆井液中排除。通過(guò)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(shí)，天然氣會(huì)大量侵入井內(nèi)。井井底壓力小于地層壓力時(shí)，天然氣會(huì)大量侵入井內(nèi)。井底的負(fù)壓差越大，進(jìn)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(jìn)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(shí)關(guān)井，很快會(huì)發(fā)展成為井噴。形成氣柱所以若不及時(shí)關(guān)井，很快會(huì)發(fā)展成為井噴。三、三、天然

14、氣侵入井內(nèi)對(duì)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(yùn)動(dòng)形式、天然氣在井內(nèi)的存在形式及運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)，液兩相流動(dòng)狀態(tài)，形成泡狀流、段塞流等形態(tài)。循環(huán)時(shí)，氣體隨著鉆形成泡狀流、段塞流等形態(tài)。循環(huán)時(shí)，氣體隨著鉆井液循環(huán)從環(huán)空中上返，同時(shí)在鉆井液中滑脫上升。井液循環(huán)從環(huán)空中上返，同時(shí)在鉆井液中滑脫上升。即使在不循環(huán)時(shí)，鉆井液中的氣體由于密度小，在即使在不循環(huán)時(shí)，鉆井液中的氣體由于密度小，在鉆井液中也會(huì)滑脫上升。鉆井液中也會(huì)滑脫上升。三、三、天然氣侵入井內(nèi)對(duì)井內(nèi)液柱壓力影響 2 2、天然氣侵對(duì)鉆井液密度的影響、天然氣侵對(duì)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(duì)鉆井液密度到的壓力大，體積小，對(duì)鉆井液密度影響小。天然氣從井底向井口上升過(guò)影響小。天然氣從井底向井口上升過(guò)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7171所示。當(dāng)所示。當(dāng)氣泡上升至接近地面時(shí)，氣泡體積膨氣泡上升至接近地面時(shí)，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)鉆井

16、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(duì)鉆井液密度的影響三、三、天然氣侵入井內(nèi)對(duì)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(shí)際上僅有少量的天并不反映井底被氣侵的程度，實(shí)際上僅有少量的天然氣進(jìn)入鉆井液，其密度變化甚微，此時(shí)注意采取然氣進(jìn)入鉆井液，其密度變化甚微，此時(shí)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(huì)有井噴危險(xiǎn)。如果不及時(shí)而有效地除氣，讓就不會(huì)有井噴危險(xiǎn)。如果不及時(shí)而有效地除氣，讓密度低的氣侵

17、鉆井液再次進(jìn)入井內(nèi)，則會(huì)造成井筒密度低的氣侵鉆井液再次進(jìn)入井內(nèi)，則會(huì)造成井筒內(nèi)鉆井液受到進(jìn)一步氣侵，如此惡性循環(huán)，使井底內(nèi)鉆井液受到進(jìn)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(duì)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(wèn)題、鉆井液發(fā)生氣侵后應(yīng)注意的問(wèn)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(cè)量的密度值計(jì)算井內(nèi)液柱壓力。不能用井口測(cè)量的密度值計(jì)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）即使井口返

18、出鉆井液氣侵很嚴(yán)重，但是井內(nèi)液柱壓力并沒(méi)有大幅度降低。壓力并沒(méi)有大幅度降低。 3 3）氣侵對(duì)井內(nèi)靜液柱壓力影響隨井深不同。井越深，）氣侵對(duì)井內(nèi)靜液柱壓力影響隨井深不同。井越深，影響越??；井越淺，影響越大。影響越?。痪綔\，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(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移 在開(kāi)井狀態(tài)下，侵入井內(nèi)的天

19、然氣靠密度差形成的浮在開(kāi)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。氣泡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(huì)隨著氣體的上升而逐漸降低，或段塞所受的鉆井液柱壓力會(huì)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。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0.26m30.26

20、m3天然氣，高度天然氣，高度10m10m，當(dāng)井口敞開(kāi)時(shí)其上升膨脹情況如圖，當(dāng)井口敞開(kāi)時(shí)其上升膨脹情況如圖7272所示。在一所示。在一些開(kāi)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(kāi)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(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移 氣體上升到井深氣體上升到井深1500m1500m，氣體體積變?yōu)?，氣體體積變?yōu)?.52m30.52m3，高度變?yōu)?，高度變?yōu)?0m20m，井底壓力降到，井底壓力降到35.14MPa35.14MPa。在這個(gè)過(guò)程中，氣體運(yùn)移了。在這個(gè)過(guò)程中，氣體運(yùn)移了15001500米的距離，體積只增加了米的距離，體積只增加了0.26m30.26m3。氣體繼續(xù)

21、上升到井深。氣體繼續(xù)上升到井深750750米處時(shí)，體積變?yōu)槊滋帟r(shí)，體積變?yōu)?.04m31.04m3，高度變?yōu)?，高度變?yōu)?0m40m，井底壓力，井底壓力34.9MPa34.9MPa。在這個(gè)過(guò)程中，氣體運(yùn)移了。在這個(gè)過(guò)程中，氣體運(yùn)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(shí)，體積變?yōu)槊滋帟r(shí)，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(gè)過(guò)程中，。在這個(gè)過(guò)程中，氣體運(yùn)移了氣體運(yùn)移了375375米的距離，體積增加了米的距離，體積增加了1

22、.04m31.04m3。當(dāng)氣體上升。當(dāng)氣體上升到井口附近時(shí)，氣體體積變?yōu)榈骄诟浇鼤r(shí)，氣體體積變?yōu)?.32m38.32m3，高度變?yōu)椋叨茸優(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(dòng)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(dòng)外溢噴出，導(dǎo)致井底壓力小于地層壓力，使天然氣進(jìn)入井內(nèi)造成更嚴(yán)重的井噴。氣進(jìn)入井內(nèi)造成更嚴(yán)重的井噴。圖72開(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移2開(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移四、開(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移四、開(kāi)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移 通過(guò)上面的例子可以

23、得出以下結(jié)論：通過(guò)上面的例子可以得出以下結(jié)論： 1 1）開(kāi)井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)上升時(shí)體積一直在膨脹，）開(kāi)井狀態(tài)下，氣體在井內(nèi)上升時(shí)體積一直在膨脹，在井底時(shí)體積增加較小，越接近井口膨脹速度越快。在井底時(shí)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(kāi)始時(shí)對(duì)井底壓力的影響很小，到接）氣體膨脹上升開(kāi)始時(shí)對(duì)井底壓力的影響很小，到接近井口時(shí)，井底壓力明顯降低。近井口時(shí)，井底壓力明顯降低。 由此可見(jiàn)，由于長(zhǎng)時(shí)間停止循環(huán)或起鉆抽汲，井底可能由此可見(jiàn)，由于長(zhǎng)

24、時(shí)間停止循環(huán)或起鉆抽汲，井底可能會(huì)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(huì)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(kāi)泵循環(huán)鉆井液時(shí)造成氣柱膨脹，導(dǎo)致氣柱上升膨脹，或開(kāi)泵循環(huán)鉆井液時(shí)造成氣柱膨脹，到達(dá)某一深度時(shí)，就會(huì)發(fā)生鉆井液外溢，尤其是天然氣上到達(dá)某一深度時(shí)，就會(huì)發(fā)生鉆井液外溢，尤其是天然氣上升接近地面時(shí)，體積會(huì)迅速膨脹，從而取代井筒內(nèi)大量的升接近地面時(shí)，體積會(huì)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(chǎng)作業(yè)時(shí)應(yīng)該盡量減少停止循環(huán)的時(shí)間，起鉆要避免抽現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)應(yīng)該盡量

25、減少停止循環(huán)的時(shí)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(yùn)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(yùn)移 如圖如圖7373所示，假設(shè)在所示，假設(shè)在t=t1t=t1

26、時(shí)刻，時(shí)刻，氣體處于井底，此時(shí)井口壓力為氣體處于井底，此時(shí)井口壓力為Pa1Pa1，則，則Pa1Pa1P P氣氣mgH1mgH1 在在t=t2t=t2時(shí)刻，氣體向上運(yùn)移了時(shí)刻，氣體向上運(yùn)移了HmHm的的距離，此時(shí)井口壓力為距離，此時(shí)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(yùn)移速度計(jì)算出氣體的

27、運(yùn)移計(jì)算出氣體的運(yùn)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(yùn)移速度：運(yùn)移速度：由此可見(jiàn)，只要記錄下地面壓力的變化和相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，由此可見(jiàn)，只要記錄下地面壓力的變化和相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就可以計(jì)算出氣體的運(yùn)移速度及其在井眼位置就可以計(jì)算出氣體的運(yùn)移速度及其在井眼位置 。12ttHmm12ttHmm12ttHmm五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)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(huì)始終保持原來(lái)的井底壓氣體就不能膨脹，所形成的氣柱會(huì)始終保持原來(lái)的井底壓力值不變。從上面的公式中可以看出，氣體滑脫上

28、升過(guò)程力值不變。從上面的公式中可以看出，氣體滑脫上升過(guò)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)井筒的壓力不停地增加。體的滑脫上升會(huì)導(dǎo)致整個(gè)井筒的壓力不停地增加。五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)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(shí)的井底壓力為體侵入井內(nèi)關(guān)井，此時(shí)的井底壓力為35.378MPa35.378M

29、Pa。天然氣。天然氣滑脫上升時(shí)，井底壓力和井口壓力的變化情況如圖所示?；撋仙龝r(shí)，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(yùn)移五、關(guān)井狀態(tài)下氣體的運(yùn)移通過(guò)上面的例子可以得出以下結(jié)論：通過(guò)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(guò)程中，關(guān)井立、）在關(guān)井狀態(tài)下，氣體在帶壓滑脫上升過(guò)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(shuō)，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(shuō)，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)不同深度處的壓力更高。

30、口聚集的井，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(shí)，天然氣上升至地面，井口要承受原作用于井）關(guān)井時(shí)，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(gè)壓力與天）氣體滑脫上升引起井口壓力不斷升高，這個(gè)壓力與天然氣以下的鉆井液靜液柱壓力，造成過(guò)高的井底壓力，不能然氣以下的鉆井液靜液柱壓力，造成過(guò)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(shí)的井口壓力計(jì)算地層認(rèn)為地層壓力也在增大，不能錄取這時(shí)的井口壓力計(jì)算地層壓力。壓力。 4 4）發(fā)生氣體溢流

31、不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井，避免超過(guò)最大關(guān)井套）發(fā)生氣體溢流不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井，避免超過(guò)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(guò)節(jié)流閥釋放部分壓力。地面竄通。要盡快組織壓井或通過(guò)節(jié)流閥釋放部分壓力。六、關(guān)井后天然氣運(yùn)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(guò)節(jié)流閥，間斷放出一定數(shù)）立管壓力法原理：通過(guò)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(guò)程中，要控制立管壓力始終大于關(guān)井立壓，從井液的過(guò)程中

32、，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(jìn)入井內(nèi)。進(jìn)入井內(nèi)。六、關(guān)井后天然氣運(yùn)移的處理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先確定一個(gè)比初始關(guān)井立管壓力高的允許立管壓）先確定一個(gè)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(guò)程中立管壓力的變化值和放壓過(guò)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(shí)，由于壓力波動(dòng)，防止釋

33、放鉆井液時(shí)，由于壓力波動(dòng)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(shí)，通過(guò)節(jié)流閥放鉆井液，立管壓力下時(shí)，通過(guò)節(jié)流閥放鉆井液，立管壓力下降到降到Pd1P

34、d1，即下降到，即下降到4MPa4MPa時(shí)關(guān)井。時(shí)關(guān)井。六、關(guān)井后天然氣運(yùn)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(shí)，即增加到）時(shí)，即增加到4+1=5MPa4+1=5MPa時(shí)，再按上述方法放時(shí)，再按上述方法放壓，然后關(guān)井。這樣重復(fù)進(jìn)行，可使天然氣上升到井口。壓，然后關(guān)井。這樣重復(fù)進(jìn)行，可使天然氣上升到井口。 放壓過(guò)程中，由于環(huán)空放出鉆井液，環(huán)空靜液壓力減小，放壓過(guò)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(gè)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(gè)值，增加的值等于環(huán)空靜液壓力所

35、減小的值。的值。六、關(guān)井后天然氣運(yùn)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(yùn)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(guò)節(jié)流閥釋放鉆井液，使氣體膨脹，體

36、積法的原理：通過(guò)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(guò)增加套壓補(bǔ)力略大于地層壓力，環(huán)空靜液壓力減小值通過(guò)增加套壓補(bǔ)償。償。六、關(guān)井后天然氣運(yùn)移的處理方法 2 2）操作方法：）操作方法： （1 1）先確定一個(gè)大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值）先確定一個(gè)大于初始關(guān)井套壓的允許套壓值PalPal和放和放壓過(guò)程中的套壓變化值壓過(guò)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PaPa5MPa5

37、MPa，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(jì)算出套壓變化值）計(jì)算出套壓變化值PaPa對(duì)應(yīng)的釋放鉆井液量對(duì)應(yīng)的釋放鉆井液量VV。 由于井徑不同，計(jì)算出的由于井徑不同，計(jì)算出的VV會(huì)有所不同。會(huì)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(shí)，保持套壓等于時(shí)，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6.5MPa

38、6.5MPa上升上升0.5MPa0.5MPa到達(dá)到達(dá)7MPa7MPa時(shí)，保持時(shí)，保持套壓等于套壓等于7MPa7MPa不變，通過(guò)節(jié)流閥放出鉆井液不變，通過(guò)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(yùn)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(shí)，保持時(shí)，保持套壓等于套壓等于7.5MPa7.5MPa不變，通過(guò)節(jié)流閥放出鉆井液不變，通過(guò)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(bǔ)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(bǔ)償環(huán)空靜液壓力減小值，保證井底壓力略大于地層壓力。氣體一直上升到井口。力略大于地層壓力。氣體一直上升到井口