塔里木油田却勒四井反循环压井方法

秦曼

摘 要：目前油气钻井的难度和深度不断加大，井眼压力与温度较高，尤其是塔里木油田却勒四井这样的高压气井，井控问题日益突出，最为核心的问题就是选取合适、有效的压井方法。文章通过介绍反循环压井法的工艺要求，给出了套压与磨损处受压的计算方法，结合塔里木油田却勒四井的实际数据，对这种方法与司钻法及工程师法做了对比分析，进一步说明这种压井方法更为安全可靠。

关键词：井控 压井 反循环法

中图分类号：TE28 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0074-03

对于一般的油气井，可能地层压力不是太高，侵入流体为地层水、油或低压气。根据井涌情况和井身状况的不同，只要发现井涌，及时采用工程师法、司钻法等常规压井方法即可将侵入物循环出井，恢复正常钻进。然而由于塔里木油田在超高压构造上的油气井钻井周期长，多存在技术套管磨损严重，套管强度较低，地层压力系数高，抗内压强度下降[1]。却勒四井属于高压气井，侵入物的压力、体积可能都会高于普通井，若此时仍然采用常规压井法，可能会使井口最大压力超过地面装置的承压范围，也可能使套管鞋处的压力超过套管鞋所能承受的最大压力，这时就要采用非常规压井方法。

本文对反循环压井法的工艺与计算要点给予说明。

1 工艺要点

反循环压井法是从环空泵入泥浆将井内溢流替入钻杆，由钻杆内上升到井口，在阻流器控制钻杆出口回压下排除溢流，然后再转正循环压井的一种压井方法[2]。它的优点是：压井时间短，能迅速排除溢流，降低井口套管承压等[3]。为指导施工，必须掌握套压、套管磨损处受压的变化规律。

1.1 套压的变化规律

1.1.1 套压计算模型

根据重泥浆在环空中位置的变化，建立反循环法的套压计算模型，如图1所示。

1.1.2 套压计算公式推导

（1）气柱在井底的套压（关井套压）。

根据图示环空液柱压力平衡关系，有

（1）

式中：为反循环法压井套压（以下皆同），MPa。

（2）气柱进入钻柱过程的套压（如图1中（1）所示）。

根据图示环空液柱压力平衡关系，有

（2）

考虑到气柱高度，可以近似认为气体流出环空的速度是匀速的，得出表达式：

（3）

（4）

（5）

式中：为环空中原泥浆的高度，m。

为与环空相当的钻柱内气柱高度，m；

A为环空容积梯度，m3/m；

B为钻柱容积梯度，m3/m。

将（3）式和（4）式代入（2）式得：

（≤≤H） （6）

（3）气柱在钻柱中上升直至被排出井口过程的（如图1中（3）所示）

根据图示环空液柱高度平衡关系，有

（7）

式中：为钻柱内气柱上返最高值，m；

y为钻柱内原泥浆高度，m。

根据气体热力学定律得：

（8）

联解（7）式和（8）式得：

（9）

（10）

钻柱内原泥浆高度相当于环空中的高度：

（11）

因此套压为：

（≤≤） （12）

（4）正循环重泥浆到达钻头过程的套压（如图1中（4）所示）

（13）

（5）重泥浆在环空中上升过程的套压（如图1中（5）所示）

（0≤≤H） （14）

1.2 套管磨损处的压力变化规律

1.2.1 计算模型

根据溢流和重泥浆在环空中位置的变化，建立反循环法磨损处所受压力的计算模型，如图2所示。

1.2.2 磨损处受压公式

（1）溢流在井底时的（如图2中（1）所示）。

（≤≤-） （15）

（2）溢流进入钻柱过程中的（如图2中（2）所示）。

根据图示环空液柱压力平衡关系，有

（≤≤H） （16）

（3）气柱在钻柱内上升直至被排出过程的（如图2中（3）～（5）所示）。

气柱整体经过h之后继续膨胀上升，直至从井口排出，整个过程中，套管磨损处所受的压力是一条水平线，即：

（17）

（4）重泥浆到达钻头之前的（如图2中（5）所示）。

重泥浆从井口到达钻头之前，套管磨损处所受的压力是一常数，为：

（≤≤） （18）

（5）重泥浆顶端到达h之前的（如图2中（7）所示）

≤≤ （19）

（6）重泥浆到达井口之前的。

重泥浆经过h之后，套管磨损处所受的压力是一常数，为：

（≤≤） （20）

2 对比分析

却勒四井压井数据如下。

本井是一口预探井。以5"钻杆（内径105 mm），在9-5/8"（壁厚15.8 mm）技术套管内钻进，泥浆密度2.0 g/cm3。钻至4500 m时，发现溢流，关井测试：溢流量3 m3，地面温度t0=20℃ ，地温梯度GT=1℃/30 m，井深1000 m处套管磨损率为50%，用比重 2.1 g/cm3的重泥浆压井。

为简化计算，忽略温度、天然气压缩系数的影响，且不考虑钻挺，基本数据计算如下：

环空容积梯度A=2.29×10-2 m3/m；

钻具内容积梯度B=8.66×10-3 m3/m；

井底溢流高度hg=131 m；

钻具内容积相当环空高度H1=1701 m；

关井后井底压力Pp=94.5 MPa；

井底温度Tp=t0+HGT+273=4430 K；

天然气相对比重S=0.7，天然气井底压缩系数Zp=1.5；

天然气重量在井底所造成的压力梯度=0.0034 MPa/m；

天然气气柱重量造成的压力Pg=HgGg

=0.45MPa；

泵入钻柱重泥浆的流量

Q=0.84m3/min；

环空中泥浆高度y=0.84t/A=36.68t；

磨损套管的最大抗内压强度=28.8MPa。

利用计算机以同样的井内条件对工程师法压井、司钻法压井及反循环法压井进行计算，得出对比数据及套压变化曲线、磨损处所受压力变化曲线，如表1和图3、图4所示。

3 结论

通过对表1和图3、图4的分析，可以得出以下结论。

（1）三种压井方法中，司钻法最大套压值最高，工程师法次之，反循环法最小。

（2）三种压井方法中，司钻法套管磨损处所受压力值最高，工程师法次之，反循环法最小。

（3）三种压井方法中，司钻法压井时间最长，反循环次之，工程师法最短。

（4）三种压井方法中，排除溢流时间司钻法与工程师法几乎相当，反循环法较二者小很多。

（5）本井套管磨损条件下，采用工程师法、司钻法都将压裂磨损套管，因此不能选用。

（6）反循环法较工程师法和司钻法的最大套压值低，且低于套管磨损处的最大许用套压值，因此，本井采用反循环压井法是安全可靠的。

参考文献

[1] 阎凯，李锋.塔里木油田井控技术研究[J].地球物理学进展，2008，23（2）：522-527.

[2] 郝俊芳，唐林，伍贤柱.反循环压井方法[J].西南石油学院学报，1995，17（2）：65-71.

[3] 尹虎，张杰，孙健，等.气井溢流反循环压井理论研究与应用[J].科学技术与工程，2013，6（13）：1432-1435.endprint