塔里木油田卻勒四井反循環壓井方法

秦曼

摘 要：目前油氣鉆井的難度和深度不斷加大，井眼壓力與溫度較高，尤其是塔里木油田卻勒四井這樣的高壓氣井，井控問題日益突出，最為核心的問題就是選取合適、有效的壓井方法。文章通過介紹反循環壓井法的工藝要求，給出了套壓與磨損處受壓的計算方法，結合塔里木油田卻勒四井的實際數據，對這種方法與司鉆法及工程師法做了對比分析，進一步說明這種壓井方法更為安全可靠。

關鍵詞：井控 壓井 反循環法

中圖分類號：TE28 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0074-03

對于一般的油氣井，可能地層壓力不是太高，侵入流體為地層水、油或低壓氣。根據井涌情況和井身狀況的不同，只要發現井涌，及時采用工程師法、司鉆法等常規壓井方法即可將侵入物循環出井，恢復正常鉆進。然而由于塔里木油田在超高壓構造上的油氣井鉆井周期長，多存在技術套管磨損嚴重，套管強度較低，地層壓力系數高，抗內壓強度下降[1]。卻勒四井屬于高壓氣井，侵入物的壓力、體積可能都會高于普通井，若此時仍然采用常規壓井法，可能會使井口最大壓力超過地面裝置的承壓范圍，也可能使套管鞋處的壓力超過套管鞋所能承受的最大壓力，這時就要采用非常規壓井方法。

本文對反循環壓井法的工藝與計算要點給予說明。

1 工藝要點

反循環壓井法是從環空泵入泥漿將井內溢流替入鉆桿，由鉆桿內上升到井口，在阻流器控制鉆桿出口回壓下排除溢流，然后再轉正循環壓井的一種壓井方法[2]。它的優點是：壓井時間短，能迅速排除溢流，降低井口套管承壓等[3]。為指導施工，必須掌握套壓、套管磨損處受壓的變化規律。

1.1 套壓的變化規律

1.1.1 套壓計算模型

根據重泥漿在環空中位置的變化，建立反循環法的套壓計算模型，如圖1所示。

1.1.2 套壓計算公式推導

（1）氣柱在井底的套壓（關井套壓）。

根據圖示環空液柱壓力平衡關系，有

（1）

式中：為反循環法壓井套壓（以下皆同），MPa。

（2）氣柱進入鉆柱過程的套壓（如圖1中（1）所示）。

根據圖示環空液柱壓力平衡關系，有

（2）

考慮到氣柱高度，可以近似認為氣體流出環空的速度是勻速的，得出表達式：

（3）

（4）

（5）

式中：為環空中原泥漿的高度，m。

為與環空相當的鉆柱內氣柱高度，m；

A為環空容積梯度，m3/m；

B為鉆柱容積梯度，m3/m。

將（3）式和（4）式代入（2）式得：

（≤≤H） （6）

（3）氣柱在鉆柱中上升直至被排出井口過程的（如圖1中（3）所示）

根據圖示環空液柱高度平衡關系，有

（7）

式中：為鉆柱內氣柱上返最高值，m；

y為鉆柱內原泥漿高度，m。

根據氣體熱力學定律得：

（8）

聯解（7）式和（8）式得：

（9）

（10）

鉆柱內原泥漿高度相當于環空中的高度：

（11）

因此套壓為：

（≤≤） （12）

（4）正循環重泥漿到達鉆頭過程的套壓（如圖1中（4）所示）

（13）

（5）重泥漿在環空中上升過程的套壓（如圖1中（5）所示）

（0≤≤H） （14）

1.2 套管磨損處的壓力變化規律

1.2.1 計算模型

根據溢流和重泥漿在環空中位置的變化，建立反循環法磨損處所受壓力的計算模型，如圖2所示。

1.2.2 磨損處受壓公式

（1）溢流在井底時的（如圖2中（1）所示）。

（≤≤-） （15）

（2）溢流進入鉆柱過程中的（如圖2中（2）所示）。

根據圖示環空液柱壓力平衡關系，有

（≤≤H） （16）

（3）氣柱在鉆柱內上升直至被排出過程的（如圖2中（3）～（5）所示）。

氣柱整體經過h之后繼續膨脹上升，直至從井口排出，整個過程中，套管磨損處所受的壓力是一條水平線，即：

（17）

（4）重泥漿到達鉆頭之前的（如圖2中（5）所示）。

重泥漿從井口到達鉆頭之前，套管磨損處所受的壓力是一常數，為：

（≤≤） （18）

（5）重泥漿頂端到達h之前的（如圖2中（7）所示）

≤≤ （19）

（6）重泥漿到達井口之前的。

重泥漿經過h之后，套管磨損處所受的壓力是一常數，為：

（≤≤） （20）

2 對比分析

卻勒四井壓井數據如下。

本井是一口預探井。以5"鉆桿（內徑105 mm），在9-5/8"（壁厚15.8 mm）技術套管內鉆進，泥漿密度2.0 g/cm3。鉆至4500 m時，發現溢流，關井測試：溢流量3 m3，地面溫度t0=20℃ ，地溫梯度GT=1℃/30 m，井深1000 m處套管磨損率為50%，用比重 2.1 g/cm3的重泥漿壓井。

為簡化計算，忽略溫度、天然氣壓縮系數的影響，且不考慮鉆挺，基本數據計算如下：

環空容積梯度A=2.29×10-2 m3/m；

鉆具內容積梯度B=8.66×10-3 m3/m；

井底溢流高度hg=131 m；

鉆具內容積相當環空高度H1=1701 m；

關井后井底壓力Pp=94.5 MPa；

井底溫度Tp=t0+HGT+273=4430 K；

天然氣相對比重S=0.7，天然氣井底壓縮系數Zp=1.5；

天然氣重量在井底所造成的壓力梯度=0.0034 MPa/m；

天然氣氣柱重量造成的壓力Pg=HgGg

=0.45MPa；

泵入鉆柱重泥漿的流量

Q=0.84m3/min；

環空中泥漿高度y=0.84t/A=36.68t；

磨損套管的最大抗內壓強度=28.8MPa。

利用計算機以同樣的井內條件對工程師法壓井、司鉆法壓井及反循環法壓井進行計算，得出對比數據及套壓變化曲線、磨損處所受壓力變化曲線，如表1和圖3、圖4所示。

3 結論

通過對表1和圖3、圖4的分析，可以得出以下結論。

（1）三種壓井方法中，司鉆法最大套壓值最高，工程師法次之，反循環法最小。

（2）三種壓井方法中，司鉆法套管磨損處所受壓力值最高，工程師法次之，反循環法最小。

（3）三種壓井方法中，司鉆法壓井時間最長，反循環次之，工程師法最短。

（4）三種壓井方法中，排除溢流時間司鉆法與工程師法幾乎相當，反循環法較二者小很多。

（5）本井套管磨損條件下，采用工程師法、司鉆法都將壓裂磨損套管，因此不能選用。

（6）反循環法較工程師法和司鉆法的最大套壓值低，且低于套管磨損處的最大許用套壓值，因此，本井采用反循環壓井法是安全可靠的。

參考文獻

[1] 閻凱，李鋒.塔里木油田井控技術研究[J].地球物理學進展，2008，23（2）：522-527.

[2] 郝俊芳，唐林，伍賢柱.反循環壓井方法[J].西南石油學院學報，1995，17（2）：65-71.

[3] 尹虎，張杰，孫健，等.氣井溢流反循環壓井理論研究與應用[J].科學技術與工程，2013，6（13）：1432-1435.endprint