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        減小硬關(guān)井水擊問題探討

        2015-12-22 02:44:58蔡金亮重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院重慶401331
        化工管理 2015年17期

        蔡金亮(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院,重慶 401331)

        溢流硬關(guān)井時(shí)通常發(fā)生水擊現(xiàn)象,這是由于井內(nèi)鉆井液具有慣性及壓縮性等特點(diǎn)。當(dāng)選擇硬關(guān)井時(shí),閘板防噴器瞬間關(guān)閉,鉆井液依舊維持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),導(dǎo)致井筒內(nèi)壓力急劇改變,產(chǎn)生水擊。如果水擊壓力過大,不僅能夠損毀井口設(shè)備,壓力向下傳播也有可能壓漏地層,給溢流壓井帶來更嚴(yán)重問題。因此,鉆井中尤其重視井口及地層薄弱處的受水擊影響情況。目前,還未見到較好的處理硬關(guān)井中水擊壓力的措施,大多采用軟關(guān)井來減緩水擊壓力的破壞,但軟關(guān)井作業(yè)時(shí)間較長,井內(nèi)將侵入更多的流體。而硬關(guān)井具有關(guān)井時(shí)間短,操作簡便。通過采用其他技術(shù)手段減少硬關(guān)井時(shí)的水擊壓力,將會(huì)極大降低井控風(fēng)險(xiǎn),有利于后續(xù)的壓井施工。

        1 影響水擊壓力大小的因素

        探討水擊壓力大小首先要先研究水擊波速。常規(guī)水擊波速公式考慮了固體顆粒、液體及氣體含量,管道彈性尺寸、模量和撓度等因素。水擊波速計(jì)算公式[1]為:

        式中:E1、Es、Eg分別為液體、固體和氣體的彈性模量;Cs、Cg分別為固體和氣體的百分含量;D為管道內(nèi)徑;δ為管壁厚度;am為水擊波速。

        由水擊波速公式可知,不同性質(zhì)的泥漿在井內(nèi)傳播速度不同,井內(nèi)氣相體積分?jǐn)?shù)越大波速越??;固相體積分?jǐn)?shù)越大波速也越大;套管彈性模量越大波速越小。

        直接水擊壓力的計(jì)算公式:

        式中:vm0為初始出口流速;ρ為泥漿密度。

        由水擊壓力計(jì)算公式可以看出,水擊壓力的大小與泥漿密度、井口流速和水擊波速直接相關(guān)。井口初始流速越大,關(guān)井時(shí)水擊壓力越大,水擊波速越大水擊壓力越大。該水擊壓力計(jì)算式反映的只是井口處最大水擊壓力,與時(shí)間參數(shù)無關(guān)。

        2 減小水擊壓力的方法

        由于硬關(guān)井能在在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的水擊壓力,對(duì)井控產(chǎn)生不利影響。因此采取必要措施減小水擊壓力產(chǎn)生的危害,才能保證后續(xù)井控作業(yè)的順利進(jìn)行。

        2.1 延長閥門的關(guān)閉時(shí)間

        適當(dāng)延長井口閥門的關(guān)閉時(shí)間可以有效減小水擊壓力[3],這在油氣運(yùn)輸管道中廣泛采用。石油鉆井中采用的軟關(guān)井方式其實(shí)就是延長閥門關(guān)閉時(shí)間較小水擊壓力的一種方法。軟關(guān)井時(shí),節(jié)流閥由半開到全關(guān)再到關(guān)閉平板閥,井口流量逐漸減小,水擊壓力大為降低,關(guān)井相對(duì)安全。

        2.2 溢流氣體早發(fā)現(xiàn)

        及早發(fā)現(xiàn)溢流,尤其是氣體溢流,可以減少關(guān)井時(shí)井口的流速,降低水擊壓力。我國目前溢流監(jiān)測大多采用泥漿液面觀測,其精度不高,發(fā)現(xiàn)溢流較遲。當(dāng)關(guān)井操作時(shí)噴勢往往較大,這時(shí)如果采用硬關(guān)井,井口將承受較大的水擊壓力,對(duì)井控安全不利。如果能夠做到溢流的早發(fā)現(xiàn),一旦溢流發(fā)生立即關(guān)井,這時(shí)井口流速不大,即使采用硬關(guān)井也不會(huì)產(chǎn)生較大水擊壓力。

        2.3 適當(dāng)增大鉆井液粘度

        通過分析水擊壓力控制方程,增加泥漿粘度可以減小水擊壓力。但泥漿粘度的增加要根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)節(jié),如果粘度過高會(huì)導(dǎo)致泥漿井筒內(nèi)摩阻升高井內(nèi)壓力增加,同樣給井控安全帶來隱患。

        2.4 空氣罐減小水擊壓力

        在井口裝置上加裝空氣罐是目前研究較多的減小水擊壓力的方法。空氣罐[2]的原理類似于泥漿泵上面的空氣包。空氣罐內(nèi)裝有一層較高壓力的壓縮空氣,下層與鉆井泥漿接觸。當(dāng)采用硬關(guān)井時(shí),井口壓力激增,泥漿進(jìn)入空氣罐壓縮里面的帶壓空氣,同時(shí)消耗一部分水擊能量,當(dāng)負(fù)壓波至空氣罐內(nèi)時(shí),壓縮空氣向外做工,抵消這部分水擊壓力,如此反復(fù)達(dá)到減小硬關(guān)井水擊壓力的效果。但這種方法尚未見到應(yīng)用試驗(yàn),其適用性有待后續(xù)研究。

        圖1 帶空氣罐的井口裝置圖

        3 結(jié)論與建議

        3.1 硬關(guān)井水擊壓力的大小受井口流量和水擊波速的影響較大,減小水擊壓力應(yīng)從降低這兩個(gè)參數(shù)入手。

        3.2 延長閥門關(guān)閉時(shí)間和增大泥漿粘度都有其局限性。延長閥門關(guān)閉時(shí)間有可能導(dǎo)致氣體進(jìn)一步侵入井內(nèi),增加泥漿粘度會(huì)導(dǎo)致井內(nèi)摩阻阻力增加,這些都不利于井下安全。

        3.3 溢流的早發(fā)現(xiàn)有待溢流監(jiān)測技術(shù)手段的提高,在現(xiàn)有的技術(shù)條件下應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)人員的管理和關(guān)井操作的熟練程度,避免過大溢流量和井口操作導(dǎo)致的壓力劇烈波動(dòng)。

        3.4 空氣罐可以較好的解決硬關(guān)井水擊問題,但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中并未廣泛得到應(yīng)用。應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)和完善相關(guān)方面的研究,盡早在全國推廣。

        [1]駱發(fā)前,何世明等.硬關(guān)井水擊問題及減小水擊措施的探討[J].石油鉆采工藝.2006,28(3):68-70.

        [2]李欽華.水擊現(xiàn)象與水擊消除器[J].石油庫與加油站.2005,14(4):34-36.

        [3]李榮,何世明.溢流關(guān)井水擊壓力的計(jì)算及結(jié)果討論[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào).2005,27(2):37-40.

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