王 剛

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

發(fā)生溢流關(guān)井后，首先記錄關(guān)井立壓、關(guān)井套壓和溢流量，這3個(gè)數(shù)據(jù)的錄取是公司代表的職責(zé)。如果鉆柱在井底且鉆柱上沒(méi)有安裝內(nèi)放噴工具（如浮閥、回壓凡爾等），則關(guān)井立壓可以從立管壓力表上直接讀取，如果鉆柱上安裝有浮閥，則必須執(zhí)行頂開(kāi)浮閥的程序求取關(guān)井立壓。起下鉆過(guò)程中發(fā)生溢流關(guān)井后，除非執(zhí)行鉆頭不在井底的壓井程序，一般不要求錄取關(guān)井立壓，而關(guān)井套壓、溢流量、整個(gè)壓井過(guò)程時(shí)間的準(zhǔn)確記錄、鉆頭的位置等數(shù)據(jù)則必須由公司代表錄取。這些數(shù)據(jù)收集齊全后，由鉆井公司代表及其監(jiān)督等研究確定適合的壓井方法，包括司鉆法、工程師法、邊循環(huán)邊加重法、體積法、甚至包括強(qiáng)行下鉆到底等方法。正確理解“U”型管的概念對(duì)于正確理解地面壓力以及成功地執(zhí)行這些井控方法起著至關(guān)重要的作用。

1“U”型管的概念

為了有效地應(yīng)用井控程序，必須透徹地掌握井底壓力、套管壓力和鉆桿壓力之間的相互關(guān)系，也許最好的方法是通過(guò)“U”型管的概念來(lái)說(shuō)明這種關(guān)系。

圖1表示2個(gè)尺寸相同的垂直管子的橫截面在底部被一根水平管子連通，當(dāng)系統(tǒng)中加入密度相同的流體時(shí)，A柱和B柱兩端液面將相同，這種結(jié)構(gòu)通常稱(chēng)為“U”型管，因?yàn)槠湫螤铑?lèi)似于字母U。“U”型管是用來(lái)描述鉆桿在井眼內(nèi)井眼狀況的常規(guī)方法，鉆桿側(cè)代表A柱，環(huán)空側(cè)代表B柱，“U”型管底部的開(kāi)孔被看作是通過(guò)鉆頭水眼的開(kāi)孔，A柱底部壓力等于B柱底部壓力，被看作是井底壓力。

為了理解和解釋“U”型管的概念，需要提供2個(gè)公式，這2個(gè)公式如下：

圖1 簡(jiǎn)單“U”型管分析

靜止?fàn)顟B(tài)基本的井控公式：

井底壓力=靜液壓力+地面壓力

靜液壓力=0.052×泥漿密度×垂直井深

在流體液面靜止的“U”型管中，A柱產(chǎn)生的井底壓力等于B柱產(chǎn)生的井底壓力，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

“U”型管的基本概念：

靜液壓力（A柱）+地面壓力（A柱）=靜液壓力（B柱）+地面壓力（B柱）=井底壓力

當(dāng)“U”型管兩側(cè)充滿相同密度流體時(shí)沒(méi)有太大意義，在這種情況下，管子兩側(cè)的靜液壓力以及地面壓力相同，當(dāng)鉆頭下到井底并且鉆桿和環(huán)空充滿相同密度鉆井泥漿時(shí)就是這種情況，在井口流體液面保持靜止，鉆桿側(cè)和套管側(cè)兩端地面壓力為零，鉆桿側(cè)靜液壓力等于套管側(cè)靜液壓力。

然而，當(dāng)“U”型管兩側(cè)裝有不同密度流體時(shí)更有意義，在這種情況下，管子兩側(cè)靜液壓力以及地面壓力可能是不同的，當(dāng)鉆頭在井底時(shí)發(fā)生溢流就會(huì)出現(xiàn)這種情況，溢流的發(fā)生是因?yàn)榫讐毫Υ笥诰畠?nèi)泥漿柱壓力。當(dāng)關(guān)井時(shí)，井眼停止流動(dòng)，欠平衡壓力值作為地面壓力反映在鉆桿壓力表上。

環(huán)空流體不再單獨(dú)由鉆井泥漿組成，它也包括較輕的地層流體，從而減小了環(huán)空總靜液壓力。因此環(huán)空側(cè)欠平衡壓力值大于鉆桿側(cè)，從而導(dǎo)致關(guān)井套壓大于關(guān)井立壓。其效果如圖2所示。

在圖2中，井深10000ft，使用10ppg泥漿鉆進(jìn)到異常高壓砂巖地層，地層壓力是5740psi，溢流量30bbl。因?yàn)?0ppg泥漿的靜液壓力僅等于5200psi（1000ft×10ppg×0.052=5200psi），鉆桿側(cè)欠平衡壓力值是540psi，這個(gè)壓力值反映在關(guān)井立管壓力表上，該壓力表位于“U”型管A柱側(cè)。環(huán)空側(cè)靜液壓力等于環(huán)空內(nèi)泥漿靜液壓力加上環(huán)空氣體的靜液壓力。由于環(huán)空有30bbl泥漿被較輕氣體所置換，因此環(huán)空側(cè)總靜液壓力小于鉆桿側(cè)靜液壓力。在這個(gè)井眼結(jié)構(gòu)中30bbl泥漿產(chǎn)生的靜液壓力比30bbl氣體產(chǎn)生的靜液壓力大140psi。因此關(guān)井套壓即“U”型管B柱側(cè)頂端的壓力比鉆桿壓力表顯示的壓力值大140psi。

圖2 簡(jiǎn)單“U”型管分析

2 頂開(kāi)鉆桿浮閥的程序

如果安裝了鉆桿浮閥，鉆桿壓力表上壓力讀數(shù)將接近于零，為了準(zhǔn)確獲取關(guān)井立管壓力，必須緩慢向鉆桿內(nèi)泵入泥漿頂開(kāi)浮閥。頂開(kāi)鉆桿浮閥的正確程序如下。

頂開(kāi)鉆桿浮閥程序：

（1）確保關(guān)井并記錄了關(guān)井套壓；

（2）緩慢開(kāi)泵向鉆桿內(nèi)泵入泥漿，同時(shí)監(jiān)視套壓和立壓；

（3）當(dāng)開(kāi)始泵入時(shí)立壓增加，仔細(xì)觀察立管壓力，當(dāng)浮閥閥芯被頂開(kāi)離開(kāi)閥座時(shí)，立管壓力將出現(xiàn)一個(gè)暫停，當(dāng)?shù)谝淮斡^察到暫停時(shí)，記錄此時(shí)的立管壓力值；

（4）驗(yàn)證浮閥確實(shí)已經(jīng)被頂開(kāi)，繼續(xù)非常緩慢地向鉆桿內(nèi)泵入泥漿，直到觀察到套壓增加為止，這將會(huì)在立管壓力表上出現(xiàn)暫停后很快出現(xiàn)；

（5）套壓一開(kāi)始增加就立即停泵，錄取關(guān)井立管壓力等于上面步驟3中記錄的立管壓力值，即立管壓力表暫停時(shí)的數(shù)值（不是最后停泵時(shí)的立管壓力值）；

（6）再次檢查關(guān)井套壓，以小增量釋放過(guò)大的壓力，直到連續(xù)2次釋放都觀察到相同的讀數(shù)為止，釋放壓力時(shí)，不允許套壓下降到低于其原始關(guān)井套壓值。

如果井隊(duì)使用的是大的雙缸復(fù)合泵，上面敘述的頂開(kāi)浮閥程序會(huì)很困難，也許需要間斷地開(kāi)停泵緩慢增加鉆桿壓力。當(dāng)使用這個(gè)程序時(shí)，套壓增加前不會(huì)出現(xiàn)鉆桿壓力停頓的現(xiàn)象，在這種情況下，確定關(guān)井立壓是用停泵后的最終鉆桿壓力值減去套壓的增加值，用這個(gè)值作為正式的關(guān)井立壓值。

3 正確理解關(guān)井立壓和關(guān)井套壓

關(guān)井地面壓力通常取決于欠平衡值以及侵入井內(nèi)的地層流體密度和地層流體量，關(guān)井立壓和關(guān)井套壓分別代表地層壓力與鉆桿以及環(huán)空靜液壓力之差，這2個(gè)壓力受欠平衡值影響相同。更具體地說(shuō)，地層壓力與靜液壓力之間差值越大，關(guān)井壓力越高，在這種情況下，較高的關(guān)井套管壓力會(huì)壓漏地層。為了減小井底壓力過(guò)大導(dǎo)致套管鞋處地層破裂的可能性，重要的是盡早發(fā)現(xiàn)和快速關(guān)閉防噴器。

通常關(guān)井套壓大于關(guān)井立壓，因?yàn)榄h(huán)空內(nèi)地層流體密度小，在這種情況下，環(huán)空流體總的靜液壓力小于鉆桿內(nèi)靜液壓力，所以需要更高的關(guān)井套壓去平衡地層壓力。環(huán)空與鉆桿內(nèi)靜液壓力之差不僅僅取決于地層流體量（在環(huán)空所占高度），同時(shí)也取決于其密度，相同體積氣體溢流關(guān)井套壓比油或鹽水溢流大許多。

通常關(guān)井時(shí)鉆頭不在井底或大部分或全部地層流體在鉆頭下面，關(guān)井套壓與關(guān)井立壓讀數(shù)相同，在這種情況下，由低密度地層流體侵入引起的靜液壓力減小值對(duì)套壓和立壓的影響相同。類(lèi)似情況也出現(xiàn)在鉆柱上有孔所有溢流圈閉在小孔之下。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

當(dāng)思考欠平衡值和溢流量對(duì)井底壓力的影響時(shí)，必須考慮溢流位置與相關(guān)深度的關(guān)系。如果相關(guān)深度在溢流之上，則全部套壓必須加上相關(guān)深度以上泥漿靜液壓力，但是如果相關(guān)深度位于溢流中間或溢流之下，則地面總套壓對(duì)相關(guān)深度的影響就減小了。這也適用于從井眼內(nèi)循環(huán)排除溢流期間，例如淺層套管鞋處的壓力在氣體到達(dá)套管鞋之前通常隨著循環(huán)排除氣體而增大，直到氣體頂部到達(dá)套管鞋為止，當(dāng)氣體到達(dá)套管鞋時(shí)，套管鞋處壓力將減小，直到氣體全部進(jìn)入套管為止，當(dāng)氣體完全進(jìn)入套管后，套管鞋處壓力將保持不變直到氣體被全部從環(huán)空排除為止。環(huán)空溢流流體與相關(guān)深度的關(guān)系將決定過(guò)大套壓對(duì)套管鞋處壓力的影響。