环空体积膨胀条件下的高压气井环空压力预测方法

高压气井环空压力预测与控制措施发布时间：2021-10-21T02:22:01.001Z 来源：《基层建设》2021年第20期作者：朱小龙[导读] 摘要：气窜引起的套管环空压力一直是高压气井面临的难题之一，严重影响气井的安全生产，阻碍后续酸化、压裂等增产措施的实施，降低气藏采收率。

洛浦天山水泥有限责任公司新疆洛浦 848200摘要：气窜引起的套管环空压力一直是高压气井面临的难题之一，严重影响气井的安全生产，阻碍后续酸化、压裂等增产措施的实施，降低气藏采收率。

随着我国天然气勘探开发的不断增加，现有的挤水泥大修井、化学封堵等环空压力控制措施存在成本高、效果差、操作难度大等问题，而频繁的井喷作业增加了气井的管理难度和生产成本。

因此，准确预测环空压力变化规律，采取合理的控制方法，对实现高压气井安全稳定生产具有重要意义。

关键词：高压气井；气体窜流通道；环空压力预测；压力控制措施；气窜引起的高压气井套管环空压力严重影响气井的安全生产。

在分析微裂缝水泥环结构特征和高压气体渗流过程的基础上，利用水泥环的综合渗透率和一维不稳定渗流描述了高压气体的渗流过程。

环空压力的上升速度随着环空液体可压缩性的增加而减小。

环空压力的极限值和上升速度随着返水泥高度的增加而增加；水泥环综合渗透率越大，环空压力上升越快。

环空体积的增加可以有效延长压力上升时间。

一、气体窜流通道的原因1.施工作业的影响。

憋压候凝、试井、气井试压对井筒内的温度和压力条件有很大影响。

水泥环和套管的弹塑性和热物理性质的差异导致了它们之间的位移差，从而产生了环空。

当作业（如射孔作业）中的外载荷超过水泥环强度时，水泥环也会出现微裂纹。

2.形成条件的影响。

地层条件不好会造成井眼直径不规则，水泥浆分布不均匀；大多数高压气藏压力系统复杂，上下层温差大，水泥浆容易过缓，部分井段水泥浆容易失水干缩。

3.环空流体分布的影响。

如果水泥浆柱太长，往往会在胶结时失重，凝固后形成微裂纹。

（新版）井下作业井控考试题库（含答案）一、单选题1.发生溢流关井时,其关井最高压力不得超过井控装备额定工作压力和()强度8 0%两者中的最小值。

A、套管抗内压B、井口套管抗内压C、各处套管抗内压D、套管抗外挤答案：A2.环形防喷器关闭时:()。

1)直至橡胶被挤出抱紧钻具或全封闭井口,最终实现对井筒的密封;2)由于胶芯受大盖的限制,迫使胶芯在上行过程中向井口中心移动;3)推动活塞上行,活塞推动胶芯上行4)液压油从壳体下部油道口进入防喷器的关闭腔。

A、1)3)2)4)B、1)2)3)4)C、3)2)1)4)D、4)3)2)1)答案：D3.()的功能是:完成井口装有采油树或防喷器时对油管的封堵,消除在更换井口时油管内发生井喷的安全隐患,有效杜绝井喷事故的发生。

A、箭形止回阀B、投入式止回阀C、钻具浮阀D、油管密封堵塞器答案：D4.下图是()。

A、防磨套顶丝顶紧B、加长防磨套C、平底型取送工具D、钻柱型取送工具答案：A5.酸化压裂施工时套压不允许超过()强度的80%。

A、套管抗内压B、井口套管抗内压C、井口套管抗外挤D、套管抗外挤答案：A6.硫化氢监测仪在使用过程中要定期校验。

固定式硫化氢监测仪一年校验一次,携带式硫化氢监测仪()校验一次,在超过满量程浓度的环境使用后应重新校验。

A、半年B、一年C、一年半D、二年答案：A7.某试油队与钻井队配合进行某井的试油工作,该试油队应执行()。

A、《石油与天然气井下作业井控规定》B、《石油与天然气钻井井控规定》C、SY/T6120《油井井下作业防喷技术规程》D、SY/T6690《井下作业井控技术规程》答案：B8.当蓄能器钢瓶中的油压升至()MPa时,电泵或气泵停止运转,始终维持所需的压力油。

A、10.5B、19C、21D、30答案：C9.中油工程字(2006)274号《中国石油天然气集团公司关于进一步加强井控工作的实施意见》中规定:“三高”油气井的施工过程中,每班每月防喷演习不少于()次。

管理部井控检查考试题及答案（技术员）(9)日期：单位：岗位：姓名：分数：一、单选题(第1题～第7题。

选择一个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。

每题4.0分，满分28.0分。

)1. _____压井往往在边远井及加重剂供应不及时的情况下采用，此方法从关井到恢复循环的时间短，容易掌握。

A、司钻法B、工程师法C、压回法D、体积法2. 某井正常钻进时环空流动阻力1.5MPa，井底压力为26MPa，停泵后井底压力为______MPa。

A、20B、24.5C、25D、263. 对于正常压力的高渗透性砂岩，往往地层漏失压力比_____小得多。

A、地层坍塌压力B、地层压力C、地层破裂压力D、实际允许最大关井套压4. 决定溢流严重程度的主要因素有_____。

A、地层渗透性B、地层孔隙度C、压差D、防喷器规格5. 编制事件应急救援预案的依据就是_____的潜在事件和事件后果分析。

A、污染源B、危险源C、钻井工程D、机械设备6. 按照SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》规定，用于油气井钻井作业的固定式硫化氢监测系统，应能同时发出_____A、电光B、火光C、荧光D、声光7. 假设一个单根长度9.45m，5″钻杆外径127mm，内径108.6mm(单位排替量3.4l/m)，提出5个立柱的灌泥浆量是_____ m3。

A、0.49B、0.58C、0.68D、0.78二、多选题(第8题～第10题。

选择一个或多个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。

每题4.0分，满分12.0分。

)8. 常规压井方法包括________。

A、体积法B、司钻法C、工程师法D、边循环边加重法9. 含硫油气井井喷失控后，在________的情况下，作为最后手段应按抢险作业程序对油气井井口实施点火。

A、人员的生命受到巨大威胁B、人员撤离无望C、失控井无希望得到控制D、压井暂时不能进行10. 预防硫化氢中毒措施_____。

2018年集团公司井控检查试题-队长1姓名_____________单位_____________________________岗位_______________得分______一、单选题(第1题～第15题。

选择一个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。

每题2.0分，满分30.0分。

)1. 钻进过程中，以下（）不是发生溢流的预兆。

A、钻井液池体积增加B、泵冲数减小C、返出钻井液有油花气泡D、出口流速增加2. 远程控制台的电泵可以提供关闭闸板防喷器最大的液体压力是( )MPa。

A、7B、10.5C、21D、34.53. FH35-35/70防喷器上法兰的钢圈型号为( )。

A、R57（RX57）B、BX159C、BX160D、R73（RX73）4. 中油工程字472号《关于进一步加强井控管理工作的通知》要求：强化演习的实战性，提高员工实战能力。

每个( )都要实际演练二层台逃生，达到正确熟练地使用逃生装置的能力。

A、井架工B、内钳工C、外钳工D、场地工5. 压井管汇的公称通径一般不得小于( )mm。

A、25B、50C、76D、1026. 按照SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》规定，钻井作业中，应对硫化氢作业区的硫化氢浓度和作业人员状况进行( )监测。

A、断续B、定期C、持续D、不定期7. 关井时，随着气柱的上升，井内钻井液的液柱压力( )。

A、会增大B、会减小C、不发生变化D、逐渐变为零8. 井场应备有( )套与在用闸板同规格的闸板和相应的密封件及其拆装工具和试压工具。

A、一B、两C、三D、四9. 发生溢流后要求及时关井的目的是( )。

A、防止井塌B、防止卡钻C、防止井漏D、防止流体继续侵入井内10. 欠平衡钻井起钻时，每起（）柱钻具就要向井内灌满一次钻井液。

A、2B、4C、3D、111. 地层破裂压力梯度为0.014MPa/m，套管鞋垂深2000m，则套管鞋处地层的破裂压力为（）MPa。

井控知识试题库一、单项选择题（每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项号填入括号内）1、井喷发生后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象称为（ D ）。

A、井侵B、溢流C、井涌D、井喷失控2、地层流体无控制地涌入井筒，喷出转盘面（ D ）米以上的现象称为井喷。

A、0.5B、1C、1.5D、23、通常情况下，力求一口井保持( A )井控状态，同时做好一切应急准备，一旦发生井涌和井喷能迅速做出反应，及时加以处理。

A、一次B、二次C、三次D、四次4、相邻注水井不停注或未减压，很容易引发井侵、井涌，甚至（ D ）。

A、井漏B、井眼缩径C、井斜D、井喷5、钻井液中混油过量或混油不均匀，容易造成井内液柱压力（ B ）地层孔隙压力。

A、高于B、低于C、减小D、增大6、井控工作包括井控设计、井控装置、钻开油气层前的准备工作、钻开油气层和井控作业、防火防爆防硫化氢的安全措施、井喷失控的处理、( A )和井控管理制度等方面。

A井控技术培训B、队伍管理C、成本控制D、井控检查7、钻井施工队伍应坚持干部（ D ）小时值班制度，采取切实可行的措施，强化对现场的技术支撑和井控管理。

A、8B、12C、16D、248、压力梯度是指( D )压力的增加值。

A、某一深度B、套管鞋深度C、单位井深D、单位垂直深度9、计算钻井液的静液压力时，井深数值必须依据( C )。

A、钻柱长度B、测量井深C、垂直井深D、设计井深10、地层压力当量钻井液密度是指把( C )折算成钻井液密度。

A、地层破裂压力B、循环压力C、地层压力D、回压11、井深2800m，钻井液密度1.24g/cm3，下钻时存在一个1.76MPa的激动压力作用于井底，计算井底压力当量钻井液密度( A )g/cm3。

A、1.30B、1.24C、1.18D、0.06412、地层压力是确定钻井液（ A ）的依据。

A、密度B、粘度C、失水D、切力13、正常压力地层中随着井深的增加，地层压力梯度（ B ）。

气井环空带压原因及目前解决措施摘要：文章给出了江苏油田及国内外其它油田气井带压现状，找出了气井带压的特征规律，从管柱泄露、顶替效率、水泥浆设计及固井后水泥环受力状态对环空带压的产生原因进行了初步分析，总结了目前国内外预防及补救环空带压问题的措施，为今后类似井固井提供了借鉴。

关键词：天然气固井气窜顶替效率固井质量环空带压一、前言在石油和天然气井所钻地层和套管的环空注水泥，其作用主要是防止在所钻各地层之间出现流体窜流而保证长期层间封隔，必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有效的层间封隔。

有的井特别是天然气井，即使注水泥时钻井液顶替良好并且水泥石在初期也起到了封隔作用，但井内条件变化产生足够的应力而破坏水泥环的完整性，其结果将导致层间封隔失效，这可由后期天然气窜流、环空带压或更坏的套管挤毁实例给予证实。

国外一般简称环空带压为SCP （sustained casing pressure），有时也简称为SAP（sustained annular pressure）。

随着国内外天然气用量的迅速增加，井下的地质环境也越来越复杂，固井后的环空带压问题也越来越突出，人们也越来越意识到气井水泥环短期和长期封隔的重要性。

二、气井固井后环空带压的规律1.准确的气源位置确定难度大尽管在地面很容易发现气井环空压力异常，但是导致环空带压的气源却不易确定。

环空气的气源可能来自产层，也有可能来自非目的层。

非目的层气层可能是导管、表层套管、技术套管后的过路气层，由于气源确定难度大，采取有针对性的补救措施难度也大。

2.环空带压的压力差别大天然气井环空带压时，根据每口井储层压力与气体窜流通道的不同，环空带压值也有很大差别。

带压程度轻时环空压力接近大气压，高的时候接近储层的压力。

井口释放气体的体积少的时候基本接近于零，多的时候接近1000方/天。

通过井口压力释放，环空压力能降至零，可是当重新关闭环空时，随着时间的延长，压力又会升至原来的值。

*张娟,1991年毕业于西南石油学院外贸英语专业,现在该院外语教学部工作。

钻井工艺预测实际环空中压降的方法张 娟*何世明(西南石油学院,637001四川南充)摘要 在小眼井和连续油管作业的窄环空中,要求更加准确地计算摩擦压降。

影响窄环空中摩擦压降的关键因素为环空尺寸的变化、钻柱的旋转和振动。

本文介绍偏心度为井深函数的实际环空中压降计算的理论模型和便于现场使用的简化计算方法。

主题词 压降计算 实际环空 偏心度 小眼井钻井 连续油管 小眼井钻井和连续油管作业涉及窄环空中流体的流动。

现场经验[1,2]和理论计算[3]表明,环空间隙的减小将完全改变一口井的压降分布:与常规钻井相反,泵压的大部分(当内外径比超过0 8时泵压的80%以上)被环空摩阻所损耗。

由于总当量循环密度(ECD)比常规井中的高,因此地层将承受过量的压力。

所以在设计控制环空流的参数时,井眼的稳定性就成了一个重要问题。

目前有效清洗井眼的方法是增大流量和改变流体流变性,增大流量会产生较高的当量循环密度。

在常规钻井中,由环空压降产生的当量循环密度的增加与静液压梯度相比通常较小,所以可通过选择钻井液密度和调节流动参数来保证井眼的稳定和有效的井眼清洗。

然而在窄环空中,高环空压降产生的当量循环密度可能接近或高于地层的破裂压力梯度。

因此,有必要对环空压降进行准确的预测。

环空压降取决于流体的流变性、流态和环空的几何尺寸。

从前的模型将环空处理为同心或均匀偏心。

在同心环空中的层流条件下,可使用牛顿流体、冥律流体和宾汉塑性流体的精确模型计算环空压降。

Reed 和Pilehvari [4]提出了一个层流、过渡流和紊流流动的模型,这个模型包含了已建立的有关牛顿和非牛顿管流的结果。

已有层流下均匀偏心环空的模型,如牛顿流体的解析解和非牛顿流体的数值解[5,6]。

理论计算表明摩擦压降的准确性很大程度上取决于偏心度的准确性,同时实验也发现偏心度影响着层流 紊流过渡的开始和程度。

地层流体侵入井眼的检测方法一、地层流体侵入的原因1 ）地层压力掌握不准，设计的钻井液密度偏低；2 ）地层流体（油、气、水）侵入，使钻井液密度降低；3 ）起钻未按规定灌钻井液，或井漏使井内液面降低，导致井底压力降低；4 ）起钻抽吸作用使井底压力减小；5 ）停止循环时，环空循环压降消失，使井底压力减小。

二、气侵• 1. 气侵的方式1 ）岩石孔隙中的气体随钻碎的岩屑进入井内钻井液；2 ）气层中的气体由于浓度差通过泥饼向井内扩散；3 ）井底压力小于气层压力时，气体经地层孔隙或裂缝渗入或流入井内。

•2. 气侵的特点1 ）气体密度远远小于钻井液密度，占据同体积的井筒高度会使井底压力大幅降低；2 ）气体刚刚侵入钻井液时呈压缩状态，导致井底钻井液液柱压力的降低有限；3 ）气体由井底向井口运移时体积膨胀，越接近地面膨胀越快，对井底压力影响越大；4 ）及早发现气侵，及时控制气侵，有效排除气侵，对避免井喷十分重要。

•3. 气侵的危害1) 大量气侵在井底积聚形成气柱；2) 长时间停止循环使气侵在井底积聚；3) 气柱滑脱上升或循环上升，环境压力降低，体积膨胀，越接近井口膨胀越快；4) 膨胀的气体替代的钻井液量越多，钻井液密度越低，井底压力降低越多；5) 液柱压力的降低，加剧了井筒压力的失衡，导致更多的气体、更快速地侵入井内；6) 是导致井喷的主要原因之一；7) 高压、高产、高含硫井气侵后来势猛、发展快、危害大。

不同井口压力条件下气体膨胀体积变化未关井条件下：气体滑脱（循环）上升，体积膨胀，占据的环空体积增大，作用在井底的钻井液柱压力减小。

关井条件下：气侵关井后，气体滑脱上升；由井底不断上升直至在井口积聚，但体积变化不大——等压过程；气体几乎仍保持原来的压力（井底压力）气体压力与钻井液柱压力叠加；高压作用于整个井筒导致井漏；形成地下井喷。

三、H2S气体的危害•1.H2S的物理化学性质硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。

低浓度的硫化氢气体有臭蛋味。

储气库注采井环空带压分析及管控措施研究摘要：储气库注采井因具有运行压力高、单井吞吐量大、注采切换频繁等特点，井筒完整性要求较常规气田开发井更为严格。

国内储气库运行实践表明，环空带压是目前注采井普遍存在的一类井筒完整性问题，若处置不当可能引发井口装置或井内管串超压损毁、甚至井内气体外泄等事故，影响储气库的长期运行安全。

本文以文23储气库注采井为例，综合利用投产作业井史、井口压力/环空液面监测数据、环空泄压-恢复数据等资料，推测了油套环空带压类型、泄漏程度及可能的漏点位置，并参考现行标准中关于环空压力管理的推荐做法，计算了油套环空压力允许上限，绘制了注采井环空压力管理图版，科学指导注采井环空压力管理，保障储气库安全平稳运行。

关键词：储气库；注采井；环空带压；漏点位置；管理图版0 引言为了弥补国内天然气资源分布的不均衡性和消费需求的季节性差异，我国近年来加快了地下储气库建设进程，截至2020年底，已投运各类储气库27座，建成近160×108m3的天然气年调峰能力，极大地缓解了天然气供需矛盾[1]。

储气库建设快速发展的同时如何科学管控运行风险、保障储气库运行安全也日益引起行业重视。

以枯竭油气藏型储气库为例，注采井在周期性、大排量吞吐过程中，因受交变载荷、温度压力变化及腐蚀介质等因素影响，可能引发水泥环、套管及完井管串完整性失效，也是储气库各子系统中最为薄弱的单元。

相关数据显示，注采井事故占储气库各类事故比例约31%[2]，事故类型以气体泄漏为主，环空带压作为注采井普遍存在的一类生产问题，若不加以科学管控，最终可能发展为井内气体外泄甚至爆炸等严重后果。

因此，如何科学管控注采井环空带压问题是储气库安全管理亟待解决的一项难题。

为了深入研究上述问题，本文选取文23储气库注采井为研究对象，在全面分析各项资料的基础上，初步划分了环空带压类型并推测了漏点部位，同时绘制了环空压力管理图版，通过科学管控最大限度地降低环空带压运行风险，该研究成果也可为其他同类型储气库环空带压管理提供相应的技术借鉴。