動力壓井基本原理

動力壓井法是Mobil公司首先提出的一種新方法，其最早只應(yīng)用于陸上壓井作業(yè)。該方法作為一種非常規(guī)壓井方法，其基本原理是:以一定的流量泵入低密度壓井液，使井底的流動壓力等于或大于地層孔隙壓力，從而阻止地層流體進(jìn)一步侵入井內(nèi)，達(dá)到“動壓穩(wěn)”狀態(tài);然后逐步替人加重壓井液，以實現(xiàn)完全壓井的目的，達(dá)到“靜壓穩(wěn)”狀態(tài)。它并不是通過使用高密度鉆井液來達(dá)到壓井的目的，而是通過增加排量，使流體循環(huán)時的摩阻增大，借助環(huán)空摩阻和靜液壓力來平衡地層壓力。動力壓井法的環(huán)空流動壓降均勻分布在整個井身長度上，而常規(guī)壓井的回壓作用在整個井身的每一點上，也就是說動力壓井法將產(chǎn)生較小的井壁壓力。這個特點可以很好地解決淺層氣壓力高、地層破裂壓力低等難題。在實際的海上作業(yè)時，可以直接采用海水做壓井液，通過增大單位時間內(nèi)海水的注入量來實現(xiàn)壓井目的。

深水海底常常潛伏著大量的高壓淺層氣層，鉆遇淺氣層時，往往不僅沒有技術(shù)套管，而且沒有下表層套管，所以無法安裝防噴器系統(tǒng)，而在這種情況下是十分危險的。同時，由于海水的存在，海底巖層的壓實程度小于陸上(即海上地層破裂壓力梯度小于陸上)，海水深度越大，二者的差別越大。因此，與陸上相比，深水地層更容易被壓裂。此時，利用高密度鉆井液及常規(guī)的借助井口裝置產(chǎn)生回壓來平衡地層壓力的壓井方法就不再適用。動力壓井困〕作為一種非常規(guī)壓井方法，并不是借助井口裝置產(chǎn)生回壓來平衡地層壓力，而是借助流體循環(huán)時克服環(huán)空流動阻力所需的井底壓力來達(dá)到與地層壓力的平衡，這為有效解決深水地層低破裂壓力梯度及高壓淺層氣問題提供了可能。

針對深水海底高壓淺層氣所處位置“淺”的特點，可以采取以下步驟進(jìn)行動力壓井操作:

1)結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算動力壓井參數(shù)，包括壓井液密度、排量、泵功率等;若地層破裂壓力低，可直接采用海水做壓井液;

2)通過鉆桿將壓井液以計算好的排量或以井底壓力不致超過地層破裂壓力的排量泵入井內(nèi);

3)壓井過程中，應(yīng)根據(jù)模擬計算的結(jié)果，動態(tài)調(diào)節(jié)壓井液排量，以保持井壁穩(wěn)定;

4)淺層氣完全排出井筒、成功壓井后，注水泥塞封住高壓淺層氣地層;

5)重新鉆至淺氣層頂部，停鉆、固井，安裝防噴器;

6)選用密度合適的鉆井液，鉆穿淺層氣，繼續(xù)鉆井作業(yè)。

如果平臺著火，首要的問題是人員安全，要有秩序地安全撤離。然后組織滅火并通過打救援井處理事故。救援井鉆成之后，可用酸化和壓裂法使兩井溝通。溝通后就可按上述步驟實施壓井。

動力壓井所需排量的計算原則是:在該排量下，井內(nèi)的流動循環(huán)摩阻加液柱壓力略大于地層壓力。初始壓井液一般采用低密度液體，加大排量，以彌補密度降低所減小的液柱壓力，海上壓井時為了便利可直接采用海水。目前，單相流體條件下的排量計算公式已經(jīng)非常完善，而對多相流動條件下排量計算公式的研究還不夠深入。筆者利用多相流計算公式對動力壓井排量進(jìn)行計算，計算用到的基本公式如下：

式中，

p_wf——為井底壓力，MPa；

ρ_h——為流體混合密度，kg/m³；

v_h——為混合流體流速，m/s；

f——為摩擦系數(shù)，無因次；

L——為流體流程，m；

R——為水力半徑，m；

q₁，q_g，q_c——分別為井筒內(nèi)液相、氣相及固相流量，m³/s；

d——為過流斷面直徑，m；

ρ₁，ρ₂，ρ₃——分別為液相、氣相及固相密度，kg/m³。

將上述三個公式聯(lián)立，代入井筒多相流動方程，便可求得需要的動力壓井排量。

由于此處考慮多相流動情況，所以并不能像單相流動情況下那樣直接給出密度計算公式。由于海底地層破裂壓力低，此處只根據(jù)地層破裂壓力p_f和淺層氣壓力p_r計算兩個壓井液密度極值

將增大了密度的泥漿注入井內(nèi)，使井內(nèi)泥漿液柱的壓力稍大于油層壓力。壓井要做到“壓而不死”，即要把井壓住，不造成井噴，又不要將油層壓死。因此，應(yīng)注意選擇適當(dāng)密度的壓井液。對高壓井的壓井，主要用循環(huán)壓井的方法。其方法有正壓法和反壓法。

壓井正壓法

正壓法是將壓井液從鉆桿泵入，再由鉆桿和井壁之間的環(huán)形空間返出，如此不斷循環(huán)，將井內(nèi)稀釋的泥漿排出，將井壓住。

壓井反壓法

反壓法是將壓井液從鉆桿之間的環(huán)形空間泵入，再由鉆桿返出，不斷循環(huán)，將井內(nèi)稀釋的泥漿排出，將井壓住。當(dāng)出現(xiàn)溢流或井噴時，向井內(nèi)泵入高密度鉆井液以恢復(fù)和重建井內(nèi)壓力平衡的作業(yè)。

壓井的目的是把井下油層壓住，使其在鉆井射孔或作業(yè)時不發(fā)生井噴，保證試油和作業(yè)安全順利地進(jìn)行。同時又要保證施工后油層不因為壓井而受到污染損害。壓井時若壓井液密度過大，或壓井液大量漏入油層，少則影響油層的正常生產(chǎn)，延長排液時間，嚴(yán)重者會把油層堵死，致使油層不出油。如果壓井液選擇的密度過低不能把油層壓住，在施工中會造成井噴。因此，施工中應(yīng)當(dāng)注意合理選擇壓井液的密度和壓井方式，使壓井工作真正做到“壓而不死，活而不噴，不噴不漏，保護(hù)油層”。2100433B