何時(shí)讀取關(guān)井壓力

1、探討與爭(zhēng)鳴關(guān)井壓力恢復(fù)和讀取時(shí)機(jī)分析李相方 莊湘琦 (石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程學(xué)院 北京102200)摘要 隨著我國(guó)海洋與西部等油田深層油氣藏勘探開發(fā)以及復(fù)雜地質(zhì)條件下油氣藏勘探開發(fā)，近幾年井控問(wèn)題顯得比較突出。溢流發(fā)生后，準(zhǔn)確求取地層壓力是安全井控的必要條件，而準(zhǔn)確讀取關(guān)井壓力又是準(zhǔn)確獲取地層壓力的必要條件。然而，關(guān)于何時(shí)讀取關(guān)井壓力一直存在著誤區(qū)。盡管大家承認(rèn)關(guān)井穩(wěn)定所需時(shí)間與溢流種類、儲(chǔ)量、地層滲透性及地層欠平衡壓差等有關(guān)，但苦于給不出可操作的推薦時(shí)機(jī)，于是，二十多年來(lái)，關(guān)井10-15分鐘后或關(guān)井5-20分鐘后取壓的理論一直支配著鉆井現(xiàn)場(chǎng)，這與實(shí)際偏差較大，直接影響了深層與復(fù)雜地質(zhì)

2、條件下安全井控。本文分析與描述了氣體在環(huán)空滑脫上升與立套壓變化關(guān)系，基于天然氣藏滲流力學(xué)與達(dá)西定律，揭示了氣侵溢流關(guān)井后恢復(fù)特征，給出了不同滲透率的油氣藏關(guān)井壓力讀趨時(shí)機(jī)與讀取方法，為快速與準(zhǔn)確獲取地層壓力提供了一條有效的途徑。主題詞 關(guān)井 壓力恢復(fù) 關(guān)井壓力 地層壓力 中國(guó)分類號(hào) TE21 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A1 前言隨著我國(guó)海洋與西部等油田深層油氣藏勘探與開發(fā)，近幾年井控問(wèn)題顯得比較突出。眾所周知，溢流發(fā)生后，準(zhǔn)確求取地層壓力是安全井控的必要條件，而準(zhǔn)確讀取關(guān)井壓力又是準(zhǔn)確獲取地層壓力的必要條件。然而，幾十年來(lái)，關(guān)于何時(shí)讀取關(guān)井壓力一直存在著誤區(qū)。從原理上講，大家承認(rèn)關(guān)井穩(wěn)定所需時(shí)間與溢流種類、

3、儲(chǔ)量、地層滲透性及地層欠平衡壓差等有關(guān)1-7，但苦于給不出可操作的推薦時(shí)機(jī)，于是，一些專家推薦關(guān)井10-15分鐘后讀取立壓與套壓1-4，一些專家推薦關(guān)井5-20分鐘后讀取立壓與套壓5-7。一些專家8-9提出了等壓力恢復(fù)穩(wěn)定后讀取壓力觀點(diǎn)，但這對(duì)于低滲油氣藏是困難的，同時(shí)識(shí)別圈閉壓力也較困難。研究表明10-13：溢流關(guān)井穩(wěn)定所需時(shí)間對(duì)不同油氣藏差別很大，而不是給某個(gè)參考時(shí)間所能解決問(wèn)題的。鑒于目前鉆井現(xiàn)場(chǎng)普遍存在著關(guān)井取壓?jiǎn)栴}，鑒于準(zhǔn)確讀取關(guān)井壓力對(duì)安全井控，尤其是對(duì)付高溫高壓油氣藏井控與復(fù)雜地質(zhì)條件下的井控的重要性，本文對(duì)何時(shí)讀取關(guān)井壓力進(jìn)行分析與探討。推薦精選 2 關(guān)井后壓力恢復(fù)原理因氣侵是

4、井控難點(diǎn)，故本文假設(shè)侵入流體為天然氣，并且假設(shè)鉆柱中未裝鉆具回壓凡爾。關(guān)井期間，鉆柱、環(huán)空與地層是連通的，并可用“U”型管結(jié)構(gòu)予以描述，如圖1所示。 圖1關(guān)井期間“U”型管原理圖（fig1. U-shape tube theory of shut-in） 由圖1可知，鉆柱、環(huán)空及地層之間流體是連通的，它們之間的液體壓強(qiáng)是可以傳遞的。關(guān)井期間，隨著地層流體侵入，井底壓力增加，從而使井底壓力與地層壓力差減少。此時(shí)，立壓與套壓相應(yīng)增加。當(dāng)井底壓力與地層壓力差為零時(shí)，則 (1)推薦精選式中 _關(guān)井立管壓力，MPa； _鉆柱內(nèi)靜液柱壓力，MPa； _地層壓力，MPa； _關(guān)井套壓，MPa； _.環(huán)空內(nèi)氣

5、液混合靜液柱壓力，MPa。如果在此時(shí)讀取立壓與套壓，根據(jù)鉆柱內(nèi)鉆井液密度與立壓，由式（1）可以容易計(jì)算出地層壓力。然后可以求出壓井鉆井液密度。顯然，要想準(zhǔn)確計(jì)算地層壓力，關(guān)鍵要盡可能在井底壓力等于地層壓力時(shí)讀取立壓與套壓。3 關(guān)井立壓與套壓上升分析對(duì)于氣侵情況，剛關(guān)井后，環(huán)空內(nèi)為含氣鉆井液，鉆柱內(nèi)為純鉆井液，根據(jù)“U”型管原理，由于地層壓力大于井底壓力，地層中氣體繼續(xù)侵入井眼。根據(jù)依重力分離的原理，氣體將進(jìn)入環(huán)空及通過(guò)鉆頭水眼進(jìn)入鉆柱內(nèi)，滑脫上升。鉆頭水眼尺寸小，氣體進(jìn)入鉆柱內(nèi)少。環(huán)空內(nèi)原來(lái)就含有氣體，隨著時(shí)間推移，環(huán)空內(nèi)氣體含量仍比鉆柱內(nèi)多。關(guān)井初期，井底壓力與地層壓力負(fù)壓差大，地層流體侵入

6、速度快。剛關(guān)井后，環(huán)空內(nèi)有氣體，鉆柱頂部有一小段無(wú)泥漿。進(jìn)入井眼中的流體一方面壓縮了環(huán)空中的氣體，一方面填補(bǔ)了鉆柱中無(wú)泥漿段，并將地層壓力傳向立壓與套壓。隨著地層流體繼續(xù)侵入，立壓與套壓將同時(shí)上升。地層流體的侵入可由下式描述(也可以由擬壓力函數(shù)描述)14：-原始地層壓力，MpaP（r，t）-井底流壓，Mpar-邊界半徑，mh-氣層有效厚度，mqsc-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣產(chǎn)量， m3/dK-滲透率，推薦精選-傳導(dǎo)系數(shù)-平均粘度，mPa.s氣體體積系數(shù)由式（2）可知：井底壓力Pwf與地層滲透率、傳導(dǎo)系數(shù)與流入時(shí)間等有關(guān)。隨著時(shí)間的推移，地層流體進(jìn)一步進(jìn)入井眼，立壓與套壓進(jìn)一步升高，這使得井底壓力與地層

7、壓力負(fù)壓差進(jìn)一步減少，從而導(dǎo)致地層流體侵入越來(lái)越緩慢；當(dāng)立壓與套壓達(dá)到一定值時(shí)，井底壓力Pwf將等于地層壓力，此時(shí)地層流體將不再進(jìn)入井眼。但對(duì)于氣侵來(lái)說(shuō)，由于環(huán)空與鉆柱內(nèi)均含有氣體，氣體仍將繼續(xù)滑脫上升，而液體下移，從而使立壓與套壓繼續(xù)升高。由于氣體滑脫上升導(dǎo)致立壓與套壓升高速率依賴于此時(shí)含氣量、氣液兩相流流型、液相流變性等。隨著立壓與套壓繼續(xù)上升，井底壓力也將隨之增加。當(dāng)井底壓力高于地層孔隙壓力與地層孔隙流動(dòng)阻力之和時(shí)，井眼內(nèi)的井底流體將會(huì)返流入地層中，這樣就使得井眼中氣體有膨脹的空間。因此在氣體上升過(guò)程中，其攜帶的壓力就有所釋放，從而減慢了立壓與套壓上升速度與可能上升的最大值。也即，關(guān)井期

8、間氣體滑脫上升過(guò)程中，井眼并不是一個(gè)剛性的密閉空間。井眼內(nèi)的井底流體返流入地層中可見(jiàn)于高滲地層、連通性好的裂縫性與溶洞地層。但由于一般地層孔隙流動(dòng)阻力較大，特別是鉆井液泥餅的屏蔽作用，使得井底流體返流入地層的量一般不會(huì)太大。對(duì)于低滲地層，井底流體返流入地層情況少見(jiàn)。由此可見(jiàn)，對(duì)于氣侵情況，隨著關(guān)井時(shí)間增加，井底壓力可以高于地層壓力。也即式(1)應(yīng)改為： (3)式中 _鉆柱內(nèi)氣液混合靜液柱壓力，MPa； _井底流體返入地層孔隙流動(dòng)阻力，MPa。 與地層污染情況，地層滲透性等油藏特征有關(guān)。對(duì)于高滲，比較發(fā)育的裂縫性油氣藏，值小。式(3)表明：1 氣侵關(guān)井后，不僅環(huán)空內(nèi)鉆井液中含氣，鉆柱內(nèi)鉆井液中也

9、含氣。一般情況下后者含氣率比前者含氣率少。但當(dāng)關(guān)井時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，二者差別將減少。推薦精選 如果環(huán)空內(nèi)鉆井液中含氣率與鉆柱內(nèi)鉆井液中含氣率相近，那么 并且 （4）2 有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)氣侵后關(guān)井立壓與套壓相接近情況。這種情況可以從兩個(gè)方面理解：第一，許多情況下，鉆柱內(nèi)含氣少，同樣說(shuō)明在環(huán)空內(nèi)含氣也少，因此井控相對(duì)容易；第二，關(guān)井時(shí)間長(zhǎng)，鉆柱內(nèi)液體有時(shí)間與地層氣體進(jìn)行置換，導(dǎo)致鉆柱內(nèi)含氣多，井控相對(duì)困難。第一種情況特點(diǎn)是立壓與套壓始終接近。第二種情況是：開始套壓上升明顯快，并且與立壓差值偏大；較長(zhǎng)時(shí)間后，立壓上升變快，并且與套壓值接近。3 對(duì)于高滲及裂縫發(fā)育的氣層，關(guān)井壓力平衡后井眼內(nèi)液體與地層氣體可以

10、不斷交換，致使環(huán)空內(nèi)與鉆柱內(nèi)氣體越來(lái)越多，而液體越來(lái)越少，由于地層壓力認(rèn)為是基本不變的，則與越來(lái)越小，與將越來(lái)越高，其變化速率依賴于油藏情況，井眼情況及鉆井液情況。有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)氣侵關(guān)井后立壓與套壓較長(zhǎng)時(shí)間呈上升趨勢(shì)。4 關(guān)井立壓與套壓測(cè)定原則根據(jù)式（1），如果能準(zhǔn)確判斷井底壓力等于地層壓力的時(shí)刻，只要讀取此時(shí)立壓，由于鉆柱內(nèi)鉆井液密度已知，地層壓力能夠準(zhǔn)確確定。根據(jù)式（3)，要計(jì)算地層壓力需要知道，并且要么知道與，要么知道與。 顯然，與容易測(cè)量，而，與是不易知道的?；谏鲜龇治?，我們希望根據(jù)式（3）求取地層壓力。但需要確定井底壓力等于地層壓力的時(shí)刻。為此繪制出理想的氣侵關(guān)井后立壓與套壓變化曲

11、線如圖2所示。 推薦精選圖2 氣侵關(guān)井后立壓與套壓變化曲線(fig2. the curve of varying stand pressure and case pressure after shut-in)發(fā)現(xiàn)氣侵后，在t0時(shí)刻停泵，然后將方鉆桿提到轉(zhuǎn)盤上面。t1時(shí)刻關(guān)井。之后，套壓開始上升。而立壓將延遲一段時(shí)間后上升。對(duì)于高壓高滲油氣藏及裂縫發(fā)育的油氣藏，地層氣體侵入速度快，在t2時(shí)刻立壓開始上升，并且立壓與套壓上升快，其對(duì)應(yīng)曲線斜率高。在t5時(shí)刻，立壓與套壓相對(duì)穩(wěn)定，認(rèn)為地層流體停止進(jìn)入井眼。對(duì)于中壓中滲油氣藏，t1時(shí)刻關(guān)井后，套壓上升，在t3時(shí)刻，立壓開始上升。由于地層氣體侵入速度較情

12、況一慢，故t3t2，且立壓與套壓上升速度慢，相對(duì)穩(wěn)定慢。t6時(shí)刻認(rèn)為地層流體停止進(jìn)入井眼，則t6t5。 對(duì)于低壓低滲油氣藏，同理，t4t3，且t7t6，且所對(duì)應(yīng)的立壓與套壓上升速度慢，相對(duì)穩(wěn)定慢。鑒于以上分析，由于油氣藏復(fù)雜性與多樣性，氣侵關(guān)井后立壓與套壓上升特征各不相同，簡(jiǎn)單地用關(guān)井后多少時(shí)間取關(guān)井立壓與套壓是不合適的。亦做出如圖2曲線，根據(jù)曲線特征求取關(guān)井立壓與套壓。當(dāng)井底壓力等于地層壓力時(shí)，井筒氣體仍可滑脫上升，使得立壓與套壓上升，這給準(zhǔn)確確定讀取關(guān)井壓力時(shí)刻增添了困難。作為現(xiàn)場(chǎng)可以操作的方法是：以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以立壓、套壓為縱坐標(biāo)，作曲線；一般情況下，當(dāng)曲線變化平滑時(shí)，其拐點(diǎn)處，即可讀

13、為關(guān)井立壓與關(guān)井套壓；對(duì)于低滲油氣藏或井眼不穩(wěn)定情況，關(guān)井后不能允許立壓與套壓較長(zhǎng)時(shí)間不出現(xiàn)平穩(wěn)段及拐點(diǎn)，可根據(jù)早期壓力恢復(fù)曲線趨勢(shì)讀取最高壓力值，并適當(dāng)考慮壓力安全附加值。推薦精選5 結(jié)論傳統(tǒng)的按關(guān)井10-15分鐘后取壓與實(shí)際偏差大，同時(shí)，事先規(guī)定關(guān)井后某個(gè)時(shí)間取壓的做法也是不符合實(shí)際的。正確的關(guān)井取壓應(yīng)為：做立壓、套壓與時(shí)間的關(guān)系曲線，一般情況下，當(dāng)曲線變化平滑時(shí)，其拐點(diǎn)處，即可讀為關(guān)井立壓與關(guān)井套壓；對(duì)于低滲油氣藏或井眼不穩(wěn)定情況，可根據(jù)早期壓力恢復(fù)曲線趨勢(shì)讀取最高壓力值，并適當(dāng)考慮壓力安全附加值。參考文獻(xiàn)1 鉆井手冊(cè)（甲方）編寫組。鉆井手冊(cè)（甲方）上冊(cè)M。北京：石油工業(yè)出版社，1990

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16、anced Drilling15th World Petroleum Cogress. Beijing, China, 12-16 October1997.14 王鳴華主編，氣藏工程。北京：石油工業(yè)出版社，1997.12:8286.摘要 隨著我國(guó)海洋與西部等油田深層油氣藏勘探開發(fā)以及復(fù)雜地質(zhì)條件下油氣藏勘探開發(fā)，近幾年井控問(wèn)題顯得比較突出。溢流發(fā)生后，準(zhǔn)確求取地層壓力是安全井控的必要條件，而準(zhǔn)確讀取關(guān)井壓力又是準(zhǔn)確獲取地層壓力的必要條件。然而，關(guān)于何時(shí)讀取關(guān)井壓力一直存在著誤區(qū)。盡管大家承認(rèn)關(guān)井穩(wěn)定所需時(shí)間與溢流種類、儲(chǔ)量、地層滲透性及地層欠平衡壓差等有關(guān)，但苦于給不出可操作的推薦時(shí)機(jī)，于是，

17、二十多年來(lái)，關(guān)井10-15分鐘后或關(guān)井5-20分鐘后取壓的理論一直支配著鉆井現(xiàn)場(chǎng)，這與實(shí)際偏差較大，直接影響了深層與復(fù)雜地質(zhì)條件下安全井控。本文分析與描述了氣體在環(huán)空滑脫上升與立套壓變化關(guān)系，基于天然氣藏滲流力學(xué)與達(dá)西定律，揭示了氣侵溢流關(guān)井后恢復(fù)特征，給出了不同滲透率的油氣藏關(guān)井壓力讀取時(shí)機(jī)與讀取方法，為快速與準(zhǔn)確獲取地層壓力提供了一條有效的途徑。The discussion of pressure build-up after shut-in and the opportunity of acquiring shut-in pressure Abstract With the explor

18、ation of deep reservoir on offshore and the west of China in recent years, the problem of well control has become more and more prominent. When outflow occurs, it is necessary to acquire formation pressure precisely. In turn, it is necessary to acquire pressure of shut-in. However, there always exis

19、ts misunderstanding on when to acquire pressure of shut-in. Although the agreement that the stabilizing duration of shut-in relates to type of outflow, stock of reservoir, permeability of formation and pressure differential of under-balanced drilling has been achieved, the principle of acquiring pressure after 10-15 minutes of shut-in always dominates field practice due to scarcity of practicable method. In fact, the principle has great deviation that can influence the safety of well control on deep reservoir and complex geology condition. This paper a