CN103244108A - 井喷无法关井情况下的地层压力确定方法 - Google Patents

Abstract

井喷无法关井情况下的地层压力确定方法。本发明涉及一种地层压力确定方法，该方法包括如下步骤：在放喷管线上加装第一压力表、第二压力表；确定井喷无法关井情况下地层压力计算所需的参数；分别调整放喷阀阀门开度为开度一、开度二、开度三，读取开度一、开度二、开度三时第一压力表、第二压力表的读数，计算开度一、开度二、开度三时的气体流量，根据开度一、开度二、开度三时的气体流量，计算开度一、开度二、开度三时的井底压力，根据开度一时的气体流量、开度二时的气体流量、开度三时的气体流量与开度一时的井底压力、开度二时的井底压力、开度三时的井底压力，计算井底地层压力。本发明可确定无法关井情况下的地层压力，为随后的压井设计与压井施工提供依据，适合现场使用。

Description

井喷无法关井情况下的地层压力确定方法

技术领域

本发明属于油气开发领域，具体地，涉及一种井喷无法关井情况下的地层压力确定方法。

背景技术

钻井中地层及流体的不可预见性大，涉及的工况和井下情况复杂多样，因此井喷的发生具有不可预测性。井喷发生后，为保障地面设备与人员安全，气体经放喷管线排出并点燃。井喷后需进行压井处理，压井过程中，地层压力是进行压井设计的关键参数，地层压力确定以后才能对压井液密度、压井液排量等压井施工参数进行设计。在井喷严重、无法关井的情况下，无法读取关井后的套管压力。通过关井后读取套管压力、立管压力来确定地层压力的常规方法，无法在井喷严重、无法关井的情况下使用。此外，由于钻柱内钻杆阀的存在，立管压力也无法反应井底压力情况。因而，井喷发生后，若出现井喷严重、无法关井的情况，现有方法将无法确定地层压力。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种井喷无法关井情况下的地层压力确定方法；该方法解决了现有方法无法解决的难题，可为随后的压井设计与压井施工提供依据。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种地层压力确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、在放喷管线上加装第一压力表、第二压力表

(2)、确定井喷无法关井情况下地层压力计算所需的参数

(3)、调整放喷阀阀门开度为开度一

(4)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度一时的气体流量

(5)、根据开度一时的气体流量，计算开度一时的井底压力

(6)、调整放喷阀阀门开度为开度二

(7)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度二时的气体流量

(8)、根据开度二时的气体流量，计算开度二时的井底压力

(9)、调整放喷阀阀门开度为开度三

(10)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度三时的气体流量

(11)、根据开度三时的气体流量，计算开度三时的井底压力

(12)、根据开度一时的气体流量、开度二时的气体流量、开度三时的气体流量与开度一时的井底压力、开度二时的井底压力、开度三时的井底压力，计算井底地层压力。

相对于现有技术，本发明具有以下显著效果：本发明所述方法可确定在井喷严重、无法关井情况下的地层压力，解决了现有常规方法无法解决的难题，为随后的压井设计与压井施工提供依据；该方法仅在放喷管线上加装两个压力表，工艺简单，适合现场使用。

附图说明

图1为本发明井喷无法关井情况下的地层压力确定方法流程图；

图2为放喷管线压力表安装示意图；

图中：1、井筒；2、井口四通；3、节流管汇；4、放喷阀；5、第一压力表；6、第二压力表；7、放喷管线。

具体实施方式

如图1所示，井喷无法关井情况下的地层压力确定方法，包括如下步骤：

1、在放喷管线上加装第一压力表、第二压力表

如图2所示，开钻前，在放喷管线7上安装第一压力表5、第二压力表6，第一压力表5、第二压力表6相距一定距离，距离为10m；第一压力表5位于放喷阀4、第二压力表6之间；

2、确定井喷无法关井情况下地层压力计算所需的参数

根据现场施工资料确定所需参数，包括：地面温度、地温梯度、套管压力、井身结构、井眼轨迹、钻具组合、产出气相对密度、产出气相对分子量、井深、放喷管线直径、放喷管线内壁绝对粗糙度；

3、调整放喷阀阀门开度为开度一

调整放喷阀4的开度为开度一，开度一为阀门开度为100%，即阀门全开；

4、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度一时的气体流量

读取安装在放喷管线上的第一压力表5与第二压力表6的读数，第一压力表、第二压力表读数的差值△p即为气体在放喷管线内流动产生的沿程阻力损失，流量与压差的关系用气体管流沿程阻力损失计算公式表示：

$\mathrm{\Δp}=\frac{{8Q}_g^2\mathrm{\ΔL}}{{(1.74-21g(2e/D_H))}^2{\mathrm{\π}}^{2}g{D}_H^5}---\left(1\right)$

其中，△p为第一压力表、第二压力表的差值，Pa；g为重力加速度，9.8m/s²；△L为第一压力表、第二压力表间距离，m；D_H为放喷管线内径，m；Q_g为放喷管线内气体流量，m³/s；e为绝对管壁粗糙度，m；

根据第一压力表、第二压力表的差值△p，用公式(1)计算放喷阀开度为开度一时放喷管线内的气体流量Q_g,1；

5、根据开度一时的气体流量Q_g,1，计算开度一时的井底压力

在气体流量、气体相对密度、气体相对分子量、套管压力、地面温度、温度梯度、井眼直径、钻柱外径参数已知情况下，气体在井筒内流动时的井底压力计算公式如下：

$a=\frac{{\mathrm{gM}}_g{S}_g}{R}---\left(2\right)$

$b=\frac{0.014}{2g}{\left(\frac{4}{\mathrm{\π}}\frac{P_s{Q}_g}{T_s}\right)}^2\frac{1}{{(D_h-D_{\mathrm{po}})}^{1.333}{(D_h^2-D_{\mathrm{po}}^2)}^2}---\left(3\right)$

T_av=T_s+GH (4)

$P_w=\sqrt{(P_s^2+{\mathrm{bT}}_{\mathrm{av}}^2)e^{\frac{2\mathrm{ah}}{T_{\mathrm{av}}}}-{\mathrm{bT}}_{\mathrm{av}}^2}---\left(5\right)$

式中，g为重力加速度，9.8m/s²；M_g为气体相对分子量；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；H为井深，m；P_w为井底压力，Pa；T_s为地表温度，K；T_av为井底温度，K；G为温度梯度，K/m；S_g为气体相对空气的相对密度；P_s为套管压力，Pa；Q_g为放喷管线内气体的流量，m³/s；D_h为井眼直径，m；D_po为钻柱外径，m；

计算时，首先根据开度一时的气体流量Q_g,1，应用公式(2)(3)(4)计算参数a、参数b、井底温度T_av的值，然后带入公式(5)计算开度一时井底压力P_w,1；

6、调整放喷阀阀门开度为开度二

调整放喷阀4的开度为开度二，开度二为阀门开度为90%；即阀门全开的90%；

7、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度二时的气体流量

读取安装在放喷管线上的第一压力表5与第二压力表6的读数，根据第一压力表、第二压力表的读数的差值△p，用公式(1)计算放喷管线内开度二时的气体流量Q_g,2；

8、根据开度二时的气体流量Q_g,2，计算开度二时的井底压力

根据开度二时的气体流量Q_g,2，应用公式(2)(3)(4)计算参数a、参数b、井底温度T_av的值，然后带入公式(5)计算开度二时井底压力P_w,2；

9、调整放喷阀阀门开度为开度三

调整放喷阀4的开度为开度三，开度三为阀门开度为80%；即阀门全开的80%；

10、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度三时的气体流量

读取安装在放喷管线上的第一压力表5与第二压力表6的读数，根据第一压力表、第二压力表的读数的差值△p，用公式(1)计算放喷管线内开度三时的气体流量Q_g,3；

11、根据开度三时的气体流量Q_g,3，计算开度三时的井底压力

根据开度三时的气体流量Q_g,3，应用公式(2)(3)(4)计算参数a、参数b、井底温度T_av的值，然后带入公式(5)计算开度三时井底压力P_w,3；

12、根据开度一时的气体流量Q_g,1、开度二时的气体流量Q_g,2、开度三时的气体流量Q_g,3与开度一时的井底压力P_w,1、开度二时的井底压力P_w,2、开度三时的井底压力P_w,3，计算井底地层压力

井喷时气体的渗流规律可用服从二项式渗流规律的气体平面径向流方程来描述，方程表示形式如下：

$P_e^2-P_w^2={\mathrm{\αQ}}_g+{\mathrm{\βQ}}_g^2---\left(5\right)$

式中，P_e为地层压力，MPa；P_w为井底压力，MPa；Q_g为气体流量，m³/s；α、β为与地层性质相关的常数；

将开度一、开度二、开度三时的气体流量与井底压力带入公式(5)，整理得到如下程组

$\left\{\begin{array}{c}{P}_e^2-Q_{g,1}\mathrm{\α}-Q_{g,1}^2\mathrm{\β}=P_{w,1}^2\\ P_e^2-Q_{g,2}\mathrm{\α}-Q_{g,2}^2\mathrm{\β}=P_{w,2}^2\\ P_e^2-Q_{g,3}\mathrm{\α}-Q_{g,3}^2\mathrm{\β}=P_{w,3}^2\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，

、α与β为未知数。该方程组有三个方程三个未知量，可求解得到地层压力平方的值，对其开平方，得到地层压力P_e。

Claims (10)

1.一种地层压力确定方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)、在放喷管线上加装第一压力表、第二压力表 

(2)、确定井喷无法关井情况下地层压力计算所需的参数 

(3)、调整放喷阀阀门开度为开度一 

(4)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度一时的气体流量 

(5)、根据开度一时的气体流量，计算开度一时的井底压力 

(6)、调整放喷阀阀门开度为开度二 

(7)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度二时的气体流量 

(8)、根据开度二时的气体流量，计算开度二时的井底压力 

(9)、调整放喷阀阀门开度为开度三 

(10)、读取第一压力表、第二压力表的读数，计算开度三时的气体流量 

(11)、根据开度三时的气体流量，计算开度三时的井底压力 

(12)、根据开度一时的气体流量、开度二时的气体流量、开度三时的气体流量与开度一时的井底压力、开度二时的井底压力、开度三时的井底压力，计算井底地层压力。 

2.根据权利要求1所述的地层压力确定方法，其特征在于：适用于井喷无法关井情况。 

3.根据权利要求1-2所述的地层压力确定方法，其特征在于，步骤1具体为：开钻前，在放喷管线上安装第一压力表、第二压力表， 第一压力表、第二压力表相距一定距离。 

4.根据权利要求1-3所述的地层压力确定方法，其特征在于，步骤2具体为：根据现场施工资料确定所需参数，包括：地面温度、地温梯度、套管压力、井身结构、井眼轨迹、钻具组合、产出气相对密度、产出气相对分子量、井深、放喷管线直径、放喷管线内壁绝对粗糙度。 

5.根据权利要求1-4所述的地层压力确定方法，其特征在于，开度一为阀门开度为100%；开度二为阀门开度为90%；开度三为阀门开度为80%。 

6.根据权利要求1-5所述的地层压力确定方法，其特征在于，流量与压差的关系用气体管流沿程阻力损失计算公式表示： 

其中，△p为第一压力表、第二压力表的差值，Pa；g为重力加速度，9.8m/s²；△L为第一压力表、第二压力表间距离，m；D_H为放喷管线内径，m；Q_g为放喷管线内气体流量，m³/s；e为绝对管壁粗糙度，m。 

7.根据权利要求1-6所述的地层压力确定方法，其特征在于，在气体流量、气体相对密度、气体相对分子量、套管压力、地面温度、温度梯度、井眼直径、钻柱外径参数已知情况下，气体在井筒内流动时的井底压力计算公式如下： 

T_av=T_s+GH 

式中，g为重力加速度，9.8m/s²；M_g为气体相对分子量；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；H为井深，m；P_w为井底压力，Pa；T_s为地表温度，K；T_av为井底温度，K；G为温度梯度，K/m；S_g为气体相对空气的相对密度；P_s为套管压力，Pa；Q_g为放喷管线内气体的流量，m³/s；D_h为井眼直径，m；D_po为钻柱外径，m。 

8.根据权利要求1-7所述的地层压力确定方法，其特征在于，井喷时气体的渗流规律可用服从二项式渗流规律的气体平面径向流方程来描述，方程表示形式如下： 

式中，P_e为地层压力，MPa；P_w为井底压力，MPa；Q_g为气体流量，m³/s；α、β为与地层性质相关的常数； 

将开度一、开度二、开度三时的气体流量与井底压力带入上式，整理得到如下程组 

其中，

α与β为未知数，该方程组有三个方程三个未知量，可求解得到地层压力平方

的值，对其开平方，得到地层压力P_e。 

9.根据权利要求1-8所述的地层压力确定方法，其特征在于， 第一压力表、第二压力表相距10m。 

10.根据权利要求1-8所述的地层压力确定方法，其特征在于，第一压力表位于放喷阀、第二压力表之间。 

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