《井下作业井控》课件——07.第一部分井控工艺第七章井内气体的膨胀和运移.pptVIP

一、天然气的特点及危害1、天然气的压缩性与膨胀性天然气是可压缩的流体，其体积大小取决于所加的压力及温度。对一定量的气体来说，当温度不变时，压力增加，体积减小；压力降低，则体积增大。第六章井内气体的膨胀和运移在起钻过程中，气体进入井内，若不及时关井，气体向上运移时体积膨胀，造成井底压力进一步降低，则会加剧溢流的发展。特别是井底的高压气体运移至井口附近时，由于体积急剧膨胀，将会使溢流急剧加速，很快造成液柱压力迅速降低，形成井喷。在处理气体溢流时，由于气体的膨胀，会导致过高的套压，一方面可能造成地下井喷，另一方面直接威胁到井口的安全，如引起防喷器、地面管汇、井口附近的套管刺漏甚至蹩爆，导致压井失败甚至失控着火。因此，对于气体溢流来说，更要强调及时发现溢流并迅速关井的重要性。2、天然气的密度低天然气的密度与钻井液、地层水、原油相比要低得多，在常温下清水的密度是天然气密度的1000倍以上。由于天然气的密度低，与钻井液有强烈的置换性，不论是开井还是关井，是循环还是静止，气体向井口的运移总是要产生的。开井状态下，气体在井内膨胀上升，会改变井内的平衡状态，并加剧溢流的发生；关井状态下，气体在井内带压上升，会导致地面压力升高，威胁关井的安全，或将地层蹩漏，造成地下井喷，给事故处理带来更大的难度。因此，发生气体溢流关井后，要及时组织压井。3、天然气具有易扩散、易燃、易爆的特点天然气与空气的混合浓度达到5%—15%（体积比）时，遇到火源会发生爆炸，低于5%既不爆炸也不燃烧，高于15%不会爆炸，但会燃烧。导致大部分天然气井井喷失控后都引发着火，或是在关井和压井过程中，由于井口设备刺漏，最终引发井口爆炸着火。如果井喷失控瞬间未着火，或在抢险过程中某种原因导致火焰熄灭，由于天然气的扩散性，会以井眼为中心向井场四周扩散，或沿风向向下风向扩散，在这个过程中，遇到火源同样可能发生着火或爆炸。因此，天然气井的井场设备布置，要充分考虑防火要求。另外，在关井和压井以及在抢险过程中，要做好井场及周围的的消防工作，防止着火。4、含H2S的天然气具有更大的危害性H2S有剧毒，对人员、设备、环境等都会造成严重伤害。H2S对现场施工人员的人身安全造成威胁。H2S对钻具和井控装置产生氢脆腐蚀，造成钻具断裂和井口设备损坏，使井控工作进一步复杂化，甚至引发井喷失控。H2S能加速非金属材料的老化，使井控装置中的密封件失效而威胁到关井的安全。H2S对水基钻井液具有较大污染，甚至使之形成流不动的冻胶。因此，钻探含H2S天然气井比普通油气井具有更大的风险，一旦发生井喷失控，容易造成灾难性的后果。5、天然气对密封性的要求更高天然气侵入井筒后，在钻井液中会自动向上滑脱运移。气体的渗透性比液体要高得多，对套管、油管、井控装置等密封性能提出更高的要求。一旦发生泄露，很容易引起井喷失控甚至着火。由于天然气的上述几个特征，使天然气井的井控问题更复杂，处理不当很容易引发恶性井喷事故和失控着火。因此，必须研究和掌握天然气特征所带来的井控技术的特点，保证井控的安全。二、天然气侵入井内的方式1、岩屑气侵钻开油气层过程中，随着岩石的破碎，岩石空隙中的天然气被释放出来而侵入钻井液中。疏松地表层低压漏失垮塌层油气层疏松地表层低压漏失垮塌层油气层2、置换气侵钻遇大裂缝或溶洞时，由于钻井液密度比天然气密度大，产生重力置换。天然气被钻井液从裂缝或溶洞中置换出来进入井内。疏松地表层低压漏失垮塌层油气层3、扩散气侵气层中的天然气穿过泥饼向井内扩散，侵入钻井液。侵入井内的天然气量与钻开气层表面积、滤饼的质量等因素有关。一般通过滤饼侵入井内的天然气量不大。但当滤饼受到破坏或停止循环时间很长时，侵入量会增大。因此，空井或井眼长时间静止时，要有专人负责观察井口。以上三种情况表明，即使在井底压力大于地层压力时，天然气也会以上面几种方式侵入井内。发生天然气气侵，可通过地面除气设备从钻井液中排除。4、气体溢流井底压力小于地层压力时，天然气会大量侵入井内。井底的负压差越大，进入井内天然气越多，大量的天然气可能形成气柱所以若不及时关井，很快会发展成为井喷。三、天然气侵入井内对井内液柱压力影响1、天然气在井内的存在形式及运动形式天然气侵入井眼后，呈气—液两相流动状态，形成泡状流、段塞流等形态。循环时，气体随着钻井液循环从环空中上返，同时在钻井液中滑脱上升。即使在不循环时，钻井液中的气体由于密度小，在钻井液中也会滑脱上升。图气侵对钻井液