关井后天然气处理方法详解

1.立管压力法

立管压力法适用条件是发生溢流关井后钻具中没有装浮阀或浮阀失效，钻头位置在气体之下；钻具未刺漏；压力可以作用在立管压力表上。

立管压力法原理：通过节流阀，间断放出一定数量的钻井液，使天然气膨胀，气体压力降低。在释放钻井液的过程中，要控制立管压力始终大于关井立压，从而保证井底压力始终略大于地层压力，以防止天然气再进入井内。其操作方法如下：

（1）先确定一个比初始关井立管压力高的允许立管压力值Pd1和放压过程中立管压力的变化值ΔPd。

Pd1的确定是非常有必要的，通常取Pd1比初始关井立压大0.7MPa～1.4MPa，防止释放钻井液时，由于压力波动或压力传递的滞后现象导致井底压力小于地层压力。ΔPd的确定要考虑地层的承压能力，一般取ΔPd＝0.35MPa～1MPa。

例如：关井立压Pd＝3MPa，可取Pd1＝4MPa，ΔPd＝1MPa。

（2）当关井立管压力Pd增加到（Pd1＋ΔPd），即增加到（3＋1）MPa＋1MPa＝5MPa时，通过节流阀放钻井液，立管压力下降到Pd1，即下降到4MPa时关井。

（3）关井后，天然气继续上升，立管压力再次升到（Pd1＋ΔPd）时，即增加到4MPa＋1MPa＝5MPa时，再按上述方法放压，然后关井。这样重复进行，可使天然气上升到井口。

放压过程中，一定要记录准放出钻井液的体积，用于计算环空钻井液柱压力降低值，即：

式中：ΔH—放出钻井液的体积占环空的平均高度m；

Va—平均环空容积系数m/m3；

ΔV—放出钻井液的体积m3。环空钻井液柱压力的降低值：

ΔPm＝gρmΔH

式中：ΔPm—环空钻井液柱压力的降低值MPa；

ρm—钻井液密度g/cm3；

g—重力加速度0.00981。立管压力法放压后压井前套压的计算：

Pa1＝Pa＋ΔPm

由于环空放出钻井液，环空静液压力减小，因此初始的套压、确定的套压（立压）和最大允许的套压（立压）均增加一个ΔPm值，增加的值等于环空静液压力减小值，可使天然气上升到井口。

2.套管压力法（体积法、容积法）

如果立管法不能实施的情况下，如发生溢流关井后钻具中有装浮阀、井口钻具装钻井止回阀、钻头位置在气体之下、压力不能作用在立管压力表上，可用套管压力法（体积法、容积法）。其原理：是通过节流阀释放钻井液，使气体膨胀，环空静液压力由于钻井液量的减少而降低，为保证井底压力略大于地层压力，环空静液压力减小值通过增加套压补偿。其操作方法：

（1）先确定一个大于初始关井套压的允许套压值Pal和放压过程中的套压变化值ΔPa。其确定原则和取值方法同立管压力法。例如：初始关井套压Pa＝5MPa，可以取允许套压值Pa1＝6MPa，套压变化值ΔPa＝1MPa。

（2）计算出套压变化值ΔPa对应的释放钻井液量ΔVm1。

由于井径不同，计算出的ΔVm1会有所不同。

第一次放压：当井口套压上升到Pa1＋△Pa时适当打开节流阀放出△Vm1体积的钻井液关节流阀。

使井口套压下降1MPa放出钻井液体积计算公式：△Vm1＝V2-V1

根据气体定律 P1×V1＝P2×V2

式中：P1—Pp＋附加值（1MPa）＋△Pa（1MPa）；

V1—溢流量m3；

P2—（Pp＋附加值）MPa；(www.xing528.com)

V2—第一次放出钻井液气柱的体积m3。

当关井套压由Pa上升到Pa1＋ΔPa＝（6＋1）MPa＝7MPa时，保持套压等于7MPa不变，从节流阀放出钻井液ΔVm1，关井；

第一次放出△Vm1环空钻井液液柱压力（套压）的降低值：

Pma1＝0.00981ρm（△Vm1÷Va）

（4）第二次放压：当井口套压再次上升到Pa1＋△Pa＋△Pma1时，放出△Vm2。

P2×V2＝P3×V3

式中：P2—（Pp＋附加值＋△Pa＋Pma1）MPa；

V2—（溢流量＋△Vm1）m3；

P3—（Pp＋附加值＋Pma1）MPa；

V3—第二次放出钻井液的体积m3。

△Vm2＝V3—V2

第二次放出△Vm2环空钻井液液柱压力（套压）的降低值：

Pma2＝0.00981ρm（△Vm2÷Va）

说明：气柱上升不能膨胀，井口压力的增加值等于气柱以上钻井液液柱压力的降低值。

（5）按上述方法放出钻井液，使气体上升膨胀，让套压增加一定数值，补偿环空静液压力减小值，保证井底压力略大于地层压力，气体一直上升到井口。

3.套压的控制

使用上述两种方法处理气体的滑脱上升时，由于环空钻井液不断放掉，关井套压会不断上升，有可能会导致套管鞋的漏失。所以，在施工前，要先校核套管鞋处的承压能力。套管鞋处地层所受最大压力发生在天然气溢流顶面到达套管鞋处时，其计算公式如下：

其中：B＝Pp-ρmg（H-h）

C＝Ppρmghw

式中：Phmax—套管鞋处地层所受最大压力MPa；

Pp—井底压力MPa；

ρm—井内钻井液密度g/cm3；

H—井深m；

h—套管鞋深度m；

hw—井内溢流物所占据的高度m；

g—0.00981。

只要套管鞋处地层所受最大压力小于该处地层破裂压力，施工就可以顺利进行。