从伊朗Arvand_1井溢流压井再谈置换法压井方法

第４０卷第４期２０１２年７月石　　油　　钻　　探　　技　　术

ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＤＲＩＬＬＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ　Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．４

，Ｊｕｌ．２０１２

现场交流：／ｄｏｉ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００１０８９０．２０１２．０４．０２５－ｊ

从伊朗Ａｒｖａｎｄ１井溢流压井再谈置换法压井方法－

张桂林，曾强渗

（）中国石化胜利石油管理局石油工程管理处，山东东营２５７００１

摘　要：为指导现场技术人员正确使用置换法压井，以伊朗Ａ探讨了该井置换法ｒｖａｎｄ１井置换法压井为例，－压井作业中的问题，分析了该井采用置换法压井失败的原因。认为该井在关井套压５２．５ＭＰａ情况下始终保持注入压力６降至５套压保持在４１．６ＭＰａ停泵，７．４ＭＰａ后再次开泵，２．０ＭＰａ以上平衡地层压力的做法和采取的排气方法都存在一定问题，以致注入了２注入量和施工压．５５倍井眼容积的压井液却成效不大。指出若将井眼容积、力结合起来进行分析，采取逐次降低注入套压和排气压力的方法，仅用置换法就可以压井成功。根据压井过程中始终保持井内压力平衡的原则和置换法压井原理，给出了正确的压井方法。

关键词：高压气井溢流压井置换法Ａｒｖａｎｄ１井－

（）中图分类号：ＴＥ２８　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１０８９０２０１２０４０１２３０４－－－

ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔＷｅｌｌＫｉｌｌｉｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＷｅｌｌＡｒｖａｎｄ１Ｋｉｌｌｉｎ　　　　　　　－ｐｇｇ　

，ＺｈａｎＧｕｉｌｉｎＺｅｎｉａｎｓｈｅｎｇｇＱｇ　　

（Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏＭａｎａｅｍｅｎｔＤｅａｒｔｍｅｎｔ，ＳｈｅｎｌｉＰｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａ－　　ｇｇ　ｇｙ　ｇｐｇ

ｔｉｏｎ，Ｓｉｎｏｅｃ，ＤｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎ２５７００１，Ｃｈｉｎａ）ｐｇｙｇ，ｇ，

：，ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎａｂｌｅｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓｔｏｕｓｅｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｒｉｈｔｗａｔｈｉｓ　　　　　　　　　　　　　ｐｇｇｙ　ａｅｒｒｏｂｌｅｍｓｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｏｃｃｕｒｒｅｄｄｕｒｉｎｗｅｌｌＡｒｖａｎｄ１ｋｉｌｌｉｎａｎｄａｎａｌｚｅｓｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅｓｉｎｔｈｅ　　　　　　－　　　　　　ｐｐｐｇｇｙ　　

，ｋｉｌｌｉｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｈｕｔｉｎｃａｓｉｎｒｅｓｓｕｒｅｉｓ５２．５ＭＰａｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｔａｋｅｎｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｉｎｅｃｔｉｏｎｒｅｓ　　－　　　　　　　　　　－ｇｇｐｊｐ　，ｓｕｒｅ６１．６ＭＰａｔｈｅｎｓｔｏａｎｄｒｅｉｎｅｃｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｓｔｏ５７．４ＭＰａａｎｄｔｏｋｅｅｃａｓｉｎｒｅｓｓｕｒｅ　　　　　　　　　　　　ｐｊｐｐｐｇｐ　　　ｔｈａｎ４２．０ＭＰａｔｏｂａｌａｎｃｅｔｈｅｏｒｅｒｅｓｓｕｒｅａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｍｒｏｅｒ．Ａｌｔｈｏｕｈｋｉｌｌｉｎｆｌｕｉｄ２．５５ｍｏｒｅ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｇｇ　

，，ｔｉｍｅｓｂｏｒｅｈｏｌｅｖｏｌｕｍｅｗｅｒｅｉｎｅｃｔｅｄｔｈｅｋｉｌｌｉｎｗａｓｕｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ．Ｉｆｂｏｒｅｈｏｌｅｖｏｌｕｍｅｉｎｅｃｔｉｏｎｖｏｌｕｍｅａｎｄ　　　　　　　　　　ｊｇｊ　，ｒｅｓｓｕｒｅｒｅｓｓｕｒｅｒｅｓｓｕｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｗｈｏｌｅａｎｄｉｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｅｘｈａｕｓｔｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｊ

，ａｅｒｒａｄｕａｌｌｔｈｅｗｅｌｌｃｏｕｌｄｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｋｉｌｌｅｄｗｉｔｈｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｓ　　　　　　　　　　ｇｙｙｐｇｐｐ　　ｒｏｏｓｅｓｔｈｅｒｉｈｔｋｉｌｌｉｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｉｎｃｉｌｅｏｆｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎａｎｄｒｅｓｓｕｒｅｂａｌａｎｃｅ．　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇｐｐｐｇｐ　　

：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｈｉｈｒｅｓｓｕｒｅａｓｗｅｌｌｏｖｅｒｆｌｏｗ；ｋｉｌｌｉｎｍｅｔｈｏｄｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄＷｅｌｌＡｒｖａｎｄ１　　　　　－ｇｐｇｇｐｙ　　石油钻探技术》２０１１年第３９卷第６期发表了　　《

《伊朗Ａ一ｒｖａｎｄ１井异常高压地层溢流压井技术》－

１］

。笔者研读之余，认为该井是一次综合应用置文［

于典型的异常高压地层。Ａｒｖａｎｄ１井是一口天然－气探井，设计井深４５５０ｍ。钻至井深４４０６ｍ发现　　水层用水泥填井，钻水泥塞至原井深后起钻至井深原文为井深２可能有误）发生溢流２４５３ｍ（５５３ｍ，　　

；。收稿日期：改回日期：２０１２０１１５２０１２０５１４－－－－

，作者简介：张桂林（男，山东寿光人，１９５９—）１９８１年毕业于胜利石油学校钻井专业，华东）油气井工程专２００８年获中国石油大学（业硕士学位，副处长，教授级高级工程师，主要从事钻井工程技术管理与研究工作。

（）联系方式：０５４６８５５５１６５，ｚｈａｎｕｉｌｉｎ．ｓｌｔｉｎｏｅｃ．ｃｏｍ。＠ｓｇｇｙｐ

换法、工程师法和强行下钻法压井的成功实例。同时，对３种压井方法的应用存在一些疑问。现仅对置换法压井进行分析，进一步探讨如何正确应用该其他２种压井方法暂不作分析。谬误不足之方法，

处，请原文作者和读者批评指正。

研读原文可知，油Ａｒｖａｎｄ油田位于伊朗西南部，，藏埋深２地层压力超过７属６００４０００ｍ，０．０ＭＰａ　～　

·１２４·

石　　油　　钻　　探　　技　　术２０１２年７月

，，关井。关井最高套压５立压３溢２．５ＭＰａ１．６ＭＰａ

３

。该井先后采用了置换法、流量３工程师法与２ｍ［］

历时１强行下钻法压井，８ｄ压井成功１。

３

／，中，前３ｄ注入密度２套．４０ｋＬ的压井液５２ｍｇ

；压由５后７ｄ天注入密度２．５ＭＰａ降至４２．０ＭＰａ

３

／，套压最低降至４２．４８ｋＬ的压井液２５７ｍ３．４ｇ

ＭＰａ不再降低。为何注入量逐步增加而套压不能

１　对Ａｒｖａｎｄ１井置换法压井的分析－

该井喷出物为高压天然气，初期处理不当，造成了关井套压和立压过高。由于钻头远离井底，难以在此情况下首先采用了置换法压实施循环法压井，

１］

。应该说，井［在这种情况下采取的处理方法是正

逐步降低？

］文献［对置换法压井操作方法进行了详细介２包括基本原理、基本计算、压井步骤等内容。随绍，

着井内液柱的逐次升高，注入压力和排气压力应逐压井曲线如图２所示

。次降低，

确的。但分析置换法压井过程与施工曲线（见图），有以下几个问题需要搞清楚

：１

图２　置换法压井理论曲线

Ｆｉ．２　Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃｕｒｖｅｆｏｒｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎ　　　　　ｇｐｇ

图１　Ａｒｖａｎｄ１井置换法压井施工曲线－

Ｆｉ．１　Ｏｅｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｆｏｒｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎ　　　　　ｇｐｐｇ

ｆｏｒＷｅｌｌＡｒｖａｎｄ１　　－

针对上述４个问题，笔者根据置换法压井的基

］２３－

，对该井上述４个问题进行如下分析：本原理［

压井套压问题　在该井压井过程中，用固井车

３／以０第．１６ｍｍｉｎ的小排量泵入压井液是正确的，

“压井套压　压井过程中，用固井车泵入密度

３

／／排量０套压升至２．４０ｋＬ的钻井液，．１６ｍｍｉｎ，ｇ

一次套压升至６待１．６ＭＰａ停泵也是可以的。但“套压降至５压力再次７．４ＭＰａ后再次泵入钻井液，升至６以此方式进行压井作业”就不１．６ＭＰａ停泵，，合适。关井套压５第一次注入压井液套压２．５ＭＰａ，升至６此时可能没有漏失。但后续压井中１．６ＭＰａ随着井内液柱的形成，注入压力应逐次降低，否则将再次注入压力也应逐次降低，可能造成漏失。同样，

（始终以５高于关井压力）作为开泵压力不７．４ＭＰａ正确。由于套压和注入压力过高并且始终不变，造成地层憋漏，井内液柱始终不能升高。对比图１、图就可明显看出该问题。文献［给出了这２个压２，２］

始终“保持套压在４力的确定方法。同样，２．０ＭＰａ以上平衡地层压力”也不正确。液柱每升高一次，套套压不能始终不变。压就应降低一次，

排气方法问题　注入压井液停泵后，每隔０．５～但“做到只排气１．０ｈ排气一次的方法是正确的，不排钻井液”就不合适。置换法压井初期，井内主要为气体，注入的压井液形成的液柱在井眼底部。这种情况下只能以套压作为排出气体的依据，不

待套压降至５６１．６ＭＰａ停泵，７．４ＭＰａ后再次泵

压力再次升至６以此方入钻井液，１．６ＭＰａ停泵，，“式进行压井作业”前３ｄ用固井车……置换井内气体，并保持套压在４２．０ＭＰａ以上平衡地层压……”。为何每次都是套压升至６力，１．６ＭＰａ停泵、降至５保７．４ＭＰａ后再次开泵呢？为何总是“”持套压在４２．０ＭＰａ以上平衡地层压力？

“排气方法　注入压井液停泵后，每隔０．５～。排气过做到只排气不排钻井液”１．０ｈ排气一次，

程是否只排气不排钻井液就行？

井内容积与注入量　分析井身结构、钻具组合

３

，和溢流过程可知，井内总容积约１溢流量２１ｍ３

。实际置换法压井用时１，注入压井液总３２ｍ０ｄ３

。注入量是溢流量的９是井内容量３０９ｍ．６６倍，

积的２．５５倍。为什么注入量超出溢流量如此之多还不能成功压井？

注入量（施工时间）与套压的关系　发生溢流前／钻井液密度为２．２４ｋＬ。在１０ｄ的置换压井过程ｇ

第４０卷第４期张桂林等．从伊朗Ａｒｖａｎｄ１井溢流压井再谈置换法压井方法－

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能见不到液体就继续排气，否则将无法形成稳定液柱，压井也就不可能成功。参考图３，该问题更容易理解

。

工中常见的一些问题进行进一步的讨论。２．１　注入量问题与解决方法

一般情况下，发生井喷后压井需准备２倍井眼容积以上甚至更多的压井液，这是常规压井方法基本的要求。置换法压井则不需要准备大量的压井这是该压井法的原理决定的。但目前存在的问液，

题是，许多井在实施置换法压井中仍消耗大量压井液并进行很长时间压井才能取得进展，Ａｒｖａｎｄ１井－的压井也是这种情况。笔者认为，主要原因还是对于该方法的错误理解。根源可能在于将置换法和硬顶（平推）法混淆，认为只要能够将压井液注入井内就能成功压井，压井液注入越多压井越快，导致压井

图３　井内压力关系

Ｆｉ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅｓｓｕｒｅ　　ｇｐｐ　

造成压井液大量漏失，消耗过程中注入大量压井液，大量压井液，延长压井时间。

解决这个问题，需要掌握置换法压井的原理，把应以小排量逐握置换法压井的实质。压井过程中，

次注入压井液，使其在气体中下沉至井底；逐次小排量排出上部的气体，防止对已形成液柱的干扰。注入压井液和排出气体采取小排量，有利于有效置换和稳定已形成的液柱。理论上讲，压井前井内气体占据多少空间，就需要多少压井液。只要注入过程排气过程防止了溢流，压井液消耗量不防止了漏失，

由于井内容积大，气体可压会增加很多。压井初期，

缩空间大，每次注入压井液和排出气体的量也大；随着液柱升高，气体体积减小，每次注入压井液与排出气体的量也应逐次减少，直至液柱到达井口附近。２．２　注入压力问题与解决方法

注入压力控制不合理是压井中存在的一个比较每次都以高普遍的问题。在注入压井液的操作中，

没有逐次降低，其结果是每次都发生漏压力注入，

失，液柱始终不能升高。

解决这个问题需要以井内压力平衡为基础，防止注入过程的漏失和排气过程的溢流，这是置换法。发生溢流关井压井必须遵从的原理（参见图３）后，井底压力的计算公式为：

３３－－

（）０Ｈ１＋１０Ｈ２＋ｐ１ｐｇｇｂ＝１ｍｔａρρ

；式中：为井底压力，为压井液密度，ＭＰａｐｂｍρ２

／／；ｋＬ；ｍｓＨ１为井内液柱高度，ｇｇ为重力加速度，

／为井内气体密度，ｍ；ｋＬ；Ｈ２为气柱高度，ｍ；ｇｐｔａρ

井内容积与注入量的关系　依据原文数据计

３

，井内总容积约１原文介绍溢流量３算可知，２１ｍ２３３

。也就是说，，井内需置换的量应为３最多ｍ２ｍ

３３。实际前３ｄ注入了５也不应超过１压２１ｍ２ｍ３

井液，后７ｄ又注入了２压井液，总量达５７ｍ３

。为什么注入量超出溢流量和井内总容积３０９ｍ

如此之多还不能成功压井？原因是发生了井漏，

注入多少就漏失多少，没有形成液柱。原理如图３所示。

注入量（施工时间）与套压的关系　尽管操作方

３法不尽合理，前３ｄ注入５压井液还是有效果２ｍ３的。但随着注入量的增加，后７ｄ注入２压井５７ｍ

，液套压始终在４见图１）并没有降低，５ＭＰａ左右（为什么会这样？关键是注入套压、保持套压过高，注

３入的２压井液全部漏入地层。如果计算了井５７ｍ

内已经形成的液柱高度，逐次降低套压，很快就可以压井成功。

通过以上分析可知，对置换法压井的理解和掌握不够，应该是该井采用置换法压井未能成功的主要原因。

２　置换法压井存在的问题与解决方法

从置换法压井的基本原理可知，该方法并不是需要长时间、消耗大量压井液的作业。笔者已在文］献［中对该压井方法进行了探讨，分析了压井原２理，制定了压井操作方法与步骤，设计了压井施工记应该说基本能够满足现场施工的要求。录与计算表，

笔者在此仅结合Ａ对目前施ｒｖａｎｄ１井压井的实例，－

。为套压，ＭＰａ

）由式（可看出，因气体密度远远小于压井液密１度，在此情况下，井底压力基本上由液柱压力与套压

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石　　油　　钻　　探　　技　　术２０１２年７月

组成。井底压力与地层压力在一定范围内是处于平衡状态的，置换法压井就是始终在此平衡中进行。在注入压井液过程中，液柱逐渐升高，液柱压力增加。同时，上部气体受到压缩引起套压升高。若注入压井液时套压过高，则２个压力同时升高引起井底压力升高，当达到地层承压上限时将发生井漏。在此套压下继续注入压井液，压井液只能漏失而无法使液柱继续升高，无法成功压井。

２］

，对于不会发生漏失的地层可以高压注入［但

生。若以井口见到液体作为停止排气的依据，注入井内的压井液将处于气、液混杂状态并被气体携带无法形成有效液柱，压井不可能成功。因喷出井口，

此，正确的排气操作必须以套压为依据，按表１进行］。控制，具体方法参阅文献［２

需要明确一点：置换法压井能够安全高效压井，但能否将压井液置换到井口？理论上讲是不能到达井口的，只能到达井口附近。因为置换法压井井内每次注入压井液井内上部都存在气体，为封闭空间，

所以不能达到井口。但这并不影响压井，只要压井液密度合适，在压井液距井口一定距离时排出气体后，套压降为０，压井就成功了。

随着液柱的升高，排出气体套压必须逐次降低，为下一次注入提供压力空间。实际上不会发生漏失的地层是没有的，能喷就能漏，总以高压注入压井液，迟早要发生漏失。

］文献［介绍了置换法压井操作方法，每一次注２入压井液与排出气体都以井底压力与地层压力平衡为依据，每一次注入压井液和排出气体都以不产生不产生新的溢流为原则。若第一次注入压井漏失、

，，液最高压力为ｐ第一次排出气体最低压力为ｐ１２，二者之差Δ则每次注入压力和排气压力ｐ＝ｐｐ１－２按表１确定。

表１　注入压井液与排出气体的压力

Ｔａｂｌｅ１　Ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｉｎｅｃｔｅｄｋｉｌｌｉｎｆｌｕｉｄａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｅｄ　　　　　　　ｊｇｇ　

ａｓｇ

次　数１　２　３　

注入压力

排气压力

３　结论与建议

）置换法压井技术属于常用的非常规井控技１

术，在高压气井井喷后钻头远离井底、井内无钻具等特殊情况下应用具有独特优势。

）置换法压井技术要求高、操作要求严格、压２

井液消耗少、压井设备配置简单，但在压井作业中容平推）法压井混淆，造成注入压井液过程易与硬顶（

中压井液漏失和排气过程中产生溢流，影响压井效果。

）置换法压井的关键是注入压井液和排出气３

只有掌握其基本原理、基本计体过程中的套压控制，

算方法和不同情况下的操作方法，才能达到安全高效压井的目的。

参　考　文　献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

［］陈勉，金衍，等．伊朗Ａ１ｒｖａｎｄ１井异常高压地层溢流压　罗远儒，－

（）：井技术［石油钻探技术，Ｊ．２０１１，３９６１１２１１５．－

，，ＬｕｏＹｕａｎｒｕＣｈｅｎＭｉａｎＪｉｎＹａｎ，ｅｔａｌ．Ｗｅｌｌｋｉｌｌｔｅｃｈｎｉｕｅｆｏｒ　　　　　　　ｑｈｉｈｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎ　ＷｅｌｌＡｒｖａｎｄ１ｏｆＩｒａｎａｂｎｏｒｍａｌｒｅｓｓｕｒｅ　　　　　－　ｇｐ［］，（）：Ｊ．Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ＤｒｉｌｌｉｎＴｅｃｈｎｉｕｅｓ２０１１，３９６１１２１１５．－ｇｑ　［］］：置换法压井操作方法［石油钻探技术，２Ｊ．２０１０，３８（２）　张桂林．

１４．－

ＺｈａｎＧｕｉｌｉｎ．Ｏｅｒａｔｉｎｏｆｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｌｌｋｉｌｌｉｎｒｏｃｅｄｕｒｅ　　　　ｇｐｇｐｇｐ　　［］，（）：ｍｅｔｈｏｄＪ．Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ＤｒｉｌｌｉｎＴｅｃｈｎｉｕｅｓ２０１０，３８２１４．－ｇｑ　［］钻井井控工艺技术［东营：３Ｍ］．　集团公司井控培训教材编写组．

中国石油大学出版社，２００８：１２８１３１．－

ＧｒｏｕｏｆＳｉｎｏｅｃＷｅｌｌＣｏｎｔｒｏｌＴｒａｉｎｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓ．Ｗｒｉｔｉｎ　　　　ｐｐｇｇ　　　：ＤｒｉｌｌｉｎｗｅｌｌｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏＭ］．ＤｏｎｉｎＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒ　　　－ｇｇｙ［ｇｙｇ　，ｓｉｔｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＰｒｅｓｓ２００８：１２８１３１．　　－ｙ　

ｐ１ｐｐ１－Δ１

（ｐ）ｐｐ１－Δ１＋Δ２



ｎ－１

ｐ２ｐｐ２－Δ１

Δｐｐｐ２－（１＋Δ２）



ｎ－１

ｎ　

ｐｐ１－∑Δｉ

ｉ＝１

ｐｐ２－∑Δｉ

ｉ＝１

２．３　排气问题与解决方法

注入压井液和排出气体是置换法压井的２个主要过程。排出气体的过程中，有一种认识是“只要排，实际这是置换法压井出的不是液体就可以继续排”

］的错误做法。笔者撰写文献［时，也有人提出了这２通过探讨交流达成了共识。样的观点，

以套压为依据是排出气体的唯一正确做法，这是井内压力平衡决定的。不这样做就会产生新的溢流甚至井喷，使问题变得更加复杂。由式（可知，１）在气体排出过程中压力得到释放，套压降低，井底压力也随之降低。当井底压力降至地层压力下限时，将再次产生溢流。若继续排出气体，则溢流继续发