司鉆法與工程師法壓井中套管鞋處地層所受壓力分析

楊曉磊

摘 要：套管鞋通常是裸眼井段最薄弱的部分，套管鞋處的地層壓力是確定最大允許關井套壓的重要因素，也是壓井過程中需要關注的一個重要參數。在壓井過程中，該壓力的變化受溢流物及井眼尺寸的影響。本文分析了司鉆法壓井和工程師法壓井過程中套管鞋處的地層受壓力的變化情況，及該處所受最大壓力產生的時間，這將有助于指導壓井施工的順利進行。

關鍵詞：套管鞋；壓力；司鉆法；工程師法

中圖分類號：TE52 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0134-01

司鉆法壓井和工程師法壓井都屬于井底常壓法壓井。在壓井過程中通過觀察立壓及套壓的變化調節節流閥來保持井底壓力恒定且始終壓穩地層。因此，在這兩種方法的壓井過程中，我們可以以恒定的井底壓力來分析套管鞋處地層所受壓力的變化過程。

1 司鉆法壓井過程中套管鞋處地層所受壓力分析

司鉆法壓井由兩個循環周來完成。在第一個循環周，原漿開始由井口泵人，溢流物開始由井底沿環空上返，如圖1。

若溢流物為油或鹽水。隨著溢流物上返，油和鹽水不會膨脹，則不變，不變。其下部由鉆柱內返出的原漿填充，因此，在溢流物的頂端到達套管鞋之前，套管鞋處的壓力不變。溢流物經過套管鞋的過程中，套管鞋以下的溢流物高度逐漸減小，套管鞋處的壓力逐漸減小。當溢流物完全進入套管后，套管鞋以下的環空完全由原漿來填充，直到溢流物排完，第一個循環周結束，保持不變，由公式1可得出不變，因此在這個階段，套管鞋處的壓力保持不變。

若溢流物為氣體，氣柱在沿環空上返的過程中會不斷膨脹，因此逐漸增大。氣體密度較小，氣柱自身產生的壓力變化可忽略不計。因此套管鞋以下的泥漿液柱高度逐漸減小，也逐漸減小，由公式1可看出，在溢流物頂端到達套管鞋以前，逐漸增大。溢流物經過套管鞋的過程中，該處所受到的壓力逐漸減小。當溢流物完全進入套管后，直到溢流物排完，套管鞋處的壓力保持不變。

司鉆法的第二個循環周開始后，重漿由井口到鉆頭這段時間內，環空始終由原漿填充，密度不變，因此套管鞋處的壓力不變。重漿由鉆頭返出至到達套管鞋的過程中，套管鞋以下的泥漿逐漸被重漿替代，液柱壓力逐漸增大，但井底壓力保持不變，因此逐漸減小。當重漿開始進入套管，直到第二個循環周結束，保持不變。

2 工程師法壓井過程中套管鞋處地層所受壓力分析

工程師法壓井是將配制好的重漿直接泵入井內，由一個循環周來完成壓井。

2.1 當溢流物為油或鹽水時套管鞋處地層所受壓力變化情況

（1）若鉆柱內容積小于裸眼環空體積，在重漿到達鉆頭之前，溢流物上返，不變，其下部逐漸被原漿填充，套管鞋以下的液柱壓力及溢流物壓力均無變化，由公式1可得出不變。重漿從鉆頭返出直到重漿到達套管鞋這段時間內，套管鞋以下的溢流物及原漿逐漸被重漿替代，液柱壓力逐漸增大，井底壓力不變，則套管鞋處所受壓力逐漸減小。重漿開始進入套管直到壓井結束，套管鞋以下完全由重漿填充，液柱壓力不變，因此不變。

（2）若鉆柱內容積大于裸眼環空體積，溢流物頂端到達套管鞋之前，不變，溢流物下方仍由原漿替代，因此，不變。溢流物經過套管鞋的這段時間逐漸減小。由于鉆柱內容積大于裸眼環空體積，當溢流物完全進入套管后，套管鞋以下環空還會有一段時間完全由原漿填充，在這段時間內保持不變。當重漿開始由鉆頭返出，逐漸替代套管鞋以下的原漿，液柱壓力逐漸增大，逐漸減小。重漿進入套管直到壓井結束，套管鞋以下完全由重漿填充，保持不變。

2.2 當溢流物為氣體時套管鞋處地層所受壓力變化情況

（1）若鉆柱內容積小于裸眼環空體積，在重漿到達鉆頭之前溢流物上返，且不斷膨脹，因此逐漸增大，套管鞋以下的液柱壓力逐漸減小，井底壓力不變，則逐漸增大。重漿由鉆頭返出，直到溢流頂部到達套管鞋這段時間內，由于氣體膨脹和重漿替代產生了壓力相互抵消的作用，因此的變化不易判斷，但其大小仍然等于井口套壓與套管鞋以上液柱壓力之和。當溢流頂端進入套管到重漿到達套管這段時間內，逐漸減小。重漿進套管后直到壓井結束，保持不變。

（2）若鉆柱內容積大于裸眼環空體積，溢流物頂端到達套管鞋之前，逐漸增大，逐漸增大。溢流物經過套管鞋的過程中，逐漸減小。氣體全部進入套管至重漿到達鉆頭時，裸眼環空完全由原漿填充，保持不變。重漿開始進入環空到重漿進套管這段時間內，套管鞋以下的原漿逐漸被重漿替換，液柱壓力逐漸增大，逐漸減小。重漿進入套管直到壓井結束，保持不變。

3 結語

（1）由于氣體的膨脹性，氣體溢流壓井時套管鞋處的壓力要高于油水溢流壓井時套管鞋處的壓力。

（2）當發生氣體溢流，采用司鉆法壓井過程中，套管鞋處的地層所受的最大壓力發生在第一循環周溢流頂端到達套管鞋處時。

（3）若鉆柱內容積大于裸眼環空體積，則采用工程師法壓井套管鞋處地層受到的最大壓力和采用司鉆法壓井該點地層所受到的最大壓力相等。

參考文獻

[1]肖義昭.工程師法壓井中套壓及套管鞋處地層受壓計算[J].石油鉆采工藝，1984（03）.

[2]徐朝陽.天然氣溢流控制安全套壓研究[D].西南石油大學，2011.