井内气体的膨胀和运移

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1、井内气体的膨胀和运移井内气体的膨胀和运移 1 1、天然气的压缩性与膨胀性、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。加，体积减小；压力降低，则体积增大。 在起钻过程中，由于抽汲等因素的影响，若有少量的在起钻过程中，由于抽汲等因素的影响，若有少量的气体进入井内，在其向上运移的过程中，体积会随着所受气体进入井内，在其向上运移的过程中，体积会随着所受钻井液液柱压力的减小而增大，造成环空液柱压力

2、逐渐减钻井液液柱压力的减小而增大，造成环空液柱压力逐渐减小，使井筒内压力系统由正平衡逐渐转为欠平衡，导致溢小，使井筒内压力系统由正平衡逐渐转为欠平衡，导致溢流的发生。如果是在井底压力小于地层压力的情况下，气流的发生。如果是在井底压力小于地层压力的情况下，气体进入井内，若不及时关井，气体向上运移时体积膨胀，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，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

3、，形成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。井喷。( (可以控制）可以控制） 一、天然气的特点及危害 一、天然气的特点及危害 在处理气体溢流时，由于气体的膨胀，会导致在处理气体溢流时，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、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或施工井地面窜通，导致压井井口附近的套管刺漏或施工井地面窜通，导致压井失败甚至失控着火。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因此，对于气体溢流来说，更要

4、强调及时发现溢流并迅速关井的重要性。流并迅速关井的重要性。一、天然气的特点及危害2 2、天然气的密度低、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，天然气的密度与钻井液、地层水、原油相比要低得多，在常温下水的密度是天然气密度的在常温下水的密度是天然气密度的10001000倍以上。倍以上。 由于天然气的密度低，与钻井液有很强的置换性，不由于天然气的密度低，与钻井液有很强的置换性，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。在开井状态下，气体在井内膨胀上升，会总是要产生的。在开井状态下，气体在井内膨胀上升，

5、会改变井内的平衡状态，并加剧溢流的发生；在关井状态下，改变井内的平衡状态，并加剧溢流的发生；在关井状态下，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。大的难度。 因此，发生气体溢流关井后，要及时组织压井。因此，发生气体溢流关井后，要及时组织压井。 3 3、天然气具有易扩散、易燃、易爆的特点、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天然气与空气的混合浓度达到5%15%5%15%（体积比）时，（体积比）时，遇到火

6、源会发生爆炸，低于遇到火源会发生爆炸，低于5%5%既不爆炸也不燃烧，高于既不爆炸也不燃烧，高于15%15%不会爆炸，但会燃烧。不会爆炸，但会燃烧。 天然气的这一特点导致大部分天然气井井喷失控后都天然气的这一特点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，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，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，

7、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。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。及周围的的消防工作，防止着火。一、天然气的特点及危害 4 4、含硫化氢的天然气具有更大的危害性、含硫化氢的天然气具有更大的危害性 硫化氢有剧毒，对人员、设备、环境等都会造成严重硫化氢有剧毒，对人员、设备、环境等都会造成严重伤害。硫化

8、氢对现场施工人员的人身安全造成威胁。硫化伤害。硫化氢对现场施工人员的人身安全造成威胁。硫化氢对钻具和井控装置产生氢脆腐蚀，造成钻具断裂和井口氢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。设备损坏，使井控工作进一步复杂化，甚至引发井喷失控。硫化氢能加速非金属材料的老化，使井控装置中的密封件硫化氢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。硫化氢对水基钻井液具有较大失效而威胁到关井的安全。硫化氢对水基钻井液具有较大污染，甚至使之形成流不动的冻胶。污染，甚至使之形成流不动的冻胶。 因此，钻探含硫化氢天然气井比普通油气井具

9、有更大因此，钻探含硫化氢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。的风险，一旦发生井喷失控，容易造成灾难性的后果。一、天然气的特点及危害 5 5、天然气对密封性的要求更高、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、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。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

10、井的井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。和失控着火。 因此，必须研究和掌握天然气特征所带来的井因此，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。控技术的特点，保证井控的安全。一、天然气的特点及危害二、天然气侵入井内的方式二、天然气侵入井内的方式1 1、岩屑气侵、岩屑气侵 在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙在钻开气层的过程中，随着岩石的破碎，岩石孔隙中的天然气被释放出来而侵入钻井液。侵入天然气量与中的天然气被释放出来而侵入钻井液。侵入天然气量与岩石的岩石的孔隙度

11、、含气饱和度、井径、机械钻速和气层的孔隙度、含气饱和度、井径、机械钻速和气层的厚度成正比厚度成正比。钻开厚气层时，应控制机械钻速，从而控。钻开厚气层时，应控制机械钻速，从而控制单位时间内侵入钻井液中的天然气量，天然气被循环制单位时间内侵入钻井液中的天然气量，天然气被循环到地面后，应进行地面除气，减小天然气对钻井液柱压到地面后，应进行地面除气，减小天然气对钻井液柱压力的影响。力的影响。2 2、置换气侵、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度大，产生重力置换。天然气被钻井液从裂缝或溶洞中置