司钻法与工程师法压井中套管鞋处地层所受压力分析

杨晓磊

摘 要：套管鞋通常是裸眼井段最薄弱的部分，套管鞋处的地层压力是确定最大允许关井套压的重要因素，也是压井过程中需要关注的一个重要参数。在压井过程中，该压力的变化受溢流物及井眼尺寸的影响。本文分析了司钻法压井和工程师法压井过程中套管鞋处的地层受压力的变化情况，及该处所受最大压力产生的时间，这将有助于指导压井施工的顺利进行。

关键词：套管鞋；压力；司钻法；工程师法

中图分类号：TE52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0134-01

司钻法压井和工程师法压井都属于井底常压法压井。在压井过程中通过观察立压及套压的变化调节节流阀来保持井底压力恒定且始终压稳地层。因此，在这两种方法的压井过程中，我们可以以恒定的井底压力来分析套管鞋处地层所受压力的变化过程。

1 司钻法压井过程中套管鞋处地层所受压力分析

司钻法压井由两个循环周来完成。在第一个循环周，原浆开始由井口泵人，溢流物开始由井底沿环空上返，如图1。

若溢流物为油或盐水。随着溢流物上返，油和盐水不会膨胀，则不变，不变。其下部由钻柱内返出的原浆填充，因此，在溢流物的顶端到达套管鞋之前，套管鞋处的压力不变。溢流物经过套管鞋的过程中，套管鞋以下的溢流物高度逐渐减小，套管鞋处的压力逐渐减小。当溢流物完全进入套管后，套管鞋以下的环空完全由原浆来填充，直到溢流物排完，第一个循环周结束，保持不变，由公式1可得出不变，因此在这个阶段，套管鞋处的压力保持不变。

若溢流物为气体，气柱在沿环空上返的过程中会不断膨胀，因此逐渐增大。气体密度较小，气柱自身产生的压力变化可忽略不计。因此套管鞋以下的泥浆液柱高度逐渐减小，也逐渐减小，由公式1可看出，在溢流物顶端到达套管鞋以前，逐渐增大。溢流物经过套管鞋的过程中，该处所受到的压力逐渐减小。当溢流物完全进入套管后，直到溢流物排完，套管鞋处的压力保持不变。

司钻法的第二个循环周开始后，重浆由井口到钻头这段时间内，环空始终由原浆填充，密度不变，因此套管鞋处的压力不变。重浆由钻头返出至到达套管鞋的过程中，套管鞋以下的泥浆逐渐被重浆替代，液柱压力逐渐增大，但井底压力保持不变，因此逐渐减小。当重浆开始进入套管，直到第二个循环周结束，保持不变。

2 工程师法压井过程中套管鞋处地层所受压力分析

工程师法压井是将配制好的重浆直接泵入井内，由一个循环周来完成压井。

2.1 当溢流物为油或盐水时套管鞋处地层所受压力变化情况

（1）若钻柱内容积小于裸眼环空体积，在重浆到达钻头之前，溢流物上返，不变，其下部逐渐被原浆填充，套管鞋以下的液柱压力及溢流物压力均无变化，由公式1可得出不变。重浆从钻头返出直到重浆到达套管鞋这段时间内，套管鞋以下的溢流物及原浆逐渐被重浆替代，液柱压力逐渐增大，井底压力不变，则套管鞋处所受压力逐渐减小。重浆开始进入套管直到压井结束，套管鞋以下完全由重浆填充，液柱压力不变，因此不变。

（2）若钻柱内容积大于裸眼环空体积，溢流物顶端到达套管鞋之前，不变，溢流物下方仍由原浆替代，因此，不变。溢流物经过套管鞋的这段时间逐渐减小。由于钻柱内容积大于裸眼环空体积，当溢流物完全进入套管后，套管鞋以下环空还会有一段时间完全由原浆填充，在这段时间内保持不变。当重浆开始由钻头返出，逐渐替代套管鞋以下的原浆，液柱压力逐渐增大，逐渐减小。重浆进入套管直到压井结束，套管鞋以下完全由重浆填充，保持不变。

2.2 当溢流物为气体时套管鞋处地层所受压力变化情况

（1）若钻柱内容积小于裸眼环空体积，在重浆到达钻头之前溢流物上返，且不断膨胀，因此逐渐增大，套管鞋以下的液柱压力逐渐减小，井底压力不变，则逐渐增大。重浆由钻头返出，直到溢流顶部到达套管鞋这段时间内，由于气体膨胀和重浆替代产生了压力相互抵消的作用，因此的变化不易判断，但其大小仍然等于井口套压与套管鞋以上液柱压力之和。当溢流顶端进入套管到重浆到达套管这段时间内，逐渐减小。重浆进套管后直到压井结束，保持不变。

（2）若钻柱内容积大于裸眼环空体积，溢流物顶端到达套管鞋之前，逐渐增大，逐渐增大。溢流物经过套管鞋的过程中，逐渐减小。气体全部进入套管至重浆到达钻头时，裸眼环空完全由原浆填充，保持不变。重浆开始进入环空到重浆进套管这段时间内，套管鞋以下的原浆逐渐被重浆替换，液柱压力逐渐增大，逐渐减小。重浆进入套管直到压井结束，保持不变。

3 结语

（1）由于气体的膨胀性，气体溢流压井时套管鞋处的压力要高于油水溢流压井时套管鞋处的压力。

（2）當发生气体溢流，采用司钻法压井过程中，套管鞋处的地层所受的最大压力发生在第一循环周溢流顶端到达套管鞋处时。

（3）若钻柱内容积大于裸眼环空体积，则采用工程师法压井套管鞋处地层受到的最大压力和采用司钻法压井该点地层所受到的最大压力相等。

参考文献

[1]肖义昭.工程师法压井中套压及套管鞋处地层受压计算[J].石油钻采工艺，1984（03）.

[2]徐朝阳.天然气溢流控制安全套压研究[D].西南石油大学，2011.