周云健 劉書(shū)杰 李清平 李相方

1.中海油研究總院有限責(zé)任公司；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)

隨著目前國(guó)內(nèi)外油氣開(kāi)發(fā)的不斷延伸和擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外對(duì)井控的要求也越來(lái)越高，一方面由于目前受技術(shù)手段的限制，對(duì)鉆進(jìn)期間發(fā)生氣侵后的檢測(cè)相當(dāng)遲滯，從人們發(fā)現(xiàn)溢流開(kāi)始到后來(lái)發(fā)生井噴事故僅需要幾分鐘，來(lái)不及采用相關(guān)防御措施，導(dǎo)致溢流引發(fā)的井噴事故更加頻繁，危害也更大；另一方面，雖然很多學(xué)者對(duì)于井噴后的處理措施研究比較深入，但是由于地層情況的不確定性，依然無(wú)法迅速有效地進(jìn)行壓井，導(dǎo)致目前的井噴事故率居高不下。對(duì)國(guó)外的一些事故井統(tǒng)計(jì)來(lái)看，雖然國(guó)外井控技術(shù)對(duì)于國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)，但國(guó)外的鉆井事故仍時(shí)有發(fā)生，不能完全杜絕［1-11］。

對(duì)于某些復(fù)雜情況的井發(fā)生氣侵后，常規(guī)壓井方法一般不能滿足其壓井要求，這時(shí)就需要應(yīng)用相應(yīng)的非常規(guī)壓井方法控制溢流甚至井噴。但目前的非常規(guī)井控手段還很不成熟，尤其是對(duì)于使用壓回法壓井過(guò)程的研究還很少。在某些事故井當(dāng)中，由于使用壓回法壓井對(duì)地層傷害較大，通常情況下人們會(huì)首先選擇其他壓井方法來(lái)處理事故；但是如果在氣侵導(dǎo)致井噴的嚴(yán)重情況下選用其他壓井方法，很大程度上會(huì)發(fā)生進(jìn)一步例如井噴失控等更嚴(yán)重的事故。針對(duì)這類事故使用壓回法壓井是控制事故的一種有效手段，但目前對(duì)于壓回法理論研究不夠深入，壓回法壓井在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施較為困難。

目前壓回法壓井研究中，多數(shù)是對(duì)井筒中的氣液兩相流動(dòng)情況進(jìn)行刻畫(huà)，很少涉及到把井筒與地層作為一個(gè)整體來(lái)考慮，同時(shí)關(guān)于在壓回過(guò)程壓井液在儲(chǔ)層內(nèi)流體流動(dòng)的情況對(duì)壓回效果影響以及泥餅對(duì)壓回效果影響的研究較少，因此由儲(chǔ)層滲透率變化等原因而引起的壓回阻力及滲流速度就需要進(jìn)行重新考慮，防止壓井失敗導(dǎo)致更嚴(yán)重事故。通過(guò)考慮鉆井過(guò)程中儲(chǔ)層近井地帶被鉆井液污染，以及井壁泥餅在壓井液壓回過(guò)程中的阻礙作用，結(jié)合地層固有的滲透率，建立了含有3種不同滲透率區(qū)域的儲(chǔ)層網(wǎng)格模型。根據(jù)建立的單井?dāng)?shù)值模型，結(jié)合井筒不同氣侵量下的井筒氣液分布特性，通過(guò)改變儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含氣飽和度、泥餅滲透率、壓井排量，分析了壓井過(guò)程井底壓力變化規(guī)律，最后得出了不同儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)壓回法壓井效果的影響。

1 壓回法壓井過(guò)程描述

通常來(lái)說(shuō)，如果發(fā)生溢流、井噴等事故，現(xiàn)場(chǎng)操作人員首先選用的是將井筒流體排出井筒的方法，而壓回法壓井多用在氣量較大、井筒較難控制住的情況下。在井筒內(nèi)相對(duì)較大氣侵量的條件下，壓回法壓井過(guò)程中氣體會(huì)在壓井液中向上滑脫，在井筒上部純液段與井筒下部純氣段之間形成氣液兩相混相區(qū)。即使打入高黏度壓井液，也不能完全避免氣體向上滑脫的現(xiàn)象。

由于氣體滑脫速度與壓井液向下的速度有差異，混相區(qū)上界面運(yùn)動(dòng)速度會(huì)低于液相區(qū)，下界面速度高于液相區(qū)，因此氣液兩相混相區(qū)在壓回過(guò)程中逐漸被拉長(zhǎng)，但氣液兩相混相區(qū)和氣相區(qū)整體仍向下運(yùn)動(dòng)，形成了液相區(qū)、混相區(qū)和氣相區(qū)共存的現(xiàn)象。因此，在壓回過(guò)程中，首先進(jìn)入地層的是氣體，其次為氣液兩相混相。壓回法壓井的效果與壓回排量有關(guān)，壓回排量越大，井筒流體進(jìn)入儲(chǔ)層的速率越快，井筒中的氣體在液體中滑脫的量越少，控制住地層的氣侵越快。

如圖1所示，根據(jù)井筒氣液運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，壓回過(guò)程可以分為3個(gè)階段。(1)高黏度壓井液剛剛進(jìn)入井筒階段，井筒氣液分布與上節(jié)中理想情況下的壓回模型相同(圖1a)。(2)開(kāi)始純氣段壓回臨界階段：隨著壓井液的持續(xù)泵入，純氣相區(qū)不斷被壓縮，當(dāng)壓力大于儲(chǔ)層壓力時(shí)，氣相開(kāi)始進(jìn)入儲(chǔ)層。由于氣體的滑脫效應(yīng)，在高黏度壓井液中存在氣液兩相混合區(qū)域，在此區(qū)域中，氣體濃度較大，隨著壓井液的泵入，越往上氣體濃度越小(圖1b)。(3)壓力平衡階段：當(dāng)混相區(qū)域開(kāi)始進(jìn)入儲(chǔ)層，井筒氣體基本全部壓回地層，井筒中的氣體基本全部被壓回，套壓為0，壓井完成(圖1c)。

圖1 多氣量下井筒壓回過(guò)程的半理想流程Fig.1 Semi-ideal flow chart of well bullheading process at multiple gas rates

在壓回過(guò)程中，井筒內(nèi)下部分為連續(xù)氣柱狀態(tài)，上部分為連續(xù)液柱的狀態(tài)，但實(shí)際上，在壓回過(guò)程中井筒下部不會(huì)完全呈連續(xù)氣柱狀態(tài)，會(huì)有一部分壓井液繞過(guò)氣體向下流動(dòng)，從而井筒最下部變?yōu)闅庖簝上嗔鳡顟B(tài)，在壓回過(guò)程中首先進(jìn)入儲(chǔ)層的為氣液兩相。此時(shí)井底壓力表示為

式中，pwf為井底壓力，MPa；pg為氣柱膨脹的壓力，MPa；pm1為混相高黏度壓井液產(chǎn)生的靜液柱壓力，MPa；pm2為 混相壓井液產(chǎn)生的液柱壓力，MPa；pm3為井筒下部氣液兩相流體產(chǎn)生的壓力，MPa；Gg為氣柱產(chǎn)生的靜氣柱壓力，MPa。

對(duì)于氣液兩相壓回過(guò)程，井筒中氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)的氣相連續(xù)方程為

液相連續(xù)方程為

式中，α為含氣率，小數(shù)； ρg為液相密度，kg/m3；vg為液相速度，m/s；ρl為 氣相密度，kg/m3；vl為氣相速度，m/s。

氣液兩相混合動(dòng)量方程可表示為

式中，vm為氣液混合物的速度m/s； ρm為氣液混合物的密度，kg/m3；p為當(dāng)前網(wǎng)格處壓力，MPa；dh為井筒直徑，m；f為范寧摩擦因數(shù)；A為環(huán)空或管柱截面積，m2；qg為 氣相排量，m3；ql為 液相排量，m3；vs為氣泡群滑脫速度或Taylor氣泡滑脫速度，m/s。

對(duì)于氣相壓回過(guò)程，模型符合單相氣在儲(chǔ)層中的滲流過(guò)程，流動(dòng)方程可表示為

由于氣體是從井筒向地層滲流，故式(2)可改寫(xiě)為

其中

式中，pf為地層壓力，MPa；Zi為初始?jí)嚎s因子；T為地層溫度，K； μgi為初始?xì)怏w黏度，mPa· s ；q為滲流過(guò)程氣相流量，m3/min；k為地層滲流率，μm2；h為地層厚度，m；pr為 地層平均壓力，MPa；Bg為 體積系數(shù)；t為時(shí)間，s；γ為氣體比重；φ為孔隙度, %； μg為當(dāng)前氣相黏度，mPa· s ；Ct為總壓縮系數(shù)，MPa-1；Rw為井筒半徑，m；Sa為氣井的視表皮因子，與氣體的流量有關(guān)；Z為當(dāng)前溫壓條件下壓縮因子。

對(duì)于第3階段(壓力平衡階段)氣液兩相壓回過(guò)程，模型符合氣液兩相在儲(chǔ)層中的滲流公式，氣液兩相儲(chǔ)層滲流數(shù)學(xué)模型的氣相運(yùn)動(dòng)方程為

其中

液相運(yùn)動(dòng)方程為

式中，p為井筒壓力，Pa；r為求解點(diǎn)至井筒的距離，m；krg為 氣相相對(duì)滲透率；mg為氣相質(zhì)量流量，kg/s；βg為高速流動(dòng)速度系數(shù)； μw為 水相黏度，mPa· s ；krw為水相相對(duì)滲透率；mw為 水相質(zhì)量流量，kg/s； ρw為水相密度，kg/m3。

定義地層中液相與氣相的質(zhì)量流量之比為

進(jìn)一步推導(dǎo)出

ψ(p)為兩相擬壓力函數(shù)可以表示為

將式(9)改寫(xiě)為關(guān)于體積流量Qsc的線性函數(shù)為

簡(jiǎn)化后可得

其中

式中，Re為 總泄氣半徑，m；S為表皮因數(shù)； ρsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度，kg/m3。

以上為綜合考慮井筒與地層的耦合方程，如需對(duì)于壓回過(guò)程地層流動(dòng)及井筒流動(dòng)的整體的進(jìn)一步研究，可以從這些流動(dòng)方程中入手。

2 壓回過(guò)程儲(chǔ)層模型區(qū)域劃分

2.1 儲(chǔ)層單井模型

對(duì)于壓回法壓井過(guò)程中，如果排量過(guò)大或者儲(chǔ)層滲透率過(guò)低，很容易將地層壓裂。在儲(chǔ)層壓裂后，井筒流體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)規(guī)律也發(fā)生較復(fù)雜的變化。為了揭示儲(chǔ)層性質(zhì)對(duì)壓回過(guò)程的影響，只針對(duì)不將儲(chǔ)層壓裂情況下的壓回法壓井規(guī)律進(jìn)行研究。

為了揭示壓回過(guò)程中壓回流體在儲(chǔ)層流動(dòng)的規(guī)律，首先假定儲(chǔ)層原始滲透率為k1。其次在壓井前的鉆井過(guò)程中，由于井底壓力通常稍高于地層壓力來(lái)控制地層流體侵入井筒，因此鉆井液在正壓差的作用下會(huì)不可避免地進(jìn)入儲(chǔ)層一部分，對(duì)地層造成沖刷，并污染地層，在鉆井液進(jìn)入地層后，鉆井液中與地層不配伍的水相與地層接觸后，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層內(nèi)含有的黏土礦物膨脹從而使近井地帶的滲透率下降［12-15］，因此假定這部分污染帶的滲透率為k2。最后，在正常鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆井液的造壁作用，鉆井液中的固相顆粒在鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)在井壁的表面形成泥餅，雖然泥餅可以減少鉆井過(guò)程中鉆井事故的發(fā)生，但在壓回法壓井過(guò)程中也會(huì)降低井筒流體進(jìn)入地層的量，對(duì)壓回過(guò)程造成一定的阻礙作用，因此可假定泥餅滲透率為k3。

因此，在恒定井底流壓壓井過(guò)程中，將數(shù)值模型的滲透率劃分為3個(gè)區(qū)域，分別為地層原始k1滲透率區(qū)域，近井鉆井液污染帶滲透率為k2區(qū)域，井壁泥餅滲透率為k3區(qū)域，三者關(guān)系為

已有學(xué)者研究表明，在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)于低滲儲(chǔ)層(滲透率為35×10-3μm2)泥餅的滲透率在6×10-3μm2左右，對(duì)于中滲儲(chǔ)層(滲透率115×10-3μm2)泥餅的滲透率在10×10-3μm2左右，對(duì)于高滲儲(chǔ)層(滲透率為325×10-3μm2)泥餅的滲透率一般在17×10-3μm2左右［16］。Ohen等［17］在實(shí)驗(yàn)室條件下建立了鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害模型，污染儲(chǔ)層深度(污染最遠(yuǎn)處至井筒的距離)一般小于5 m，5 m以內(nèi)發(fā)生污染后的儲(chǔ)層滲透率與初始儲(chǔ)層滲透率的比值隨著距離的增加而減小，而5 m以外認(rèn)為不發(fā)生儲(chǔ)層污染，滲透率不變。因此在數(shù)值模型中的k2區(qū)域，設(shè)定其半徑為5 m。綜上考慮，建立數(shù)值模型如圖2所示，白色區(qū)域?yàn)榫菜谖恢?，井筒四周由?nèi)至外分別為井壁泥餅滲透率為k3區(qū)域、中間近井鉆井液污染帶滲透率為k2區(qū) 域、最外層原始k1滲透率區(qū)域。

圖2 恒定井底流壓壓井過(guò)程滲透率區(qū)域劃分Fig.2 Permeability zone division in the process of well killing at constant bottom hole flowing pressure

2.2 流體流動(dòng)模型

建立了考慮鉆井過(guò)程中井周污染以及井壁泥餅的儲(chǔ)層區(qū)域劃分模型，所建立模型的滲透率分布如圖3所示，紅色區(qū)域代表原始未收到污染的地層，滲透率為k1，綠色區(qū)域代表近井地帶受到鉆井液污染的地層，滲透率為k2，藍(lán)色區(qū)域代表井壁泥餅區(qū)域，滲透率為k3。模型網(wǎng)格數(shù)為100×100×50。

圖3 不考慮地層壓裂作用的數(shù)值模型滲透率示意圖Fig.3 Schematic permeability of the numerical model without considering reservoir fracturing effect

為了研究?jī)?chǔ)層性質(zhì)對(duì)壓回法壓井過(guò)程的影響，選用某井的具體模擬參數(shù)見(jiàn)表1，表中的泥餅滲透率取值由實(shí)驗(yàn)室滲濾實(shí)驗(yàn)測(cè)得。為了在保證模擬精度的情況下盡可能提高計(jì)算速度，將平面網(wǎng)格步長(zhǎng)取5 m，縱向網(wǎng)格步長(zhǎng)由于需要討論層厚的影響，為了保證計(jì)算精度選擇網(wǎng)格步長(zhǎng)為1 m。

表1 不同儲(chǔ)層厚度模型模擬參數(shù)選擇Table 1 Parameter selection of different reservoir thickness models

為了模擬壓回過(guò)程中井內(nèi)氣體和壓井液在儲(chǔ)層中的流動(dòng)狀態(tài)，需要對(duì)儲(chǔ)層的氣相相對(duì)滲透率及液相相對(duì)滲透率進(jìn)行確定。由于研究重點(diǎn)是儲(chǔ)層不同性質(zhì)對(duì)壓回過(guò)程效果的影響，因此忽略替他次要因素影響，相對(duì)滲透率曲線取值采用較理想條件下的數(shù)值，模型模擬過(guò)程中所選用的氣相相對(duì)滲透率及液相相對(duì)滲透率的取值如圖4所示。

圖4 相對(duì)滲透率曲線Fig.4 Relative permeability curve

3 儲(chǔ)層性質(zhì)對(duì)壓回過(guò)程的影響

在目前大多數(shù)對(duì)于壓回法壓井的研究中，井筒包括3個(gè)區(qū)域：上部液相區(qū)、中部氣液兩相混相區(qū)、下部純氣相區(qū)。但是實(shí)際壓井過(guò)程中，井筒下部不一定全為氣相，有可能還出現(xiàn)氣液置換，從而多出了一部分液相區(qū)域，從而變?yōu)椋荷喜恳合鄥^(qū)、中上部氣液兩相混相區(qū)、中下部氣相區(qū)。為了揭示儲(chǔ)層性質(zhì)影響下單相流體壓回過(guò)程的規(guī)律，因此研究中以單相氣壓回為研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 儲(chǔ)層厚度

根據(jù)第2節(jié)中建立的不壓裂儲(chǔ)層流動(dòng)模型，利用CMG軟件代入相應(yīng)的模擬參數(shù)進(jìn)行壓回法壓井過(guò)程模擬，討論儲(chǔ)層厚度對(duì)壓回過(guò)程的影響，分別調(diào)整儲(chǔ)層厚度參數(shù)h為5 m、10 m、15 m，得到井底壓力隨壓井時(shí)間變化關(guān)系曲線，如圖5所示。在當(dāng)前條件下，恒定壓回量壓井時(shí)，對(duì)于不同厚度儲(chǔ)層，在壓井前期井底壓力迅速升高，且儲(chǔ)層厚度越小井底壓力升高速度越快。以所用井筒參數(shù)模擬來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層厚度每減小5 m，壓井24 h后壓力上升2～3 MPa，對(duì)于2 000 m深度的井筒來(lái)說(shuō)，上升幅度較大，因此在鉆井過(guò)程中儲(chǔ)層厚度的影響不可忽視。對(duì)于儲(chǔ)層厚度的影響來(lái)說(shuō)，隨著儲(chǔ)層厚度的減小或者增大相同的幅度，井底流壓上升幅度基本相同，不存在急劇上升或者降低的現(xiàn)象。因此，儲(chǔ)層厚度對(duì)壓回法壓井過(guò)程的影響較為線性。

圖5 不同儲(chǔ)層厚度條件下井底壓力隨壓井時(shí)間變化曲線Fig.5 Variation of bottom hole pressure with well killing time at different reservoir thicknesses

由于采用恒定壓回量的壓井方法，在壓回過(guò)程中需要建立井底與儲(chǔ)層之間的壓差，井筒內(nèi)流體才能被壓回地層內(nèi)，壓井初期井筒內(nèi)壓力等于甚至小于地層壓力，因此在壓井初期井筒壓力迅速上升。在壓井初期，平面徑向流條件下，井底與地層之間的壓差與流量之間的關(guān)系為

由式(19)可知，在恒定注入量的條件下，井底與地層之間的壓力梯度與地層厚度呈反比關(guān)系。地層厚度越小，所需要的壓力梯度越大，反之，所需要的壓力梯度越小。因而在壓井過(guò)程中，地層厚度越小，井底流壓越大。對(duì)于不同儲(chǔ)層情況，打開(kāi)厚度越大，井筒流體相對(duì)來(lái)說(shuō)壓回越容易。對(duì)于某些高危井場(chǎng)工況(例如海洋平臺(tái)等)，如果打開(kāi)儲(chǔ)層厚度較大，為了平臺(tái)的安全，可以選擇壓回法壓井將井筒流體壓回儲(chǔ)層，從而優(yōu)先保證平臺(tái)的安全。

3.2 孔隙度

根據(jù)上述模型，討論孔隙度對(duì)壓回過(guò)程的影響，假定打開(kāi)儲(chǔ)層厚度為10 m，分別改變孔隙度值為0.05、0.08、0.1，得到井底壓力隨壓井時(shí)間變化關(guān)系曲線，如圖6所示。恒定壓回量壓井時(shí)，井底流壓隨時(shí)間增大而增加，且孔隙度越小，壓力升高增加越快，同時(shí)，隨著孔隙度的減小，井底流壓上升幅度越來(lái)越大。儲(chǔ)層孔隙度從0.1下降至0.08，壓井24 h后壓力上升幅度小于1 MPa，儲(chǔ)層孔隙度從0.08下降至0.05，壓井24 h后壓力上升幅度大于5 MPa，相差幅度過(guò)高，若使用壓回法長(zhǎng)時(shí)間壓井，易引起更嚴(yán)重的事故。因此，在使用壓回法壓井過(guò)程中，儲(chǔ)層孔隙度是需要重點(diǎn)考慮的因素。

圖6 不同孔隙度下井底壓力隨壓井時(shí)間變化曲線Fig.6 Variation of bottom hole pressure with well killing time at different porosities

在鉆井過(guò)程中，在近鉆頭處的地層沒(méi)有套管將井筒內(nèi)流體與地層隔開(kāi)，此時(shí)由于鉆井液循環(huán)以及井底流壓可能高于地層壓力從而會(huì)導(dǎo)致鉆井液在鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)入地層，造成近井地帶的污染。當(dāng)發(fā)生井涌時(shí)，地層內(nèi)的氣體剛剛開(kāi)始進(jìn)入井筒中，近井地帶由于鉆井期間鉆井液的污染，仍具有較高的液相飽和度，井筒下部氣液兩相易于被壓入地層中。氣液兩相進(jìn)入地層孔隙過(guò)程可簡(jiǎn)化為單管束模型，在層流狀態(tài)下，一根均勻圓管(孔隙)的流量可以表示為［18-19］

式中，qh為 孔隙流量，m3/Ps;ra為 孔隙半徑，μm； Δp為孔隙兩端的壓差，即流動(dòng)壓差，MPa； ΔL為孔隙長(zhǎng)度，m。

由式(20)可知，在流量一定的情況下孔隙半徑越大，驅(qū)動(dòng)壓差則越小，反之，驅(qū)動(dòng)壓差則越大。

3.3 泥餅滲透率

由于在實(shí)際鉆井過(guò)程中泥餅的滲透率與鉆井液成分相關(guān)，不同井的鉆井液成分雖然不一定相同，但對(duì)于泥餅滲透率的變化幅度影響都很小。因此，為研究泥餅滲透率對(duì)井底壓力的影響，模型設(shè)定較大的泥餅滲透率間隔，分別人為設(shè)定泥餅滲透率為5×10-3μm2、10×10-3μm2和15×10-3μm2，為了更明顯地觀察到泥餅滲透率對(duì)井底壓力變化的影響，此時(shí)更改原始20×10-3μm2地層滲透率為100×10-3μm2。設(shè)定儲(chǔ)層打開(kāi)層厚為10 m，得到不同泥餅滲透率下，井底壓力隨時(shí)間變化曲線，如圖7所示。

圖7 不同泥餅滲透率下井底壓力隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Variation of bottom hole pressure with well killing time at different mud cake permeabilities

由圖7可知，恒定壓回量壓井時(shí)，壓井過(guò)程中井底壓力持續(xù)升高，由于此時(shí)地層滲透率較高(100×10-3μm2)，地層滲流能力增強(qiáng)，因此井底壓力在前期迅速升高后在后期處于緩慢升高趨勢(shì)。井壁上的泥餅滲透率的改變對(duì)恒定壓回量壓井過(guò)程存在影響。泥餅滲透率越低，井底壓力在壓井前期上升速度相對(duì)越快，反之，井底壓力在壓井前期上升速度相對(duì)越慢。同時(shí)，從圖7中也可以看出，隨著泥餅滲透率的減小，井底流壓上升幅度越來(lái)越大。

為了研究井壁泥餅滲透帶滲透率的變化對(duì)壓回法壓井過(guò)程的影響，研究中放大了井壁泥餅滲透帶的寬度同時(shí)放大了井壁泥餅滲透率的變化幅度，但數(shù)值模擬結(jié)果表明，井壁泥餅滲透率的變化對(duì)壓回法壓井過(guò)程井底流壓隨時(shí)間的變化存在一定影響，但總體上影響較小。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，井壁泥餅的厚度要小于模型中設(shè)定的泥餅厚度，泥餅的滲透率變化值也小于本模型中設(shè)定的滲透率變化值，因而在實(shí)際壓回法壓井過(guò)程中，泥餅的滲透率值變化對(duì)總體壓井過(guò)程井底流壓隨時(shí)間變化的影響較小，可以弱化考慮。

3.4 儲(chǔ)層含氣飽和度

當(dāng)打開(kāi)儲(chǔ)層厚度為10 m時(shí)，分別改變儲(chǔ)層含氣飽和度值為0.4、0.6、0.8，觀察不同儲(chǔ)層含氣飽和度下井底流壓隨時(shí)間變化的特征，得到井底壓力隨壓井時(shí)間變化關(guān)系曲線如圖8所示。恒定壓回量壓井時(shí)，井底流壓隨時(shí)間增大而增加，且含氣飽和度越低，壓力升高增加越快。對(duì)于含氣飽和度來(lái)說(shuō)，隨著含氣飽和度的減小或者增大，井底流壓上升幅度不大，不存在急劇上升或者降低的現(xiàn)象，同時(shí)不同的含氣飽和度對(duì)井底流壓變化的影響也不大。因此，含氣飽和度對(duì)壓回法壓井過(guò)程的影響不大。

圖8 壓井過(guò)程中不同含氣飽和度對(duì)井底壓力的影響Fig.8 Influence of gas saturation on bottom hole pressure in the process of well killing

在壓井初期，平面徑向流條件下，井底與地層之間的壓差與流量之間的關(guān)系呈現(xiàn)式(19)的規(guī)律。由式(19)可知，在恒定注入量的條件下，井底與地層之間的壓力梯度與地層流體黏度呈正比關(guān)系。地層流體黏度越大，所需要的壓力梯度越大，反之，所需要的壓力梯度越小。在地層中原始含有氣液兩相流體，氣相流體的黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液相，因此在兩相狀態(tài)下，氣相組分占比越高，表現(xiàn)為地層流體的總體黏度越低，驅(qū)動(dòng)時(shí)所需要的壓差越小。因而在壓井過(guò)程中，含氣飽和度越低，井底流壓越大。

綜上所述，遇到鉆井事故需要進(jìn)行壓回法壓井，需重點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)層厚度以及孔隙度對(duì)壓回法壓井的影響因素進(jìn)行考慮；例如打開(kāi)的儲(chǔ)層厚度較小、孔隙度較小，在現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備所能承受的極限范圍內(nèi)，使用壓回法壓井到底適不適合、會(huì)不會(huì)壓裂儲(chǔ)層而產(chǎn)生更嚴(yán)重的事故就需要重新評(píng)估；而含氣飽和度以及泥餅滲透率對(duì)壓回法壓井的影響因素可以弱化考慮。

4 結(jié)論

建立了考慮泥餅、儲(chǔ)層被鉆井液污染的影響下的壓井液在壓回儲(chǔ)層后的流動(dòng)模型。分析了壓回過(guò)程井筒的壓力變化規(guī)律，以及分析了泥餅、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層滲透率以及儲(chǔ)層飽和度對(duì)壓回效率的影響，得出如下結(jié)論。

(1)使用壓回法壓井期間，儲(chǔ)層厚度越小會(huì)導(dǎo)致井底壓力升高速度越快。隨著儲(chǔ)層厚度的減小或者增大相同的數(shù)值，相同時(shí)間內(nèi)井底流壓上升幅度基本相同。不同的儲(chǔ)層厚度對(duì)井底壓力的影響較大，因此儲(chǔ)層厚度在壓回法壓井過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮。

(2)孔隙度越小，壓力升高增加越快，同時(shí)，隨著孔隙度的減小，井底流壓上升幅度越來(lái)越大，在使用壓回法壓井期間，儲(chǔ)層孔隙度是需要重點(diǎn)考慮的因素；泥餅滲透率越低，井底壓力在壓井前期上升速度相對(duì)越快，反之，井底壓力在壓井前期上升速度相對(duì)越慢。同時(shí)，隨著泥餅滲透率的減小，井底流壓上升幅度越來(lái)越大。但相對(duì)于儲(chǔ)層孔隙度與儲(chǔ)層滲透率來(lái)說(shuō)，泥餅的影響總體較?。缓瑲怙柡投鹊淖兓趬夯胤▔壕^(guò)程中對(duì)井底流壓變化的影響很小，可以從輕考慮。