無(wú)論是總監(jiān)還是副監(jiān)督，助理監(jiān)督，大伙都在自己的崗位上努力工作，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)接觸到的不同作業(yè)內(nèi)容，解決作業(yè)過(guò)程中遇到的各類問(wèn)題，從而不斷熟悉各類作業(yè)的流程，掌握各個(gè)作業(yè)關(guān)鍵步驟的要領(lǐng)，控制并預(yù)防可能產(chǎn)生的不利風(fēng)險(xiǎn)。這樣，在最初的三年監(jiān)督工作內(nèi)，各方面能力都有顯著的提高，然后就容易進(jìn)入一個(gè)慣性思維的固定作業(yè)過(guò)程，這就是所謂的經(jīng)驗(yàn)思維模式。

一個(gè)大學(xué)生很容易就用未知數(shù)來(lái)解小學(xué)生的應(yīng)用題，用導(dǎo)數(shù)來(lái)解中學(xué)生的幾何方程，就矩陣來(lái)解高中生的代數(shù)方程組。一般來(lái)說(shuō)，目前從事作業(yè)監(jiān)督工作的，都是大學(xué)畢業(yè)生?？赡壳暗膯?wèn)題是，咱們這些工學(xué)士對(duì)自己從事的現(xiàn)場(chǎng)油水井作業(yè)很少去關(guān)注細(xì)節(jié)，而這些細(xì)節(jié)之所以說(shuō)細(xì)節(jié)，在于通過(guò)理論計(jì)算出存在的差異。

有些困難來(lái)自于沒有數(shù)據(jù)，或者無(wú)法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這就讓現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督難以判斷多少量是合適的，恰到好處的。下面所要講到的作業(yè)內(nèi)容，就是一個(gè)井下作業(yè)監(jiān)督應(yīng)該具備的作業(yè)理論知識(shí)，知道怎樣去獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過(guò)理論計(jì)算來(lái)證實(shí)自己的判斷，執(zhí)行下一步正確的步驟。希望在這里闡述的思路能夠起到拋磚引玉的作用，激發(fā)起大家不斷探尋作業(yè)理論的熱情，匯總成咱們作業(yè)室井下作業(yè)監(jiān)督在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的一本指導(dǎo)手冊(cè)。

理論來(lái)源于實(shí)踐，來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。所以先闡述一口常規(guī)檢泵井作業(yè)過(guò)程中涉及到的基礎(chǔ)計(jì)算，以利于大家循序漸進(jìn)，關(guān)注細(xì)節(jié)差異，用數(shù)據(jù)來(lái)分析，提高處理問(wèn)題的能力。

一．?常規(guī)檢泵作業(yè)

1、?洗壓井計(jì)算項(xiàng)

一口油水生產(chǎn)故障井在洗壓井之前，先記錄油套壓。在確保油套連通的情況下，開始放壓，觀察壓力變化情況，在取樣口觀察有無(wú)油氣溢流。要是放壓為零，再關(guān)井若干小時(shí)，每小時(shí)觀察壓力變化情況。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)開關(guān)井過(guò)程，是地層壓降和壓恢的粗略反映，在井下管柱有壓力監(jiān)測(cè)裝置的情況下，可以直讀數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確了解情況。這好比中醫(yī)診病望聞問(wèn)切中搭脈過(guò)程。

1.1?靜液面深度測(cè)算

井筒可以視為一個(gè)連通器，油管內(nèi)部與油套環(huán)形空間是聯(lián)通的，其引用的原理是個(gè)U形管原理或連通器原理。

【定義】上端開口不連通，下部連通的容器叫做連通器。

【性質(zhì)】連通器里的同一種液體不流動(dòng)時(shí)，各容器中直接與大氣接觸的液面總是保持同一高度。

連通器，是液面以下相互連通的兩個(gè)或幾個(gè)容器。盛有相同液體、液面上壓力相等的連通器，其液面高度相等。

（1） 連通器盛有相同液體，但液面上壓力不等，則液面的壓力差等于連通器兩容器液面高差所產(chǎn)生的壓差。

（2） 連通器液面上壓力相等，但兩側(cè)有互不相混的不同液體，自分界面起兩液面之高度與液體密度成反比。

當(dāng)一口油井長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)后，地層靜壓力得到充分恢復(fù)，這時(shí)地層靜壓力與井筒內(nèi)的流體靜液柱產(chǎn)生的壓力相等，井筒與地層之間的流體交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

在往井筒內(nèi)灌注液體Q液至井口灌滿，假設(shè)這個(gè)過(guò)程中井筒的初始靜液面不發(fā)生變化，那么根據(jù)井筒容積換算關(guān)系，可以得到初始靜液面的深度H深。

Q液=(A環(huán)空+A油管)*H深--------------------------------------------------------------(1)

A環(huán)空=?*π*(ID套管2-OD油管2)---------------------------------------------------(2)

A油管=?*π*ID油管2-----------------------------------------------------------------(3)

其中，ID套管、OD油管、ID油管為已知，Q液為實(shí)際測(cè)量值。

把式(2)、(3)代入式(1)，即可得到H深。

在這里需要留意一個(gè)細(xì)微的差別，請(qǐng)各位監(jiān)督想一想，是什么？

1.2?地層靜壓預(yù)測(cè)

打入多少洗井液才開始有液體返出，這個(gè)量Q液可以測(cè)出來(lái)，并推算油套環(huán)空靜液柱深度，進(jìn)一步得到一個(gè)初步的地層靜壓值P靜。

若地層中部深度H地層，則初始靜液柱高度為ΔH =H地層-H深。按純水液柱高度折算得到：

P靜= P關(guān)套+ρ水*g*ΔH=ρ水*g* H地層-H深。要注意的是井斜，若非直井，則把斜深ΔH =H地層-H深轉(zhuǎn)化為垂深，即ΔH⊥=H⊥地層-H⊥深。則有P靜=P關(guān)套+ρ水*g*(H⊥地層-H⊥深)

若能通過(guò)反循環(huán)洗井，則從油管返出流體依次為(油管內(nèi))天然氣--(油管內(nèi))原油--(油管內(nèi))地層水--(油套環(huán)空)地層水--(油套管空)原油—反洗泵入的地?zé)崴?/p>

從而可以粗略的得到Q油+Q水=Q液，Q油=(A環(huán)空+A油管)*H油柱，這樣P靜可以進(jìn)一步細(xì)化為：

P靜=P關(guān)套+P油+P水= P關(guān)套+ρ油*g*H⊥環(huán)空油柱+ρ水*g *(H⊥地層-H⊥深-H⊥環(huán)空油柱)，其中H⊥油柱≈H⊥環(huán)空油柱。細(xì)心的監(jiān)督還可以采用Q油=Q油管油+Q環(huán)空油來(lái)計(jì)算H⊥油柱與H⊥環(huán)空油柱的差異。

當(dāng)然有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在的問(wèn)題，那就是初期反循環(huán)洗井返出液直接進(jìn)生產(chǎn)流程，難以獲得Q油值，這就是在前言中提到數(shù)據(jù)難以錄取，從而忽略了洗井作業(yè)細(xì)節(jié)的情形，監(jiān)督從開始就疏于思考不同油氣井作業(yè)的差異。

2、?起管柱計(jì)算項(xiàng)

起管柱主要有倆個(gè)部分：解封過(guò)電纜封隔器和正常起鉆作業(yè)。這里主要介紹解封作業(yè)的重要性與關(guān)鍵點(diǎn)。解封過(guò)電纜封隔器之前需要試提油管掛，所以需要先區(qū)分這兩者的差別。

2.1?試提油管掛

回接管柱上緊后，在管柱上與轉(zhuǎn)盤面平齊處做好方入標(biāo)記，上提之前一定要確認(rèn)油管掛四周頂絲已經(jīng)全部退出到位。上提力參考上一次動(dòng)管柱作業(yè)座掛時(shí)所記錄的上提懸重，注意觀察管柱方入變化。在此基礎(chǔ)上增加2~3噸為宜。

2.2?解封過(guò)電纜封隔器

在油管掛提離四通上移0.5m左右，上提懸重繼續(xù)增加，解封力F解根據(jù)下井時(shí)過(guò)電纜封隔器的剪切銷釘數(shù)量N釘和單個(gè)銷釘?shù)募羟辛γ芮邢嚓P(guān)。有：F解=σ釘*N釘。通常σ釘=10,000lbs(磅)，N釘=4，計(jì)算得F解=40,000lbs(磅)，合18.14tons(噸)。所以在解封過(guò)電纜封隔器時(shí)，過(guò)提力控制在20tons以內(nèi)，密切注意懸重波動(dòng)變化。

注意在上提過(guò)程中懸重的波動(dòng)體現(xiàn)了剪切銷釘?shù)膭?dòng)作，環(huán)空液面的下降體現(xiàn)了封隔器密封膠皮回縮過(guò)程，這需要幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，所以維持過(guò)提力至懸重緩慢下降至正常上提懸重，封隔器才徹底解封。

2.3?摩阻估算

在正常起下鉆作業(yè)，經(jīng)過(guò)造斜點(diǎn)或大狗腿度的井眼段時(shí)，要養(yǎng)成監(jiān)測(cè)該井段摩阻的良好習(xí)慣。停止起下鉆時(shí)，有一個(gè)靜止懸重W靜，在以某一個(gè)安全速度正常上提，顯示上提懸重W提，以正常下鉆速度下放，顯示下放懸重W放。當(dāng)上提遇卡時(shí)，懸重上升至W卡，當(dāng)下放遇阻時(shí)，懸重降至W阻，則有：

上提摩阻F提=W提-W靜；下放摩阻F放=W靜-W放。

過(guò)提拉力F拉=W卡-W提；下放鉆壓F壓=W放-W阻。這兩個(gè)參數(shù)值都已消除了摩阻的影響。

3、?漏失量計(jì)算

不知各位監(jiān)督注意到?jīng)]有，在上述計(jì)算靜液面和地層靜壓力時(shí)，都假設(shè)了井筒是一個(gè)近似封閉的空間，而在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，井筒井液與地層流體是置換互動(dòng)的。判斷依據(jù)則是以地層靜壓P靜與井眼靜液柱壓力P液之差ΔP(=P靜-P液)。

若ΔP<0，即P靜<P液，地層靜壓小于井筒液柱壓力，井筒液體向地層孔隙漏失；

若ΔP<0，即P靜>P液，地層靜壓大于井筒液柱壓力，地層流體流向井筒，發(fā)生井侵；

若ΔP=0，即P靜=P液，地層靜壓等于井筒液柱壓力，井筒與地層保持動(dòng)態(tài)平衡；

由于大多數(shù)油氣井生產(chǎn)進(jìn)入中后期，地層能量衰竭，循環(huán)洗壓井作業(yè)過(guò)程中往往存在漏失情況，這里分為循環(huán)漏失與靜漏失兩種情況來(lái)估算。

3.1?循環(huán)漏失速率ΔQd

建立循環(huán)后，保持穩(wěn)定泵壓與泵速，計(jì)量單位時(shí)間內(nèi)泵入井內(nèi)總液量Q入，以及返出井口液體總量Q出，兩者之差ΔQd=Q入-Q出，就是單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)循環(huán)漏失速率(均值)。其某一時(shí)刻的瞬時(shí)差值，則為瞬時(shí)動(dòng)態(tài)循環(huán)漏失速率(瞬時(shí)值)，該情況下，進(jìn)出口均需配置直讀流量計(jì)。這樣可以測(cè)出多組不同泵速下對(duì)應(yīng)的泵壓及動(dòng)態(tài)循環(huán)漏失均值；

3.2?靜漏失速率ΔQs

靜漏失是指井筒灌滿液后停泵放壓，不循環(huán)情況下等候壓力擴(kuò)散一段時(shí)間(Tw)的漏失量。估算時(shí)需要重新啟泵以某一泵速值循環(huán)洗井至再次灌滿井筒，剛見返出時(shí)計(jì)量累計(jì)泵入總液量Q入與泵注耗時(shí)(Tp)。則估算靜漏失速率如下：

1) ?包括動(dòng)漏失情況下，單位時(shí)間的靜漏失速率ΔQs1=Q入/(Tw+Tp)

2) ?消除動(dòng)漏失情況下，單位時(shí)間的靜漏失速率ΔQs2=(Q入-ΔQd*Tp)/(Tw+Tp)

準(zhǔn)確的靜漏失速率在兩者之間，即ΔQs2<ΔQs<ΔQs1。在極端情況下若沒有返出液，則單位時(shí)間漏失量大于Q入/Tp。

4、?泵排量計(jì)算

油氣井作業(yè)中必不可少的一大系統(tǒng)——循環(huán)系統(tǒng)，其關(guān)鍵的設(shè)備就是泥漿泵(Slurry Pump或Mud Pump)。

泥漿泵按缸套數(shù)量可分為單缸、雙缸、三缸、五缸等；按作用形式可分為單作用泵和雙作用泵。

單作用：在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)中僅完成一次吸排水動(dòng)作；

雙作用：在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)中完成兩次吸排水動(dòng)作。

針對(duì)檢泵作業(yè)中經(jīng)常使用的三缸泵，根據(jù)兩種不同作用形式，其計(jì)算方法如下：

4.1?三缸單作用泵排量Q3s

已知：缸套內(nèi)徑ID，沖程sl，沖數(shù)spm，缸套數(shù)量N，泵效η，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間T(min)。則累計(jì)排液量Q3s =π*?*ID2*sl*N*η*spm*T

4.2?三缸雙作用泵排量Q3d

已知：缸套內(nèi)徑ID，活塞桿直徑od，沖程sl，沖數(shù)spm，缸套數(shù)量N，泵效η，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間T(min)，則累計(jì)排液量Q3d =π*?*ID2*sl*N*η*spm*T + π*?*(ID2-od2)*sl*N*η*spm*T

= π*?*(2*ID2-od2)*sl*N*η*spm*T

?

5、?代排量計(jì)算

說(shuō)到不規(guī)則形狀物體代排量的計(jì)算，不得不提到物體力學(xué)之父阿基米德，各位監(jiān)督所記得的第一印象往往就是他那次著名的裸奔事件：

“據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)希耶隆二世制造了一頂金皇冠，但他總是懷疑金匠偷了他的金子而在皇冠中摻了銀。于是他請(qǐng)阿基米德來(lái)鑒定，但是要求不能破壞皇冠。阿基米德對(duì)著炫目的皇冠琢磨了半天，終于累了。于是仆人放好了洗澡水讓他去洗澡，當(dāng)他泡進(jìn)澡盆，看著溢出來(lái)的熱水時(shí)，于是，靈光一現(xiàn)。他忽然想到了揭開皇冠秘密的法寶：當(dāng)把物體完全浸沒在水中時(shí)，物體即使有相同重量但不同材質(zhì)，體積便會(huì)不同，那么排出的水量也不一樣?；砣婚_朗的阿基米德幸福地起身直奔大街，興奮的以至于忘了他是在一絲不掛地裸奔。”

實(shí)際上，阿基米德發(fā)現(xiàn)皇冠中的秘密所采用的方法就是測(cè)定不規(guī)則外形物體體積的方法：同等重量的物體密度大小可以通過(guò)排出的水量來(lái)衡量——排出水的體積等于物體外形的體積，即V固=V排。我們要特別注意的是，這里的V固不過(guò)是固體外形的體積而已，并非等于組成該固體所有固態(tài)物質(zhì)的體積。(據(jù)說(shuō)有個(gè)老婦人也拿了個(gè)金球要阿基米德鑒定真假，結(jié)果阿基米德得出的結(jié)論為：這不是純金的球。老婦人很氣憤，隨即一刀劈開了球，原來(lái)球是空心的，組成球的材料確實(shí)是貨真價(jià)實(shí)純金。阿基米德失誤在于把空心部分的空氣體積也作為固體體積了。)

排代量V排：各類不規(guī)則形狀物體排開液體所得的等效液體體積量。

開端排代量V開排：存在連通孔的物體排開液體的體積量；如各種油管，套管、帶孔管等。開端排代量=浸在液體中物體部分的體積；

閉端排代量V閉排：將連通孔各端封堵后排開液體的體積量。如空心球體，漂浮套管等。閉端排代量=浸在液體中物體部分的體積+部分容積(若是空心物體)

6、?浮力計(jì)算

阿基米德定律(Archimedes law)是物理學(xué)中力學(xué)的一條基本原理。浸 在液體(或氣體)里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力("Any object placed in a fluid displaces its weight; an immersed object displaces its volume.")。

其公式可記為F浮=G排=ρ液*g*V排液。

左圖：F浮=ρ液*g*V開排=ρ液*g*π/4*(D2-d2)*H深=ρ液*g*H深*S底截。

管柱在空氣中的重力G管=m管*g=ρ管*V管*g=ρ管*π/4*(D2-d2)*H深*g。

管柱在液體中的重力G液=G管-F浮=(ρ管-ρ液)*g*H深*π/4*(D2-d2)

浮力系數(shù)Kf=G液/G管=(ρ管-ρ液)/ρ管=1-ρ液/ρ管?(僅對(duì)<全>浸沒部分)

?

右圖：F浮=ρ液*g*V閉排=ρ液*g*π/4*D2*H深。

而管柱底面在斜深H深受到的壓強(qiáng)P深=ρ液*g*H⊥深。

對(duì)于直井，有H深=H⊥深，則F浮=P深*S底截，即管柱在其它深度受到的液壓作用相互抵消，合力為0。

注意：通過(guò)壓強(qiáng)來(lái)計(jì)算浸在液體中的浮力是較為困難的事情。

下面就舉一個(gè)例子說(shuō)明浮力和壓強(qiáng)的計(jì)算相關(guān)性。

當(dāng)一段長(zhǎng)度L、半徑R的圓柱體完全浸沒于液體中時(shí)，不論其如何放置——水平橫躺或者垂直豎立，根據(jù)排開液體的體積相同，其所受的浮力是相同的。然而，若是根據(jù)壓強(qiáng)來(lái)計(jì)算浮力，則會(huì)是兩個(gè)截然不同的分析與計(jì)算過(guò)程。

垂直豎立時(shí)，頂?shù)變啥嗣娣eS相同，即S頂端=S底端=S，在同一深度水平截面S受到的壓強(qiáng)相同，根據(jù)受力分析有F浮 =P底深*S底端- P頂深*S頂端 =ρ液*g*(H⊥底深-H⊥頂深)*S=ρ液*g*L*π*R2

當(dāng)水平橫放時(shí)，不同深度的截面不相同，因而各點(diǎn)所受液體的壓強(qiáng)不同，每一個(gè)深度截面的合力就不一樣，從頂面至底面的合力需要用微元疊加再積分得到，使用了高等數(shù)學(xué)微積分工具，這在公元前400多年的阿基米德時(shí)代還是無(wú)法做到的。如下圖示。

7、?壓差計(jì)算與判別

在第3點(diǎn)漏失量計(jì)算中，考慮全井筒為均一液體，在同一深度的油管或工具內(nèi)外受到相同的壓強(qiáng)，大小相同方向相反，作用力相互抵消。但是，若不同井段或管柱內(nèi)外為不同性質(zhì)的流體，密度、粘度等不相同，這就會(huì)產(chǎn)生壓差ΔР。

在井深H深處油管受到的內(nèi)外壓差ΔP =ρ油管*g*H⊥深-ρ環(huán)空*g*H⊥深

=(ρ油管-ρ環(huán)空)*g*H⊥深

判別結(jié)果：

1、ΔP＞0，管壁受內(nèi)壓力，不平衡——環(huán)空出現(xiàn)溢流；

2、ΔP＞0，管壁受外擠力，不平衡——油管出現(xiàn)溢流；

3、ΔP＝0，則ρ油管＝ρ環(huán)空，壓強(qiáng)相等，動(dòng)態(tài)平衡；

全井筒內(nèi)ΔP：

ΔP1=P靜-ρ油管*g*H⊥深-ρ產(chǎn)液*g*(H⊥地層-H⊥深)

ΔP2=P靜-ρ環(huán)空*g*H⊥深-ρ產(chǎn)液*g*(H⊥地層-H⊥深)

判別結(jié)果：

1、ΔP2、ΔP1＞0，井筒井涌；油管與環(huán)空溢流。

2、ΔP2＞0＞ΔP1，井筒不平衡，環(huán)空溢流；

3、ΔP1、ΔP2＜0，井液向地層漏失；

?

8、?壓井液配置計(jì)算

對(duì)于由兩種組分混合形成的平均量及各組分混合比率的計(jì)算，有一種比較簡(jiǎn)便的計(jì)算方法——十字交叉法。

凡可按M1*n1+M2n2=M*(n1+n2)計(jì)算的問(wèn)題，均可按十字交叉法計(jì)算。

式中，M表示混合物的某平均量，M1、M2則表示兩組分對(duì)應(yīng)的量。n1、n2表示混合物中什么物理量的份額，如物質(zhì)的量、體積等。

溶液配制計(jì)算中的十字交叉法

【例題1】欲配制40%的NaOH溶液100克，實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有10%的NaOH溶液和NaOH固體，問(wèn)此同學(xué)應(yīng)各取上述物質(zhì)多少克？

【分析】10%NaOH溶液溶質(zhì)為10，NaOH固體溶質(zhì)為100，40%NaOH溶液溶質(zhì)為40，利用十字交叉法得：需10%NaOH溶液為2/3×100=66.7克，需NaOH固體為 1/3×100=33.3克

【例題2】配制密度1.08g/cm3KCL溶液100m3，現(xiàn)場(chǎng)有密度1.03g/cm3過(guò)濾海水和KCL固體，問(wèn)需過(guò)濾海水多少方及KCL固體多少噸？

【分析】KCL固體密度1.984g/ml(噸/方)，采用十字交叉法得出過(guò)濾海水/KCL體積比：0.904/0.05，則有：

過(guò)濾海水體積=100*0.904/(0.904+0.05)=94.76方；

KCL固體用量=(100-94.76)*1.984=10.4噸。

9、?壓井計(jì)算例題

壓井方法：1、循環(huán)法

?????????????正循環(huán)：與反循環(huán)剛好相反。

?????????????司鉆法、工程師法、邊循環(huán)邊加重法。

?????????????反循環(huán)：不利于排污、井口不容易控制回壓、有利于建立液柱。

2、灌注法

3、擠注法

壓井注意事項(xiàng)：

1、首要的是選擇一個(gè)合理的壓井液密度。

2、防止把井(地層)壓漏。

3、選擇合理的壓井方法。

4、地面一定要有回壓。(二級(jí)井控作業(yè))

壓井作業(yè)實(shí)例(來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

某井用密度ρm=1.4g/cm3的泥漿鉆至井深H＝3000m處發(fā)現(xiàn)溢流，馬上關(guān)井檢測(cè)井筒內(nèi)壓力如下：Pa=2MPa(關(guān)井立壓)。Ps=3.7MPa(關(guān)井套壓)。溢流量V=1.7m3，套管下入深度H鞋=2000m，套管鞋處地破當(dāng)量密度ρ鞋=2.0g/cm3。井內(nèi)鉆鋌的長(zhǎng)度L鋌=150m。鉆鋌內(nèi)外平均內(nèi)容積分別為8L/m和11.75L/m。鉆桿內(nèi)外平均內(nèi)容積分別為10L/m和20L/m。且知平時(shí)鉆進(jìn)排量Q=40L/s時(shí)，泵壓為18MPa。(請(qǐng)用司鉆法壓井。所有深度為垂深)

ρ壓＝ρ原+102*Pa/H+ρ安全附加值，只要判斷出溢流體的性質(zhì)ρ溢流就可以定出ρ安全附加值。

H溢流=V/11.75=1.7*1000/11.75=144.68m≈145m＜150m。在鉆鋌環(huán)空。ρ溢流=ρm-102*(Ps-Pa)/H溢流=0.202g/cm3，經(jīng)判斷地層流體為氣體，按照《細(xì)則》規(guī)定：ρ安全附加值取值范圍0.07~0.15g/cm3；截取0.1g/cm3。

計(jì)算得到ρ壓 =ρm+102*Pa/H+ρ安全附加值=1.568g/cm3≈1.57g/cm3。

1) 由關(guān)井狀態(tài)轉(zhuǎn)為開井循環(huán)狀態(tài)過(guò)程中，為保持井底恒壓，地面需施加給液柱的最小壓力值P初我們稱之為"初始回壓"。

P初=Pa+Pci；Pci為低泵沖泵壓，取Q=20L/s則Pci=18/4=4.5MPa。P初=2+4.5=6.5MPa。

2) 當(dāng)壓井液到達(dá)鉆頭時(shí)地面施加井筒的壓力P終稱為"終了立壓"。

P終=ρ壓/ρm*Pci=1.57/1.4*4.5=5.04MPa。

3) 地層靜壓 P靜=Pa+P液=2+0.00981*H*ρm=43.2MPa

4) 壓井泥漿量 Qm=2*Q有效井筒容積=2*(鉆桿/鋌內(nèi)外環(huán)空容積)，Qm=2*88.625m3≈177m3。

5) 壓井循環(huán)時(shí)間Tm=2*T周(司鉆法按循環(huán)兩周計(jì)算)

T1= [(3000-150)*(10+20)+150*(8+11.75)]/20/60≈74mins

T2= [(3000-150)*10+150*8]/20/60=24.75mins≈25mins

T3= [(3000-150)*20+150*11.75]/20/60=48.97mins≈49mins

壓井過(guò)程中“既要把井壓住，又不至于把井壓漏”。

①最大允許關(guān)井套壓Pmax

Pmax=0.00981*H鞋*(ρ鞋-ρm)=0.00981*2000*(2-1.4)=11.77MPa

②最大允許壓井套壓(若壓井作業(yè)中需要關(guān)井，此時(shí)“最大允許關(guān)井套壓”稱為“最大允許壓井套壓”)

Pmax=0.00981*H鞋*(ρ鞋-ρ壓)=0.00981*2000*(2-1.57)=8.43MPa

即：開始關(guān)井過(guò)程中地面套壓表讀值不要超過(guò)11.77MPa；壓井過(guò)程中地面套壓表讀值不要超過(guò)8.43MPa。才能確保井筒也不會(huì)壓破。

施工步驟：

①：緩慢啟動(dòng)泵，往井內(nèi)泵入密度為1.40g/cm3的原泥漿，控制泵的排量Q＝20L/s，同時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，使立壓表值為6.5MPa(回壓)。循環(huán)74分鐘(排污)

②：若此時(shí)停泵：Ps＝Pa＝2MPa 說(shuō)明：排污(井侵氣體)干凈。

③：又緩慢啟動(dòng)泵，往井內(nèi)泵入密度為1.57g/cm3的重泥漿，控制泵的排量Q＝20L/s，同時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，使套壓表值為2MPa（回壓)。循環(huán)25分鐘。

④：若此時(shí)停泵：Ps＝2MPa，Pa＝0MPa；說(shuō)明：壓井泥漿密度和高度是合理的。

⑤：再緩慢啟動(dòng)泵，繼續(xù)往井內(nèi)泵密度為1.57g/cm3的重泥漿，控制泵的排量Q＝20L/s，同時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，使立壓表值5.04MPa(回壓)。循環(huán)49分鐘。

⑥此時(shí)停泵：Ps＝Pa＝0MPa 說(shuō)明：壓井成功。

?

10、?射孔負(fù)壓值確定(摘自海洋完井手冊(cè))

砂巖油氣層大體上可分為致密地層和非致密地層兩類，致密地層射孔后一般不出砂，可用大的負(fù)壓值；而非致密地層射孔后易出砂，必須選用合理的負(fù)壓值，射孔時(shí)既能把射孔碎屑及壓實(shí)層清除干凈，又不會(huì)破壞地層結(jié)構(gòu)。

下面僅介紹VANN公司推薦的確定最小負(fù)壓值和最大負(fù)壓值的方法，此方法比較簡(jiǎn)單。

1) 確定最小負(fù)壓值

致密地層和非致密地層最小負(fù)壓值(用P?min表示)一般可用下式來(lái)計(jì)算：

致密地層：pmin?= 6.89*3.5/k0.37

非致密地層：pmin?= 6.89*2.5/k0.17

式中P——壓力，MPa；K——地層滲透率，10-3μm2。

2) 確定最大負(fù)壓值

如果知道地層的抗壓強(qiáng)度，可用下式計(jì)算：

最大負(fù)壓值=實(shí)際地層壓力-最小孔隙壓力=地層壓力-(上覆地層壓力-1.7*地層抗壓強(qiáng)度)，上覆地層壓力可用0.0136～0.0226MPa/m(0.6~l psi/ft)計(jì)算，如果不知道地層的靜壓梯度，可取0.018MPa/m(0.8 psi/ft)進(jìn)行計(jì)算。如果不知道地層的抗壓強(qiáng)度，致密地層的最大負(fù)壓值一般取新套管抗壓強(qiáng)度的80%(舊套管取50%)或下井工具工作壓力的80%。

非致密地層的最大負(fù)壓值(用Pmax表示)一般可用下列公式計(jì)算：

聲波時(shí)差法(△T )：

油層 Pmax＝(3600-20*△T )*6.89*10-3

氣層 Pmax＝(4750-25*△T)*6.89*10-3

體積密度法(RHO)：

油層Pmax= 6.89*(2.34*RHO-4)

氣層Pmax= 6.89*(2.90*RHO-4)

也可用查圖表直接用△T 和RHO的數(shù)值對(duì)應(yīng)查出最大負(fù)壓值。其中，△T 及RHO可分別由聲波測(cè)井曲線及補(bǔ)償密度測(cè)井曲線獲得。

3) 最佳負(fù)壓值

確定最大負(fù)壓值和最小負(fù)壓值之后，求出這兩者的中點(diǎn)值，射孔最佳負(fù)壓值要根據(jù)油氣田的地層巖性特點(diǎn)、鉆井過(guò)程泥漿污染輕重和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)非致密地層應(yīng)在最小負(fù)壓值和中點(diǎn)值之間選取，對(duì)致密地層應(yīng)在中點(diǎn)值和最大值之間選取。鉆井泥漿污染嚴(yán)重的油氣井，負(fù)壓值應(yīng)適當(dāng)取大些，反之應(yīng)適當(dāng)取小些。尤其應(yīng)根據(jù)最初2~3口井實(shí)踐的負(fù)壓值、產(chǎn)能和出砂情況，再具體分析研究確定最合理的負(fù)壓值。

?

?

11、?組合管柱配置

對(duì)于井深超過(guò)3000m或是修井機(jī)提升載荷有限的情況，需要考慮生產(chǎn)管柱或打撈鉆具的強(qiáng)度滿足抗拉要求，這就涉及到管柱組合強(qiáng)度問(wèn)題。對(duì)單一管柱來(lái)說(shuō)，抗拉最大的總是在井口，承受了全部下井管柱的重量，但是對(duì)于組合管柱來(lái)說(shuō)，兩者的連接需要使用變扣，所以增加了一個(gè)受力薄弱點(diǎn)，只要任一點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)造成管柱落井事故。所以對(duì)比分析兩部分的組合管柱強(qiáng)度差值，使各段管柱的安全拉力差值趨于最大化，才能避免拉斷或發(fā)生管柱塑性形變。極值法就是一個(gè)簡(jiǎn)便的分析方法。

極值法：對(duì)于任意正實(shí)數(shù)a、b，若a+b=C是一個(gè)定值常數(shù)，則當(dāng)a=b=C/2時(shí)，a*b有最大值Max=C2/4。

假設(shè)a*L1=G1，b*L2=G2，其中Max(G1)、Max(G2)是分別與a、b相關(guān)的常量，即Max(L1)、Max(L2)也是常量。設(shè)Max(G1)＜Max(G2)，當(dāng)選取不同L1，L2時(shí)，ΔG1=Max(G1)-G1，ΔG2=Max(G2)-G1-G2；則ΔG=Min(ΔG1，ΔG2)的極大值就是所求的最大安全值。

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用實(shí)例(不考慮井段摩阻與摩阻差異)：

【例題】2-7/8"EU N80油管a=6.5ppf，Max(G1)=145Klbm，單一管柱最大下深Max(L1)= Max(G1)/a=6799m，3-1/2"EU N80油管b=9.3ppf，Max(G2)=207.2Klbm，單一管柱最大下深Max(L2) =Max(G2)/b=6790m；

當(dāng)Max(G1)-G1=Max(G2)-G1-G2，ΔG取得最大值。

即145000-6.5*L1=207200-6.5*L1-9.3*L2

L2=(207200-145000)/9.3=2038m，G2=62.2Klbm=28.2tons

若L2＞2038m，ΔG取值變小，薄弱點(diǎn)在井口單根；

若L2＜2038m，ΔG取值變小，薄弱點(diǎn)在連接變扣；(注：Y管電泵下深一般小于2038m)

設(shè)計(jì)井深L，采用3-1/2"EU N80(最大抗拉94tons)與2-7/8"EU N80組合，如何分配L1和L2（L1+L2=L）使過(guò)提ΔG最大，滿足震擊或解卡需求。

①當(dāng)L≤2038m時(shí)，可以采用均一管柱情況：

若L1≤2038m，ΔG1≥46.1tons；若L2≤2038m，ΔG2≥65.8tons；采用b類管柱更佳。

②若L>2038m時(shí)，則宜采用組合管柱：

給定L=5000m，若用組合管柱，則Max(ΔG)=37.1tons，此時(shí)L1=2960.85m，L2=2039.15m。

③若指定ΔG=30tons <ΔG1(46.1tons)，則單一a類管柱最大下深Max(L1)=3698m，單一b類管柱最大下深Max(L2)=4623m，組合管柱允許最大下深Max(L)=3698m+2038m=5736m。

若僅下深L=5000m，如何分配L1和L2使得ΔG最大？

ρ線=(94-30)*1000/(5000*3.281*0.4536)=8.6∈(6.5~9.3)

十字交叉法求解：L1=1252.24m ＜Max(L1)； ??????????????????????????????????L2=3747.76m ＜Max(L2)。

?

12、?潛油電機(jī)表面流速計(jì)算

根據(jù)美國(guó)石油工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(API標(biāo)準(zhǔn))，潛油電泵在油井內(nèi)運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)電機(jī)表面的液體流速必須不小于0.3048m/s(1ft/s)，這樣才能保證電機(jī)運(yùn)行時(shí)的散熱。所以，在進(jìn)行潛油電泵選擇設(shè)計(jì)時(shí)，必須計(jì)算流經(jīng)電機(jī)表面的液體流速是否能滿足要求。井液流經(jīng)電機(jī)表面的流速(由日產(chǎn)液量Q=π*?*(D2-d2)*60*60*24/106推算得到)可用下式進(jìn)行計(jì)算：

V=1250*Q/ [27*π*(D2-d2)]

式中V——井液流經(jīng)電機(jī)表面的流速，m/s；

Q——油井產(chǎn)量，m3/d；

D——套管內(nèi)徑，mm；

d——電機(jī)外徑，mm

反之，根據(jù)井液流經(jīng)電機(jī)表面的流速滿足0.3m/s的要求，可以推算不同套管內(nèi)下入不同外徑尺寸電機(jī)的最小排量，如下表所示。

?

解決電機(jī)溫度高，關(guān)鍵是要保證電機(jī)表面液體流速達(dá)到0.3m/s要求。在排量達(dá)不到要求情況下，可以采取如下措施(摘自蔡漢川機(jī)采專家PPT培訓(xùn)材料)：

ü?使用大直徑電機(jī)；

ü?使用導(dǎo)流罩；

ü?確實(shí)產(chǎn)量太低，改用桿驅(qū)螺桿泵；

ü?臨時(shí)辦法采取地面補(bǔ)液辦法。

?

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制定了電抗器的IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電抗器運(yùn)行時(shí)，它的繞組既是導(dǎo)熱介質(zhì)，又是熱源，它的溫度一般來(lái)說(shuō)在空間上總是按一定規(guī)律呈曲線分布。電抗器繞組絕緣的熱壽命和絕緣是否受損由繞組最熱點(diǎn)溫升來(lái)決定，而不是平均溫度來(lái)決定。

干式空心電抗器的使用壽命根據(jù)蒙特申格爾(Montsinger)的壽命定律來(lái)計(jì)算

T＝A*e-α*θ

式中 T——絕緣材料的使用壽命

A——常數(shù)(根據(jù)電抗器所用絕緣材料的等級(jí)確定)

α——常數(shù)，約為0.88

θ——絕緣材料的溫度

對(duì)于蒙特申格爾壽命定律的半對(duì)數(shù)θ＝f(lnT)，得到含有方向常數(shù)-1/α的直線，該直線如圖所示，這就是繞組的壽命(繞組耐熱等級(jí)為A、B和H)與繞組工作溫度的函數(shù)關(guān)系。

從圖中可以看出，每種絕緣材料都有一個(gè)固定的溫度變化值。在某一統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，若電抗器的最熱點(diǎn)溫度比所用絕緣材料的最高允許溫度低，則絕緣老化緩慢，壽命延長(zhǎng)。反之，則絕緣老化加快，壽命縮短。對(duì)于電抗器的全部壽命而言，這一壽命的延長(zhǎng)或縮短便構(gòu)成了壽命的補(bǔ)償。每種絕緣材料的壽命減小到一半或壽命增加一倍的溫度變化值是固定不變的。該溫度變化值對(duì)于A級(jí)為8℃，對(duì)于B級(jí)為8～10℃，對(duì)于H級(jí)為12℃。由于A級(jí)Δθ＝8℃，所以蒙特申格爾壽命定律還稱為8℃規(guī)則，H級(jí)一般稱為12℃規(guī)則。

每種絕緣材料均有其耐熱的絕對(duì)最高溫度(見下表)，當(dāng)超過(guò)其絕對(duì)最高溫度時(shí)， 絕緣材料將迅速碳化而失去絕緣性能和力學(xué)性能。

絕緣等級(jí)和絕對(duì)最高溫度的關(guān)系表

絕緣等級(jí)溫度/℃

90(Y)

105(A)

120(E)

130(B)

155(F)

180(H)

220(C)

絕對(duì)最高溫度/℃

125

150

175

185

210

235

260

注：超過(guò)250℃每遞增25℃為一級(jí)。

?

13、?大斜度井舉升泵下入通過(guò)性計(jì)算

1) 設(shè)備軸向最大投影尺寸

首先要根據(jù)油井套管尺寸，選擇潛油電泵的系列，即設(shè)備的軸向最大投影尺寸必須能夠滿足下井要求。潛油電泵設(shè)備的軸向最大投影尺寸計(jì)算方法(電纜卡子厚度不計(jì))如圖所示。

S＝R1＋R2＋H1＋H2

式中S——設(shè)備軸向最大投影尺寸，mm；

R1——電機(jī)軸向投影尺寸半徑，mm；

R2——泵軸向投影尺寸半徑，mm；

H1——引接電纜厚度，mm；

H2——電纜護(hù)罩厚度，mm。

2) 通過(guò)性計(jì)算

設(shè)有N個(gè)造斜段，第1造斜段最大狗腿度g1，第2造斜段最大狗腿度g2，第3造斜段最大狗腿度g3，第N造斜段最大狗腿度gN。舉升泵裝置允許的狗腿度(彎曲度)為g允。泵通過(guò)造斜段的基本準(zhǔn)則是 舉行泵裝置總長(zhǎng)度L小于井允許通過(guò)的最大長(zhǎng)度L允。

d套撓=66.4*(L/30.48)2*g井

d泵撓=d套撓-δ間

g泵=d泵撓-30.48/66.4/L2

式中：

d套撓——套管撓度，mm；

g井 ——造斜段狗腿度，°/30m ；此處取第1造斜段的最大狗腿度，即g井=g1；

d泵撓——舉升泵裝置通過(guò)造斜段時(shí)產(chǎn)生的撓度，mm；

δ間——泵與套管間的間隙，mm；

g泵——舉升泵通過(guò)造斜段時(shí)產(chǎn)生的狗腿度，此處取舉升泵通過(guò)造斜段時(shí)允許產(chǎn)生的狗腿度，即g泵=g允。

以上3式中有3個(gè)未知量：d套撓、d泵撓及L，可以求解得：

假設(shè)電泵長(zhǎng)度L，對(duì)應(yīng)套管長(zhǎng)度?，撓度半徑R，曲率弧度角Φ，則對(duì)于ΔAOB有

R2=(L/2)2+[R-(D-d)]2??——(1)

sin(Φ/2)=(?/2)/R ?????——(2)

?=R*Φ??????????????——(3)

R=L2/[8(D-d)]-(D-d)/2

1/R =Φ/?就是撓曲度，單位rad/m；

????=(180/π)*(Φ/?)也是撓曲度，單位°/m；

?

假設(shè)電泵長(zhǎng)度L，對(duì)應(yīng)套管長(zhǎng)度?，撓度半徑R，曲率弧度角Φ，則可以得到：

1、套管在造斜段變形量ΔD

套管形變量ΔD=R-R*cos(Φ/2) ——(1)

當(dāng)Φ無(wú)窮趨于0時(shí)，由泰勒級(jí)數(shù)展開

cos(Φ/2)=1-(Φ/2)2/2!+(Φ/2)4/4!+... +(-1)n*(Φ/2)2n /(2*n)!+... ???n∈(-∞,+∞)

對(duì)于微小的Φ來(lái)說(shuō)，高階級(jí)數(shù)可以忽略。

得到：ΔD =R-R*cos(Φ/2) ≈R-R*[1-Φ2/8] =R*Φ2/8 ——(2)

由?= R*Φ 得?ΔD= ?*Φ/8= ?/8*(πφ/180)= ?*π*φ/1440

根據(jù)φ=α*?得?ΔD= ?2*π*α/1440

若取α1為井斜角°/30m，則ΔD= ?2*π*α1/43200 ——(3)

其中：ΔD---套管在彎曲井段的變形量(m)；

　　　φ---單位長(zhǎng)度井眼方向的變化率(°/m)；

　　　α1---套管造斜率(°/30m)

2、電泵機(jī)組中點(diǎn)變形量Δd

電泵機(jī)組中點(diǎn)與套管間隙δ =D-d>0，通常為最大值。

電泵機(jī)組中點(diǎn)變形量Δd= ΔD-δ ——(5)

將式(5)代入式(3)，Δd=?2*π*α1/43200-(D-d) ——(6)

由此可知，電泵機(jī)組的彎曲變形量與套管的造斜曲率、套管內(nèi)徑、機(jī)組平均外徑等有關(guān)。(在實(shí)際計(jì)算中機(jī)組長(zhǎng)度約等所對(duì)應(yīng)的套管長(zhǎng)度，通常用L代替?進(jìn)行計(jì)算，且在同一造斜段內(nèi)，電泵機(jī)組中點(diǎn)變形量Δd=ΔD時(shí)，電泵能通過(guò))

所以?Δd、L分別替代ΔD、?，代入式(3)中，得到電泵機(jī)組造斜率?αp(°/30m)

αp= 43200*Δd/(π*L2) ??Δd相當(dāng)于撓度值。