正循环压井是以“U”形管原理为依据,在压井施工过程中保持井底压力为一恒定值,并略大于地层孔隙压力。
压井原理
正循环压井是以“U”形管原理为依据,在压井施工过程中保持井底压力为一恒定值,并略大于地层孔隙压力。U”形管原理是把钻具与井眼所建立的循环系统视作一个“U”形管,将“U”形管的底部(井底)作为压力平衡点。压井的基本原理即是利用“U”形管原理在实施压井过程中始终保持井底压力与地层压力相平衡。
根据“U”形管原理可以很容易地理解井底常压原理和井底压力的控制。二级井控过程中有两个关键点需重点关注:①井底压力要高于地层孔隙压力;②超平衡地层压力时绝对不能使井口压力过高,否则井口回压过大将破坏裸眼地层、套管或放喷设备。
根据流体力学的原理,作用在井底的压力为其上部各流体的静液柱压力之和。因此,井底压力为:
井底压力=井口压力+钻井液液柱压力+溢流液柱压力+循环摩阻压力
循环摩阻压力可以通过现场低泵速试验得到,也可以通过理论计算得到;液柱压力的计算为液体密度与液体所占垂直高度的乘积;井口压力的值通过调节节流阀可以得到。
流动物理模型
正循环压井循环路线是:钻井液从泵出来后,进入地面管线,进入方钻杆后进入钻杆,最后到达钻头,进入环空,从环空返出后进入节流管汇,当通过节流阀时,压力将会发生改变,进而改变井口压力。
井口套压的形成:当钻井液从环空返出后,进入节流管线,通过节流阀前后的压力是不同的,节流阀前后的压力差值再加上钻井液流过地面管汇时的循环压耗,就直接反映在套管压力表上。