【文章內(nèi)容簡介】 ，根據(jù)每口井儲層壓力與氣體竄流通道的不同，環(huán)空帶壓值也有很大差別。帶壓程度輕時環(huán)空壓力接近大氣壓，高的時候接近儲層的壓力。井口釋放氣體的體積少的時候基本接近零，多的時候一天接近1000m3。通過井口進行壓力釋放，環(huán)空壓力能降至零，當(dāng)重新關(guān)閉環(huán)空時，隨著時間的延長，壓力又會升至原來的值。3）氣井開采時間越長，環(huán)空帶壓的概率也越大環(huán)空帶壓存在于井固井后的任何時期，環(huán)空帶壓與井的壽命緊密相關(guān)，開采時間越長越易帶壓。據(jù)墨兩哥灣0cs地區(qū)的統(tǒng)計，開采15年的井地面能測量出環(huán)空帶壓(一層或幾層套管帶壓)的概率占到總井?dāng)?shù)的大約50％。國外天然氣開發(fā)時間長，環(huán)空帶壓問題暴露早，通過對不同地區(qū)及不同井的綜合分析，為環(huán)空帶壓的原因主要有以下5個方面：油管和套管泄漏，固井時頂替效率低，水泥漿體系選擇或配方設(shè)計不合理，固井后由于地層應(yīng)力、溫度和壓力變化以及一些隨時間推移引起的其他原因?qū)е滤喹h(huán)封隔失效，地層流體腐蝕造成的層間竄通。1）油管和套管泄漏生產(chǎn)油管的泄漏會導(dǎo)致嚴重的環(huán)空帶壓問題。封隔器密封失效或內(nèi)管柱螺紋連接差、管體腐蝕、熱應(yīng)力破裂或機械斷裂都會產(chǎn)生氣體泄漏。生產(chǎn)套管是用來防止油管氣體泄漏的，如果由于泄漏氣體產(chǎn)生的壓力使生產(chǎn)套管密封失效，會造成很大風(fēng)險。外管柱受壓，會導(dǎo)致井口竄氣或?qū)娱g竄流，會對人身、井口設(shè)備及環(huán)境造成很大的危險。2）頂替效率差提高頂替效率是保證層間封隔和防止環(huán)窄帶壓問題的一項重要措施。固井的主要目的就是要對套管外環(huán)空進行永久性封固，為滿足這一要求，就必須徹底驅(qū)替環(huán)空內(nèi)的鉆井液，使環(huán)空充滿水泥漿。如果驅(qū)替鉆井液不徹底，就會在封同的產(chǎn)層間形成連續(xù)的竄槽，從而使層與層之間竄通，影響封固質(zhì)量。水泥膠結(jié)和密封的持久性也與頂替效率有關(guān)，防止環(huán)空帶壓的第一步就是要提高固井時的頂替效率。國外研究表明，一般來說頂替效率達到90％時固井質(zhì)量良好；頂替效率達到95％時，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。3）水泥漿設(shè)計不合理水泥漿設(shè)計不合理主要表現(xiàn)在以下幾個方面：水泥漿失水量高；漿體穩(wěn)定性差，自由水量高；水泥石體積收縮大；設(shè)計水泥漿時只考慮其性能滿足施工要求，未考慮水泥石(如楊氏模量、泊松比等)的力學(xué)性能由于井下溫度、壓力、應(yīng)力變化能否滿足長期封隔的需要。一般來說，如果水泥石的楊氏模量大于巖石的楊氏模量，套管內(nèi)溫度及壓力發(fā)生較大變化時，水泥環(huán)很可能會發(fā)生拉伸斷裂。4） 由于井下條件變化導(dǎo)致水泥環(huán)密封失效環(huán)空帶壓可在固井后較長一段時問內(nèi)發(fā)生，有的井檢測固井質(zhì)量很好，可是由于后期鉆井作業(yè)的影響，或后期增產(chǎn)作業(yè)的影響，在沒有化學(xué)侵蝕的條件下，水泥環(huán)本身的機械損壞、套管與水泥之間的膠結(jié)失效或水泥與地層之間的膠結(jié)失效都可以破壞層問封隔。水泥環(huán)的機械損壞會導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，而膠結(jié)失效會導(dǎo)致微環(huán)隙形成。兩種作用均產(chǎn)生可通過任一種流體的高傳導(dǎo)通道。水泥環(huán)本身的機械破壞可能由井內(nèi)壓力增加(試壓、鉆井液密度加大、套管射孔、酸化壓裂、天然氣開采)所引起，還可能由井內(nèi)溫度較大升高或地層載荷(滑移、斷層、壓實)所造成。出現(xiàn)層問封隔失效的另一種原因是微環(huán)隙形成，微環(huán)隙既可在套管與水泥之間出現(xiàn)(內(nèi)微環(huán)隙)，也可在水泥與地層之間形成(外微環(huán)隙)。這可能是因井內(nèi)溫度和(或)壓力變化使套管發(fā)生徑向位移而引起，特別是當(dāng)水泥凝固后井內(nèi)壓力或溫度降低時，水泥體積收縮會引起外微環(huán)隙出現(xiàn)。5）地層流體的腐蝕造成的層間竄通天然氣井中可能存在H2S或CO2腐蝕性氣體。H2S或CO2腐蝕性氣體在一定環(huán)境中除了會腐蝕套管外，也會對水泥環(huán)產(chǎn)生腐蝕。CO2主要影響水泥石的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率和抗折、抗壓強度，破壞水泥結(jié)構(gòu)的完整性。H2S能破壞水泥石的所有成分，溶于潮氣中的H2S腐蝕性更強。水泥石的腐蝕總是和它的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙度密切相關(guān)，孔隙結(jié)構(gòu)決定腐蝕介質(zhì)向水泥硬化體內(nèi)部滲透的速度。初步研究表明：腐蝕至少使得水泥石的抗壓強度大幅度衰減，孔隙度大大提高，嚴重時會導(dǎo)致層間竄通。對于固井水泥上方有鉆井液柱的情況，基質(zhì)的滲透性和界面竄流是環(huán)空傳導(dǎo)性增加的兩種物理機理?；|(zhì)的滲透性是指流體在水泥本體內(nèi)的流動，而界面竄流是指存在于水泥柱和套管之間或水泥柱與基巖之間的微環(huán)空中流動的現(xiàn)象。界面竄流現(xiàn)象是一種力學(xué)不完整性，它使得微環(huán)空形成于水泥環(huán)接觸面處。在水泥與巖石界面上，泥餅的不完全去除會產(chǎn)生微環(huán)空。在套管與水泥界面上，固水泥后一些熱應(yīng)力或靜水應(yīng)力引起微環(huán)空的形成。注水泥凝固過程中，水泥環(huán)可能會形成次生孔隙和滲透性。基質(zhì)竄流是氣體通過水泥基質(zhì)流動的一種機理。當(dāng)鉆井液的液柱靜水壓力下降到地層孔隙壓力以下時，氣體以段塞形成或分散流的形式進入鉆井液基質(zhì)中。段塞氣向上運移通道。氣體通過水泥流動的另一個機理是與水泥基質(zhì)中次生滲透性的發(fā)展相關(guān)。該機理可以理解為：當(dāng)靜水壓力下降到地層壓力后，水泥的水化作用導(dǎo)致水泥基質(zhì)的絕對體積減小，化學(xué)收縮決定著次生孔隙的形成；孔隙水受毛細管力作用而圈閉于水泥基質(zhì)孔隙中，這部分水化作用中被消耗，由此形成一個空穴，這將導(dǎo)致孔隙壓力的下降和“負壓效應(yīng)”。與壓力的不平衡相結(jié)合，負壓效應(yīng)或許成為氣體在基質(zhì)中滲透性發(fā)展的最主要機理。環(huán)空中水泥的分布情況通常有兩種（）：一種是固井水泥上返到井口，另一種是水泥頂部存在鉆井液。在固井水泥上返到地面的井中，氣體在具體一定傳導(dǎo)性的介質(zhì)中的運移可以看作是一維流動。等量卸壓后，套管壓力的上升與壓力的瞬間上升相似，（）。這種狀態(tài)受水泥的滲透性、孔隙性及氣層壓力控制。 環(huán)空水泥分別圖 SCP連續(xù)上升概念曲線如果水泥頂部存在鉆井液，氣體運移分為兩個階段。在水泥中，氣體運移遵循達西定律：而在鉆井液中氣泡通過停滯的非牛頓鉆井液上升。不僅鉆井液的壓縮性和密度等性能影響著氣體的運移，而且還要受聚集于井口的遷移氣體所形成的氣頂影響。有的研究人員認為氣頂中氣體PVT性能可以由真實氣體定律解釋。因此，鉆井液壓縮性能越小，氣泡上升速度越快，壓力上升越快。如果不卸壓，最終井口壓力降穩(wěn)定在與氣層壓力相同的壓力值。 由于放壓都是在很短的時間內(nèi)完成并且在曲線中一般僅有23個點表示，因此 ，對放壓過程進行機理分析和描述存在很大的難度；但是對于放壓后的SCP上升機理國外研究人員對此作出分析。（GOM）氣井中受SCP影響的38口井的綜合分析研究了卸壓后SCP上升機理。對于引起外層套管或生產(chǎn)套管外層套管SCP 最顯著的原因是由于較差的固井質(zhì)量導(dǎo)致的氣體遷移。氣體遷移可分為兩個相異的組——“初期”和“后期”?！俺跗凇笔桥c實際固井作業(yè)相關(guān)的，例如水泥漿性能、頂替技術(shù)、靜水壓力等?！昂笃凇迸c固井作業(yè)關(guān)聯(lián)不是很大，是由機械應(yīng)力和熱應(yīng)力引起的，危害水化結(jié)合的完整性或水泥材料的完整性，導(dǎo)致氣體泄漏。另一種可能的原因是使用了高水灰比（低密度、膨脹系統(tǒng)）的水泥系統(tǒng)。這些水泥即便是凝固刀位后也會表現(xiàn)出其固有的相當(dāng)高的滲透率（）。因此這很可能使氣體在這樣的水泥單位中運移并最終達到地面形成SCP。環(huán)空最大許可壓力，是針對某一特定環(huán)空的最大允許工作壓力值，反映特定環(huán)空在長期安全生產(chǎn)的條件下所能夠承受的壓力級別。各層環(huán)空最大許可壓力在取值時應(yīng)取該層環(huán)空中最薄弱段的強度值。如果各環(huán)空之間有相互竄通的情況，應(yīng)把竄通的環(huán)空視為同一環(huán)空?！　。镰h(huán)空最大許可壓力值的確定是取以下各項中的最小者：　?。保┥a(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度的50％?！　o水泥固井的空套管處相對薄弱，因此計算抗內(nèi)壓強度時，取無水泥固井的井口位置套管抗內(nèi)壓強度。下同?！　。玻﹥?nèi)層技術(shù)套管抗內(nèi)壓強度的80％?！　。常┯凸芸箶D毀強度的75％?！　。矗┥a(chǎn)套管套管頭強度的60％。　?。担┛紤]完井封隔器處生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度的75％。　　在完井封隔器處，以套管為研究對象，考慮套管的受力情況有： PA＋ρ保護液ｇｈ－ρ水泥ｇｈ ≤σ內(nèi)75％ （1）式中ｐＡ為環(huán)空最大許可壓力，ＭＰａ；σ內(nèi)為生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度，ＭＰａ；ρ水泥為考慮最惡劣的固井環(huán)境密度取值，；ρ保護液為環(huán)空保護液密度，ｇ／ｍ３；ｇ 為重力加速度，ｍ/ｓ２；ｈ為完井封隔器坐封深度，ｍ。由此得到完井封隔器處考慮生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度的Ａ環(huán)空最大許可壓力為：ｐＡ ＝σ內(nèi)７５％＋ρ水泥ｇｈ－ρ