【摘要】钻井起下钻过程中，操作不当容易导致溢流或井喷，而此时钻头不在井底，U形管原理不能描述此时的井眼状况。针对该种情况，基于气液两相流理论，通过分析钻头不在井底时溢流，关井和压井期间的井筒流体特性，建立了钻头不在井底的Y形管模型。利用Y形管的3个分支结构代表钻头不在井底工况下钻柱，环空和钻头以下井眼3部分，钻柱和环空部分的井筒压力特性可以用典型U形管原理分析，当分析关井和压井期间井底压力等压井参数时，应考虑钻头以下井段的流体特性，即Y形管结构下部分支的流体特性，据此，应用Y形管描述钻头不在井底工况下整个井筒的壓力特性。
　　
【关键词】井控 井喷 压井 Y形管 模型 压井 液密度
　　
起下钻过程中发生井喷时，部分钻杆已经移出井筒，无法建立钻井液从井口到井底的循环，该情况下的井控称钻头不在井底的井控程序。油田统计资料表明，25%的井喷是由起钻速度过快产生抽汲压力引起的，而在很多情况下，无法强行下钻到井底，导致钻头不在井底。在该情况下，司钻法和等待加重法等常规压井方法无法实施，简而言之，当钻头不在井底，地层侵入流体还在井眼的情况下，不能使用常规井控程序进行压井，因为典型的U形管原理不能描述此时的井眼情况。提出采用Y形管模型描述此时的井眼状况，但是没有对其详细解释说明。目前压井液密度确定方法有常规压井液密度确定方法，实测地层压力确定法和实测溢流关井立管压力确定法，但实际钻井过程中发生溢流井喷时，地层压力是无法得知的，因此主要采用溢流关井立管压力法，但该方法主要针对钻头在井底的工况。为更好地利用Y形管模型描述钻头不在井底的压井程序，笔者提出了新的Y形管模型，并基于气液两相流理论给出了压井液密度设计方法。
　　
1 Y形管模型
　　
钻头不在井底发生井涌时，可将此时的井筒空间划分为3部分-见图1a，第1部分，钻头至井底的井段部分；第2部分，发生井涌时留在井眼内的钻柱；第3部分，井眼内钻柱与井眼之间的环空部分。为了更好地分析该工况下的流体特性，建立如图1所示模型，下部分支代表钻头至井底的井段部分，上部左右分支分别代表环空部分和钻柱部分，根据形状简称其为Y形管模型。2 钻头不在井底的压井液密度确定2.1 压井液密度确定方法
　　
通过分析关井期间的井筒流体特性，钻头不在井底关井稳定后，气液界面可能位于钻头以浅或者以深。当气液界面位于钻头以深时，说明气体侵入量比较大，现场情况比较复杂，压井参数设计及压井施工需要另做讨论，笔者仅对关井压力稳定之后气液界面位于钻头以浅的情况进行分析。要准确获取地层压力，求取压井液密度，有2种方案可供选择，一是通过关井立管压力获取地层压力，但这需要知道钻柱的长度和钻柱内钻井液的密度以及钻头以深空井段内的流体密度和空井段长度；二是通过关井套管压力获取地层压力，但这需要知道环空段中钻井液的密度和钻井液液柱长度。环空段气体密度和长度以及钻头以深空井段流体的密度和空井段长度。发生气侵时，地层气通过裸眼部分进入井筒，经过钻头至井底的井段进入环形空间，环形空间的液柱压力减小，由于钻头水眼比较小，进入钻柱内的气体较少，钻柱内钻井液的液柱压力变化不大，可忽略。通常情况下关井立管压力小于关井套管压力。环空钻井液液柱压力减小值与侵入井内气量有关，由于受井径不规则，天然气在井内分布不均匀和井温等客观条件的影响，不可能准确掌握地层气侵入井内的体积，环空段气柱长度和密度很难确定，因此关井套管压力不能作为判断井底压力的依据，而钻柱中的钻井液因未受到地层气的污染，保持原钻井液的静液柱压力不变，故可根据关井立管压力和钻柱内的钻井液液柱压力确定钻头处的压力，从而计算出压井液密度。
　　
3 结论与认识
　　
（1）当钻头不在井底，压井液无法从地面循环到井底时，典型的U形管原理不能描述其井眼状况，不能完全根据常规压井理论及方法设计压井参数。
　　
（2）通过分析发生井涌而钻头不在井底情况下，溢流，关井和压井期间的井筒流体特性，建立了可用于分析钻头不在井底时井喷关井及压井期间井筒流体力学特性的Y形管模型。
　　
（3）在设计压井参数时，钻头以深井段的含气性对地层压力获取和压井液密度设计具有较大影响，因此在设计压井参数时应首先考虑其含气性。