储层性质对压回法气井压井效果影响评价

周云健 刘书杰 李清平 李相方

Influences of reservoir properties on the gas well killing effects by the bullheading methodZHOU Yunjian, LIU Shujie, LI Qingping, LI Xiangfang

引用本文:周云健, 刘书杰, 李清平, 李相方. 储层性质对压回法气井压井效果影响评价[J]. 石油钻采工艺, 2021, 43(1):45-52. doi:10.13639/j.odpt.2020.00.000000ZHOU Yunjian, LIU Shujie, LI Qingping, LI Xiangfang. Influences of reservoir properties on the gas well killing effects by thebullheading method[J]. Oil drilling and production technology, 2021, 43(1):45-52. doi: 10.13639/j.odpt.2020.00.000000

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  文章编号：1000 − 7393(2021)02 − 0189 − 08            DOI: 10.13639/j.odpt.2021.02.009

储层性质对压回法气井压井效果影响评价

周云健1      刘书杰1      李清平1      李相方2

1. 中海油研究总院有限责任公司；2. 中国石油大学 (北京)

引用格式：周云健，刘书杰，李清平，李相方 . 储层性质对压回法气井压井效果影响评价［J］ . 石油钻采工艺，2021，43（2）：189-196.

摘要：压回法压井作为非常规井控的有效技术之一，可以减少和避免溢流井喷等事故中地面及平台的危险。目前对于压回过

程的计算中，只针对井筒内流动进行研究，而没有考虑储层性质的影响, 因此不完全符合现场实际情况需求。为了研究储层性质对压

回过程的影响，首先建立了井筒气液两相流动模型，然后综合考虑泥饼、储层污染带、储层渗透率、孔隙度和饱和度因素影响下的压

井液在压回储层后的流动规律，并分析了压回过程井筒的压力变化规律，最后定量出不同因素对压回储层效率的影响。研究结果表

明，储层含气饱和度与泥饼渗透率对压井影响较小，而储层厚度、孔隙度影响较大，综合考虑不同储层性质影响的压回法压井能对气

井安全钻井提供了技术保障。

关键词：压回法压井；储层性质；泥饼；流动规律；井筒压力

中图分类号：TE28       文献标识码： A

Influences of reservoir properties on the gas well killing effects by the bullheading method

ZHOU Yunjian1, LIU Shujie1, LI Qingping1, LI Xiangfang2

1. CNOOC Research Institute Co., Ltd., Beijing 100028, China;

2. China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China

Citation: ZHOU  Yunjian,  LIU  Shujie,  LI  Qingping,  LI  Xiangfang.  Influences  of  reservoir  properties  on  the  gas  well  killingeffects by the bullheading method［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(2): 189-196.

Abstract: As one of the effective unconventional well control technologies, bullheading killing can reduce and avoid surface andplatform risks in the case of overflow, blowout and other accidents. At present, the researches on the calculation of bullheading processonly focus on the flow inside the well, without considering the influences of reservoir properties, so they cannot meet the on-site actualdemands  completely.  In  order  to  research  the  influences  of  reservoirs  properties  on  the  bullheading  process,  the  research  firstlyestablished  the  well  gas-liquid  two-phase  flow  model.  Then,  the  flow  laws  of  the  killing  fluid  after  being  squeezed  back  into  thereservoir  were studied by considering the influences of  mud cake,  reservoir  contamination belt,  reservoir  permeability,  porosity andsaturation  comprehensively,  and  the  change  laws  of  the  well  pressure  in  the  process  of  bullheading  were  analyzed.  Finally,  theinfluences  of  different  factors  on  bullheading  reservoir  efficiency  were  quantitatively  determined.  It  is  indicated  that  well  killing  isinfluenced less by reservoir gas saturation and mud cake permeability, but more by reservoir thickness and porosity. The bullheadingkilling  which  considers  the  influences  of  different  reservoir  properties  comprehensively  can  provide  the  technical  guarantee  for  thesafe drilling of gas wells.

Key words: bullheading killing; reservoir property; mud cake; flow law; well pressure  

基金项目: 中国博士后科学基金“南海水合物开采过程井筒天然气-水-泥质粉砂三相流动研究”(编号：2020M680835)；国家重点研发计

划课题“海洋浅层水合物双层连续管双梯度钻井工艺及应用技术研究”(编号：2018YFC0310205)。

第一作者: 周云健 (1990-)，2019 年毕业于中国石油大学 (北京) 安全科学与工程专业，现从事水合物开采方向的研究工作，博士后研究

员。通讯地址：北京市朝阳区太阳宫南街 6 号院 (100028)。电话：010-84525413。E-mail：zhouyj19@cnooc.com.cn

第 43 卷 第 2 期 石      油      钻      采      工      艺 Vol. 43  No. 22021 年 3 月 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Mar. 2021

 

随着目前国内外油气开发的不断延伸和扩大，

国内外对井控的要求也越来越高，一方面由于目前

受技术手段的限制，对钻进期间发生气侵后的检测

相当迟滞，从人们发现溢流开始到后来发生井喷事

故仅需要几分钟，来不及采用相关防御措施，导致溢

流引发的井喷事故更加频繁，危害也更大；另一方

面，虽然很多学者对于井喷后的处理措施研究比较

深入，但是由于地层情况的不确定性，依然无法迅速

有效地进行压井，导致目前的井喷事故率居高不

下。对国外的一些事故井统计来看，虽然国外井控

技术对于国内较为先进，但国外的钻井事故仍时有

发生，不能完全杜绝［1-11］。

对于某些复杂情况的井发生气侵后，常规压井

方法一般不能满足其压井要求，这时就需要应用相

应的非常规压井方法控制溢流甚至井喷。但目前的

非常规井控手段还很不成熟，尤其是对于使用压回

法压井过程的研究还很少。在某些事故井当中，由

于使用压回法压井对地层伤害较大，通常情况下人

们会首先选择其他压井方法来处理事故；但是如果

在气侵导致井喷的严重情况下选用其他压井方法，

很大程度上会发生进一步例如井喷失控等更严重的

事故。针对这类事故使用压回法压井是控制事故的

一种有效手段，但目前对于压回法理论研究不够深

入，压回法压井在现场实施较为困难。

目前压回法压井研究中，多数是对井筒中的气

液两相流动情况进行刻画，很少涉及到把井筒与地

层作为一个整体来考虑，同时关于在压回过程压井

液在储层内流体流动的情况对压回效果影响以及泥

饼对压回效果影响的研究较少，因此由储层渗透率

变化等原因而引起的压回阻力及渗流速度就需要进

行重新考虑，防止压井失败导致更严重事故。通过

考虑钻井过程中储层近井地带被钻井液污染，以及

井壁泥饼在压井液压回过程中的阻碍作用，结合地

层固有的渗透率，建立了含有 3种不同渗透率区域

的储层网格模型。根据建立的单井数值模型，结合

井筒不同气侵量下的井筒气液分布特性，通过改变

储层厚度、孔隙度、含气饱和度、泥饼渗透率、压井

排量，分析了压井过程井底压力变化规律，最后得出

了不同储层参数对压回法压井效果的影响。 

1 压回法压井过程描述

通常来说，如果发生溢流、井喷等事故，现场操

作人员首先选用的是将井筒流体排出井筒的方法，

而压回法压井多用在气量较大、井筒较难控制住的

情况下。在井筒内相对较大气侵量的条件下，压回

法压井过程中气体会在压井液中向上滑脱，在井筒

上部纯液段与井筒下部纯气段之间形成气液两相混

相区。即使打入高黏度压井液，也不能完全避免气

体向上滑脱的现象。

由于气体滑脱速度与压井液向下的速度有差

异，混相区上界面运动速度会低于液相区，下界面速

度高于液相区，因此气液两相混相区在压回过程中

逐渐被拉长，但气液两相混相区和气相区整体仍向

下运动，形成了液相区、混相区和气相区共存的现

象。因此，在压回过程中，首先进入地层的是气体，

其次为气液两相混相。压回法压井的效果与压回排

量有关，压回排量越大，井筒流体进入储层的速率越

快，井筒中的气体在液体中滑脱的量越少，控制住地

层的气侵越快。

如图 1所示，根据井筒气液运动的特点，压回过

程可以分为 3个阶段。(1)高黏度压井液刚刚进入

井筒阶段，井筒气液分布与上节中理想情况下的压

回模型相同 (图 1a)。(2)开始纯气段压回临界阶段：

随着压井液的持续泵入，纯气相区不断被压缩，当压

力大于储层压力时，气相开始进入储层。由于气体

的滑脱效应，在高黏度压井液中存在气液两相混合

区域，在此区域中，气体浓度较大，随着压井液的泵

入，越往上气体浓度越小 (图 1b)。(3)压力平衡阶

段：当混相区域开始进入储层，井筒气体基本全部压

回地层，井筒中的气体基本全部被压回，套压为 0，压井完成 (图 1c)。

在压回过程中，井筒内下部分为连续气柱状态，

 图 1　多气量下井筒压回过程的半理想流程

Fig. 1 Semi-ideal flow chart of well bullheadingprocess at multiple gas rates

190 石油钻采工艺    2021 年 3 月（第 43 卷）第 2 期

上部分为连续液柱的状态，但实际上，在压回过程中

井筒下部不会完全呈连续气柱状态，会有一部分压

井液绕过气体向下流动，从而井筒最下部变为气液

两相流状态，在压回过程中首先进入储层的为气液

两相。此时井底压力表示为pwf = −pg+ pm1+ pm2+ pm3+Gg (1)

pwf pg

pm1

pm2 pm3

Gg

式中， 为井底压力，MPa； 为气柱膨胀的压力，

MPa； 为混相高黏度压井液产生的静液柱压力，

MPa； 为混相压井液产生的液柱压力，MPa； 为

井筒下部气液两相流体产生的压力，MPa； 为气柱

产生的静气柱压力，MPa。对于气液两相压回过程，井筒中气液两相流动

状态的气相连续方程为∂

∂t

(ρgα

)+∂

∂z(ρgvgα

)= 0 (2)

液相连续方程为∂

∂t[ρl (1−α)

]+∂

∂z[ρlvl (1−α)

]= 0 (3)

α ρg vg

ρl vl

式中， 为含气率，小数； 为液相密度，kg/m3； 为液

相速度，m/s； 为气相密度，kg/m3； 为气相速度，m/s。气液两相混合动量方程可表示为

∂ (ρmvm)∂t

+∂(ρmvm

2)∂z

+∂p∂z+

2 fdhρm

(qg+ql

A

)2

+

ρmg+∂

∂z

[αρgρl (1−α)vs

ρm

]= 0 (4)

vm ρm

p dh

f

qg ql vs

式中， 为气液混合物的速度 m/s； 为气液混合物

的密度，kg/m3； 为当前网格处压力，MPa； 为井筒

直径，m； 为范宁摩擦因数；A 为环空或管柱截面

积，m2； 为气相排量，m3； 为液相排量，m3； 为气

泡群滑脱速度或 Taylor气泡滑脱速度，m/s。对于气相压回过程，模型符合单相气在储层中

的渗流过程，流动方程可表示为

pf − pwf =ZiTµgiq

18160khprBg

[ln

(kt

250γφµgCtRw2

)+2S a

](5)

由于气体是从井筒向地层渗流，故式 (2)可改

写为

q =18160khprBg

ZiTµgi

[ln

(kt

250γφµgCtRw2

)+2S a

] (pwf − pr) (6)

其中

Bg =3.4582×10−4ZT

pwf(7)

pf Zi

µgi q

k h

pr Bg t

γ φ µg

Ct Rw

S a

Z

式中， 为地层压力，MPa； 为初始压缩因子；T 为

地层温度，K； 为初始气体黏度，mPa · s； 为渗流过

程气相流量，m3/min； 为地层渗流率，μm2； 为地层

厚度，m； 为地层平均压力，MPa； 为体积系数； 为

时间，s； 为气体比重； 为孔隙度, %； 为当前气相

黏度，mPa · s； 为总压缩系数，MPa−1； 为井筒半

径，m； 为气井的视表皮因子，与气体的流量有关；

为当前温压条件下压缩因子。

对于第 3阶段 (压力平衡阶段)气液两相压回过

程，模型符合气液两相在储层中的渗流公式，气液两

相储层渗流数学模型的气相运动方程为

dpdr=

µg

kkrg

mg

2πrhρg+βgρg

(mg

2πrhρg

)2

(8)

其中

βg =1.8×1010(kkrg

)1.25φ0.75

(9)

液相运动方程为

dpdr=

µw

kkrw

mw

2πrhρw(10)

p r

krg mg

βg µw krw

mw ρw

式中， 为井筒压力，Pa； 为求解点至井筒的距离，

m； 为气相相对渗透率； 为气相质量流量，kg/s；为高速流动速度系数； 为水相黏度，mPa · s；

为水相相对渗透率； 为水相质量流量，kg/s； 为

水相密度，kg/m3。

定义地层中液相与气相的质量流量之比为

α =mw

mg(11)

进一步推导出

[ψ(pe)−ψ(pwf)

]=

mg2

4π2h2

w Re

Rw

βgkrg

r2µgdr+

(1+α)mg

2πkhln

(Re

Rw+S

)(12)

ψ (p)为两相拟压力函数可以表示为

ψ(p) =w p

pr

(ρwkrw

r2µw+ρgkrg

r2µg

)dr (13)

Qsc将式 (9)改写为关于体积流量 的线性函数为

[ψ(pe)−ψ(pwf)

]=

Qsc2

4π2h2

[ρsc

2w Re

Rw

βgkrg

r2µgdr

]+

Qscρsc (1+α)2πkh

ln(

Re

Rw+S

)(14)

简化后可得

周云健等：储层性质对压回法气井压井效果影响评价 191

ψ(pe)−ψ(pwf)Qsc

= A+BQsc (15)

其中

A =1

2πkhln

(Re

Rw+S

)ρsc (1+α) (16)

B =ρsc

2

4π2h2

w Re

Rw

βgkrg

r2µgdr (17)

Re S ρsc式中， 为总泄气半径，m； 为表皮因数； 为标准

状况下气体密度，kg/m3。

以上为综合考虑井筒与地层的耦合方程，如需

对于压回过程地层流动及井筒流动的整体的进一步

研究，可以从这些流动方程中入手。 

2 压回过程储层模型区域划分 

2.1 储层单井模型

对于压回法压井过程中，如果排量过大或者储

层渗透率过低，很容易将地层压裂。在储层压裂后，

井筒流体在储层中的流动规律也发生较复杂的变

化。为了揭示储层性质对压回过程的影响，只针对

不将储层压裂情况下的压回法压井规律进行研究。

k1

k2

k3

为了揭示压回过程中压回流体在储层流动的

规律，首先假定储层原始渗透率为 。其次在压井前

的钻井过程中，由于井底压力通常稍高于地层压力

来控制地层流体侵入井筒，因此钻井液在正压差的

作用下会不可避免地进入储层一部分，对地层造成

冲刷，并污染地层，在钻井液进入地层后，钻井液中

与地层不配伍的水相与地层接触后，会导致储层

内含有的黏土矿物膨胀从而使近井地带的渗透率下

降 ［12-15］，因此假定这部分污染带的渗透率为 。

最后，在正常钻进过程中，由于钻井液的造壁作用，

钻井液中的固相颗粒在钻进过程中会在井壁的表面

形成泥饼，虽然泥饼可以减少钻井过程中钻井事故

的发生，但在压回法压井过程中也会降低井筒流体

进入地层的量，对压回过程造成一定的阻碍作用，因

此可假定泥饼渗透率为 。

k1

k2

k3

因此，在恒定井底流压压井过程中，将数值模型

的渗透率划分为 3个区域，分别为地层原始 渗透率

区域，近井钻井液污染带渗透率为 区域，井壁泥饼

渗透率为 区域，三者关系为

k1 > k2 > k3 (18)

已有学者研究表明，在实验室条件下，对于低渗

储层 (渗透率为 35×10−3 μm2)泥饼的渗透率在 6×

k2

k3

k2 k1

10−3 μm2 左右，对于中渗储层 (渗透率 115×10−3 μm2)泥饼的渗透率在 10×10−3 μm2 左右，对于高渗储层

(渗透率为 325×10−3 μm2)泥饼的渗透率一般在 17×10−3 μm2 左右［16］。Ohen等［17］在实验室条件下

建立了钻井过程中钻井液对储层的伤害模型，污染

储层深度 (污染最远处至井筒的距离)一般小于 5 m，

5 m以内发生污染后的储层渗透率与初始储层渗透

率的比值随着距离的增加而减小，而 5 m以外认为

不发生储层污染，渗透率不变。因此在数值模型中

的 区域，设定其半径为 5 m。综上考虑，建立数值

模型如图 2所示，白色区域为井筒所在位置，井筒四

周由内至外分别为井壁泥饼渗透率为 区域、中间

近井钻井液污染带渗透率为 区域、最外层原始 渗

透率区域。 

 图 2　恒定井底流压压井过程渗透率区域划分

Fig. 2 Permeability zone division in the process of well killingat constant bottom hole flowing pressure

  

2.2 流体流动模型

k1

k2

k3

建立了考虑钻井过程中井周污染以及井壁泥饼

的储层区域划分模型，所建立模型的渗透率分布如

图 3所示，红色区域代表原始未收到污染的地层，渗

透率为 ，绿色区域代表近井地带受到钻井液污染的

地层，渗透率为 ，蓝色区域代表井壁泥饼区域，渗

透率为 。模型网格数为 100×100×50。 

 图 3　不考虑地层压裂作用的数值模型渗透率示意图

Fig. 3 Schematic permeability of the numerical model withoutconsidering reservoir fracturing effect

 

为了研究储层性质对压回法压井过程的影响，

选用某井的具体模拟参数见表 1，表中的泥饼渗透

192 石油钻采工艺    2021 年 3 月（第 43 卷）第 2 期

率取值由实验室渗滤实验测得。为了在保证模拟精

度的情况下尽可能提高计算速度，将平面网格步长

取 5 m，纵向网格步长由于需要讨论层厚的影响，为

了保证计算精度选择网格步长为 1 m。 

表 1    不同储层厚度模型模拟参数选择

Table 1    Parameter selection of differentreservoir thickness models

参数 数值

k1地层原始渗透率 /(10−3 μm2) 20

k2近井钻井液污染区域渗透率 /(10−3 μm2) 10

k3井壁泥饼区域渗透率 /(10−3 μm2) 6

孔隙度 0.08

地层压力/MPa 20

地层破裂压力/MPa 22

油藏深度/m 2 000

含气饱和度 0.7

平面网格步长/m 5

纵向网格步长/m 1

恒定压井排量/(L · min−1) 500  

为了模拟压回过程中井内气体和压井液在储层

中的流动状态，需要对储层的气相相对渗透率及液

相相对渗透率进行确定。由于研究重点是储层不同

性质对压回过程效果的影响，因此忽略替他次要因

素影响，相对渗透率曲线取值采用较理想条件下的

数值，模型模拟过程中所选用的气相相对渗透率及

液相相对渗透率的取值如图 4所示。 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

相对渗透率

束缚水饱和度

液相相渗Krw

气相相渗Krg

 图 4　相对渗透率曲线

Fig. 4 Relative permeability curve  

3 储层性质对压回过程的影响

在目前大多数对于压回法压井的研究中，井筒

包括 3个区域：上部液相区、中部气液两相混相区、

下部纯气相区。但是实际压井过程中，井筒下部不

一定全为气相，有可能还出现气液置换，从而多出了

一部分液相区域，从而变为：上部液相区、中上部气

液两相混相区、中下部气相区。为了揭示储层性质

影响下单相流体压回过程的规律，因此研究中以单

相气压回为研究对象来进行说明。 

3.1 储层厚度

根据第 2节中建立的不压裂储层流动模型，利

用 CMG软件代入相应的模拟参数进行压回法压井

过程模拟，讨论储层厚度对压回过程的影响，分别调

整储层厚度参数 h 为 5 m、10 m、15 m，得到井底压

力随压井时间变化关系曲线，如图 5所示。在当前

条件下，恒定压回量压井时，对于不同厚度储层，在

压井前期井底压力迅速升高，且储层厚度越小井底

压力升高速度越快。以所用井筒参数模拟来说，储

层厚度每减小 5 m，压井 24 h后压力上升 2~3 MPa，对于 2 000 m深度的井筒来说，上升幅度较大，因此

在钻井过程中储层厚度的影响不可忽视。对于储层

厚度的影响来说，随着储层厚度的减小或者增大相

同的幅度，井底流压上升幅度基本相同，不存在急剧

上升或者降低的现象。因此，储层厚度对压回法压

井过程的影响较为线性。 

20

22

24

26

28

30

0 4 8 12 16 20 24

井底压力

/MP

a

时间/h

储层厚度5 m

储层厚度10 m

储层厚度15 m

 图 5　不同储层厚度条件下井底压力随压井时间变化曲线Fig. 5 Variation of bottom hole pressure with well killing time

at different reservoir thicknesses 

由于采用恒定压回量的压井方法，在压回过程

中需要建立井底与储层之间的压差，井筒内流体才

能被压回地层内，压井初期井筒内压力等于甚至小

于地层压力，因此在压井初期井筒压力迅速上升。

在压井初期，平面径向流条件下，井底与地层之间的

压差与流量之间的关系为

dpdr=µ

k· q

2πr=µ

k· Q

2πhr(19)

dpdr

µ式中， 为压力梯度，MPa； 为流体黏度，mPa · s；

周云健等：储层性质对压回法气井压井效果影响评价 193

Q h为地层厚度为 时的地层流量，m3/min。由式 (19)可知，在恒定注入量的条件下，井底与

地层之间的压力梯度与地层厚度呈反比关系。地层

厚度越小，所需要的压力梯度越大，反之，所需要的

压力梯度越小。因而在压井过程中，地层厚度越小，

井底流压越大。对于不同储层情况，打开厚度越大，

井筒流体相对来说压回越容易。对于某些高危井场

工况 (例如海洋平台等)，如果打开储层厚度较大，为

了平台的安全，可以选择压回法压井将井筒流体压

回储层，从而优先保证平台的安全。 

3.2 孔隙度

根据上述模型，讨论孔隙度对压回过程的影响，

假定打开储层厚度为 10 m，分别改变孔隙度值为

0.05、0.08、0.1，得到井底压力随压井时间变化关系

曲线，如图 6所示。恒定压回量压井时，井底流压随

时间增大而增加，且孔隙度越小，压力升高增加越

快，同时，随着孔隙度的减小，井底流压上升幅度越

来越大。储层孔隙度从 0.1下降至 0.08，压井 24 h后压力上升幅度小于 1 MPa，储层孔隙度从 0.08下

降至 0.05，压井 24 h后压力上升幅度大于 5 MPa，相差幅度过高，若使用压回法长时间压井，易引起更严

重的事故。因此，在使用压回法压井过程中，储层孔

隙度是需要重点考虑的因素。 

20

22

24

26

28

30

32

0 4 8 12 16 20 24

井底压力/MPa

时间/h

孔隙度0.05孔隙度0.08孔隙度0.10

 图 6　不同孔隙度下井底压力随压井时间变化曲线

Fig. 6 Variation of bottom hole pressure withwell killing time at different porosities

 

在钻井过程中，在近钻头处的地层没有套管将

井筒内流体与地层隔开，此时由于钻井液循环以及

井底流压可能高于地层压力从而会导致钻井液在钻

进过程中进入地层，造成近井地带的污染。当发生

井涌时，地层内的气体刚刚开始进入井筒中，近井地

带由于钻井期间钻井液的污染，仍具有较高的液相

饱和度，井筒下部气液两相易于被压入地层中。气

液两相进入地层孔隙过程可简化为单管束模型，在

层流状态下，一根均匀圆管 (孔隙)的流量可以表示

为［18-19］

qh =πra

4∆p8µ∆L

(20)

qh ra ∆p

∆L

式中， 为孔隙流量，m3/Ps;  为孔隙半径，μm； 为

孔隙两端的压差，即流动压差，MPa； 为孔隙长

度，m。

由式 (20)可知，在流量一定的情况下孔隙半径

越大，驱动压差则越小，反之，驱动压差则越大。 

3.3 泥饼渗透率

由于在实际钻井过程中泥饼的渗透率与钻井液

成分相关，不同井的钻井液成分虽然不一定相同，但

对于泥饼渗透率的变化幅度影响都很小。因此，为

研究泥饼渗透率对井底压力的影响，模型设定较大

的泥饼渗透率间隔，分别人为设定泥饼渗透率为

5×10−3 μm2、10×10−3 μm2 和 15×10−3 μm2，为了更明

显地观察到泥饼渗透率对井底压力变化的影响，此时

更改原始 20×10−3 μm2 地层渗透率为 100×10−3 μm2。

设定储层打开层厚为 10 m，得到不同泥饼渗透率

下，井底压力随时间变化曲线，如图 7所示。 

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

0 4 8 12 16 20 24

井底压力

/MP

a

时间/h

泥饼渗透率5×10-3 μm2

泥饼渗透率10 ×10-3 μm2

泥饼渗透率15 ×10-3 μm2

 图 7　不同泥饼渗透率下井底压力随时间变化曲线

Fig. 7 Variation of bottom hole pressure with well killing timeat different mud cake permeabilities

 

由图 7可知，恒定压回量压井时，压井过程中井

底压力持续升高，由于此时地层渗透率较高 (100×10−3 μm2)，地层渗流能力增强，因此井底压力在前期

迅速升高后在后期处于缓慢升高趋势。井壁上的泥

饼渗透率的改变对恒定压回量压井过程存在影响。

泥饼渗透率越低，井底压力在压井前期上升速度相

对越快，反之，井底压力在压井前期上升速度相对越

慢。同时，从图 7中也可以看出，随着泥饼渗透率的

减小，井底流压上升幅度越来越大。

为了研究井壁泥饼渗透带渗透率的变化对压回

法压井过程的影响，研究中放大了井壁泥饼渗透带

的宽度同时放大了井壁泥饼渗透率的变化幅度，但

数值模拟结果表明，井壁泥饼渗透率的变化对压回

194 石油钻采工艺    2021 年 3 月（第 43 卷）第 2 期

法压井过程井底流压随时间的变化存在一定影响，

但总体上影响较小。在现场实践中，井壁泥饼的厚

度要小于模型中设定的泥饼厚度，泥饼的渗透率变

化值也小于本模型中设定的渗透率变化值，因而在

实际压回法压井过程中，泥饼的渗透率值变化对总

体压井过程井底流压随时间变化的影响较小，可以

弱化考虑。 

3.4 储层含气饱和度

当打开储层厚度为 10 m时，分别改变储层含气

饱和度值为 0.4、0.6、0.8，观察不同储层含气饱和度

下井底流压随时间变化的特征，得到井底压力随压

井时间变化关系曲线如图 8所示。恒定压回量压井

时，井底流压随时间增大而增加，且含气饱和度越

低，压力升高增加越快。对于含气饱和度来说，随着

含气饱和度的减小或者增大，井底流压上升幅度不

大，不存在急剧上升或者降低的现象，同时不同的含

气饱和度对井底流压变化的影响也不大。因此，含

气饱和度对压回法压井过程的影响不大。 

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

0 4 8 12 16 20 24

井底压力/MPa

时间/h

含气饱和度0.4含气饱和度0.6含气饱和度0.8

 图 8　压井过程中不同含气饱和度对井底压力的影响

Fig. 8 Influence of gas saturation on bottom holepressure in the process of well killing

 

在压井初期，平面径向流条件下，井底与地层之

间的压差与流量之间的关系呈现式 (19)的规律。由

式 (19)可知，在恒定注入量的条件下，井底与地层之

间的压力梯度与地层流体黏度呈正比关系。地层流

体黏度越大，所需要的压力梯度越大，反之，所需要

的压力梯度越小。在地层中原始含有气液两相流

体，气相流体的黏度远远小于液相，因此在两相状态

下，气相组分占比越高，表现为地层流体的总体黏度

越低，驱动时所需要的压差越小。因而在压井过程

中，含气饱和度越低，井底流压越大。

综上所述，遇到钻井事故需要进行压回法压井，

需重点对储层厚度以及孔隙度对压回法压井的影响

因素进行考虑；例如打开的储层厚度较小、孔隙度较

小，在现场硬件设备所能承受的极限范围内，使用压

回法压井到底适不适合、会不会压裂储层而产生更

严重的事故就需要重新评估；而含气饱和度以及泥

饼渗透率对压回法压井的影响因素可以弱化考虑。 

4 结论

建立了考虑泥饼、储层被钻井液污染的影响下

的压井液在压回储层后的流动模型。分析了压回过

程井筒的压力变化规律，以及分析了泥饼、储层孔隙

度、储层渗透率以及储层饱和度对压回效率的影响，

得出如下结论。

(1)使用压回法压井期间，储层厚度越小会导致

井底压力升高速度越快。随着储层厚度的减小或者

增大相同的数值，相同时间内井底流压上升幅度基

本相同。不同的储层厚度对井底压力的影响较大，

因此储层厚度在压回法压井过程中需要重点考虑。

(2)孔隙度越小，压力升高增加越快，同时，随着

孔隙度的减小，井底流压上升幅度越来越大，在使用

压回法压井期间，储层孔隙度是需要重点考虑的因

素；泥饼渗透率越低，井底压力在压井前期上升速度

相对越快，反之，井底压力在压井前期上升速度相对

越慢。同时，随着泥饼渗透率的减小，井底流压上升

幅度越来越大。但相对于储层孔隙度与储层渗透率

来说，泥饼的影响总体较小；含气饱和度的变化在压

回法压井过程中对井底流压变化的影响很小，可以

从轻考虑。

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（修改稿收到日期    2020-11-17）

〔编辑    李春燕〕

196 石油钻采工艺    2021 年 3 月（第 43 卷）第 2 期