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1、对多气压系统规律研究ok3发生井漏,经边钻进边堵漏,用密度1.24g/cm3钻井液钻至2352m,发生溢流,处理过程中漏失钻井液1663m3,溢流40m3。云安4-1井用密度为1.41g/cm3钻井液钻至4393m发生气侵,循环加重至1.45g/cm3发生井漏,漏速25m3/h,井内H2S含量较高使得井内钻具断成多节,处理长达半年多。1.2研究现状多压力系统气层溢漏同存处理难度、风险大,工艺技术复杂,稍有不慎就会引发破坏性甚至灾难性的事故,所以预防和处理溢漏同存的堵漏压井技术成为多年来主攻的技术难点之
2、一。目前国内外对溢漏同存的堵漏压井处理工艺技术进行了广泛研究,通过实验和实践也建立了许多单一漏失模型和公式,但对溢漏同存的基础理论研究很少[4-5]。本文建立了多压力系统溢漏同存发生时井筒环空多相流的理论模型,并通过模型计算得出了溢漏同存的井筒环空压力以及气液流型与井深的关系,对现场漏喷同存处理技术具有重要的指导意义。2多压力系统溢漏同存模型 对多气压系统规律研究ok3发生井漏,经边钻进边堵漏,用密度1.24g/cm3钻井液钻至2352m,发生溢流,处理过程中漏失钻井液1663m3,溢流40m3。云
3、安4-1井用密度为1.41g/cm3钻井液钻至4393m发生气侵,循环加重至1.45g/cm3发生井漏,漏速25m3/h,井内H2S含量较高使得井内钻具断成多节,处理长达半年多。1.2研究现状多压力系统气层溢漏同存处理难度、风险大,工艺技术复杂,稍有不慎就会引发破坏性甚至灾难性的事故,所以预防和处理溢漏同存的堵漏压井技术成为多年来主攻的技术难点之一。目前国内外对溢漏同存的堵漏压井处理工艺技术进行了广泛研究,通过实验和实践也建立了许多单一漏失模型和公式,但对溢漏同存的基础理论研究很少[4-5]。本文建立
4、了多压力系统溢漏同存发生时井筒环空多相流的理论模型,并通过模型计算得出了溢漏同存的井筒环空压力以及气液流型与井深的关系,对现场漏喷同存处理技术具有重要的指导意义。2多压力系统溢漏同存模型2.1物理模型钻遇多压力系统气层时,由于同一裸眼井段存在多个压力系统,气层压力变化不规则,高低压层交替,难以建立井筒与地层的压力平衡。钻进高压气层时,采用高密度钻井液平衡气层钻进,如遇到发生漏失的地层,漏失造成钻井液液面下降,使井筒中的液柱压力低于气层的压力,导致高压层气体侵入井筒(见图1,其中pA,pC,pB分别为漏
5、失层A,C和溢流层B的地层压力,p为井筒环空压力),井筒环空由单相液体流动变为气液两相流动,地层气和钻井液沿环空向上流动过程中,由于压力、温度等参数的变化,气液两相流动的形态将发生变化。气体随钻井液到达井口,由于作用在气体上的压力逐渐降低,使得气体体积急剧膨胀,一旦关井将使井口具有较高的压力,从而造成极高的压力施加在井底,此时若井筒压力高于高压气层的压力,溢漏发生转换。由于气井的漏失和溢流发生迅速且易燃易爆,所以给压井堵漏作业带来了直接困难。2.2溢漏模型当地层本身存在钻井液流动的通道,或者由于井筒内
6、流体压力大于地层破裂压力而人为形成的漏失通道,且井筒流体压力大于地层孔隙、裂缝或溶洞的流体压力时,钻井液将向地层漏失。研究表明,对于压差性漏失通道,即漏失通道性质不随井下压力变化,漏失方程为式中:△p为漏失压差,MPa;p3/s;n为漏失指数。当井底有效压力小于地层流体压力时,地层气体会在该压差下向井筒溢流;当井底有效压力大于或等于地层流体压力时,井内流体进入地层会将可扩散的气体从地层中置换出来。式中:qsc为标准状况下的产气量,m3/d;K为地层渗透率,10-3μm2;h为产层厚度,m;pf为地层压
7、力,MPa;ph为井筒环空压力,MPa;T为地层温度,K;μ为平均气体黏度,mPa?s;Z为平均气体偏差系数;re为供给边界半径,m;r;qg为地层气体溢流速率,m3/s。2.3井筒环空气液流动控制方程假设液相密度为常数,忽略地层气体在钻井液中的溶解,且两相间无化学反应;环空内在同一位置处气液两相温度相同,无热量交换,井筒温度可由地温梯度求得。井筒气液两相流动方程组包含气相连续方程、液相连续方程及气液混合运动方程[6],它们分别为f式中:ρg,ρl分别为气相、液相的密度,kg/m3;vg,vl分别为气
8、相、液相的速度,m/s;p为压力,MPa;α为空隙率;(坠p/坠z)f为摩阻压力梯度,MPa/m;t为时间,s;z为沿流道长度,m。流型一直是气液两相流研究领域的重要内容,流型判别的意义在于根据其流动特征建立适用于该流型的摩阻压降模型。Taitel和Dukler根据流动机理确定了气液两相的4种流型,并得出了它们之间的转换界限;Hasan等人在Taitel和Dukler的研究基础上,对各流型的判别准则进行了修正和完善[7-10]。式中:g为重力加速度,m/
