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1、小井眼波动压力影响因素分析谢国民*何开平喻先进张国仿（江汉石油管理局钻井工艺研究所）摘要在常规井眼屮，钻柱在充有钻井液的井筒内运动时会引起波动圧力，破坏井眼系统压力平衡，导致井喷、井漏和井塌或卡钻等井下复杂情况和事故。在小井眼中，由于水力学系统各流道组合发生了改变，预测和控制小井眼波动压力就显得尤为重要。文章结合小井眼钻井实例，定量分析了有关因素对小井眼波动压力的影响，提出了在小井眼起下钻中，严格控制起下钻速度的重要性。主题词小井眼钻井钻井液压力波动压力动态分析基本理论方程由于井眼、井壁及钻柱的弹性和钻井液的压缩性，当
2、钻柱在充满钻井液的井眼中上、下运行时，首先引起钻柱底部流体速度和压力发生变化，因而在钻柱底部连续地产生压力波，其传播至环空、空井眼及管柱内各边界面发生反射、干扰，这个传播、反射的过程符合波的叠加原理。因此，井眼内某点处波动压力的大小収决于改点处、该时刻一系列压力波相互叠加的结果。根据牛顿第二定律和质量守恒定律可导出钻柱在充满钻井液的井内运动时，引起液体做一维不稳泄流动的连续性方程和运动方程为:莎万应T+EA卯一刃。+72-A卯一刃pc'dQ+〒怎=0式中：P为任一截面在任一时刻的波动压力；Q为某一P值対应的体积流量；p
3、为钻井液密度；A为流道面积；z、t为距离轴和时间轴；鬥.为摩察阻力是Q和匕⑺的函数；C为压力波速,]血+0)；a为钻井液压缩系数；卩为流道膨胀系数。方程组（1）即是描述井内波动压力变化规律的基本理论模型。它精确地反映了在井眼中，波动压力与影响因素之间的关系。小井眼波动压力影响因素分析与大井眼一样，影响小井眼井内波动压力因素很多，为准确预测波动压力大小或实现对波动压力有效控制，对这些影响因素进行分析就很有必要。在分析过程中，本文主要以下钻为例，其有关数据为：*谢国民，1966年生，1989年毕业于西南石油学院钻井专业，1
4、997年毕业于石油大学（北京）获硕士学位，发表论文10多篇，现任江汉石油管理局钻井处钻井工艺研究所副所长，从事钻井工艺技术研允工作。地址：（433121）湖北省潜江市。电话0728-6574320。井深1900m；裸眼直径120.65mm；钻头直径120.65mm；己下套管井深为400m；钻杆尺寸：内径74mm,外经88.9mm；钻铤尺寸：长度185m,内径74mm,外经105m；钻井液性能：密度1070kg/m3,n值0.58,K值0.27Pa.sn；二个喷嘴直径为7mm,另一个为0；钻井液压缩系数a取为0.43X1
5、09,钢材的弹性模量Es取为2.07X10nPa,泊松比Ms取0.3,地层弹性模量Ef取为1.72X10:oPa,泊松比忏取0.28,钻头周围坏空上返面积取钻头面积的15%。1•钻柱下放速度(匕叭)在分析过程中，我们假定管柱运动曲线由三段组成，两个变速段，一个匀速段，且两个变速段的加速度大小相等，符号相反。设管柱运行加速度(a)为0.30m/下钻井深1000m,当其它参数固定不变时，随管柱下钻速度的增加，其井底最大波动压力几乎按直线规律增加。井底波动压力与下钻速度的关系曲线如图1。1.81.71・61.51.4(MP
6、a)1.31.21.110.90.811.21.41-61.8运行產度(m/s)图1井底波动压力与下入速度关系曲线2.钻柱下钻位置深度设钻柱运行加速度为0.30m/?,下钻速度为0.8m/s,在其它条件不变吋，钻柱从井®1000m增加到1500m时,井底波动压力从1.O.MPa增加到1・16MPa,尽管井深不同，波动压力随时间变化的形状相似。3.泥浆性能泥浆性能参数包括P、K、n0设钻柱下钻深度为1200m,运行加速度为0.30m//，下钻速度为1.0m/s,当其它参数不变时，n值从0.58增加到0.80时，波动压力曲
7、线图上部呈锯齿状，波动压力峰值从1.26MPa增加到2.28MPa,n值对波动压力的影响很大。因此在n值加大的井屮应严格控制下钻速度。当泥浆密度和n值保持不变，K值从0.27变化到0.5时，波动压力峰值由1.26MPa增加到1.48MPa,波动压力随K值的变化其峰值变化幅度较大。保持其它参数不变，改变泥浆的密度，当密度从1.07g/cm3增加到1.20g/cm3时，波动压力峰值由1.26MPa增加到1.31MPa,峰值变化幅度不大，也即钻井液密度不能对波动压力产生较大的影响2.泥浆压缩性泥浆的压缩系数。可以说在很大程度
8、上表征泥浆的含气量。若泥浆被气侵，含气量增加，则压缩系数增大。图2表示了在运行加速度为0.30m/?,下钻井深1200m,运行速度为1.Om/so泥浆压缩系数。分别增加5倍和10倍泥浆压缩系数对波动压力的影响。井底枝动压力0.80.70.60.50.4(MPa)0.30.20.1005101520253035时剑Cs>图2压缩性对
