全过程欠平衡钻井套管阀承压预测

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1、学兔兔www.xuetutu.com2011矩天然气技术与经济Vo1．5．NO．5第5卷·第5期NaturalGasTechnologyandEconomy0ct．2011doi：10．3969／j．issn．2095—1132．2011．05．014全过程欠平衡钻井套管阀承压预测卿玉李黔梁海波钟水清(1．中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院，四川I广汉618300；2．西南石油大学，四川I成都610500；3．中国石油西南油气田公司，四川成都610051)摘要井下套管阀是实现全过程欠平衡钻井的核心工具和技术。在气侵情况下，套管阀关闭后，套管阀以下井筒钻井

2、液停止循环，气体由于重力分异作用而滑脱上行，使套管阀承受压力。阀底承压大小直接决定套管阀地面开启作业方式。基于气液两相水力学理论，针对套管阀关闭后气体侵入的特殊流动现象，建立了井筒多相流计算模型，利用数值迭代法对模型进行了求解，计算了钻井液密度、套管阀下入深度等参数变化对套管阀承压影响，为井下套管阀地面开关操作提供施工参数。关键词多相流滑脱上升气体侵入井下隔离系统中图分类号：TE242文献标识码：B文章编号：2095—1132(2011)05—0051—02两相稳定流型为弹状流或块状流，这两者简化为段0引言塞流；③段塞流单元分为液弹区与液膜区，液弹区在全

3、过程欠平衡钻井过程中，对于气侵情况，内液相为主，液膜区内气相为主；④在过流断面的套管阀关闭后环空内为含气钻井液。由于钻井液停任意位置，各点压力、温度等一并处于热力学平衡。止循环，根据重力分异原理，气体滑脱上行。在此持液率定义为管中的液体体积在管道总体积中过程中将出现一种特殊流动现象[1-2]：液相表观速度所占的比率，平均持液率可表示为：为零即液流量为零，而气体通过液体向上流动。套H+HsLsTT管阀阀底在气体滑脱上移过程中将承受压力，其承压大小受钻井液性能、套管阀下入深度等参数影同时由于是气泡滑脱上升的气液两相流，那么响。如何科学地确定出井下套管阀在气体

4、运移过程在液膜区和液弹区所发生的液相流量的交换应该满中所承受的压力是实现全过程欠平衡钻井的一项关足质量守恒方程：键技术[31。一方面，套管阀的开启施工作业由其承At：(V一)=AH,(一)(2)压大小而决定；另一方面，套管阀承压大小直接影对Taylor气泡区液膜和气泡分别应用动量守恒原响全过程欠平衡钻井施工作业安全。针对以上问理：题，笔者建立了套管阀关闭后井筒气液两相水力学Taylor气泡区气泡：计算模型，得到了不同参数与井下套管阀承压大小)，+rSi+一(韭peg=O(3)的对应关系，为指导现场施工提供了理论依据。dzTaylor气泡区液膜：1数学模型

5、(dp)，一Z'WLSLSi+p一lg=0(4)首先对模型作如下假设：①套管阀关闭，无钻出井液进出，井简体积恒定；②气体侵入井筒的气液消去压降梯度得到联合动量方程：收稿日期：2011—06—0j修订日期：2011—09—13本文为十一i~li[州家科技币人々项大油气川及煤层气开发(专题编号：2008ZX05061)的部分研究结果。作者简介：卿卡(1985一)，硕上研究生，从事油气井l‘程力学研究。E-Ill~til：ioriyb@126．COIl1天然气技术与经济／51学兔兔www.xuetutu.com第5卷卿玉，等：全过程欠平衡钻井套管阀承压预测第5

6、期SLr昵+乏+SL)一(pL-pc)g(5)A=A研=)=4[(一(一))+((+)一D：)]=(D+Dp)(6)A=A—A=(D：一D；)一(D+)(7)图1钻井液密度与套管阀承压结果曲线上述参数求出后，压降梯度为嘲：-钻井液密度1．O／g·(cm)上．·一钻井液密度1．05／g·(cm)：r+L．[()，+厶(塞)】(8)钻井液密度1．IO／g·(cⅢ’)L(塞～SL一)+(pL+pc)g](9)(塞)=卜S+(pjt,+p_H)g](10)地层出气量／m3·s2算例分析图2出气量与套管阀承压结果曲线2．1基本参数3)下入深度对套管阀承压的影响某井

7、钻至井深3600m，井身结构如表1所示。图3为地层出气量为0．4m／S时套管阀下人深地表温度9~C，地温梯度2．3。C／100m。钻井液密度度与承压关系曲线。1．05g／cm，流性指数0．88，稠度系数0．18；套管阀—．一+钻井液密度1．O／g·(Clll)。。_

8、‘‘钻井液密度1．O5／g·(cm)。。下深700m；地层压力系数1．12，欠平衡压力1．08钻井液密度1．1O／g·(CIII)—÷_钻井液密度I_l5／g．(cm。)MPa；气体黏度0．008Pa·S，临界压力4．64MPa，临界温度190．7K表1井身结构表图3下入深度与套管阀承压关系

9、变化曲线图由计算结果可知，出气量一定时，套管阀受压2．2模拟计算结果力随下入深度