空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法

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1、学兔兔www.xuetutu.com第27卷第6期钻井液与完井液V_o1．27No．62010年11月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDNove．2010文章编号：1001—5620(2010)06—0020—03空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法庞东豪，袁骐骥，李勇政，周开吉，陈磊(1．中海油能源发展监督监理技术分公司，天津；2．“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学，成都；3．中石油川东钻探公司，重庆)摘要针对空气钻井中较难确定最小注气量的难题，注入的空气既要能有效地携带岩屑，又要能防止井

2、下燃爆。基于修正的Angel模型，根据井底和井口岩屑粒径的变化，考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗，应用最小动能法建立了携带岩屑的最小注气量方程；根据天然气进入井内的速度和甲炕在井下的燃爆极限，通过控制甲烷的体积浓度，得出了防止井下燃爆的注气量的计算方法。关键词空气钻井；注气量；防止燃爆；压力；携带岩屑中图分类号：TE242．7文献标识码：A空气钻井作为一种特殊的欠平衡钻井技术，具为了使计算结果更接近实际，用井眼环空的实有钻速高、成本低、环保性能好等优势，在国内外际温度来代替Angel模型中的平均温度，同时考虑应用得越来越广泛

3、[1-31~在空气钻井中，井筒环空到空气钻井的实际情况，用粗糙裸眼井段流体流动流体为气、同两相流体，当地层出水时，井筒环空的摩阻系数来代替Angel模型中的光滑管流动摩阻为气、液、固__三相流体，其计算十分复杂。Angel系数：在20世纪50年代末提出了气体钻井数值计算模型，，一——在相当长的时问内被钻井工程师们所应用]。『1．74gc斟1空气钻井的修正Angel模型式中：e为井壁绝对粗糙度，m。，可由下式确定。Angel模型适用于光滑的管壁，采用平均温度，[鲁使结果不是很准确。要使结果更接近实际，必需使用修正的摩阻系数和实际温度[

4、5-61。式中：。为钻柱和套管的绝对粗糙度，m；e为裸根据一维定常流体力学理论，建立了井筒环空眼井段的绝对粗糙度，m；为套管鞋井深，m。内任意计算井深处的压力计算微分方程：将式(2)和式(3)代入式(1)积分，得到计算环空f，21‰x11+2g(Dh--Dpj’压力的公式：+()警式中：P为计算井深处压力，Pa；Pi为计算井深㈩处混合流体的密度，g／cm。；厂为摩阻系数；1，为计(+H)算井深处流体速度，rn／s；D为井眼直径，m；D。为钻杆外径，m；H为计算点井深，m。式(4)中：基金项目：中国石化工程技术导向项目“四川I地区『氐

5、可钻性地层气体钻井提速试验”(G0800—07一KK一121)的研究成果。第一作者简介：庞东豪，硕士，1981年生，现在主要从事钻井工艺、压力控制、钻井模拟、自动控制等方面的研究工作。地址：天津市塘沽区渤海石油路688号监督监理技术分公司研究中心；邮政编码300452；E-mail：39313597@qq．com。学兔兔www.xuetutu.com第27卷第6期庞东豪等：空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法21~同的岩性，其破碎功指数不同，对最小气体体积流_D2KpM。+Gp4ha=———(5)量的影响也不同；d为重复破碎后岩屑颗

6、粒平均直R径，1TI，可以直接通过排屑管道取样确定或通过理一一论计算进行估计，柳贡慧等人已得出计算方法。6：(6)气体在关键点的密度和速度分别为：2g【7cJ0一一)式中：P为环空出口处的地面压力，Pa；为环空出口处的地面温度，K；P为岩屑密度，kg／m；2一、，为地温梯度，K／m；R为摩尔气体常数，8-314；M]⋯为空气的相对分子质量，O．029；K为机械钻速，m／s；式中：P为关键点环空压力，Pa；为钻铤长度，m。Qw为地层出水量，1TI／s；P为地层水密度，kg／m；将式(12)、(13)代人式(7)可得关键点的压力。P为实

7、际作业井El的压力，Pa；To为实际作业井口赫的温度，K；Q曲为井口注气量，m／s。~lf,,o／譬，环空的气体在关键点即钻铤顶部单位体积的动式中：为标准状态下的温度，K；P为标准状态能最小，假设此处携带岩屑的能力等效于空气在标下的大气压力，Pa。联立式(4)和式(14)，用试算准状况下携带岩屑的能力，就有：1212法或计算机编程可求出用最小动能法确定的携岩最，PbVb(7)小注气量。式中：P为标准状况下空气的密度，kg／m；v为标准状况下最小动能的空气速度，m／s；P为关键2防止井下燃爆的注气量点气体密度，kg／m；Vb为关键点气

8、体速度，m／s。当空气钻井钻遇油气层时油气便会涌人井内，根据标准状况下v不小于15．24m／s的携岩要又由于井下高温，此时井下极易产生燃爆。井下求，计算最小气体体积流量时一般取1，。。=15．24m／s。燃爆问题使得空气钻井适用范围受