一种气体钻井井底流体侵入量的简易算法

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1、大庆石油学院学报第34卷第1期2010年2月JOuRNAIOFDAQINGPETROIEUMINSTITUTEVo1．34No．1Feb．2010一种气体钻井井底流体侵入量的简易算法常瑛，刘顺利。，冯久鸿。，毕雪亮(1．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京昌平102249；2．大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆163318；3．辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦124000)摘要：在气体钻井过程中，地层出水、出气易引起卡钻、井壁失稳等事故．为计算气体钻井流体侵入量，根据质量守恒原理，建立流体侵入量计算模型，推导井底流体侵入量表达式，利用井筒内平均流速计算流体滞后

2、时间，并根据流体侵入量的计算结果给出相应的钻井方式．计算实例表明，流体侵入量模型简单、直观性强，可为气体钻井方式转换、减少钻井事故提供指导．关键词l欠平衡钻井；地层流体；质量守恒定律；流体侵入量中图分类号：TE242．6文献标识码：A文童编号：1000—1891(2010)01—0060一O30引言气体钻井以其减少油气层伤害、有效评价油气藏、大幅度提高机械钻速和有效控制漏失、减少压差卡钻等优点在全世界范围内得到越来越多的应用，但是井底流体侵入限制气体钻井技术的进一步发展，可导致岩屑成团、卡钻、井壁失稳等事故；因此井底侵人流体的早期监测和识别很重要．SmithJR等提出基于IPR动态关系计

3、算钻井过程中地层液体侵入量]，刘伟等基于低速非达西渗流理论预测气体钻井过程中低渗透地层液体的侵入量]，李爱军在雾化(泡沫)液中加入一定量的示踪剂]，通过测量进出口示踪剂浓度计算地层出水量．这些模型基于达西公式，根据渗流理论建立计算模型，构造复杂，求解时间长．笔者根据质量守恒原理，利用进出井口质量流量变化推导侵入井筒的地层流体流量．1计算模型1．1假设条件(1)2g层液体与岩石无化学反应；(2)新钻出的岩屑直接被钻井液冲离井底并携带出井口；(3)井底流体侵入流量在钻井液携带能力范围内．1．2流体侵入量设在d￡时间内以一定机械钻速钻进井深为d^，则钻出岩屑体积dV为d：_n_DZ(1一qDd

4、h一．KnD2(1一)44rR¨()‘Pdt，式中：为地层孑L隙度；D为钻头直径；R¨为机械钻速．由式(1)得岩屑体积流量Q为Q一睾D：(1一)R【】．(2)岩屑的质量流量M为Mc—Q，(3)收稿日期：2009—1O～28；审稿人：艾池；编辑：王文礼作者简介i常瑛(1968～)，女，博士，研究员，主要从事油气井工程方面的研究·6O·第1期常瑛等：一种气体钻井井底流体侵入量的简易算法式中．ps为地层岩石密度．空气的质量流量为一Q，(4)式中：Q为进口空气体积流量；p为泵入的空气密度．地层流体侵入量M2为M2一M1一M一Mc，(5)式中：M为井口的质量流量．地层侵入流体的平均密度P为一M2，

5、P一—Q—Q1’(bJ3-式中：Q。为出口空气体积流量．根据流体密度，判断流体侵入类型：若一0．089kg／m。，为氢气侵入；若一0．714kg／m。，为天然气侵入；若一1．25kg／m。，为一氧化碳气侵入；若≥1×10。kg／m。，为液体侵人．考虑流体体积系数，井底流体侵入体积流量Q为Q一／Qs—Q～Qc)×B，流体为气体(7)1(Q。一Q一Q)×B。，流体为液体．式中：B，B分别为气体、液体的体积因数．1．3流体滞后时间由于地层侵入的流体从井底返到井口需要一定的时间，所以存在滞后现象，计算滞后时间可以指导现场钻井，提前改变钻井方式．井筒内的各点压力不同，气体流速也不相同，为简化计算，

6、利用井筒内平均流速计算滞后时间．根据气体状态方程计算井底的气体体积流量Q2为Q一，(8)井底的气体流速为722一Q／A一，(9)井口处的气体流速为1===Q1／A，(10)则平均滞后时间t为，(11)2十"O1式(8～11)中：P为井口大气压力；P。为井底压力；A为环空截面积；h为井深；T为井口地面温度；Tz为井底温度．1．4钻井方式转换原则．根据地层流体侵入量转换钻井方式，主要原则：(1)如果地层流体侵人量小于等于1．0rn。／h时，继续气体钻井．(2)如果地层流体侵入量大于1．0m。／h并小于等于3．0m。／h时，则转为雾化钻井；如果采用雾化钻井，转盘转矩大于20kN·m，则转为泡沫

7、钻井．(3)如果地层流体侵入量大于3．01TI。／h，则转为泡沫钻井；如果采用泡沫钻井，转盘转矩大于20kN·m，则转为常规钻井液钻井．大庆石油学院学报第34卷2010年2现场应用加们∞∞某口井用气体钻井：井深为2000m，机械钻速为6m／h，井眼直径为215．9mm，钻杆外径为127．0mm，空气注入速度80m。／rain，空气密度为1．29kg／m。，地温梯度为3℃／100m，井径扩大率为l5，地层空隙度为1O9／5，岩屑密度为