气体钻井临界携水量计算

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1、·94·天然气工业2010年2月气体钻井临界携水量计算代锋李黔梁海波胡学明徐晓蓉。张光华1．西南石油大学2．川庆钻探工程公司塔里木工程公司3．中国石化胜利油田分公司鲁明石油开发有限责任公司代锋等．气体钻井临界携水量计算．天然气工业，2010，30(2)：94—96．摘要地层出水是制约气体钻井顺利实施的一个瓶颈，准确计算一定注气量下的临界携水量对于气体钻井现场安全施工、避免井下复杂至关重要。基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的数学模型，该模型综合考虑了地层出水后环空多相流动状态，利用该模

2、型可确定气体钻井注气量和临界携水量的对应关系。计算结果表明：增加注气量和降低液气表面张力是提高气体钻井临界携水量的有效途径；当增加注气量不能满足携水要求时，必须转换钻井方式，通过降低液气表面张力来提高临界携水量；气体钻井临界携_水量计算需兼顾携带岩屑和携水两个要求，当所需的最小携水动能等于最小携带岩屑动能时，液气表面张力达到极值，进一步降低液气表面张力失去意义。实例验证表明，该研究成果能够用于指导气体钻井现场实践，为地层出水后气体钻井转换钻井方式提供了理论依据。关键词气体钻井地层出水临界携水量注

3、气量最小动能D0I：10．3787／j．issn．1000—0976．2010．02．0Z5在气体钻井环空上升流动中，作用在液滴上的力0引言主要有向下的重力和向上的牵引力。当这两个力相等地层出水是影响气体钻井顺利实施的一大障碍。时，自由下落的液滴速度达到临界值。学者Turner建地层出水后，若处理不当，将影响井眼净化和井壁稳立的预测临界速度的数学模型如下：定，出现井下复杂情况I12]。目前有关气体钻井地层出一4．458『L_(2)dJ水后临界携水量的计算，国内还处于探索阶段[3]，现场式中：为悬

4、浮液滴的临界速度，m／s；为液气表面张主要依靠经验进行处理，没有形成明确的定量指导方力，N／m；pL为地层水密度，kg／m。；Cd为阻力系数。法。笔者综合考虑了地层出水后环空多相流动状态，将式(2)带入式(1)，取Ca一0．44，忽略气体密度基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的的影响(因pgKKP。)，得到：数学模型，以期得到气体钻井注气量和临界携水量的对应关系，用于指导气体钻井现场实践，为地层出水后Ekm一14．98,／．GT,．(3)钻井方式的转换提供理论依据。式中：E为最小携水动

5、能，J／m。。携带液滴到井口的最小气体速度(Vgm)包括悬浮1数学模型液滴所需的临界速度()和液滴的传输速度()，即1．1最小携水动能的求解g==1+(4)气体的携带能力表达式[4]：传输速度取临界速度的2O，该值考虑了非停滞1速度、岩屑形状引起的阻力系数及临界韦伯数的影Ek=百1Pg(1)g响，即式中：Ek为气体动能，J／m。；为气体密度，kg／m。；≈1．2vl(5)为气体速度，m／s。将式(5)和式(2)带入式(1)，得到：基金项目：中国石油天然气集团公司重大应用基础研究项目(编号：07A

6、20402)。作者简介：代锋，1984年生，硕士研究生；从事油气井工程研究工作。地址：(610500)四川I省成都市新都区西南石油大学研究生部。电话：15882402816。E-mail：swpu—dai@163．corn第3O卷第2期钻井工程1)从表1可看出，采用Turner理论计算的最小携Ek一21．57~／I(6)1．2实际土况下气体携水动能的计算水动能低于最小携带岩屑动能，即只要满足提供的动能高于最小携带岩屑动能，携水将不存在问题，但根据气体密度(Pg)、速度()计算如下：气体钻井现场实

7、施情况来看，地层出水后携水比携带一一———一(7，)，岩屑更棘手。2)对于地层出油，不管是基于Turner理论还是根g———■■一(o8)，据本文结果，最小携油动能远低于最小携水动能和最将式(7)和式(8)带入式(1)，得到：小携带岩屑动能，说明气体钻井地层出油较地层出水===(9)更易解决，地层出油在井眼净化方面不是一个突出的问题。式中：S为气体的相对密度；p为井深H处的压力，3)式(6)表明地层出水时，降低液气表面张力，进MPa；T为井深H处的温度，K；Q为注气量，m。／而降低携水所需的最小

8、动能以满足井眼净化是一种有min；A。为环空横截面积，m。效途径。但钻井现场液气表面张力仅能降低到某个水上式需要准确计算环空压力，井深H处的流动压平，并不能无限制的降低。现场只要提供的最小携水力通过下式计算：动能和最小携带岩屑动能相等，即可按照最小携带岩屑动能标准进行临界携水量计算。(10)3应用实例其中：3．1基本参数0．2SRdb+0．255(SQw+S。Q)+0．019SQ一一_—————————————一某井钻至井深2970ITI，下244．5mm技术套管固井。2970～3600ITI井