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《充气钻井井筒流动稳定性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年12月第31卷第6期JournalofOilandGasTechnology(JJPI)Dec2009Vol31No6123充气钻井井筒流动稳定性研究夏宏南(长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)韩先柱(新疆油田分公司井下作业公司钻井项目部,新疆克拉玛依834000)朱忠喜(长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)[摘要]以气液两相流理论为基础,分析了充气钻井的井筒压力分布问题。针对井筒压力分布对井眼尺寸的敏感性,给出了注气量计算方法。对井底压力和注气压力随井眼尺寸变化的情况进
2、行了分析,给出了注气量与井筒压力分布的关系,并对其变化情况进行了解释。在满足携岩的前提下,大井眼所需的注气量与小井眼之间存在差别,同时指出了采用复合式井眼进行充气钻井的优势。所得结论对指导和实施欠平衡钻井作业和研究具有一定的理论参考价值。[关键词]充气钻井;注气量;井底压力;复合井眼[中图分类号]TE2426[文献标识码]A[文章编号]10009752(2009)06012304充气钻井时使气体以气泡状态均匀分散于钻井液中,从而降低环空当量密度,这样可以减少井底压差、发现和保护储层,同时还可以安全钻过严重水敏性地层及漏失严重的地层,避免大量钻井液漏失,降低了钻
3、井成本。充气钻井在以往难钻地层得到了很好的应用,其优越性也得到了充分的体现。由于充气钻井最简单最常用的注气方式就是钻杆内注气,而钻杆内注气时全井筒内含有可压缩气体,流动状态复杂,钻杆内呈现气液两相流动状态,环空内呈现气液固三相流动,使得环空压力分布复杂化,这将直接影响井底压力稳定性,所以必须保持充气钻井过程中井筒流动处于稳定状态,从而确保井底压力和携岩效率稳定。因此,对充气钻井井筒流动稳定性研究将有助于充气钻井工程设计和现场施工。井筒流动稳定的标准就是流量在一定范围内变化时井筒内的流动状态不会发生突变,也就是流动状态对影响参数不敏感。在充气钻井工程设计中对注气量的设计是至
4、关重要的,因为在钻井液排量一定的条件下,维持井筒流动稳定的条件主要集中在井眼尺寸和注气量。下面就结合流体力学的基本理论,分析充气钻井井筒流动稳定状态,即分析井底压力和井眼尺寸与注气量之间的关系。1井筒流动模型及井底压力计算方程充气钻井中常见的注气方式是钻杆内注气,因此在研究井筒流动时,就以此为基础来进行。充气钻井井筒流动模型如图1所示。由于充气钻井时,井筒内不但有钻井液而且还有注入井筒内的可压缩性气体,而井筒轴向上不同深度处的压力和温度都将不同,注入的气体受气体状态方程的影响会发生相应的变化,因此充气钻井的井筒内为多相流动状态,流体(尤其是气体)物性参数随井深而变化。整
5、个井筒内流动问题的计算过程为:在已知循环系统出口处的压力和温度条件下,逆着流动方向从井口沿环空向下推导计算流动方程,然后到达钻头喷嘴,再到钻柱内向上直到地面。在环空内任一截面(如图1所示)处的压力为P,温度为T,该位置的深度为h。则该截面的压力梯度为:2fvdP=g1+dh(1)2g(dh-dp)32式中,P为计算截面压力,MPa;为计算截面混合物密度,kg/m;g为重力加速度,m/s;f流动摩阻系数,[收稿日期]20091108[基金项目]国家863计划项目(2006AA06A1094)。[作者简介]夏宏南(1962),男,1982年江汉石油学
6、院毕业,博士,教授,中国石油学会会员,硕士研究生导师,现主要从事钻头、钻井工艺和钻井仪器等方面的研究开发工作。124石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年12月无因次;v为计算截面混合物流速,m/s;h为计算截面深度,m;dh、dp为井眼内径和钻柱外径,m。通常都是以地面大气压和温度为参照,结合气体状态方程将地面气体体积流量QgG换算成计算截面处对应压力P和温度T下的真实气体体积流量QgPT:PGTQgPT=QgG(2)PTG式中,PG为地面条件下的压力,MPa;TG为温度,K;QgG为3气体体积流量,m/s;T为温度,K;QgPT为气体体积流量,3m/s
7、。应用式(2)可得环空内混合物的体积流量QPT计算公式为:QPT=QginPT+QgFPT+QlF+Qm+QrPGT=(QginG+QgFG)+QlF+Qm+Qr图1充气钻井井筒流动模型PTG(3)33式中,QPT为环空内混合物的体积流量,m/s;QginPT为折算到计算截面处的注气量,m/s;QgFPT为地层产333出气体折算到计算截面处的体积流量,m/s;QlF为地层产液量,m/s;Qm为钻井液流量,m/s;QginG为折33算到地面条件下的注气量,m/s;QgFG为地层产出气体折算到地面条件下的体积流量,m/s
