气体钻井最小注气量模型的优化

《气体钻井最小注气量模型的优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年4月第36卷第4期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Apr．2014Vo1．36No．4气体钻井最小注气量模型的优化孑『J＼士慧，闫铁，毕雪亮(东北石油大学提高油气采收率重点实验室，黑龙江大庆163318)张东(安东石油技术(集团)有限公司，北京100102)[摘要]气体钻井施工中保持合理的气体体积流量对钻井的成功至关重要，为实现气体体积流量的准确预测，根据修正的Tabatabei

2、携液最小动能理论，结合考虑岩屑和侵入流体影响的环空压降计算方法，建立了气体钻井连续携岩、携液的最小注气量模型。其中，Tabatabei携液最小动能理论的修正考虑了温度对表面张力的影响及雷诺数和液滴球形度对曳力系数的影响；由于模型所确定的最小注气量是地面条件下的，因此引入了原油体积系数、天然气体积系数、地层水体积系数来表征温度、压力对油、气、水等流体的影响。模型计算结果分析表明，气体钻井连续携岩、携液需要更大的注气量；注气量的大小与机械钻速、环空截面积、井口回压有关。[关键词]气体钻井；最小动能；

3、最小注气量；携液；携岩[中图分类号]TE22[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2014)04—0086一o5气体钻井技术因具有机械钻速高、成本低、有效控制漏失层、及时评价低压低渗油气层和保护油气层等优点而备受青睐。合理的注气量是气体钻井成败的关键，注气量太小，携岩能力不足将导致岩屑被重复破碎，严重影响机械钻速，同时岩屑还会向井底沉降，在井内堆积，造成扼流，致使钻井作业无法正常进行；注气量过大又会增大环空压降，从而增加井底压力，致使机械钻速降低，并会使井眼冲蚀扩大。因此有必要对气体钻

4、井的注气量进行优化。气体钻井最小注气量的计算，国内外学术界逐渐形成了井底清洁的三类标准，即最小动能标准、最小速度标准和最小井底压力标准，这三类标准都是基于携带岩屑标准提出的口；对于携液所需最小注气量，主要是借鉴气井生产携液理论进行研究，不考虑岩屑的影响l6哪]。而在气体钻井过程中，允许地层流体有控制的进入井内，环空流体流动是气、液、固多相流动，但对于气体钻井连续携岩、携液理论还没有统一的认识。笔者通过引入考虑温度影响的表面张力模型及考虑雷诺数和液滴球形度的滑脱系数理论，修正了Tabatabei携

5、液最小动能模型；结合考虑岩屑及侵入流体影响的环空压降计算方法，改进了气体钻井最小注气量模型，用于更为准确地预测携带岩屑和侵入流体的最小注气量。1修正的气体钻井携液最小动能模型基于Tabatabei携液最小动能理论，能够持续把液滴带到地面的最小动能可表示为一式中：Ek为携液最小动能，lb·ft／ft。；ry为表面张力，mN／m为液滴密度，lbm／gal(1lbm／gal一8．33g／cm。)；Cd为曳力系数。式(1)中水一气表面张力及油一气表面张力分别取为60mN／m和20mN／m，但表面张力受温

6、度的影响，这里表面张力由下式计算口：r-[]r-[12口一75．472—0．15226×l昔×(T一32)l一0．00015026×f昔×(T一32)l(2)式中：丁为温度，。F。[收稿日期]2013一10～lo[基金项目]国家科技重大专项(2011ZX05021—006)；国家自然科学基金项目(51374077)。[作者简介]孙士慧(1986一)，女，2008年东北石油大学毕业，博士生，现主要从事气体钻井、欠平衡钻井多相流的研究。学兔兔www.xuetutu.com第36卷第4期孙士慧等：气体

7、钻井最小注气量模型的优化曳力系数Cd是与雷诺数』、，和球形度有关的函数，以前研究将气流中液滴球形度设为1，曳力系数Ca取为0．44。但液滴在上升过程中，不可能保持球形上升，笔者采用考虑雷诺数和液滴球形度的滑脱系数理论来计算曳力系数C[n]：+Cd：10(A+引ogNRe+cElog‘NRe](3)式中：A一2．2954—2．262~+4．4395~2—2．9825~3；B一一0．4193—1．9014~2—2．0409~。；NR一928

8、D。。g液滴最大等效直径D可以由韦伯数来定义，根据Turn

9、er等的研究结果，韦伯数设为30，则液滴的最大等效直径可以表达为：D：(4)根据气体携液动能，得到井底压力：P一AE2(5)～式中：N为雷诺数；为球形度，1；Pg为气体密度，lbm／gal；73为气体速度，{t／s；D为液滴最大等效直径，in；／~为气体黏度，mPa·s；y为气体相对空气的相对密度，1；Z为气体压缩因子，1；A为横截面积，ft；户为井底压力，psi；Tb为井底温度，。F；Q为气体最小注入量，ft。／min。2气体钻井最小注气量模型的优化对于向上流动的气、液、岩屑多相混合流，稳态能