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《固井实时监测系统研究》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、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年4月第31卷第2期JournalofOilandGasTechnology(J1JPI)Apr12009Vol131No12·89·固井实时监测系统研究黄志强(湖北省油气钻采工程重点实验室,长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)[摘要]固井是一项复杂的系统工程,合理控制固井施工参数是固井施工成功的关键。在固井施工过程中,对注水泥过程的动态参数进行实时监测有助于及时了解井内实际情况,完善施工技术措施,提高固井质量。建立了注水泥过程中环空动压力的计算模型,介绍了其求解过程;开发了具有数据存储、数据处理、数据显示与
2、异常报警功能的固井实时监测系统。通过现场的实际应用,结果表明,整个系统所建立的模型是正确的,功能是有效的,误差较小。[关键词]固井;动态参数;环空动压力;实时监测系统;功能;报警[中图分类号]TE26[文献标识码]A[文章编号]100029752(2009)0220089203随着石油天然气工业的不断发展,许多复杂井、特殊井的固井施工难度越来越大,对固井工艺技术的要求也越来越高。为了保障固井施工安全和提高固井质量,客观上需要对固井注水泥过程的动态参数[1]及时了解和分析,并采取合理的施工措施。着眼于这一目标,对注水泥过程井眼中液体的流动规律开展了研究工作,建
3、立了井底及关注点处环空动压力的计算模型,开发了固井实时监测系统,以便及时掌握固井关键参数的变化情况,通过处理与分析,对井下安全情况作出实时判断并进行异常报警,改进和完善固井施工措施。1环空动压力计算模型的建立与求解以监测记录的三参数(泵压、流量、密度)为基础,根据“U”型管理论,计算井底动压力和关注点处环空动压力,其计算结果可用于分析判断井下是否安全。111井底动压力计算模型将套管内与环空比作一个“U”型管,井底压力P等于环空各种流体的静液柱压力及摩阻压降之和。即P=PHA+PFA。环空内的静液柱压力计算公式:k-3ρPHA=9181×10∑i(Ha)i(1
4、)i=1环空内的摩阻压降计算公式:kNaPFA=∑∑(PFA)i,j(2)i=1j=122ρiVi,jfi,jKΔP/L(La)i,j(PFA)i,j=(3)(Da)j-(Do)j4QiVi,j=22(4)π(Da)j-(Do)j3式中,PHA为环空静液柱压力,MPa;k为环空流体种类数;ρi为第i种流体的密度,g/cm;(Ha)i为环空第i种流体的液柱总长度所对应的垂深,m;PFA为环空内总的摩阻压降;Na为总的环空分段数;(PFA)i,j为环[收稿日期]2009201220[基金项目]国家油气重大专项(2008ZX050212006)。[作者简介]黄志强
5、(19642),男,1984年毕业于江汉石油学院,硕士,副教授,现主要从事油气井钻井完井技术的研究工作。·90·石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年4月空第i种流体在第j段环空内的摩阻压降,MPa;Vi,j为环空第i种流体在第j段环空内的流速,m/s;Qi为环空第i种流体的实际流量,L/s;fi,j为第i种流体在第j段环空内的摩阻系数,无因次;(La)i,j为第i种流体在第j段环空内的长度,m;(Da)j为第j段环空的内径,mm;(Do)j为第j段顶替管柱的外径,mm;KΔP/L为常数,国际单位制时取值为1。112关注点处环空动压力计算方法要计算任一
6、井深Hx处的环空动压力,首先应确定该井深以上固井流体的种类数Nx和该井深以上环空段数(Na)x,再根据固井流体在不同井段内的液柱长度(La)i,j,代入式(1)～(4)确定总的环空摩阻压降和静液柱压力,进而求出该井深处的环空动压力。113环空动压力的求解过程1)确定任一时刻第i种流体所在的环空内外径(Do)j和(Da)j由于注水泥方式的多样性以及钻井方式的复杂性,不同的注水泥方式可能使用不同的管柱结构,也就是出现不同的环空内径,不同的钻井方式又可能出现多种不同的井壁内径,即环空外径。这样就给(Do)j和(Da)j的确定带来了一定的困难。通过将不同环空外径所对
7、应的各段底深与不同环空内径所对应的各段顶替管柱的底深进行比较,并按大小顺序进行排列,即可得到环空各段的分段后的段长以及每段环空所对应的内外径(Do)j和(Da)j。2)井内实际流量Qi的求解当管内外流体的静液柱压力之差大于流动阻力时,就会产生“U形管效应”。此时井内实际流量Qi不等于泵入排量Qo,从而在管内上部形成真空段。当真空段存在时,地面压力为[2]0。根据压力平衡模型,采用迭代方法可以确定某时刻的井内实际流量Qi。3)任一时刻第i种流体的液柱长度(La)i,j的求解在计算环空动压力时,需要分析“U”型管效应对计算(La)i,j的影响。当出现“U”型管效
8、应时,井内实际流量大于泵入排量,实际流速变大。在注替
