空气钻井环空压力计算模型.pdf

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1、空气钻井环空压力计算模型朱丽红1233，刘建林，殷琨，黄勇（1.中国石油大学石油工程学院，山东青岛266555；2.中国煤炭科工集团西安研究院，陕西西安710054；3.吉林大学建设工程学院，吉林长春130026）摘要：由于空气钻井采用具有极大压缩性的空气作为循环介质，其循环系统的压力变化与传统钻井方式相比有很大区别。从循环系统的压力分布入手，通过优化理论模型等手段，推导出环空压力计算模型，并求解出环空压力随深度变化的通用解。采用C语言编程计算，得到压力P随井深H变化数据，绘制出P-H曲线，归纳出空气钻井中压力随井深变

2、化规律，为空气钻井中主要参数的计算提供理论依据。关键词：空气钻井；环空；压力；计算模型中图分类号：TE242文献标识码：A如下[3]：⑴直井钻进；⑵不考虑温度变化的影0引言响；⑶忽略岩屑颗粒和设备器壁的端末效应空气反循环钻井技术是欠平衡钻井技术影响；⑷钻进中循环空气满足理想气体状态的重要分支，与传统钻井液钻井相比具有高方程；⑸环空内处于紊流完全粗糙区；⑹不考钻速、保护油气层、降低成本等优势，已成功虑钻柱旋转的影响；⑺可压缩气体与不可压应用于开发浅层天然气和煤层气中[1-2]缩气体均匀的混合在一起并以相同速度流，其工作原

3、理是以压缩空气为主的钻井循环流体沿动；⑻当固体岩屑混入气液流时，假定在大钻杆内壁到达井底，冷却钻头，并携带钻头钻小、密度上一致的岩屑能一直的分布于气液进产生的岩屑沿环空上返至地表。该项技术流中。具有机械钻速高等优点，在低压、低渗地层等2计算推导非常规油气藏的勘探开发中具有显著的技术优势，应用前景较为广阔[3]由空气压缩机输出的压缩气体，沿地表。由于气体具有可压缩性，常规泥浆钻井进气管进入钻具开始孔内循环，到达孔底后的有关理论对空气钻井而言己不适用。空气携带钻头钻进产生的岩屑沿环空上返至地钻井在国内刚刚起步，很多理论分析

4、、计算方表，完成循环。在井内某一深度处取微元体，法尚未形成[4-5]建立微分方程[4]。面对空气钻井的日益发展壮。压力梯度dp，在两相流向上大，急需开展空气钻井理论方面研究，为空气流动中随dh而变化，固体岩屑体积忽略不钻井的设计、设备选型、工艺参数优化提供理计。其关系式可表示为论保证和技术支持。2fVdp=γmix!1+"dh（1）1基本假设2g（Dh-Dp）结合空气钻井技术特点，模型基本假设由理想气体状态方程和质量守恒定律知基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2010CB226703）；国家自然科学

5、基金（50974130）项目：中央高校基本科研业务费专项资金（10CX03011A）资助；四川石油钻井工艺技术研究院项目（2006220100003435）作者简介：朱丽红（1981-），女，山东新泰人，讲师，博士，主要从事油气井工程方面的教学与科研工作。18凿岩机械气动工具，2011（4）2γmix=wt（2）1（Pg）×（Taν）Qgf=乙e乙（8）PTg2lg（D-D）+1.14hp其中，e为环空表面的绝对粗糙度，e=（Pg）×（Taν）Qg0.001524m；d为当量直径，在环空处计算公PTgV=（3）π22式

6、为d=Dh-Dp（D-D）4hP2③绝对平均温度Taν将式（2）和式（3）代入式（1）则有T=Tr+Th=tr+273+th+273（9）aν22wtdp=×（Pg）×（Taν）Qgth=tr+βH（10）PTg式中Tr———井口绝对温度，K22（Pg）×（Taν）Q22g2Th———井底绝对温度，K21+fPTg2dh（4）22g（D-D）π222tr———井口温度，℃hp（D-D）hP242th———井底温度，℃做如下定义规定系数如下Ba（p）=wt×C=wtTg0（Pg）×（Taν）Qg2Pg

7、TaνQgPTg222C1=f1wtPgTaνQgPgTaνπ222（）×（）Qg22g（D-D）[（D-D）]2TfPTghp14hP1g21+222g（D-D）π222hp（D-D）fwPTQ24hP2C=2tgaνg2π222则式（4）可改写成2g（Dh-Dp2）[4（Dh-DP2）]TgdpwT2乙=乙dh（5）C常1=tgPB（p）ea2PgTaνQg借助微分方程求解方法对式（5）进行求+f1wtPgTaνQglnPeπ22解，略去过程，方程结果为2gT（D-D）[（D-D）]2ghp1h

8、P14wtTgP2+fwtPgTaνQglnP22PgTaνQgπ222C常2=wtTgP2gTg（Dh-Dp）[（Dh-DP）]2PTQe4gaνg=h+C常（6）+f2wtPgTaνQglnPeπ22其中C常由边界条件确定。2gT（D-D）[（D-D）]2ghp2hP24假设边界条件已知环空出口压力Pe，所求压力为Px。以上各