不同流变模式下的泡沫钻井压降模型对比与改进.pdf

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2014Vo1．36No．8·95·不同流变模式下的泡沫钻井压降模型对比与改进王洪涛(提高油气采收率教育部重点实验室(东北石油大学)，黑龙江大庆163318)王峰(大庆钻探工程公司国际事业部，黑龙江大庆163411)陈勋(提高油气采收率教育部重点实验室(东北石油大学)，黑龙江大庆163318)董建国，李洋，秦艳宇(中石油大庆油田分公司，黑龙江大庆163453)[摘要]泡沫钻井的压降计算是确定合理气液注入量的基础，对泡沫钻井水力压降的研究不少，但是相

2、对于常规钻井水力压降计算，目前泡沫钻井还没有一致认可的计算模型。因此从泡沫流变模式入手，对具有代表性的4种压降模型进行对比，并利用欠平衡水力模拟系统对不同情况下的泡沫压降进行模拟，对比分析结果显示在7o～90泡沫质量范围内，泡沫流变模式大多与幂律流变模式类似，并且考虑滑脱后的计算结果更加可靠。[关键词]泡沫钻井；流变模式；压降；模型对比；模型改进[中图分类号]TE242．[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2014)O8～0095—05泡沫钻井与常规钻井液钻井相比有许多显著优势：减少地层伤害、提高采收率、提高机械钻速、减少卡钻、降低漏失等L】]。与气体相比泡沫的黏度更高，有

3、利于井眼清洁，但同时也意味着压降更大r2]。国内外不少学者对泡沫的压降模型进行了研究L3]，具有代表性的有Blauer模型、Sanghani模型、Rei—denbach模型和Valko模型等。为了准确预测井底压力，优化气液注入流量，有必要找出最佳的泡沫压降模型，而流变模式是泡沫钻井水力计算的关键。因此，笔者从泡沫流变模式人手，研究基于不同流变模式(宾汉、幂律、赫巴)的泡沫压降模型，并与欠平衡水力模拟系统的模拟结果进行对比分析，根据对比结果选取泡沫最优的流变模式，并考虑气液之间的滑脱效应对压降的影响，改进压降计算模型。1泡沫钻井压降模型1．1Blauer模型Blauer[3指出在低剪切速

4、率下泡沫的雷诺数和摩阻系数之间的关系与单相液体相似，因此Blauer把泡沫流体假设成宾汉流体，推导了泡沫圆管流动时的层流压降、过渡流压降和紊流压降。模型中通过定义泡沫有效黏度、真实密度、平均流速和流道直径计算雷诺数和摩阻系数。泡沫的塑性黏度和动切力与泡沫质量密切相关，泡沫质量可以通过质量守恒和气体状态方程计算。泡沫质量：1厂I1一+V(⋯1)l式中：r为泡沫质量(体积分数)，1；Vg为气相体积流量，m。／s；V为液相体积流量，m。／s。泡沫密度：(2)式中：pf为泡沫密度，kg／m。；M为气相质量流量，kg／s；Ml为液相质量流量，kg／s。泡沫有效黏度：[收稿日期]2o14—02—1

5、8[基金项目]国家科技重大专项(2o1108ZX05021—006)。[作者简介]王洪涛(1982一)，男，2007年哈尔滨商业大学毕业，博士生，现主要从事油气井工程研究。石油天然气工程2014年8月+㈣式中：为有效黏度，Pa·s；为塑性黏度，Pa·s；为屈服值，Pa；为泡沫流速，m／s；D为管径，m。壁面剪应力：DAp一—(4)w式中：r为壁面剪应力，Pa；Ap为压降，Pa；L为管长，m。泡沫雷诺数：N：(5)式中：N岛为雷诺数，1。摩阻系数：△pD一一(6)f式中：f为摩擦因数，1。层流时Blauer推荐用Buckingham—Reiner公式计算泡沫压降：夏128／~pLQ(‘(

6、7)式中：Q为流量，m／s。1．2Sanghani模型Sanghani模型与Blauer模型最大的不同之处在于对泡沫流变性的假设_4]。Sanghani对泡沫的流变性进行了试验研簌靶究，并根据该试验数据，整理得到用于爝确定稠度系数和流性指数的模型，如图1∞三所示。Sanghani指出当泡沫质量(体积分数)为0．6～0．9时，泡沫流变性符合假释塑性幂律模式，流性指数和稠度系数是泡沫质量的函数，并提出了经验公式。流性指数：一一0．45+0．7633(8)图1泡沫流变指数和稠度系数数的修正式中：，z为泡沫流性指数，1。稠度系数：K：／lieaF(9)．a一一0．5262~+3．7257／~L

7、一13．3468b一0．89l3一6．5767,uL+29．7792C一一0．3429／~+2．5361#L一14．1593式中：K为泡沫稠度系数，Pa·s；为液相黏度，Pa·S。层流时Sanghani建议使用下式进行压降计算：Ap4Kf／8(3n+1)Q、“I—l(1O)ALD＼nD。／1．3Reidenbach模型Reidenbachcs认为泡沫层流流动时黏度与泡沫质量、动切力、稠度系数和流性指数都有关系，泡沫流体的流变性主要表现为屈服假塑