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1、鉆井工程天然氣工業(yè)2008年1月*充氣鉆井液的影響因素分析屈平申瑞臣李景翠吳國明周裕京(中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院)屈平等.充氣鉆井液的影響因素分析.天然氣工業(yè),2008,28(1):8284.摘要井底壓力的控制是充氣鉆井、井底欠平衡和防止井壁坍塌的關(guān)鍵,對其控制因素的研究和分析具有重要的現(xiàn)實意義。為此,利用Mukherjee和Brill的傾斜管兩相流方法,建立了求解井底壓力的數(shù)值模型。利用四階龍格庫塔算法,提出了該數(shù)值模型的求解方
2、法,給出了求解的計算流程圖。分析得出影響充氣鉆井液井底壓力的主要控制因素為注氣量、鉆井液排量、井斜角以及鉆井液黏度,通過編寫的軟件對4個主要控制因素進行了敏感性分析。隨著注氣量的增加井底壓力逐漸降低,但當(dāng)增加到某極限值后井底壓力反而會增加;隨著鉆井液排量的增加,井底壓力逐漸增加;井底壓力隨井斜角的增加而減小;隨著黏度的增加井底壓力增加。主題詞欠平衡鉆井分支水平井定向井充氣鉆井液井底壓力煤成氣在煤層氣多分支水平井中,充氣鉆井液得到廣vm為充氣鉆井液上返速度,m/s;vSG為氣相表觀速泛的應(yīng)用。充氣鉆井液的主要
3、作用是降低井底壓度,m/s;D為水力相當(dāng)直徑,m;為井眼傾斜角度,力,有效地形成欠平衡環(huán)境,從而可以減少儲層污();fm為兩相摩阻系數(shù),無因次。染、避免地層漏失以及防止井壁坍塌。而如何調(diào)節(jié)其求解的基本步驟為:首先計算充氣鉆井液密和控制井底壓力是成功實施充氣鉆井的關(guān)鍵。因度,然后判斷流型,并由此計算出持液率和摩阻系此,有必要對影響井底壓力的各個因素進行分析。數(shù),詳情請見文獻[2]。在整個求解方法中,可以將文獻[14]中從不同方面對充氣鉆井液進行了研究,壓力梯度方程處理為常微分方程的初值問題,然后筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,
4、分析了充氣鉆井液井底采用數(shù)值方法求解,即壓力的影響因素。dp=F(z,p)一、氣液兩相流壓力數(shù)值求解方法dz(2)p(z0)=p0氣液兩相流壓力的求解方法很多,但Mukherjeedp式中:為壓力梯度;F(z,p)為壓力梯度方程式和Brill提出的傾斜管兩相流相關(guān)式(簡稱MB式)dz更適合水平井和定向井的作業(yè)方式。MB方法是以(1)右邊的函數(shù)表達式。該微分方程的具體初始條均勻流體穩(wěn)定流動方程為基礎(chǔ),通過大量的實驗研件為z0=0,p0=c(c為常數(shù)),即井口處壓力為定值。究、采用相關(guān)分析、因次分析等方法確定傾斜(包括
5、這類常微分方程的初值問題可采用具有較高精垂直、水平)管兩相流持液率和摩阻系數(shù)等參變量的度的四階龍格庫塔算法進行數(shù)值求解。近似值。它改善了定向井和起伏管氣液兩相流壓力對z(垂深)取步長h,由已知的初始值(z0,p0)計算的準(zhǔn)確性。筆者利用MB式來求解氣液兩相和函數(shù)F(z,p)計算以下數(shù)值:流壓力,MB式的壓力梯度方程為:2k1=F(z0,p0)dpmgsin+fmmvm/(2D)=-(1)dz1-mvmvSG/pk2=F(z0+h/2,p0+hk1/2)3式中:m為充氣鉆井液密度,kg/m;g為重力加速
6、k3=F(z0+h/2,p0+hk2/2)23度,m/s;qG為氣體體積,m;p為計算點壓力,Pa;k4=F(z0+h,p0+hk3/2)*本文受到中國石油天然氣集團公司煤層氣關(guān)鍵技術(shù)研究項目(編號:06A20202)的資助。作者簡介:屈平,1982年生,碩士研究生;2005年畢業(yè)于成都理工大學(xué),研究方向為煤層氣鉆完井技術(shù)。地址:(100097)北京市海淀區(qū)四季青鎮(zhèn)北塢村陸甲25號靜芯園小區(qū)K座鉆井完井所。電話:(010)52781875。Email:qp1012@163.com82第28卷第1期
7、天然氣工業(yè)鉆井工程則在節(jié)點z1=z0+h處的壓力值:1.注氣量對井底壓力的影響p1=p0+p=p0+h(k1+2k2+2k3+k4)/6注氣量與井底壓力的變化是一個非線性的關(guān)后面的節(jié)點以此類推,直到井底。其計算程序系,見圖2。隨著注氣量的增加,井筒中的含氣量增結(jié)構(gòu)如圖1。圖中PVT模塊用于計算含氣鉆井液加,井筒中充氣鉆井液的持液率降低,由此造成充氣的各物性參數(shù)。鉆井液的密度降低,所以井底壓力逐漸降低。在注氣量比較小的時候井底壓力下降速度較快,隨后
8、下33降速度逐漸變緩,在注氣量為1m/s(60m/min)時達到一個極小值。在過了極小點之后,井底壓力隨著注氣量的進一步增加有一個小幅度的上升。注氣量過大,滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重,由于多注入的氣體量減少充氣鉆井液密度產(chǎn)生的壓力損失不及滑脫而產(chǎn)生的附加壓力。因此,井底壓力有一定回升。由此
