在非常规复杂环境油气资源钻井过程中常面临"窄安全密度窗口(Safe Mud Density Window)"现象,而控压钻井是解决这类油气资源钻井的有效手段.控压钻井钻遇非常规复杂气藏储层常会由于地层压力预测不准或井下压力波动造成地层气侵入井筒形成不稳定气液两相流从而导致井筒内压力剧烈变化,形成巨大井控风险.为了揭示控压钻井钻遇储层气侵过程井筒压力的演变规律,本文研究利用大型实验台架进行可视化模拟实验,测量钻井液循环条件下气侵过程井筒压力变化,观察管内流动物理特征.实验数据分析表明:随着井底开始气侵,井筒内压力先增大再减小;管路下部比上部先达到压力峰值;压力波动程度随着井深的增加而增加.在此基础上,基于非稳态流动理论和漂移模型建立了井筒气液两相流动瞬态预测模型.该模型具有跟踪气液界面等流动参数的功能并采用全隐式有限差分法进行数值求解.通过研究,模型数值仿真结果与实验数据吻合程度较高,证明了该模型可以用于预测控压钻井钻进条件下气侵井筒流体瞬态流动特征.本研究的成果深化了对气侵过程井筒压力演变规律的认识,丰富了复杂工况控压钻井的水力学模型,为井筒安全提供理论支持和实验评价手段.
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