微流量钻井水力参数分析与计算

摘要

石油和天然气工业钻井作业变得越来越复杂和富有挑战。在设计这种小误差要求的井的过程中需要创新性的钻井设计软件来解决钻井过程中所面临的瞬时变化，例如气侵。同时，需要使用漂移模型分析多相流流的不同特性。此外传统的压井方法通常比较慢，而且会引起卡钻和二次井涌等其它钻井复杂，引发井控事故。相反，使用动态流入控制，可以在几小时内甚至几分钟内而控制并消除井涌，而不是几天。此外，动态模型还考虑了气体的溶解，虚拟质量力，牵引力以及相间的相对运动。然而，现有大多数的钻井水力参数计算软件，无法满足控压钻井（MPD）和微流量钻井（MFC）等先进钻井技术对于井控模拟的需要。 在本文中，依据改进的数学模型准确地预测气侵的位置不仅有助于分析复杂的地层结构，还可以为提高钻井液密度、提升回压和套压等有效的钻井措施提供参考，从而避免井涌。准确预测气侵位置一直是钻井工程的一个重要难题。在充分考虑虚拟质量力(VMF)、(VSF)粘性剪切力、能量守恒和窄压力窗口等重要因素的基础上，基于压力随时间变化的计算，提出一种预测气侵位置的新模型。并通过状态方程(EOS)、小扰动理论和四阶龙格-库塔方法(R-K4)来求解该模型。同时，通过 PC编程计算的多条压力运动响应曲线，给出了气侵和井口参数之间相应关系的压力响应时间板。结果表明，压力响应时间(PRP)在不同的井深和气侵速率下是不一样的，而气侵的位置可以通过识别出井口参数和测定响应时间精确地跟踪。因此，即便没有井下工具的帮助，通过准确的数学方法计算气侵位置也是完全可以实现的。 通过龙格-库塔方法，计算结果表明波速(WV)和截面含气率(VF)随深度变化明显不同。分析压力波(PW)的传播现象，对求解控压钻井(MPD)中不稳定操作引起的瞬态压力(TPP)具有重要意义。在环空中，压力的下降可以使截面含气率随在钻井液流动过程而增加。截面含气率先开始的时候微弱上升，然后会突然增大;稳定的波速首先逐渐减小，然后微弱地增加。通常来讲,波速增大会导致回压上升，而相应的气侵速率和角频率会减少，特别是在小间隙范围内。通过细致的规划和执行，控压钻井（MPD）和微流量钻井（MFC）气侵控制可以显着提高钻井安全性和效率，并且还可以减少停工时间。