基于空心球滑移条件下的双梯度钻井井筒温压场的研究

摘要

为了研究空心球的滑移对深水双梯度钻井井筒温度和压力的影响,本文首先基于碰撞理论,在考虑空心球颗粒之间相互碰撞的条件下,建立了球与球之间的曳力模型。其次,根据单个空心球在钻井液中的受力分析,建立了不同流态下的滑移速率模型,并将模型计算结果与室内实验测试结果进行对比,从而验证了模型的合理性。然后又基于滑移速率模型,推导了滑移速率、滑移距离和混合流体的热物性参数之间的关系模型,同时考虑井筒温度、压力以及流体热物性参数之间的相互影响,从而建立了双梯度钻井井筒压力预测模型。基于南海某区块的钻井数据,并考虑分离器位置、空心球体积分数、滑移距离、空心球直径与密度以及钻井液黏度的影响,对井筒压力预测模型进行了计算和敏感性分析。结果表明滑移速率与空心球的直径及钻井液的密度呈正相关,而与空心球的密度和钻井液的黏度呈负相关;在分离器位置处,环空内混合流体的密度分布曲线存在突变点,而压力分布曲线在相同位置处存在拐点;随着滑移距离的增加,上部环空内轻质流体的液柱长度逐渐减小且密度曲线和环空压力分布曲线的突变程度与弯折程度逐渐增加;当滑移距离增加时,环空压力逐渐增加,而轻质段混合流体的密度以及整个环空的温度却逐渐减小;当分离器位置和空心球体积分数的增加,环空压力和轻质段混合流体的密度减小。该研究可以为变梯度钻井井筒压力的更精确的预测提供理论参考,同时也为深水窄压力窗口条件下的安全钻井提供了一定的理论指导和技术支撑。