充气控压钻井关键工程参数研究_何淼1_柳贡慧1_2_李军1_李梦博1_游子卫1.pdf

网络出版时间：2014-06-06 09:34 网络出版地址：/kcms/detail/21.1357.TE0934.005.html 充气控压钻井关键工程参数研究 1 1,2 1 1 1 何淼 ,柳贡慧 ,李军 ,李梦博 ,游子卫 （1.中国石油大学，北京 102249；2.北京信息科技大学，北京 100192） 摘要：充气控压钻井技术将充气欠平衡钻井和控压钻井技术结合，主要应用于窄密度窗口 和对储层保护要求较高的低孔低渗地层。结合充气钻井工艺特征，考虑注气初期井筒中气 体运移规律，建立了环空井筒多相流瞬态模型，并将计算值与实验测量值进行对比，验证 了该模型的稳定性和精度。模拟了截面含气率随井深变化规律，以及排量、注气量和井口 回压调整时井底压力动态变化规律。结果表明：带压1～2MPa 钻进可以大幅改善近井口处两 相流流型，有利于安全高效作业；在井筒压力控制对应的工程参数中，调整井口回压的时效 性最高，排量其次，注气量最差。研究结果为充气控压钻井中作业参数选取提供了理论依 据。 关键词：充气控压钻井；气体运移；瞬态模型；注气量；排量；井口回压 中图分类号：TE249 文献标识码：A 引 言 [1-2] 充气控压钻井技术是在常规控压钻井技术 的基础上发展起来的，将充气欠平衡钻井 和常规控压钻井技术结合起来，以微欠平衡的模式进行钻井作业，有利于储层保护，同时井 [3] [4-8] 下随钻测量PWD 的应用能有效降低井控风险 。国内外的学者 对充气控压钻井技术进行 了一些研究，但由于计算模型均基于多相流稳态模型，无法分析实际应用中由于钻井液排量、 注气量和井口回压等关键工程参数变化时引起的井底压力、环空流动参数动态变化规律。针 对这一问题，对充气控压钻井中环空多相流动规律进行了研究，建立了环空多相流瞬态模型， 并利用有限差分方法进行数值求解，研究结果可为充气控压钻井现场作业提供理论依据。 1 充气控压物理模型 充气控压钻井技术按气体注入方式分类，有钻杆注入和环空注入2 种，其中环空注入又 包括寄生管注气和同心管注气。相比钻杆注入方式，环空注入的优点为：首先避免了钻杆内 出现气液两相流动，解决了钻杆内两相流动不稳定、脱气严重的问题；其次，由于钻杆内流 体为单相，充气控压钻井过程中可以使用泥浆脉冲实时传输型 PWD ，同时在定向钻井作业 中可以使用泥浆脉冲MWD 。由于环空注气的优点，选取环空注气方式作为本文中的物理模 型，据此进行环空多相流动规律分析。 ————————————— 收稿日期改回日期 基金项目：国家自然科学基金重点项目“控压钻井测控理论及关键问题研究”；国家科技重大 专项“窄密度窗口安全钻井技术与配套装备”（2011ZX05021-003）；国家重点基础研究发展计划 （“973”计划）“深井复杂地层钻井压力系统模型与规律”（2010CB226704） 作者简介：何淼（1989-），男，2011 年毕业于中国石油大学（华东）工程力学专业，现为中国石油大学 （北京）油气井工程专业在读博士研究生，从事控压钻井和欠平衡钻井研究。 2 充气控压多相流模型 井筒环空中气液两