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在深水钻井中关于气涌的数学模型 摘要： 在油气开发工业中，井控一直是一个非常重要的问题，因为它涉及到资金节约，人身安全和环境威胁。从陆地到海洋勘探的边缘的先进性，尤其是，深水和超深水在钻井过程中，相关的井涌控制和井喷预防都取得了很大的发展。广泛用到的钻井经验被优化和再评价，所以发展新的技术来处理关系到深水钻井的特殊的问题，比如可靠和有效的井控经验。这样的结果对一些国家很重要，比如巴西，它的大部分油气井产量都在海洋，其中的70％在深水。关于这个方案，本文给出了全面的讨论过的文献综述对于井控和深水井控，覆盖了井涌模型的分析和数字的井涌模型。一提出的数学模型预测环空的压力特性，在深井方面气涌。在表层压力井控分析中，有许多重要的参数，比如泥浆池增量，水深，泥浆密度和泵速。 说明 这些年来深水井开发和在这方面相关的一些活动已经发生了很大的改变。在六十年代，海洋领域的开发和勘探通常限制在150英尺水深以内。在今天，超过1300英尺的被认为是深水，超过3300英尺的被认为是超深水。 尤其是在巴西，大约75％的国家产油井来自里约热内卢北海岸的热带草原盆地，70％以上的那些油藏分布在深水或者超深水。深水钻井在巴西得到了飞速发展是由于在1984年发现了Acbacora油田，那里的水深是从1000英尺到6500英尺，在1985年，由于RJS－219井发现了Marlim油田，那里的水深2750英尺。在1994年，马林－4井（水深3400英尺）完井后并且开始采油。在1996年，发现了巨大的Roncador油田，水深在5000英尺到10000英尺之间。巴西人水深记录是1－RJS－543 井，位于Roncador油田，开发于1999年11月，水深9300英尺。在深水钻井操作中，所有钻井参数的精确控制，加上一个周密的计划和详细的步骤，这些都是在环境方面，经济方面和安全方面的重要参数。这些操作永远的关注就是控制井涌和预防井喷。 文献综述 第一个关于井涌的数学模型出现在1968年。这个模型忽略了环空的摩阻损耗，气体和泥浆之间的速度动力传动损耗，平均环空容量和泥浆中不可避免的气体存在的问题。 参考文献4中的模型，考虑了环空中流体摩阻损耗的影响。虽然对于早先的模型有了一个提高，但是它给出的结果仍然不能完全的符合井场数据。 参考文献5和6 给出了一个模拟流体动态特性的模型，结合动量方程描述一个不变的截面上的垂直方向的压力，他们调整两相流区域特性为平均特性，用这样一种方法他们认为两相流是一种单相流。他们使用了Griffith关系和气泡通量分布图。 参考文献8给出了深水中井涌环流的数学模型，这个模型考虑到了在气体和钻井液之间的动力传递损耗，两相流区域中的摩阻压力损耗和孔隙率。这个模型也考虑到了在两相流区域中气泡的分布和不变的油井几何结构。Orkiszewski方法用来计算在两相流区域的摩阻压力，考虑到了泥浆流变学模型的幂次定律，地热梯度和能够引起井涌环流气泡的最小直径。另外，变量，比如气体的初始碎片，井的几何结构，水深，节流管线的直径，以及能发挥一个适度作用的泥浆流变学参数。初始流量和钻井液单位密度在井涌期间产生一个巨大的影响。 参考文献10 给出了除了泥浆和气体的状态方程以外，基于质量（泥浆和气体）交换等式，动量交换等式，和相关的气体速度经验关系以及混合物平均速度加上多相流之间的动力传递损耗的数学模型。模型也考虑到了井几何形状的影响和钻杆的影响，钻头的影响，泥浆泵的影响和在井眼和油藏之间耦合的影响。 跟先前模型相似特性的井控模拟装置得到了发展，但是对于不同的等式有它的不同求解方法。而不是固定的格式，一种边缘技术得到了应用。 深水漂浮平台上的气涌模型，应用于泥浆（宾汉塑性模型）和气体混合物的两相垂直流。模型能预测井控中的节流管线压力。Beggs－Brill相关已经应用到了计算在两相流区域中的摩阻压力损耗。 基于先前的模型，提出了一个水平井井控方面的数学模型。这个模型能够预测在油井井涌的环流期间的环形空间的压力特性，它也给出了在钻杆被起出井孔时的抽汲效应的简化理论，和在这种操作示范期间发生井涌的风险。这个模型显示了在关井期间，水平井比直井有一个更大的井涌容差。当关闭水平井时，能帮助推断出套管鞋处地层破裂的低可能性。 参考文献15给出用井涌模拟装置实现的性能测试，考虑到大多数的自然影响涉及到井涌环流同时也涉及到油基钻井液和水基钻井液。表层和井底数据在Ullandhaug2号（挪威）测试井获得，井深6700英尺，井倾斜角60度。 深水井井涌控制的数学模型在一个明确表达的以前研究条件下，得到了发展。这个程序被分成几个子模型：井眼环空，气藏，节流管线和两相流区域。在环形空间内的天然气流通量的提出是基于从路易斯安娜州大学测试井得到的数据。 模型描述 当前的