气体钻井临界携水量计算.docx

·94·天然气工业2010年2月

气体钻井临界携水量计算

代锋1李黔1梁海波1胡学明2徐晓蓉3张光华1

1.西南石油大学2.川庆钻探工程公司塔里木工程公司3.中国石化胜利油田分公司鲁明石油开发有限责任公司

代锋等.气体钻井临界携水量计算.天然气工业，2010,30(2):94-96.

摘要地层出水是制约气体钻井顺利实施的一个瓶颈，准确计算一定注气量下的临界携水量对于气体钻井现场安全施工、避免井下复杂至关重要。基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的数学模型，该模型综合考虑了地层出水后环空多相流动状态，利用该模型可确定气体钻井注气量和临界携水量的对应关系。计算结果表明：增加注气量和降低液气表面张力是提高气体钻井临界携水量的有效途径；当增加注气量不能满足携水要求时，必须转换钻井方式，通过降低液气表面张力来提高临界携水量；气体钻井临界携水量计算需兼顾携带岩屑和携水两个要求，当所需的最小携水动能等于最小携带岩屑动能时，液气表面张力达到极值，进一步降低液气表面张力失去意义。实例验证表明，该研究成果能够用于指导气体钻井现场实践，为地层出水后气体钻井转换钻井方式提供了理论依据。

关键词气体钻井地层出水临界携水量注气量最小动能DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.025

0引言

地层出水是影响气体钻井顺利实施的一大障碍。地层出水后，若处理不当，将影响井眼净化和井壁稳定，出现井下复杂情况[1-2]。目前有关气体钻井地层出水后临界携水量的计算，国内还处于探索阶段[3],现场主要依靠经验进行处理，没有形成明确的定量指导方法。笔者综合考虑了地层出水后环空多相流动状态，基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的数学模型，以期得到气体钻井注气量和临界携水量的对应关系，用于指导气体钻井现场实践，为地层出水后钻井方式的转换提供理论依据。

1数学模型

1.1最小携水动能的求解

气体的携带能力表达式[4-5]:

(1)

式中：Ek为气体动能，J/m?;pa为气体密度，kg/m3;vg为气体速度，m/s。

在气体钻井环空上升流动中，作用在液滴上的力主要有向下的重力和向上的牵引力。当这两个力相等时，自由下落的液滴速度达到临界值。学者Turner建立的预测临界速度的数学模型[6]如下：

(2)

式中：vsl为悬浮液滴的临界速度，m/s;σ为液气表面张力，N/m;pL为地层水密度，kg/m3;Ca为阻力系数。

将式(2)带入式(1),取Ca=0.44,忽略气体密度

的影响(因pgpL),得到：

Ekm=14.98√0pL(3)

式中：Ekm为最小携水动能，J/m3。

携带液滴到井口的最小气体速度(vgm)包括悬浮

液滴所需的临界速度(vs)和液滴的传输速度(v),即Vgm=Vs+vtr(4)

传输速度取临界速度的20%,该值考虑了非停滞速度、岩屑形状引起的阻力系数及临界韦伯数的影响，即

Vgm≈1.2v?t(5)

将式(5)和式(2)带入式(1),得到：

基金项目：中国石油天然气集团公司重大应用基础研究项目(编号：07A20402)。

作者简介：代锋，1984年生，硕士研究生；从事油气井工程研究工作。地址：(610500)四川省成都市新都区西南石油大学研究生部。电话E-mail:swpu_dai@163.com

第30卷第2期钻井工程·95·

Ekm=21.57√opL(6)

1.2实际工况下气体携水动能的计算气体密度(pg)、速度(vg)计算如下：

(7)

(8)

将式(7)和式(8)带入式(1),得到：

(9)

式中：Sg为气体的相对密度；p为井深H处的压力，MPa;T为井深H处的温度，K;Qg为注气量，m3