气体钻井水平井注气量模型修正.docx

第33卷Vol.33第3期No.32009年6月Jun.2009大庆石油学院

第33卷Vol.33

第3期No.3

2009年6月Jun.2009

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气体钻井水平井注气量模型修正

王岩1,韩辉2,闫铁1,毕雪亮1,辛颖

(1.大庆石油学院石油工程学院，黑龙江大庆163318;2.大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆163712)

摘要：为提高气体钻井水平井注气量计算精度，满足欠平衡钻井施工要求，考虑气体与地层进行热交换和井壁摩擦的影响，研究了温度对气体注气量的影响规律.根据热量平衡方程，建立了气体钻井水平井的温度计算模型，修正了应用最广泛的注气量计算模型.研究表明，将修正模型计算结果与现场设计数据进行对比分析，修正模型所计算的注气量更加符合实际.

关键词：气体钻井；气体温度；注气量；模型修正；热交换

中图分类号：TE242.6文献标识码：A文章编号：1000-1891(2009)03-0069-03

气体钻井水平井在国内外应用己相当广泛，具有加快钻速、克服井漏、发现和保护气层等优点.确定最优注气量是气体钻井成败的关键，影响注气量的最重要的因素是气体温度.在气体钻井行业标准中，计算注气量的方法归为2类[1-2]:一是最小动能法.该方法是把气体和固体混合物看成一个具有同密度和流速的流体，Angel模型最常用，但只适用于直井，而Guo模型在此基础上考虑了井斜角的变化，适用于水平井和斜直井的计算.二是最小速度法.由于该方法计算的气体量偏小，对未知数粗略估计，阻碍了它的实际应用.目前关于气体钻井水平井注气量的计算，应用最广泛的是Guo模型，该模型中气体温度是按照地温梯度的变化进行计算的.随着井深的增加，温度也随之增加，模型计算的注气量也随之增加.当气体钻井钻到水平段时，环空气体温度将不再增加，此时计算的注气量比实际偏小，这必然会带来误差，并随着水平位移的增加误差会越来越大.为此，考虑气体与地层进行热交换和井壁摩擦的影响，根据王存新[3等对气体钻井中井眼温度的研究，建立气体钻井水平井的温度计算修正模型.

1修正模型

Guo模型根据最小动能标准，建立了气体钻井水平井注气量计算模型[.该模型中环空气体温度，按照地温梯度的线性变化进行计算.这样计算比实际的气体温度偏小，计算所需注气量也比实际的偏小，所

以对Guo模型进行修正.水平井传热微分单元示意见图1,并根据水平井传热微分单元建立热平衡方程[3-6].其中r为径向距离；h为轴向距离；θ为井斜角；q为热量.环空内轴向流入和流出的热量分别为qa(h+dh),q(h),在径向上流入钻柱内的热量为qp,在径向由井壁传入环空内的热量为q,环空摩擦热量为qfa,因此有热量平衡方程：

qa(h)=qa(h+dh)-qp+qa+qa.(1)根据文献[1]的推导，可以得到环空气体温度方程为

(2)

图1水平井传热微分单元示意

收稿日期：2009-01-14;审稿人：李士斌；编辑：关开澄

作者简介：王岩(1980一),男，硕士生，主要从事欠平衡钻井技术方面的研究.

大庆石油学院学报第33卷2009年

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其中

(3)(4)

式(2～4)中：Cm为环空气固定压比热容；C为钻杆内气体定压比热容；Qm为环空混合流体质量流量；Q为钻杆内气体质量流量；U。为钻井流体循环时环空流体与地层之间的综合传热系数；U,为钻井流体循环时钻柱内流体与环空内流体之间的综合传热系数；To为时间；h,为垂深；D。为环空直径；D.为钻杆内径；T为环空气体温度；T,为地面温度；k为气体绝热系数；G为地温梯度；R为造斜率；L为水平位移.

对式(2)进行求解得到钻柱内Tp和环空内T。的温度，即

Tp=βiei+β?e2+T,+G[h,+Rsinθ+Lcosθ]+BG,(5)

T?=β?(1-Ba?)e+β?(1-Bλ2)e2+T,+G[hv+Rsinθ+Lcosθ].(6)

式(5～6)中，λ1和λ2的特征值表达式为

f(A)=ABx2+Bλ-1=0.