深水油氣鉆探井筒多相流動(dòng)與井控的研究.pdf

1、深水油氣鉆探過(guò)程中的井控工藝技術(shù)是深水油氣鉆探的核心技術(shù)之一。井筒多相流動(dòng)規(guī)律是井控理論重要組成部分。由于深水井筒溫度場(chǎng)復(fù)雜，易形成天然氣水合物，使得目前的多相流動(dòng)模型無(wú)法滿足工程計(jì)算的要求。研究深水油氣鉆探井筒中的多相流動(dòng)問(wèn)題很有必要，對(duì)深海油氣鉆探開(kāi)發(fā)技術(shù)具有重要的意義。 本文通過(guò)對(duì)海水溫度數(shù)據(jù)回歸分析，得到了中國(guó)南海海水溫度場(chǎng)隨深度的分布規(guī)律。在傳熱學(xué)、熱力學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論推導(dǎo)，得到了井筒溫度場(chǎng)在循環(huán)及停止循環(huán)

2、條件下的溫度場(chǎng)理論公式。計(jì)算結(jié)果表明，循環(huán)鉆進(jìn)期間，為了使隔水管內(nèi)的溫度不能太低，應(yīng)保證隔水管的保溫層完好，并盡量增大循環(huán)排量。停止循環(huán)時(shí)，隨著關(guān)井時(shí)間的增加，井筒內(nèi)流體溫度逐漸接近外界環(huán)境溫度。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，得到了水合物分解時(shí)在不同溫度及壓力條件下的氣體生成量隨時(shí)間的變化，得到了水合物分解速度模型。 考慮油氣和水合物相變、巖屑以及地層產(chǎn)出等參數(shù)的影響，針對(duì)井筒、隔水管及節(jié)流管線，建立了正常鉆進(jìn)、井涌、關(guān)井、壓井

3、條件下的多相流動(dòng)控制方程組，方程組主要由各相連續(xù)性方程、動(dòng)量方程以及能量方程組成。并用數(shù)值方法對(duì)方程組進(jìn)行了求解?？紤]粗糙度的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，修正了環(huán)空氣液兩相流在泡狀流和段塞流流型條件下的摩阻系數(shù)及其摩擦壓降計(jì)算公式，給出了不同流型條件下，井筒、隔水管及節(jié)流管線的沿程流動(dòng)阻力計(jì)算方法。對(duì)建立的方程組進(jìn)行求解，能夠?qū)ι钏@井時(shí)從發(fā)生井涌到壓井完成進(jìn)行全過(guò)程模擬，可以得到井控過(guò)程的如下參數(shù)：環(huán)空井筒及節(jié)流管線內(nèi)任意一點(diǎn)任意時(shí)刻的溫度、壓力

4、、各相體積分?jǐn)?shù)分布、流動(dòng)速度，從井涌開(kāi)始的地層流體產(chǎn)量，從井涌直到壓井結(jié)束過(guò)程中的立壓、套壓值，壓耗等。 編制了深水井控軟件，軟件綜合考慮了深水井控的特征，突出深水特點(diǎn)，建立了適合深水井涌及壓井的流動(dòng)控制方程和計(jì)算模塊，設(shè)計(jì)模塊包括：井涌模擬、壓井模擬、水合物生成預(yù)測(cè)、水合物生成區(qū)域預(yù)測(cè)等。 利用所編制的深水井控軟件對(duì)模擬深水井進(jìn)行計(jì)算，分析了井筒氣相體積分?jǐn)?shù)及井控參數(shù)隨溢流時(shí)間的變化規(guī)律，討論了地層滲透率、地層與井底初

5、始?jí)翰?、?jié)流管線尺寸、水深以及水合物生成與分解對(duì)井控水力參數(shù)的影響。結(jié)果表明，溢流時(shí)間越長(zhǎng)、地層滲透率越大、地層與井底初始?jí)翰钤酱?，則泥漿池增量越大，井底壓力降低越明顯，壓井過(guò)程中需要節(jié)流壓力的調(diào)整越靈敏，井控難度越大；循環(huán)摩阻同節(jié)流管線長(zhǎng)度成正比，而節(jié)流管線內(nèi)徑減小，循環(huán)摩阻值迅速增加；如果循環(huán)摩阻值太大，采用常規(guī)壓井方法無(wú)法有效壓井，可采用動(dòng)力壓井法、附加流速法等適合深水的壓井方法；水合物生成與分解對(duì)井筒及節(jié)流管線的流動(dòng)有影響,尤其