深水油氣鉆探井筒多相流動與井控的研究.pdf

1、深水油氣鉆探過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。井筒多相流動規(guī)律是井控理論重要組成部分。由于深水井筒溫度場復(fù)雜，易形成天然氣水合物，使得目前的多相流動模型無法滿足工程計算的要求。研究深水油氣鉆探井筒中的多相流動問題很有必要，對深海油氣鉆探開發(fā)技術(shù)具有重要的意義。 本文通過對海水溫度數(shù)據(jù)回歸分析，得到了中國南海海水溫度場隨深度的分布規(guī)律。在傳熱學(xué)、熱力學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，通過理論推導(dǎo)，得到了井筒溫度場在循環(huán)及停止循環(huán)

2、條件下的溫度場理論公式。計算結(jié)果表明，循環(huán)鉆進期間，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，隨著關(guān)井時間的增加，井筒內(nèi)流體溫度逐漸接近外界環(huán)境溫度。 通過實驗與數(shù)據(jù)分析，得到了水合物分解時在不同溫度及壓力條件下的氣體生成量隨時間的變化，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，針對井筒、隔水管及節(jié)流管線，建立了正常鉆進、井涌、關(guān)井、壓井

3、條件下的多相流動控制方程組，方程組主要由各相連續(xù)性方程、動量方程以及能量方程組成。并用數(shù)值方法對方程組進行了求解。考慮粗糙度的影響，通過實驗，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)流管線的沿程流動阻力計算方法。對建立的方程組進行求解，能夠?qū)ι钏@井時從發(fā)生井涌到壓井完成進行全過程模擬，可以得到井控過程的如下參數(shù)：環(huán)空井筒及節(jié)流管線內(nèi)任意一點任意時刻的溫度、壓力

4、、各相體積分數(shù)分布、流動速度，從井涌開始的地層流體產(chǎn)量，從井涌直到壓井結(jié)束過程中的立壓、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，建立了適合深水井涌及壓井的流動控制方程和計算模塊，設(shè)計模塊包括：井涌模擬、壓井模擬、水合物生成預(yù)測、水合物生成區(qū)域預(yù)測等。 利用所編制的深水井控軟件對模擬深水井進行計算，分析了井筒氣相體積分數(shù)及井控參數(shù)隨溢流時間的變化規(guī)律，討論了地層滲透率、地層與井底初

5、始壓差、節(jié)流管線尺寸、水深以及水合物生成與分解對井控水力參數(shù)的影響。結(jié)果表明，溢流時間越長、地層滲透率越大、地層與井底初始壓差越大，則泥漿池增量越大，井底壓力降低越明顯，壓井過程中需要節(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)壓井方法無法有效壓井，可采用動力壓井法、附加流速法等適合深水的壓井方法；水合物生成與分解對井筒及節(jié)流管線的流動有影響,尤其