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地层水侵入对连续管泡沫钻井参数的影响

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地层 水侵 连续 泡沫 钻井 参数 影响
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大 庆 石 油 学 院 学 报 第34卷 第1期 2010年2月F 009稿人:艾 池;编辑:郑丽芹基金项目:国家“973”重点基础研究规划项目(2010国家油气重大专项(2008者简介:张小宁(1981-),男,博士生,李根生, 黄中伟, 田守嶒, 史怀忠(中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249)摘 要:针对连续管泡沫欠平衡钻井过程中地层流体侵入问题,层水侵入流量随注气流量的增大而增大,沫稳定性降低,泡沫携岩能力增强,而且产水指数越大,影响越明显;增加注气流量或减少注液流量可减弱甚至抵消地层水侵入对井底压力、 词:连续管;泡沫钻井;地层水侵入;井底压力;泡沫稳定性;泡沫携岩能力中图分类号: 文献标识码:A   文章编号:1000010)01言以泡沫作为钻井液在地层中钻进时,井底压力低于地层压力,地层流体会侵入到环空中,使泡沫物性发生变化,从而影响泡沫的携岩能力、稳定性和井底压力,进行水力参数设计时,需预测地层流体侵入流量,然后通过改变环空井口回压、注气流量和注液流量,使泡沫满足稳定性条件和携岩要求,、地层水,般采用常规管柱和常规钻井液钻至储层上方,起钻下套管固井,假定地层流体是稳定侵入,即地层流体侵入流量不随井深和时间变化[1储层比较厚时,特别是在储层中水平钻进时,井眼在储层中裸露距离比较长,地层流体侵入流量比较大,并且环空压力在不同井深处和不同时刻是不同的,给出相应的求解方法,结合实例计算,型的建立假设:(1)泡沫为均质单相流体,即在环空同一横截面上泡沫物理性质相同;(2)泡沫满足幂律流变模式,采用文献[4]给出的公式确定稠度系数和流性指数;(3)泡沫温度等于地层温度;(4)忽略泡沫中气相在液相中的溶解,且两相间无化学反应,无热量交换;(5)续性方程与动量方程根据文献[3],泡沫在环空中一维不稳定流动的连续性方程和动量方程分别为ρ(ρz =(1)(ρt +(ρz =ρ (2)式中:ρf 为泡沫密度;泡沫在环空中的流动速度;为井斜角;摩擦因数[6] ;g·68·为重力加速度;单位时间单位环空体积中地层流体侵入的质量流量,公式为ρo +ρw +ρ(3)式中:ρo,ρw,ρ层水、标准状况下地层气的密度;o,w,层水和标况下地层气侵入体积[4,7] ;o,w,层压力和环空压力确定,由于钻穿地层所需的时间比较短,可认为生产指数和地层压力为常数,而环空压力在不同井深处和不同时刻是不同的,即源项随井深和时间是变化的,因此连续性方程式(1)考虑了井深和时间不同时,体状态方程采用真实气体状态方程表述压力、温度和密度之间的关系,即ρg = (4)式中:ρg 为泡沫气相密度;泡沫气相摩尔质量;为气体常数;界和初始条件(1)了保证环空中泡沫的稳定性,环空出口处需安装回压阀,使环空出口处的压力为定值,即在井口处定压边界条件为p|z=0 = (5)式中:入到连续管中的泡沫质量流量是定值,所以在井底环空中的泡沫质量流量为常数,即(ρz=H =﹒ +﹒g, (6)式中:,﹒2)沫在环空中一维稳定流动,即初始条件:连续性方程式(1)中忽略时间项和源项;动量方程式(2)中忽略时间项;边界条件仍见式(5)和式(6)型的求解由于同位网格会导致压力呈锯齿形分布,笔者采用交错网格系统[81] ,用()0 表示上层迭代值,下标i+1/2表示矢量节点,i+1表示标量节点,可得离散方程为+1f,i+1/2 =f, +i+1/2 -(i+1 i ), (7)式中:+1f,i+1/2 +(ρn+1i+1 + n+1i+1/2, =(ρn+1i ,i+1/2 =Δnf,i+1/2 i+1/2)f,i+1/2g+ n+1i+1/上次循环的速度计算系数,多次循环后,动量离散方程中的系数变化比较大,可能造成计算得到的速度比较大,导致收敛速度慢甚至发散[11] 高收敛速度,即在离散方程中引入亚松弛因子(αr),式(7)可变为(f,j+1/2)=(f,)+(i+1/2)-(i+1 i )+1(f,i+1/2)0 . (8)速度修正公式为(f,i+1/2)′=[(i+1)′-(i )′] , (9)·69·第1期               张小宁等:地层水侵入对连续管泡沫钻井参数的影响式中:()后采用 0] 例计算图1 直段为0~1 980m, m;倾斜段为1 980~2 837 m,m;水平段为2 837~3 048 m;储层中裸眼井眼长度为321 m; m;地面温度为 20 ℃;·沫中液相为水,气相为空气;·标况下的注气流量分别为15,20,25,30m3·水指数(别为0,000-3 m2·地层水侵入时间为1 h;空间步长(Δz)为1m;时间步长(Δt)为30 同时,泡沫在环空中的流动和地层水侵入均在1 环空中压力、气流量和同时的各参数具有可对比性,同时,层水侵入流量随注气流量的增大而增大;大,较小,但出水井段比较长,而对关键的钻井参数如井底压力、底压力同时,增加井底压力增大,m3·0-3 于注气流量为15m3·0-3 层水侵入流量随注气流量变化的曲线 图3 沫稳定性泡沫质量是泡沫稳定的重要指标,对于泡沫钻井,] 同·70·大 庆 石 油 学 院 学 报              第34卷 2010年时,增加,m3·00-3 于临界泡沫质量,此时泡沫不稳定,m3·沫携岩能力对于泡沫钻井,井底处岩屑体积分数最大为4%[6] 200 kg·m,钻速为27 m·同时,注气流量比较小时,地层水侵入对井底岩屑体积分数的影响比较大,而且随增加,岩井底屑体积分数减小,即泡沫的携岩能力增强,虽然地层水侵入降低了泡沫的黏度,但泡沫的流速增大,层水侵入对井底岩屑体积分数的影响不明显,所以增加注气流量,底泡沫质量随注气流量变化的曲线 图5 井底岩屑体积分数随注气流量变化的曲线另外,由于地层水侵入到环空中,与泡沫混合,成为泡沫中液相,使泡沫质量减小,若要保持环空中泡沫质量不变,可适当减少地面注液流量;由地层侵入水补充泡沫中的液相,同时还可减弱对井底压力、论(1)建立连续管泡沫钻井过程中地层流体侵入数学模型,并给出求解方法.(2)地层水侵入流量随注气流量的增大而增大,随产水指数的增大而增大.(3)地层水的侵入会使井底压力增加,泡沫稳定性降低,沫稳定性和泡沫携岩能力的影响.(4)在进行泡沫水力参数设计时,根据地层条件,预测地层流体侵入流量,然后合理地注入液体和气体,在满足泡沫稳定性和携岩能力要求的同时,1] , ]国石化出版社,2006.[2] , ]2008.[3] 李相方,刚涛,隋秀香,]002,23(2):484] 汪志明,平立秋,]009,36(5):6465] ]国石油大学,2009.[6]  M, in ]005.[7] , 下转第101页)·71·第1期               张小宁等:地层水侵入对连续管泡沫钻井参数的影响4 结束语利用正弦信号采样序列位信息,结合传统算法弥补了频率估计过程中的近似误差,减少了信噪比较低及相对偏差较小时的插值方向错误问题,具有测量精度高、估计性能好等优点,但是相位信息受噪声影响较大,信噪比门限要求较高,1] 陈先中,]005,18(4):9012] 黄玉春,黄载禄,黄本雄,动平均极大似然法的正弦信号频率估计[J]008,30(4):8313]  to ]2001,29(7):324] 齐国清,]004,32(4):6255]  K, ]1979,28(2):1136]  C, of in of of J] 1970,49(2):1977] of FT of a ]1997,45(3):8148] ]006,19(1):86上接第71页)]01937, 2002.[8] 胡勇,钟兵,]001,10(3):109] 何鸿辉,刘国庆,]004,21(4):4110] —]华大学出版社,2004.[11] of in a ]1994.[12] , ]1723, 1986.[13] in ]01937, 2002.(上接第93页)[3] 谢勇,]007,26(4):904] 叶蔚,黄丽,赵文,]008,36(12A):15] ]南交通大学,2007.[6] ]2003:317] 贺平,蒋亚军,]006(9):2218] ]009(2):599] 潘林,赵会群,]007(6):292101·第1期            朱 磊等:基于 n of of as we a by of in be is of of of on 010,34(1):6802249, o of a of of to of of of of or or of of on of of s 010,34(1):7263318, o of on SP of by by on , 0∶1, 4 be as of to of ·        
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