深水鉆井氣侵程度實(shí)時(shí)定量描述方法

許玉強(qiáng)，管志川，張會(huì)增，張洪寧

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院；2.中海油研究總院）

深水鉆井氣侵程度實(shí)時(shí)定量描述方法

許玉強(qiáng)1，管志川1，張會(huì)增2，張洪寧1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院；2.中海油研究總院）

通過(guò)分析深水鉆井氣侵特點(diǎn)和現(xiàn)有氣侵監(jiān)測(cè)方法的不足，論證了在隔水管底部進(jìn)行氣侵早期監(jiān)測(cè)的可行性，提出了基于隔水管底部超聲波氣侵監(jiān)測(cè)的氣侵程度實(shí)時(shí)定量描述方法。分析了多普勒超聲波監(jiān)測(cè)氣侵方法存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了隔水管底部透射式超聲波氣侵監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，用于分析不同截面含氣率條件下的聲波衰減特性，給出了運(yùn)用超聲波監(jiān)測(cè)隔水管處氣侵情況的解決方案。結(jié)合深水鉆井井筒環(huán)空氣液兩相流計(jì)算模型和含可信度的地層壓力預(yù)測(cè)，建立了基于隔水管底部截面氣侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的井筒氣侵程度反算方法。該方法與常規(guī)方法相比可提前4 min左右檢測(cè)到氣侵，并可根據(jù)隔水管底部聲波響應(yīng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確確定氣侵發(fā)生的時(shí)刻、氣體到達(dá)井口所需時(shí)間、任一時(shí)刻的總溢流量及任一時(shí)刻不同井深處的截面含氣率。圖5參15

深水鉆井；氣侵監(jiān)測(cè)；透射式超聲波；氣侵程度；反算方法

0 引言

鉆井過(guò)程中若鉆遇高壓氣層會(huì)發(fā)生氣侵，在氣侵的初始階段很難通過(guò)鉆井液池流體增量（后文簡(jiǎn)稱(chēng)鉆井液池增量）監(jiān)測(cè)、流量差溢流監(jiān)測(cè)等方法檢測(cè)到[1]，且隨著井深的增加，提早發(fā)現(xiàn)氣侵的難度增大，留給井控的反應(yīng)時(shí)間明顯減少，使得氣侵的早期監(jiān)測(cè)成為深井井控的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2-3]。對(duì)于深水鉆井，首先，隨著水深的增加鉆井液安全密度窗口變窄，更容易發(fā)生氣侵；其次，在深水高靜壓環(huán)境下，氣泡的總體尺度較小，導(dǎo)致氣體進(jìn)入隔水管時(shí)鉆井液池增量依然不會(huì)達(dá)到預(yù)警值[4-5]，難以通過(guò)常規(guī)方法及時(shí)檢測(cè)到氣侵。因此，深水鉆井中及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)氣侵是井控工作的重點(diǎn)。

近年來(lái)，有不少學(xué)者針對(duì)深水鉆井氣侵的早期監(jiān)測(cè)進(jìn)行了研究[6-9]。為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的氣侵早期監(jiān)測(cè)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將研究重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到隔水管處的氣侵早期監(jiān)測(cè)方法上，主要有基于MPD（Managed Pressure Drilling，控壓鉆井）技術(shù)的隔水管氣體風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)[8]、基于隔水管處鉆井液密度測(cè)定的溢流監(jiān)測(cè)方法[10]和基于多普勒原理的隔水管氣侵監(jiān)測(cè)方法[11]等。其中，基于MPD技術(shù)的隔水管氣體風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)是利用MPD技術(shù)本身的控壓優(yōu)勢(shì)及流體探測(cè)裝置對(duì)隔水管內(nèi)的氣體進(jìn)行處理以減小井噴風(fēng)險(xiǎn)；基于隔水管處鉆井液密度測(cè)定的溢流監(jiān)測(cè)方法通過(guò)安裝在隔水管底部的流體密度探測(cè)裝置測(cè)量密度的變化情況，由此確定是否有溢流或氣侵的發(fā)生，但在如何精確確定截面含氣率等方面還需進(jìn)一步研究；基于多普勒原理的隔水管氣侵監(jiān)測(cè)方法是基于超聲波被流體中的固相顆?；驓馀莘瓷洚a(chǎn)生頻差來(lái)近似測(cè)量流體速度，測(cè)量結(jié)果反映的是固相顆粒和氣泡的速度，且只能測(cè)量信息窗口區(qū)域內(nèi)的流體速度，測(cè)量結(jié)果反映的區(qū)域較小。此外，對(duì)于深水井控，不但需要及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)氣侵，還要對(duì)氣侵程度進(jìn)行定量描述。因此，本文設(shè)計(jì)透射式超聲波氣侵測(cè)量裝置，結(jié)合隔水管底部氣侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和深水鉆井井筒多相流模型實(shí)時(shí)模擬井底氣侵情況，為合理精確地控制氣侵提供技術(shù)支持。

1 隔水管底部氣侵監(jiān)測(cè)的可行性

以南中國(guó)海某深水井A為例，相關(guān)參數(shù)為：水深1 524 m，井深5 030 m，已固井段3 153 m，海水表面溫度15 ℃，隔水管外徑508 mm，循環(huán)排量28 L/s，鉆井液密度1.29 g/cm3，鉆井液導(dǎo)熱系數(shù)1.73 W/（m·K），稠度系數(shù)0.27，流性指數(shù)0.4，地層孔隙度0.3%，滲透率50×10-3μm2，地層導(dǎo)熱系數(shù)2.25 W/（m·K），原始地層壓力70 MPa。

圖1為氣侵發(fā)生后井筒環(huán)空中氣體到達(dá)位置及對(duì)應(yīng)的鉆井液池增量。由圖1可知，氣侵發(fā)生后，氣體到達(dá)隔水管底部時(shí)，鉆井液池增量?jī)H為0.56 m3，遠(yuǎn)低于深水鉆井中預(yù)警值（1 m3）。同時(shí)由于鉆井液池增量監(jiān)測(cè)法本身的局限性，通常當(dāng)溢流持續(xù)超過(guò)2 m3或觀察到有溢流發(fā)生時(shí)才會(huì)認(rèn)為井下發(fā)生了氣侵，此時(shí)再進(jìn)行井控操作[12]。而從圖1中可以看出，當(dāng)鉆井液池增量達(dá)到2 m3時(shí)，氣體已經(jīng)在隔水管內(nèi)運(yùn)移了超過(guò)4 min，上升了350 m。因此，鉆井液池增量監(jiān)測(cè)法在深水氣侵監(jiān)測(cè)中明顯滯后，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣侵。從圖1中還可以看出，氣體從隔水管底部運(yùn)移至井口需要7.6 min，從氣體剛進(jìn)入隔水管底部到溢流量達(dá)到1 m3預(yù)警值所需時(shí)間為2 min、達(dá)到2 m3預(yù)警值所需時(shí)間為4 min，因此，若能在隔水管底部對(duì)氣體進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，可以贏得足夠的時(shí)間采取壓井等井控措施，及時(shí)有效地控制氣侵。

圖2為A井氣侵發(fā)生后隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化情況，可以看出：氣體到達(dá)隔水管底部（氣侵22 min）后，在8 min內(nèi)截面含氣率便達(dá)到峰值，含氣率由1%增至23%只用了2 min。對(duì)于不同的井底氣侵量，截面含氣率隨時(shí)間的變化不同，因此可通過(guò)監(jiān)測(cè)隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化來(lái)揭示井底氣侵情況。

圖1 氣侵發(fā)生后井筒環(huán)空中氣體到達(dá)位置及對(duì)應(yīng)鉆井液池增量

圖2 隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間變化情況

對(duì)于A井，與常規(guī)方法相比，通過(guò)監(jiān)測(cè)隔水管底部的截面含氣率可提前4 min左右準(zhǔn)確檢測(cè)到氣侵，并且可根據(jù)截面含氣率隨時(shí)間的變化情況計(jì)算出井底氣侵量大小，該方法在理論和技術(shù)上都是可行的。

2 隔水管底部超聲波氣侵監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 理論依據(jù)

深水鉆井中的隔水管始終處于承壓狀態(tài)，且由于受到暗流、鉆井船漂移等因素的影響而處于復(fù)雜力學(xué)狀態(tài)，因此在此處監(jiān)測(cè)氣侵需要保證隔水管的完整性。有學(xué)者提出了在隔水管外側(cè)采用多普勒超聲波探頭對(duì)氣侵進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法對(duì)氣侵早期監(jiān)測(cè)的有效性，同時(shí)得出了超聲波頻移對(duì)含氣量的響應(yīng)情況[11]。然而，多普勒超聲波測(cè)量方法主要是基于流體中的固相顆?；驓馀莘瓷洚a(chǎn)生的頻差來(lái)計(jì)算流速。根據(jù)多相流理論，井筒環(huán)空中的氣泡上升速度大于液體速度，而巖屑等固相顆粒速度小于液體速度，鉆井液本身的固相速度則等于液體速度。因此，采用多普勒超聲波法測(cè)量出的結(jié)果能夠綜合反映各種相態(tài)流體速度，可通過(guò)所測(cè)流速的變化定性檢測(cè)到氣侵的發(fā)生，但要做到定量描述氣侵程度還需要在以下方面進(jìn)一步完善。

①氣泡上升速度信號(hào)的提取。只有準(zhǔn)確測(cè)量出氣泡的實(shí)際上升速度，才可根據(jù)井筒多相流理論進(jìn)一步確定井底氣侵情況；

②隔水管環(huán)空多相流場(chǎng)模擬。多普勒超聲波測(cè)量方法只可測(cè)量信息窗口（處于井筒環(huán)空流場(chǎng)的邊緣）內(nèi)的流體速度，因此所測(cè)數(shù)據(jù)不能反映整個(gè)截面的流速情況，需要對(duì)流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了彌補(bǔ)多普勒超聲波監(jiān)測(cè)法的不足，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在隔水管底部截面對(duì)氣侵進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，本文利用聲波在氣液兩相流中的衰減特性來(lái)描述隔水管處的氣侵情況，并設(shè)計(jì)了透射式超聲波監(jiān)測(cè)氣侵實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖3a）。裝置采用與實(shí)際尺寸1∶2的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，可模擬不同截面含氣率條件下的隔水管環(huán)空多相流，并利用超聲波探頭實(shí)時(shí)測(cè)量聲波對(duì)含氣率的響應(yīng)，用于分析超聲波信號(hào)特征參數(shù)與井筒截面含氣率的定量關(guān)系。井筒采用上部不銹鋼和下部有機(jī)玻璃相結(jié)合的設(shè)計(jì)，其中上部不銹鋼井筒可用于模擬隔水管，下部有機(jī)玻璃便于觀察氣泡在井筒中的運(yùn)移情況。超聲波探頭通過(guò)加裝延遲塊實(shí)現(xiàn)井筒環(huán)空的對(duì)位安裝（見(jiàn)圖3b）。超聲波發(fā)生器采用900 V高電壓發(fā)生裝置，使得不同頻率的超聲波能夠穿透氣液兩相流，以便研究頻率對(duì)超聲波衰減規(guī)律的影響，從而選擇最優(yōu)頻率。

圖3 隔水管底部透射式超聲波監(jiān)測(cè)氣侵模擬裝置及超聲波探頭安裝位置圖

實(shí)驗(yàn)中需要精確確定截面含氣率情況，以便定量分析超聲波信號(hào)特征參數(shù)與截面含氣率的關(guān)系。為了準(zhǔn)確確定模擬裝置截面含氣率，根據(jù)裝置設(shè)計(jì)尺寸，基于氣液兩相流模型，建立了模擬井筒環(huán)空的截面含氣率計(jì)算模型，并編制了計(jì)算程序，通過(guò)氣體流量實(shí)時(shí)計(jì)算模擬井筒的截面含氣率，實(shí)現(xiàn)了模擬井筒截面含氣率的精確調(diào)節(jié)。

模擬時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)1，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體通過(guò)調(diào)壓閥、流量計(jì)、節(jié)流閥、閥門(mén)1進(jìn)入模擬井筒，經(jīng)由底部的發(fā)泡篩板形成均勻的泡狀流（可以通過(guò)改變發(fā)泡篩板的孔目數(shù)及尺寸改變模擬井筒內(nèi)氣泡的密度和大?。ㄟ^(guò)改變氣體流量模擬不同截面含氣率情況；超聲波發(fā)射探頭由900 V高電壓超聲波發(fā)射裝置激勵(lì)產(chǎn)生超聲波，聲波經(jīng)由延遲塊、隔水管壁、多相流體等到達(dá)超聲波接收探頭，并由高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

利用透射式超聲波在氣液兩相流中的衰減特性來(lái)反映截面含氣率，具有以下優(yōu)勢(shì)。

①超聲波穿透截面范圍較大，所測(cè)數(shù)據(jù)（聲幅、聲速等）更能真實(shí)、全面地反映截面含氣率。

②可以不考慮氣泡對(duì)超聲波的反射效應(yīng)，只需處理接收探頭接收的信號(hào)即可。

③可以通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)，確定一定條件下（流體的類(lèi)型、物性和流變性，流場(chǎng)和氣泡大小等）接收探頭信號(hào)與截面含氣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)井底氣侵情況的定量描述。

2.3 解決方案

由于超聲波在氣體和液體中的波速及衰減相差很大，聲波傳播路徑上一旦有氣泡，接收端信號(hào)便可靈敏準(zhǔn)確地反映出來(lái)。因此，本文提出的隔水管底部超聲波監(jiān)測(cè)方法可用作氣侵的預(yù)警監(jiān)測(cè)。

運(yùn)用本文的實(shí)驗(yàn)裝置模擬實(shí)際工況（井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、巖屑濃度、排量等）下超聲波對(duì)氣侵的響應(yīng)情況，建立超聲波接收信號(hào)（聲速、聲幅等）與截面含氣率的定量關(guān)系，用于計(jì)算實(shí)際工況下截面含氣率隨時(shí)間的變化率。

利用多普勒超聲波監(jiān)測(cè)法測(cè)定的流速數(shù)據(jù)，篩選出氣泡上升速度，結(jié)合隔水管環(huán)空流場(chǎng)分析，確定截面平均氣泡上升速度，用于計(jì)算實(shí)際工況下截面平均氣泡上升速度隨時(shí)間的變化率。

由此，可以得到反映隔水管底部氣侵情況的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，即：截面含氣率、截面含氣率隨時(shí)間的變化率、截面平均氣泡上升速度及截面平均氣泡上升速度隨時(shí)間的變化率。

3 井底氣侵程度反算方法

隔水管處一旦檢測(cè)到氣侵，就需要根據(jù)氣侵情況判斷是否需要采取措施進(jìn)行井控，而判斷的依據(jù)便是井底氣侵時(shí)間和氣侵程度等，可以結(jié)合隔水管底部的氣侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和深水鉆井井筒環(huán)空氣液兩相流模型對(duì)井底的氣侵程度進(jìn)行反算。

由圖2可知，氣侵發(fā)生后，隔水管底部的截面含氣率變化基本呈線性，尤其是含氣率較低（小于20%）時(shí)，且含氣率由1%上升到20%僅用了不到2 min，具有較強(qiáng)的時(shí)效性。因此，隔水管底部截面含氣率及其變化率可以作為判斷井底氣侵程度的指標(biāo)。具體步驟如下。

①根據(jù)目標(biāo)井的井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、施工參數(shù)和地層參數(shù)等，建立井筒氣液兩相流計(jì)算模型[13]。

②由于隨著井深的增加，地層壓力預(yù)測(cè)的誤差也隨之增大[14]，若直接用地層壓力單值作為基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算氣侵過(guò)程，難以真實(shí)反映井底氣侵情況。因此本文引入含可信度地層壓力預(yù)測(cè)方法[15]，假設(shè)目標(biāo)井井底原始地層壓力為p0，通過(guò)計(jì)算確定目標(biāo)井含可信度的井底地層壓力取值區(qū)間為[p1，pN]，對(duì)應(yīng)的可信度為J，采用步驟①建立的井筒氣液兩相流計(jì)算模型模擬不同井底原始地層壓力條件下的氣侵過(guò)程，得到不同原始地層壓力條件下隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化情況。

③選取含氣率開(kāi)始非零的時(shí)間點(diǎn)[t01，t0N]和截面含氣率達(dá)到EgM（根據(jù)實(shí)際需要選?。┑臅r(shí)間點(diǎn)[t1，tN]，計(jì)算隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化率：

則t0i和Ki即為隔水管底部截面含氣率反映井底氣侵程度的特征參數(shù)。

④假設(shè)利用本文的超聲波氣侵監(jiān)測(cè)方法檢測(cè)到Δt時(shí)間內(nèi)隔水管底部截面含氣率的變化率為Kc，檢測(cè)到氣泡的時(shí)刻為tc，若滿(mǎn)足，則認(rèn)為Kj對(duì)應(yīng)的地層壓力pj為真實(shí)的地層壓力。其中?根據(jù)實(shí)際情況取值。

⑤在步驟②中選取pj對(duì)應(yīng)的井筒氣侵模擬結(jié)果，確定氣泡到達(dá)隔水管底部所用時(shí)間，即監(jiān)測(cè)到信號(hào)時(shí)氣侵已經(jīng)發(fā)生了t0j，則氣侵發(fā)生的時(shí)刻為tc-t0j，同時(shí)計(jì)算氣體到達(dá)井口所需時(shí)間tlim；總溢流量QZY根據(jù)目前常用的計(jì)算氣侵時(shí)井筒環(huán)空氣液兩相流控制方程[13]及（2）式—（3）式計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)隔水管底部截面含氣率實(shí)時(shí)確定氣侵發(fā)生后總溢流量的大小。此外，還可計(jì)算氣侵發(fā)生后任一時(shí)刻井筒環(huán)空中的氣體分布，即不同井深處的截面含氣率Eg(H,t)。

因此，可根據(jù)隔水管底部的聲波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確確定氣侵發(fā)生的時(shí)刻、氣體到達(dá)井口所需時(shí)間、任一時(shí)刻的總溢流量及任一時(shí)刻不同井深處的截面含氣率，實(shí)現(xiàn)了井筒氣侵情況的實(shí)時(shí)定量描述。

4 實(shí)例分析

以A井為例，假設(shè)氣侵發(fā)生時(shí)的時(shí)刻為0，隔水管底部超聲波探頭監(jiān)測(cè)到氣侵的時(shí)刻為tc，隔水管處截面含氣率的變化率Kc為9%；根據(jù)地震資料，選取可信度90%預(yù)測(cè)井底壓力，得到井底壓力取值區(qū)間為[67.5，72.9]，EgM取10%，計(jì)算取值區(qū)間內(nèi)井底壓力值對(duì)應(yīng)的隔水管處截面含氣率的變化率，即Ki∈[8.2%，14.2%]，取Kj=Kc=9%，其對(duì)應(yīng)的井底壓力值為68.2 MPa，認(rèn)為該值為井底壓力的真實(shí)值，則隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化如圖4所示。由圖4可知，隔水管處監(jiān)測(cè)到氣侵時(shí)，氣侵已發(fā)生了T0j=Tc=22.3 min。同時(shí)，由圖1可知，氣體到達(dá)井口所需時(shí)間Tlim為7.6 min。圖5為總溢流量隨時(shí)間的變化情況。由此，可根據(jù)Tlim及圖4、圖5的相關(guān)數(shù)據(jù)采取必要的井控措施。

圖4 隔水管底部截面含氣率隨時(shí)間的變化

圖5 氣侵后總溢流量隨時(shí)間的變化

5 結(jié)論與建議

論證了在隔水管底部進(jìn)行氣侵早期監(jiān)測(cè)的可行性及優(yōu)勢(shì)，與常規(guī)方法相比可提前4 min左右檢測(cè)到氣侵。

分析了多普勒超聲波法在隔水管底部截面監(jiān)測(cè)氣侵的不足并給出了進(jìn)一步完善的建議。建立了基于超聲波衰減特性的透射式井筒氣侵監(jiān)測(cè)裝置，并給出了隔水管底部超聲波氣侵監(jiān)測(cè)技術(shù)的解決方案。

建立了基于隔水管底部截面氣侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的井筒氣侵程度反算方法，在準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣侵的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了井筒氣侵情況的實(shí)時(shí)定量描述。

建議進(jìn)一步研究多因素影響下的井筒氣侵聲波響應(yīng)規(guī)律，建立普適性較高的井筒截面含氣率-聲波響應(yīng)計(jì)算模型；結(jié)合井筒環(huán)空截面的多相流場(chǎng)模擬計(jì)算，完善多普勒超聲波監(jiān)測(cè)法的數(shù)據(jù)處理，以便更準(zhǔn)確地描述隔水管底部截面氣侵情況。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

A——環(huán)空橫截面積，m2；Eg——?dú)庀嗟捏w積分?jǐn)?shù)，%；EgM——?dú)馇职l(fā)生時(shí)的隔水管底部截面含氣率，%；Eg(H,t) ——任一時(shí)刻不同井深處的截面含氣率，%；J——可信度，%；Kc——Δt時(shí)間內(nèi)隔水管底部截面含氣率的變化率，%；Ki——隔水管底部截面含氣率的變化率，%；Kj——真實(shí)地層壓力下的截面含氣率變化率，%；N——地層壓力取值個(gè)數(shù)；p0——目標(biāo)井井底原始地層壓力，MPa；p1，pN——目標(biāo)井含可信度的井底地層壓力取值區(qū)間的最小值和最大值，MPa；pj——Kj對(duì)應(yīng)的地層壓力，MPa；qo——泵流量，m3/s；QY——Δt時(shí)間內(nèi)溢流量，m3；QZY(t) ——t時(shí)刻的總溢流量，m3；t——時(shí)間，s；t01——地層壓力取值為p1時(shí)對(duì)應(yīng)的含氣率開(kāi)始非零的時(shí)刻，s；t0j——監(jiān)測(cè)到信號(hào)時(shí)氣侵已經(jīng)發(fā)生的時(shí)間，s；t0N——地層壓力取值為pN時(shí)對(duì)應(yīng)的含氣率開(kāi)始非零的時(shí)刻，s；t1——地層壓力取值為p1時(shí)對(duì)應(yīng)的截面含氣率達(dá)到EgM的時(shí)刻，s；tc——檢測(cè)到氣泡的時(shí)刻，s；tlim——?dú)怏w到達(dá)井口所需時(shí)間，s；tN——地層壓力取值為pN時(shí)對(duì)應(yīng)的截面含氣率達(dá)到EgM的時(shí)刻，s；vo——井口流體流速，m/s；Δt——時(shí)間增量，s；?——截面含氣率變化率的迭代精度，%。

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（編輯 胡葦瑋）

The quantitative description of gas-cut degree in deepwater drilling

XU Yuqiang1,GUAN Zhichuan1,ZHANG Huizeng2,ZHANG Hongning1
(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China; 2.CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China)

Through the analysis of gas-cut features in deepwater drilling and shortages of existing gas-cut detection methods,the feasibility of early detection of gas cut at the bottom of riser was demonstrated,and a method was proposed for quantitative description of gas-cut degree in deepwater drilling based on ultrasonic monitoring at the bottom of riser.The problems of Doppler ultrasound gas-cut detection method was analyzed and the experimental device of gas-cut monitoring at the bottom of riser based on the ultrasonic transmission was built,which was used to analyze the sound attenuation characteristics under different conditions of void fraction.The solutions for using ultrasound to monitor gas-cut situation at the bottom of riser was proposed.Combined with the gas-liquid two-phase model of wellbore annulus in deepwater drilling and the formation pressure prediction method with credibility,the inverse calculation method of gas-cut degree in wellbore was established,which was based on the monitoring data of gas cut at the bottom section of riser.This method could detect the gas cut about four minutes in advance compared with conventional methods,and the gas cut occurring moment,the time left for gas to reach the wellhead,the total overflow rate at any moment,and the void fraction in different depth could be accurately determined based on the acoustic response data of the bottom of riser.

deepwater drilling; gas-cut monitoring; ultrasonic transmission; gas-cut degree; inverse calculation method

國(guó)家自然科學(xué)基金（51574275）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2010CB226706）；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃（IRT1086）

TE28

A

1000-0747(2016)02-0292-05

10.11698/PED.2016.02.17

許玉強(qiáng)（1987-），男，山東聊城人，中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院在讀博士研究生，主要從事井下信息與控制、深水鉆井及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面的研究工作。地址：山東省青島市黃島區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)，中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，郵政編碼：266580。E-mail：auyuqiang@163.com

2015-06-01

2016-01-07