高壓氣井帶壓排出溢流工藝技術(shù)研究

李磊

摘? 要：針對(duì)高壓氣井常規(guī)處理溢流的不足，該文提出一種帶壓排出溢流技術(shù)，立足于漂移流動(dòng)原理，創(chuàng)建高壓氣井帶回壓井筒氣液兩相流動(dòng)計(jì)算模型，且以數(shù)值法解答模型。結(jié)合仿真算例模擬帶壓排出溢流時(shí)井口壓力受到井深、鉆井排量、溢流量等參數(shù)的影響，根據(jù)模擬的上述參數(shù)結(jié)果，制定鉆進(jìn)過(guò)程中帶套壓排出溢流程序。

關(guān)鍵詞：控制壓力鉆井技術(shù)? 氣液兩相流? 井口回壓? 施工工藝

中圖分類號(hào)：TE28? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（c）-0050-02

對(duì)于高壓氣井井控來(lái)說(shuō)，如果存在溢流，一般的解決策略難度大、缺少安全性[1，2]。而控制壓力鉆井技術(shù)作為初級(jí)井控技術(shù)的一種高級(jí)應(yīng)用形式，可以很好地解決常規(guī)處理溢流做法的不足，即利用RCH增加所需的回壓，以達(dá)到快速提高井底壓力并保持井底恒壓的目的，維持原密度將受侵鉆井液排出井筒[3，4]。

1? 帶壓排出溢流技術(shù)計(jì)算模型

1.1 井筒內(nèi)井筒氣液兩相流方程

該文先將帶壓排除溢流過(guò)程中的環(huán)空流動(dòng)模型化并作以下假設(shè)[5-7]。

（1）假設(shè)井眼截面是圓形，以及跟井內(nèi)鉆柱同心;

（2）對(duì)鉆井液中氣體的溶解忽視，以及兩相之間不存在化學(xué)反應(yīng);

（3）只分析順著流動(dòng)方向的一維非定常流動(dòng)問(wèn)題;

（4）在相同位置的環(huán)空內(nèi)兩相段氣液的兩相溫度一致，不存在交換的熱量。

能夠創(chuàng)建下面控制方程組。

①氣相連續(xù)性方程：

②鉆井液相連續(xù)性方程：

③氣、液兩相動(dòng)量守恒方程：

④氣體上升速度經(jīng)驗(yàn)公式：

⑤氣相狀態(tài)方程：

式中：A為環(huán)空截面積，m2;Eg、Em分別為產(chǎn)出氣、鉆井液相的體積分?jǐn)?shù)，無(wú)量綱;vg、vm分別為產(chǎn)出氣和鉆井液相的速度，m/s;ρg、ρm分別為產(chǎn)出氣和鉆井液的密度，kg/m3; qg為氣侵速率，L/s;fric為沿程摩阻壓降，Pa;s為沿流動(dòng)方向坐標(biāo)，m;ρ為壓力，Pa;C0為速度分布系數(shù);vrg為漂移速度，m/s;γg為天然氣相對(duì)密度，無(wú)因次;Z為天然氣壓縮因子;T為溫度，K。

1.2 方程組的定解條件

氣侵后采取帶壓鉆井的初始條件為：

氣侵后采取帶壓鉆井的邊界條件為：P（t，0）=Pf+Pe

式中：Eim、Eiq分別表示調(diào)整回壓后與調(diào)整回壓前環(huán)空各相在某一截面的體積分?jǐn)?shù)，無(wú)量綱;v表示環(huán)空各相在某一截面的速度，m/s;i表示環(huán)空內(nèi)的氣相、鉆井液相;j為示環(huán)空中的各個(gè)節(jié)點(diǎn);Pf為地層壓力，Pa;Pe為為帶壓排出溢流過(guò)程中附加壓力，Pa。

1.3 方程組的求解

其步驟為：（1）初步估算井底壓力。（2）假設(shè)j+1處n+1時(shí)刻的壓力值，結(jié)合給定的井口回壓值以及出口溫度，由狀態(tài)方程確定節(jié)點(diǎn)處的物理參數(shù)等狀態(tài)。（3）由連續(xù)性方程、動(dòng)量方程求解新的j+1節(jié)點(diǎn)處n+1時(shí)刻的壓力。將兩個(gè)壓力相比較，如果不滿足計(jì)算精度，則繼續(xù)迭代。（4）往后以此類推，直到井口為止，看已求得的井口處的壓力與給定的井口回壓值是否在精度范圍以內(nèi)，若不滿足計(jì)算精度，否則返回步驟（1）重新估算，直至條件成立。

2? 帶壓排出溢流技術(shù)敏感參數(shù)分析

利用建立的井筒氣液兩相流方程，模擬不同施工參數(shù)的變化對(duì)井口壓力變化規(guī)律，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施帶壓排出溢流技術(shù)處理溢流提供一定的參考。具體模擬井的基本數(shù)據(jù)如下：井深4320m，?244mm套管，?127mm的鉆具平均內(nèi)徑為110mm，?215.9mm的鉆頭，?159mm鉆鋌162.12m，鉆井液密度1.6g/cm3，鉆井液排量26L/s，塑性粘度0.03Pa.s，井口溫度25℃，地溫梯度3℃/100m，地層壓力71MPa。

2.1 不同溢流量對(duì)井口回壓的影響

溢流發(fā)現(xiàn)越晚，帶壓排出溢流過(guò)程中的最大井口回壓也在不斷增大。但是一般現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)控制頭（RCH）一旦連續(xù)超過(guò)5MPa時(shí)就轉(zhuǎn)入壓井程序，這也從另一個(gè)角度看出帶壓排出溢流受控壓裝備的影響，其控制能力是有限的。

2.2 不同鉆井排量對(duì)井口回壓的影響

需要注意的是，一旦鉆井排量改變，井內(nèi)環(huán)空摩阻也將發(fā)生改變，為了使3種井況條件一致（井底恒壓），需對(duì)鉆井液密度進(jìn)行相應(yīng)的改變， 不同鉆井液排量下，在帶壓排出相同溢流量（1m3）過(guò)程中，最大井口回壓值卻越小。這是因?yàn)榕帕吭酱?，井?nèi)環(huán)空摩阻也越大，為保持井底壓力恒定，因此排量較大時(shí)井口施加的回壓卻越小。但是從井口回壓的變化幅度來(lái)看，由于環(huán)空摩阻不是改變井底壓力的主要因素，所以鉆井液排量對(duì)帶壓排出過(guò)程中井口回壓的峰值影響有限。

2.3 不同井深對(duì)井口回壓的影響

為使初始模擬條件三者一致，需保持初始井底壓差相同，不同井深下，在帶壓排出相同溢流量（1m3）過(guò)程中，井越深，最大井口回壓值卻越大。這主要是因?yàn)榫缴睿诇囟群蛪毫υ礁?，氣體膨脹上升對(duì)井底壓力的影響也越大，造成井口的回壓峰值也隨之增大。但是從井口回壓的變化幅度來(lái)看，由于井口的工作回壓對(duì)氣體溢流控制有很好的積極作用，所以鉆井液排量對(duì)帶壓排出過(guò)程中井口回壓的峰值影響有限。