深水鉆井氣侵井控技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

安海洋

摘 要：深海油氣資源是十三五期間我國(guó)重點(diǎn)勘探開發(fā)、油氣資源接替的重要領(lǐng)域。深水鉆井氣侵監(jiān)測(cè)難度大、井控風(fēng)險(xiǎn)高，一直以來都是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文通過詳細(xì)調(diào)研國(guó)內(nèi)外海洋、深水鉆井氣侵井控技術(shù)的研究現(xiàn)狀，梳理了該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)深水鉆井實(shí)際，給出了深水鉆井氣侵井控技術(shù)未來發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞：深水鉆井氣侵井控技術(shù);現(xiàn)狀;技術(shù)難點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TE245 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0182-01

0 引言

自21世紀(jì)初，全球重點(diǎn)關(guān)注和勘探開發(fā)領(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)向深水油氣資源，中國(guó)南海70%油氣資源蘊(yùn)藏于深水海域。由于油氣資源勘探開發(fā)的上游就是鉆井工程，在整個(gè)油氣開發(fā)流程中占據(jù)很重要的地位。深水鉆井有很多難點(diǎn)：深的海水、長(zhǎng)的隔水管、低溫的海底、安全鉆井液密度窗口窄等，給深水鉆井帶來了不少難題和潛在風(fēng)險(xiǎn)。影響深水鉆井安全的眾多因素，都有可能對(duì)生產(chǎn)和人員安全造成影響。氣侵會(huì)對(duì)鉆井施工、人員環(huán)境形成威脅。一旦水深增加，氣侵溢流問題就更難發(fā)現(xiàn)了，因此，在深水鉆井安全領(lǐng)域，要重點(diǎn)關(guān)注氣侵早期檢測(cè)以及井控這兩個(gè)問題。

1 研究現(xiàn)狀

氣侵是鉆井過程中地層氣體侵入井筒的環(huán)空并向上運(yùn)移和膨脹，在氣侵發(fā)展的情況下，井筒環(huán)空的氣體會(huì)快速積聚，這樣會(huì)造成流型發(fā)生變化，這時(shí)如果沒有及時(shí)采取科學(xué)的措施，井噴就可能會(huì)出現(xiàn)。在20世紀(jì)的50-60年代，有多位國(guó)外學(xué)者對(duì)氣侵后井筒環(huán)空的多相流進(jìn)行了建模等方式的研究和分析。

Duns H Jr.和Ros N C J.等人在1963年，做了多個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了五種流型的兩相流型的分布圖。這各種流型按照速度劃分，可以分成沫狀流、段塞流、彈狀流、泡狀流和霧狀流。

Orkiszewski J.在1967年專門撰文對(duì)垂直管氣液的兩相流壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，而且針對(duì)流型不同還發(fā)明了不同的壓力下的梯度計(jì)算的方法。

Lewis R.L.和LeBlanc J.L.等人專門寫文章對(duì)氣侵的數(shù)學(xué)模型問題進(jìn)行討論，在這篇文章中，兩相流體被作為均相流，摩阻和氣體滑落這兩個(gè)問題不考慮。

Bomea D、Dukler A E和Taitel Y等在1980年專門研究了再垂直管氣液兩相流情況下的流型轉(zhuǎn)換，著重對(duì)流型轉(zhuǎn)變條件、機(jī)理進(jìn)行研究，并且進(jìn)行建模分析。

Kabir C S和Hasan A R等在1988年專門對(duì)垂直井中的多相流的行為進(jìn)行研究，在氣液兩相流變的原理基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行迭代，提出了壓降的理論。

Sylvester N D和Ansari A M等一些專家學(xué)者在1994年專門撰文，提出了一個(gè)新的綜合機(jī)理模型，可以對(duì)環(huán)狀流、段塞流以及泡狀流的壓降進(jìn)行計(jì)算。

Juvkam-wold H.C.和Jonggeun Choe于1997年，研究出了一種新型的經(jīng)過改進(jìn)的兩相流井控模型和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。這種模型可以保證精度，還可以做適度簡(jiǎn)化，另外，在一定程度上還解決了一個(gè)大難題：模型計(jì)算結(jié)果比較不好收斂。

Gabor T于2001年在著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)文，注重研究了油井垂直多相流最優(yōu)模型選擇應(yīng)該注意的事項(xiàng)，這篇文章還分析了壓降預(yù)測(cè)誤差引起的原因。

2002年，Nunes J O L、Bannwart A C、Ribeiro P R等人[9]在SPE會(huì)議上發(fā)表文章探討了深水鉆井氣侵力學(xué)的模型，這一模型對(duì)前人模型的基礎(chǔ)進(jìn)行了總結(jié)和歸納，并進(jìn)行改進(jìn)，采用了不斷升級(jí)的方法對(duì)對(duì)環(huán)空和節(jié)流管線的兩相流動(dòng)產(chǎn)生的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，并歸納算出其壓力梯度。

國(guó)內(nèi)方面，在這一領(lǐng)域的研究也有很多新的成果：陳光、范軍在2000年發(fā)表研究成果，體現(xiàn)了欠平衡鉆井理論的模型和應(yīng)用，并在此得出了更為完整的動(dòng)態(tài)井控的理論模型，在這一模型中還加入了固項(xiàng)、油相相關(guān)的運(yùn)動(dòng)方程。

周英操在2005年撰文表述了再簽平衡鉆井中，環(huán)空多相流的井底壓力相關(guān)的計(jì)算模型，這一模型對(duì)巖屑以及多相加速度壓降進(jìn)行綜合考慮，實(shí)際證明，這一模型的形成的數(shù)據(jù)，精度非常高。

王志遠(yuǎn)在2008年利用深水司鉆法壓井并因此做了計(jì)算研究，通過研究得到了在油氣相變深水司的鉆法壓井的多相流控制的方程，并對(duì)這一方程進(jìn)行求解和計(jì)算。

孫寶江和王志遠(yuǎn)等于2011年專門撰文對(duì)深水井控的多組多相流動(dòng)模型進(jìn)行分析，這一模型對(duì)多相介質(zhì)、地質(zhì)屬性以及天然氣水合物的相變等對(duì)多相流的影響都有考慮，在深水條件下溢流、壓井以及井噴時(shí)候井控環(huán)空的多相流動(dòng)的趨勢(shì)和規(guī)律進(jìn)行分析。

孫連偉和管志川于2013年對(duì)井深結(jié)構(gòu)的變化、尾管回接對(duì)井控的影響進(jìn)行研究，深井的井筒氣液兩相模型和壓井模型被建立，由此基礎(chǔ)上還研究了井深結(jié)構(gòu)的變化對(duì)井控產(chǎn)生的影響。

李相方、馬慶濤和任美鵬在2013年還得到了一個(gè)新方法，在下鉆過程中發(fā)生井噴后井液的密度進(jìn)行設(shè)計(jì)。這個(gè)方法是在氣液兩相流的理論基礎(chǔ)上形成的，Y型管的模型也在不接觸井底的條件下被建立，在這一模型影響下，井筒壓力的分布規(guī)律、壓井液密度設(shè)計(jì)方法也做了分析。

徐朝陽、孟英峰在2015年，對(duì)氣侵過程中井筒壓力演變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)和模型進(jìn)行研究，這一研究主要采用模擬的方式，利用大尺寸實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)井筒氣侵過程進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合漂移流模型和非穩(wěn)態(tài)理論建立了井筒多相流的瞬態(tài)模型，得到更詳細(xì)更準(zhǔn)確的解決辦法。

2017年，許玉強(qiáng)、管志川等分析了在隔水管處提前監(jiān)測(cè)氣侵進(jìn)行井控的可行性和優(yōu)勢(shì)，提出了基于隔水管氣侵監(jiān)測(cè)的深水鉆井氣侵井控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

2 現(xiàn)狀分析

綜上所述，國(guó)內(nèi)外針對(duì)深水氣侵后井筒的多相流型以及井控的模型等進(jìn)行研究分析，模型的最初是經(jīng)驗(yàn)性和半經(jīng)驗(yàn)性的模型，經(jīng)過發(fā)展和延伸后形成在考慮眾多因素甚至于在相變的情況下的理論模型，在傳熱理論、相變理論參與后，讓模型在深井以及深水的鉆井的氣侵井控的計(jì)算更適用。很多的研究建立起的模型是在不同的工況和精度需求的基礎(chǔ)上形成的，在這種情況下，可以根據(jù)需要的實(shí)際情況選取模型或者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)就可以了。另外，深水鉆井在氣侵之后多相流動(dòng)模型已經(jīng)越來越成熟，但沒有對(duì)深水鉆井的氣侵風(fēng)向進(jìn)行深度分析和完善，更多還集中在井筒的多相流型建立以及規(guī)律的分析研究上，在這時(shí)，深水氣侵的早期監(jiān)測(cè)方法還有井控設(shè)計(jì)參數(shù)等，并沒有在深水井筒多相流型的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展趨勢(shì)、深水鉆井施工的確定性有限等方面做充分利用，這就需要我們對(duì)這些問題進(jìn)行更多、更深入的分析研究。

3 結(jié)語

（1）對(duì)近一些年來，國(guó)內(nèi)外的深水鉆井的氣侵井控的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析;（2）為深水鉆井氣侵井控技術(shù)今后的發(fā)展提出了建議：在井筒的多相流動(dòng)的模型不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)深水的鉆井施工不確定性進(jìn)行研究分析，進(jìn)一步完善深水氣侵的早期監(jiān)測(cè)方法和井控參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 范軍，陳光，等.欠平衡鉆井理論模型及應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào)，2000，21（4）：75-78.

[2] 周英操，高德利，劉永貴.欠平衡鉆井環(huán)空多相流井底壓力計(jì)算模型[J].石油學(xué)報(bào)，2005，26（2）：96-99.

[3] 王志遠(yuǎn)，孫寶江，高永海，等.深水司鉆法壓井模擬計(jì)算[J].石油學(xué)報(bào)，2008，29（5）：786-790.

[4] 孫寶江，王志遠(yuǎn)，公培斌，等.深水井控的七組分多相流動(dòng)模型[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（6）：1042-1049.

[5] 孫連偉，管志川，梁海明，等.井身結(jié)構(gòu)變化及尾管回接對(duì)井控的影響分析[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（6）：34-39.

[6] 任美鵬，李相方，馬慶濤，等.起下鉆過程中井噴壓井液密度設(shè)計(jì)新方法[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（1）：25-30.

[7] 徐朝陽，孟英峰，魏納，等.氣侵過程井筒壓力演變規(guī)律實(shí)驗(yàn)和模型[J].石油學(xué)報(bào)，2015，36（1）：120-126.

[8] Xu Y， Guan Z， Jin Y， et al. Study of the ultrasonic propagation law in the gas–liquid two-phase flow of deepwater riser through numerical simulation[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering，2017，159.