大庆油田控压钻井作业环空压力的计算.pdf

第 11卷 第 2期 2011年 1月 167118152011 2033203 科 学 技 术 与 工 程 Science Technology and Engineering Vol 11 No 2 Jan2011 2011Sci TechEngng 大庆油田控压钻井作业环空压力的计算 李士斌1 周 艳 1 * 邸百英2 宋瑞宏 2 黑龙江省东北石油大学1, 大庆 163318; 大庆油田钻探工程公司钻井工程技术研究院2,大庆 163413 摘 要 根据 BeggsBrill的流动型态模型推导出了控制压力钻井环空多相流的压力计算公式; 并提出了井口回压对环空流态 的影响。提出的计算模型已通过现场试验的验证。试验结果表明其误差只有 3 左右, 能够指导现场作业。为控制压力钻井 技术在大庆油田的应用和发展提供理论依据。 关键词 控压钻井 MPD 环空压力 计算 中图法分类号TE249; 文献标志码 A 2010年 9月 15日收到, 10月 28日修改 * 通信作者简介 周 艳 1985, 女, 黑龙江省大庆市东北石油大 学油气井工程专业硕士研究生, 研究方向 欠平衡控制压力钻井技 术。E mai l 1985zhouyan 163 . com。 环空内流体的流动参数预测, 一直是钻井施工 所关心的一个很重要的内容, 准确地计算钻井中井 筒环空的压力分布对钻井作业是极其重要的 [ 1]。 1 大庆油田对控压钻井技术的需求 随着大庆油田勘探开发向深部复杂地层的不 断发展, 钻井过程中地层漏失、 压差卡钻、 窄密度压 力窗口等问题越来越严重。因此, 需要研究控制压 力钻井技术, 形成一套适合于大庆油田的控压钻井 的设备和工艺技术, 来解决油田面临的一系列 问题 [ 2]。 2 控制压力钻井环空多相流压力计算公式 的推导 根据 Beggs Brill的以流动型态模型为基础的压 降计算方法, 推导控压钻井环空多相流压力公式。 即总环空压力是多相流摩擦压力、 重力压力、 加速 压力之和。 2 . 1 多相流重力压力梯度计算公式 假设控压钻井过程中新钻出的岩屑直接被钻 井液冲离井底, 以一定流速、 均匀分布随钻井液上 返, 设一定钻速在 dt时间内的钻进深度为 dh, 则钻 出岩屑的体积为 d Qs De 2 t 4 dt 1 重力引起的压力梯度具体表达为 [ 3] p z 1 zg [ m s- m - m- g]g 2 2 . 2 多相流摩擦压力梯度计算公式 对大庆油田的实测情况进行分析, 岩屑对环空 摩阻影响较大。根据计算模型, 对已有公式系数设 定为未知数反算修正, 系数为 1 . 276 1 . 289 , 取平 均值 1 . 282 5 , 公式修正为 p z 2 1 . 282 5 0. 2Q1. 8 zP 0 . 8 z Dh- Dp 3 Dh Dp 1. 8 3 2 . 3 多相流加速压力梯度计算公式 考虑岩屑从井底开始随气液流上升有一个加 速过程, 只有加速度为零时流动才稳定, 在计算时 假设单位质量的岩屑的压缩性小于钻井液的压缩 性, 远远小于气体的压缩性; 假设气体的质量流速 变化远远小于气体密度的变化。加速压力梯度计 算公式为 p z 3 zz d dz Mz Ag d dz M z Am d dz Mz As 4 3 控制压力钻井中井口回压值 3 . 1 回压对环空流态的影响 不同的气液比所代表的环空流态也不同, 井口 施加回压的变化, 直接影响到环空流态的转变。 以徐深某井的实际数据进行试算 套管下深 3 000 m, 目的层结束井深 4 600 m, 孔隙压力系数 1 . 05 , 注气量 20 m 3 /m in , 注液量 1 . 5 m 3 /m in , 液体 密度 1 . 06 g /cm 3。随着井口回压从 0. 1 3 . 0 MPa 的增加, 在同一井深环空气液比呈逐渐下降的趋 势, 如图 1所示, 特别是在距井口 500m范围内尤为 突出。 图 1 不同回压下气液比随井深变化曲线 当气液比在 0 0 . 2之间, 环空为环状流; 当气 液比在 0. 2 0. 4之间, 环空为泡沫状流; 当气液比 在 0 . 4 0 . 6 之间, 环空为弹状流; 当气液比在 0 . 6 0 . 7 之间, 环空为分散泡状流; 当气液比在 0 . 7 以上, 环空为泡状流。为了达到理想的环空流态, 需要考虑回压值的影响。 3 . 2 井口回压大小的确定 在控压钻井过程中, 回压值要通过环空动控压 值和环空静控压值的大小来调节, 提高窄密度窗 口, 保证安全钻进。回压值大小为控压值与实际钻 井液压力之差。 根据经验环空平均钻井液密度降低压力降低 0 . 04 kg/m 3, 则 Ph 0 . 04g H 5 p动 pp- zg H - P Ph 6 p静 pp- zgH Ph 7 式中 pp 地层压力, MPa; Ph 环空静液柱压力降量, MPa 。 4 现场试验 徐深某井位于松辽盆地徐家围子断陷徐东斜 坡带, 设计井深 4 430 m, 实际井深 4 414 m, 目的层 主要为营城组火山岩, 设计地层压力系数为 0 . 94 1 . 05 。根据该井的实测基本数据进行理论计算, 并 且同井底测压接头实测数据进行了对比, 理论计算 结果的误差在 3 以内, 如表 1所示。 表 1 实测井底压力与模型计算压力对比 井深 /m 实测压力 /M Pa 模型计算 压力 /MPa 回压 /MPa误差 3 378 3 419 3 530 3 665 3 782 3 900 33 . 53 34 . 03 34 . 83 36 . 15 41 . 52 42 . 17 33 . 18 33 . 48 34 . 47 35 . 27 40 . 42 41 . 65 0. 80 0. 85 0. 95 0. 95 1. 05 1. 00 1. 04 1. 62 1. 18 2. 43 2. 64 1. 23 5 结论与建议 1 控压钻井环空多相流压力计算模型, 充分 考虑了回压对井底压力的影响及气液加速度压降 的影响, 计算精度较高, 误差小于 3 。 2 建议对模型在大庆油田进行广泛的现场试 验, 同时做进一步的修正和完善, 以便为现在提供 一个可靠、 精确的计算方法。 参 考 文 献 1 严新新, 陈永明, 燕修良. MPD 技术及其在钻井中的应用. 天然气 勘探与开发, 2007; 30 2 6266 2 辜志宏, 王庆群, 刘 峰. 控制压力钻井新技术及其应用. 石油机 械, 2007; 35 11 68 72 3 M atthew D M. M anaged pressure drilling techniques and too ls . Tex as T exasA Daqing Drilling Engineering 1 57 2 甘茂治, 康建设, 高 崎. 军用装备维修工程学. 北京 国防工业 出版社, 2005 3 王弘滨. RC M 维修管理模式及其在车用柴油机维修中的应用. 设 备管理与维修, 2009; 1 12 14 4 周国义, 周怀春, 杨志春. 以可靠性为中心的维修分析方法应用. 船海工程, 2006; 5 47 50 5 许洪昌, 徐立珍, 邓 建, 等. 低温机械. 北京 黄河出版社, 2001 RCM AnalysisM ethod and ItsApplication to the Oxygen and N itrogen Prodution PlantM aintenance ZOU Nan 1, HAN Guyong2, LIU Shenyang1 Graduate Adm inistrative Group1, Department ofAv iation Four Stations2, Xuzhou A ir Force College, Xuzhou 221000, P. R. China [Abstract] The research m ethod and analyzing process of rehabllity centered maintenance RCM are intro duced ,then the oxygen and nitrogen prodution plant is used to illustrate application ofRCM for the system, which provides a scientific basis for the plant to ake appropriatemeasures . [Key words] RCManalysis oxygen and nitrogen prodution plant maintenance 334科 学 技 术 与 工 程11卷