基于移动边界环流的连续循环抽吸压力计算方法
发布时间：2021-06-06 13:43
连续循环钻井液技术可以减缓起钻过程中的抽吸压力,针对连续循环技术在起下钻过程中的应用,基于N-S方程理论和非牛顿流体流变规律,建立了考虑移动边界环流起下钻过程中抽吸压力的计算模型;并分析了起钻速度和钻井液循环流量对抽吸压力的影响规律,对深井起钻过程中抽吸压力控制进行了初步探讨。研究结果表明,在深井起钻过程中使用连续循环技术适当地泵送钻井液能够减小抽吸压力,有助于在不增加抽吸压力的情况下提高起钻速度,节省起下钻时间。建立的连续循环条件下的抽吸压力计算方法可为深井和窄密度窗口井起下钻过程中的最优泵量设计及起下钻速度的提高提供理论参考。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
赫-巴流体环空速度剖面Fig.1AnnulusvelocityprofileofH-Bfluid
?(5)计算出流核区的厚度。6)通过数值方法求解式(10)或式(11)(这两个方程适用于不同的速度剖面)以计算1y(可以选用牛顿法)。7)计算每个区域量纲为一的速度分布(式(4)、式(5)或式(7)、式(8))。8)对速度剖面进行积分，根据式(14)计算环空总流量t_gQ。9)比较实际流量tQ和所得到的环空总流量t_gQ。如果相差大于允许误差[Q]，回到步骤3)并改变压力梯度，然后重复步骤3)~步骤8)。否则，系统收敛并输出压力梯度。流程图如图2所示，其中：r为环空半径范围；iR为钻杆外径；0R为井眼内径。图2模型算法流程图Fig.2Modelalgorithmflowchart3.1.2紊流模型起下钻时紊流状态下压力损失的计算是基于紊流压力损失的规律[15]。在湍流状态下，考虑钻柱运动压力损失的方法是利用流体流动与钻柱移动之间的相对流速。其中，两壁面固定的环空摩擦损失表示为22ii000iDD2()PfQQQQdfdfLgddAAAAρ=+(15)式中：DP为环空压力(单位为MPa)；DL为对应长度(单位为m)；id为环空内径(单位为mm)；0d为环空外径(单位为mm)；ρ为钻井液密度(单位为g/cm3)；f为摩擦系数；if为钻柱摩擦系数；0f为井壁摩擦系数；g为重力加速度(单位为m/s2)；A为环空截面面积(单位为mm2)。对实际起下钻工程中钻柱的运动，取流体的绝对速度为U，钻柱的运动速度为V，流体与钻柱的相对速度为U+V。因此对移动内壁和固定外壁的移动边界环流，有摩擦损失，即220iii00DD2()Pf
力的作用就不显著，抽吸压力主要由黏性和惯性决定。图3模型计算域分网方法Fig.3Computedomainsubnetmethodofmodel4实例分析4.1计算结果分析笔者利用本文叙述的计算波动压力模型，通过计算机编程，对一口实际井起钻作业中抽吸压力进行模拟计算。首先建立自适应分网格类库，对输入钻头位置、钻具组合、井身结构参数，由上至下地建立各区域计算域网格，并结合其他输入参数，如泵流量、钻井液性能参数等，由模型自主学习并判别各个计算域最适宜的方法；再迭代给出钻头位置压力波解析值。模型分网方法如图3所示，该井井身结构如图4所示。裸眼段钻进完成后，4-1/2″钻柱从井筒中起出。钻井液性能如表1所示。图4某井井身结构图Fig.4Wellborestructurediagram表1流体流变学参数Tab.1Fluidrheologicalparametersyτ/Pa8.087黏性指数(viscosityindex)K/Pa·sn0.34流性指数(liquidityindex)m0.711密度(density)/g·cm-31.2710s12.92静切力(gelstrength)/Pa10min15.8030min23.94通过计算机程序计算，得到不同操作条件(具体见表2)下，整个起钻过程中井底压力的变化。计算结果见图5~图7。各图的水平轴表示起钻时的钻头位置。表2测试矩阵Tab.2Testmatrix流量(flowrate)/L·s-1起钻速度(trippingspeed)/m·min-1032.9265.8410.0832.9265.8420.1632.9265.84图5以32.92m/min起钻时泵入排量对井底压力的影响Fig.5Influencesofpumpingonbottomholepressurewhiletrippingwith32.92m/min从图5可以看出，当停止循环起钻时，井底流体被钻柱带入环空并向上运动，导致井底出现压力
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流量控制钻井环空波动压力反问题研究[J]. 沈建文. 应用力学学报. 2017(06)
[2]赫-巴流体在偏心环空中的波动压力计算模型[J]. 李琪,王再兴,李旭阳,沈黎阳. 石油学报. 2016(09)
[3]起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法[J]. 彭齐,樊洪海,刘劲歌,韩付鑫,付随艺. 石油钻探技术. 2016(04)
[4]基于四参数流变模式的套管下放速度分析[J]. 韩付鑫,樊洪海,张治,彭齐,戴瑞,高原. 石油钻采工艺. 2016(03)
[5]莺歌海盆地中深层高温高压钻井关键技术及其实践效果[J]. 李炎军,吴江,黄熠,罗鸣. 中国海上油气. 2015(04)
[6]下钻中气液两相激动压力滞后时间研究[J]. 孔祥伟,林元华,邱伊婕. 应用力学学报. 2014(05)
[7]实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程[J]. 姜智博,周英操,王倩,蒋宏伟. 天然气工业. 2011(08)
[8]窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨[J]. 苏勤,侯绪田. 石油钻探技术. 2011(03)
本文编号：3214498
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
赫-巴流体环空速度剖面Fig.1AnnulusvelocityprofileofH-Bfluid
?(5)计算出流核区的厚度。6)通过数值方法求解式(10)或式(11)(这两个方程适用于不同的速度剖面)以计算1y(可以选用牛顿法)。7)计算每个区域量纲为一的速度分布(式(4)、式(5)或式(7)、式(8))。8)对速度剖面进行积分，根据式(14)计算环空总流量t_gQ。9)比较实际流量tQ和所得到的环空总流量t_gQ。如果相差大于允许误差[Q]，回到步骤3)并改变压力梯度，然后重复步骤3)~步骤8)。否则，系统收敛并输出压力梯度。流程图如图2所示，其中：r为环空半径范围；iR为钻杆外径；0R为井眼内径。图2模型算法流程图Fig.2Modelalgorithmflowchart3.1.2紊流模型起下钻时紊流状态下压力损失的计算是基于紊流压力损失的规律[15]。在湍流状态下，考虑钻柱运动压力损失的方法是利用流体流动与钻柱移动之间的相对流速。其中，两壁面固定的环空摩擦损失表示为22ii000iDD2()PfQQQQdfdfLgddAAAAρ=+(15)式中：DP为环空压力(单位为MPa)；DL为对应长度(单位为m)；id为环空内径(单位为mm)；0d为环空外径(单位为mm)；ρ为钻井液密度(单位为g/cm3)；f为摩擦系数；if为钻柱摩擦系数；0f为井壁摩擦系数；g为重力加速度(单位为m/s2)；A为环空截面面积(单位为mm2)。对实际起下钻工程中钻柱的运动，取流体的绝对速度为U，钻柱的运动速度为V，流体与钻柱的相对速度为U+V。因此对移动内壁和固定外壁的移动边界环流，有摩擦损失，即220iii00DD2()Pf
力的作用就不显著，抽吸压力主要由黏性和惯性决定。图3模型计算域分网方法Fig.3Computedomainsubnetmethodofmodel4实例分析4.1计算结果分析笔者利用本文叙述的计算波动压力模型，通过计算机编程，对一口实际井起钻作业中抽吸压力进行模拟计算。首先建立自适应分网格类库，对输入钻头位置、钻具组合、井身结构参数，由上至下地建立各区域计算域网格，并结合其他输入参数，如泵流量、钻井液性能参数等，由模型自主学习并判别各个计算域最适宜的方法；再迭代给出钻头位置压力波解析值。模型分网方法如图3所示，该井井身结构如图4所示。裸眼段钻进完成后，4-1/2″钻柱从井筒中起出。钻井液性能如表1所示。图4某井井身结构图Fig.4Wellborestructurediagram表1流体流变学参数Tab.1Fluidrheologicalparametersyτ/Pa8.087黏性指数(viscosityindex)K/Pa·sn0.34流性指数(liquidityindex)m0.711密度(density)/g·cm-31.2710s12.92静切力(gelstrength)/Pa10min15.8030min23.94通过计算机程序计算，得到不同操作条件(具体见表2)下，整个起钻过程中井底压力的变化。计算结果见图5~图7。各图的水平轴表示起钻时的钻头位置。表2测试矩阵Tab.2Testmatrix流量(flowrate)/L·s-1起钻速度(trippingspeed)/m·min-1032.9265.8410.0832.9265.8420.1632.9265.84图5以32.92m/min起钻时泵入排量对井底压力的影响Fig.5Influencesofpumpingonbottomholepressurewhiletrippingwith32.92m/min从图5可以看出，当停止循环起钻时，井底流体被钻柱带入环空并向上运动，导致井底出现压力
【参考文献】：
期刊论文
[1]微流量控制钻井环空波动压力反问题研究[J]. 沈建文. 应用力学学报. 2017(06)
[2]赫-巴流体在偏心环空中的波动压力计算模型[J]. 李琪,王再兴,李旭阳,沈黎阳. 石油学报. 2016(09)
[3]起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法[J]. 彭齐,樊洪海,刘劲歌,韩付鑫,付随艺. 石油钻探技术. 2016(04)
[4]基于四参数流变模式的套管下放速度分析[J]. 韩付鑫,樊洪海,张治,彭齐,戴瑞,高原. 石油钻采工艺. 2016(03)
[5]莺歌海盆地中深层高温高压钻井关键技术及其实践效果[J]. 李炎军,吴江,黄熠,罗鸣. 中国海上油气. 2015(04)
[6]下钻中气液两相激动压力滞后时间研究[J]. 孔祥伟,林元华,邱伊婕. 应用力学学报. 2014(05)
[7]实现窄密度窗口安全钻井的控压钻井系统工程[J]. 姜智博,周英操,王倩,蒋宏伟. 天然气工业. 2011(08)
[8]窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨[J]. 苏勤,侯绪田. 石油钻探技术. 2011(03)
本文编号：3214498
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