[發(fā)明專利]一種確定深水隔水管氣舉鉆井注氣量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310039066.7
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103122756A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志遠(yuǎn);孫寶江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B43/01
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋油氣開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種確定深水隔水管氣舉鉆井注氣量的方法。

背景技術(shù)

深水油氣資源是解決目前世界油氣資源緊缺的一個重要途徑。與陸地和淺海鉆井相比，深海鉆井情況更加復(fù)雜，具有常規(guī)鉆井裝備和方法難以克服的技術(shù)難題，特別是鉆井液安全密度窗口(孔隙壓力和破裂壓力壓差)狹窄，易造成井漏和井涌等復(fù)雜事故，給深水鉆井帶來巨大的挑戰(zhàn)。隔水管氣舉鉆井方式為該問題的解決提供了有效的途徑，該技術(shù)是通過在海底隔水管底部連接一注氣管線，由鉆井平臺上的高壓氣泵通過注氣管線向隔水管內(nèi)注氣體，注入氣體與隔水管內(nèi)上返的鉆井液混合形成氣液兩相流，降低隔水管內(nèi)流體的密度。海底以下井筒環(huán)空內(nèi)為鉆井液，在海底以上隔水管環(huán)空內(nèi)為鉆井液與氣體的混合流體，在整個井筒內(nèi)形成不同的壓力梯度，從而提供了深水鉆井工藝應(yīng)對窄安全密度窗口的能力。注氣量的計算是深水隔水管氣舉鉆井成功實施的關(guān)鍵參數(shù)之一，只有選擇適當(dāng)?shù)淖饬坎拍茏畲笙薅劝l(fā)揮隔水管氣舉鉆井的優(yōu)勢。但是，隔水管氣舉鉆井系統(tǒng)的水力參數(shù)計算涉及到氣液固多相流動理論，不同注氣量下氣體相對液相的滑脫以及在不同壓力環(huán)境下的膨脹特性，使得注氣過程中隔水管不同位置處的壓力梯度并非恒定值，給注氣量的設(shè)計帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明提出一種確定深水隔水管氣舉鉆井注氣量的方法，該方法針對深水隔水管氣舉鉆井的工藝特點，將多相流動理論與深水隔水管氣舉鉆井工藝過程相結(jié)合，建立多相流動方程組及其定解條件和求解算法，確定深水隔水管氣舉鉆井注氣量，為現(xiàn)場應(yīng)用提供依據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種確定深水隔水管氣舉鉆井注氣量的方法，具體步驟如下：

(1)、獲取鉆井的基本參數(shù)

(2)、計算泥線以下井筒環(huán)空內(nèi)的水力參數(shù)

(3)、確定隔水管底部所需的壓力

(4)、建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程

(5)、建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動輔助方程

(6)、建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程組求解的定解條件

(7)、建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程組的求解算法

(8)、采用試算法求解注氣量

優(yōu)選地，獲取鉆井的基本參數(shù)的具體步驟如下：通過鉆井設(shè)計資料，獲取鉆井的基本參數(shù)，基本參數(shù)包括鉆井液密度、鉆井液排量、鉆井液粘度、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、待鉆地層三壓力剖面數(shù)值、機(jī)械鉆速、待鉆地層的巖性、海水密度、井口設(shè)計回壓、注入氣體類型及注入氣體相對密度；

優(yōu)選地，計算泥線以下井筒環(huán)空內(nèi)的水力參數(shù)的具體步驟如下：根據(jù)鉆井的基本參數(shù)計算泥線以下井筒內(nèi)的巖屑濃度；根據(jù)鉆井的基本參數(shù)計算泥線以下井筒內(nèi)的循環(huán)摩阻；根據(jù)鉆井的基本參數(shù)計算泥線以下井筒內(nèi)流體產(chǎn)生的壓力；

優(yōu)選地，確定隔水管底部所需的壓力的具體步驟如下：根據(jù)地層的三壓力剖面數(shù)值及安全余量，確定所需的井底壓力；根據(jù)所需井底壓力及泥線以下井筒環(huán)空內(nèi)流體產(chǎn)生的壓力，確定隔水管底部所需的壓力；

優(yōu)選地，建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程的具體步驟如下：針對隔水管內(nèi)的氣液固流動工藝過程，建立氣液固三相的連續(xù)性方程、動量方程及隔水管環(huán)空溫度場方程；

優(yōu)選地，建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動輔助方程的具體步驟如下：所建立的輔助方程包括氣體的滑脫速度方程、巖屑下沉速度方程、體積分?jǐn)?shù)方程、氣體的狀態(tài)方程、流型判別方程、摩阻計算方程；

優(yōu)選地，建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程組求解的定解條件的具體步驟如下：所建立的定解條件主要指邊界條件，包括井口處的壓力、隔水管底部的環(huán)空壓力、隔水管底部環(huán)空的氣體流量、隔水管底部環(huán)空的巖屑密度、隔水管底部環(huán)空的鉆井液流量、隔水管周圍的海水溫度場；

優(yōu)選地，建立隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程組的求解算法的具體步驟如下：采用有限差分方式對隔水管內(nèi)氣液固三相流動方程組進(jìn)行求解，包括兩個步驟：首先由下往上對隔水管內(nèi)的計算區(qū)域進(jìn)行非等間距網(wǎng)格劃分；然后建立氣液固三相多相流動方程的離散方程形式；

優(yōu)選地，采用試算法求解注氣量的具體步驟如下：

(81)、估計注氣量Q_g；

(82)、對于隔水管最底部的環(huán)空節(jié)點，由溫度場方程計算該節(jié)點的溫度；

(83)、由輔助方程及邊界條件，確定隔水管最底部的環(huán)空節(jié)點處的氣體密度、各相速度、各相體積分?jǐn)?shù)，并作為緊鄰隔水管最底部的環(huán)空節(jié)點的隔水管內(nèi)環(huán)空節(jié)點的邊界條件；