[發明專利]一種無隔水管鉆井氣侵特性動態分析方法

在審

• 申請號: 202110289535.5
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113032987A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 毛良杰;甘倫科;蔡明杰;王國榮;曾松
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21B47/00;G06F17/11;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 鐘勤

本發明公開了一種無隔水管鉆井氣侵特性動態分析方法，涉及油氣開發技術領域，包括：S1：建立氣相連續性方程、液相連續性方程和動量方程；S2：建立目標井井筒內兩相流流體的數值模型；S3：根據鉆桿與海水之間的傳熱特性，建立目標井的鉆桿內傳熱模型和環空傳熱模型；S4：設定初始條件和邊界條件，帶入鉆桿內傳熱模型和環空傳熱模型，離散求解每一區域內兩相流流體的數值模型。本發明建立鉆井內氣液兩相流的數值模型，并通過傳熱模型計算得到鉆井液的溫度，進而得到鉆井內氣相的流體參數，代入數值模型中進行離散迭代求解，得到無隔水管鉆井氣侵后井筒內氣液兩相流流動的特點，適用于無隔水管鉆井的現場操作的技術參考。

技術領域

本發明涉及石油和天然氣開發技術領域，特別涉及一種無隔水管鉆井氣侵特性動態分析方法。

背景技術

雙梯度鉆井技術是近年來為解決深水鉆井過程中壓力窗窄帶來的安全難題而出現的技術。雙梯度鉆井主要有海底泵舉升鉆井、雙密度鉆井、無隔水管鉆井。其中，在深水鉆井中，無隔水管鉆井相比其他鉆井方式，由于沒有使用隔水管，具有鉆井成本低，無水深限制，使泥漿用量少，鉆井平臺升級容易等優點。雖然無隔水管鉆井在深水鉆井中有許多潛在的優勢，但也有許多未解決的問題：如鉆井過程中氣侵產生的井控安全問題。

目前，許多研究機構及學者對鉆井氣侵的研究主要集中在常規深水鉆井方面，對于無隔水管鉆井氣侵的研究則少之又少；且無隔水管鉆井與常規鉆井相比，由于其沒有隔水管，鉆桿直接暴露在海水中，深水無隔水管雙梯度鉆井發生氣侵后，其井筒流動特點與常規鉆井不同。因此現有的用于預測常規鉆井井筒氣侵模型也并不適合無隔水管鉆井，無法直接套用于無隔水管鉆井的氣侵分析。

發明內容

本申請的目的在于現有技術中缺少適用于無隔水管鉆井氣侵分析的方法的問題，提供一種無隔水管鉆井氣侵特性動態分析方法，根據無隔水管鉆井與常規鉆井在傳熱上的不同，建立適用于無隔水管鉆井的數值模型。

為了實現上述發明目的，本申請提供了以下技術方案：一種無隔水管鉆井氣侵特性動態分析方法，包括以下步驟：

S1：設目標井井筒內氣液兩相流動為一維流動且地溫梯度恒定，在不考慮氣侵對溫度場的影響、鉆井液壓縮、氣侵過程中巖屑對井筒流動影響的基礎上，獲得所述目標井內氣液兩相流的氣相連續性方程、液相連續性方程和動量方程；

S2：聯立氣相連續性方程、液相連續性方程和動量方程，得到所述目標井井筒內兩相流流體的數值模型；

S3：根據鉆桿與海水之間的傳熱特性，建立所述目標井的鉆桿內傳熱模型和環空傳熱模型；

S4：將所述目標井的井身分為若干區域，設定所述目標井的初始條件和邊界條件，帶入鉆桿內傳熱模型和環空傳熱模型，離散求解每一所述區域內兩相流流體的數值模型，得到所述目標井井筒內的氣液兩相流流動參數。

進一步地，所述氣相連續性方程為：

所述液相連續性方程為：

所述動量方程為：

其中，ρ_g和ρ_l分別是氣體和液體密度，kg/m³；v_g和v_l分別是氣體和液體速度，m/s；E_g是含氣率；E_l是持液率；A是截面積，m²；q_g是井底氣侵速率，m³/min；是摩阻壓降，MPa/m；ρ_gs是標況下的氣體密度；R_sc是局部溶解氣液比；B_l是井液局部體積系數；P是壓力。

進一步地，所述鉆桿內傳熱模型為：