連續(xù)循環(huán)鉆井液技術可以減緩起鉆過程中的抽吸壓力,針對連續(xù)循環(huán)技術在起下鉆過程中的應用,基于N-S方程理論和非牛頓流體流變規(guī)律,建立了考慮移動邊界環(huán)流起下鉆過程中抽吸壓力的計算模型;并分析了起鉆速度和鉆井液循環(huán)流量對抽吸壓力的影響規(guī)律,對深井起鉆過程中抽吸壓力控制進行了初步探討。研究結果表明,在深井起鉆過程中使用連續(xù)循環(huán)技術適當?shù)乇盟豌@井液能夠減小抽吸壓力,有助于在不增加抽吸壓力的情況下提高起鉆速度,節(jié)省起下鉆時間。建立的連續(xù)循環(huán)條件下的抽吸壓力計算方法可為深井和窄密度窗口井起下鉆過程中的最優(yōu)泵量設計及起下鉆速度的提高提供理論參考。 

【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

赫-巴流體環(huán)空速度剖面Fig.1AnnulusvelocityprofileofH-Bfluid

?(5)計算出流核區(qū)的厚度。6)通過數(shù)值方法求解式(10)或式(11)(這兩個方程適用于不同的速度剖面)以計算1y(可以選用牛頓法)。7)計算每個區(qū)域量綱為一的速度分布(式(4)、式(5)或式(7)、式(8))。8)對速度剖面進行積分，根據(jù)式(14)計算環(huán)空總流量t_gQ。9)比較實際流量tQ和所得到的環(huán)空總流量t_gQ。如果相差大于允許誤差[Q]，回到步驟3)并改變壓力梯度，然后重復步驟3)~步驟8)。否則，系統(tǒng)收斂并輸出壓力梯度。流程圖如圖2所示，其中：r為環(huán)空半徑范圍；iR為鉆桿外徑；0R為井眼內(nèi)徑。圖2模型算法流程圖Fig.2Modelalgorithmflowchart3.1.2紊流模型起下鉆時紊流狀態(tài)下壓力損失的計算是基于紊流壓力損失的規(guī)律[15]。在湍流狀態(tài)下，考慮鉆柱運動壓力損失的方法是利用流體流動與鉆柱移動之間的相對流速。其中，兩壁面固定的環(huán)空摩擦損失表示為22ii000iDD2()PfQQQQdfdfLgddAAAAρ=+(15)式中：DP為環(huán)空壓力(單位為MPa)；DL為對應長度(單位為m)；id為環(huán)空內(nèi)徑(單位為mm)；0d為環(huán)空外徑(單位為mm)；ρ為鉆井液密度(單位為g/cm3)；f為摩擦系數(shù)；if為鉆柱摩擦系數(shù)；0f為井壁摩擦系數(shù)；g為重力加速度(單位為m/s2)；A為環(huán)空截面面積(單位為mm2)。對實際起下鉆工程中鉆柱的運動，取流體的絕對速度為U，鉆柱的運動速度為V，流體與鉆柱的相對速度為U+V。因此對移動內(nèi)壁和固定外壁的移動邊界環(huán)流，有摩擦損失，即220iii00DD2()Pf

力的作用就不顯著，抽吸壓力主要由黏性和慣性決定。圖3模型計算域分網(wǎng)方法Fig.3Computedomainsubnetmethodofmodel4實例分析4.1計算結果分析筆者利用本文敘述的計算波動壓力模型，通過計算機編程，對一口實際井起鉆作業(yè)中抽吸壓力進行模擬計算。首先建立自適應分網(wǎng)格類庫，對輸入鉆頭位置、鉆具組合、井身結構參數(shù)，由上至下地建立各區(qū)域計算域網(wǎng)格，并結合其他輸入?yún)?shù)，如泵流量、鉆井液性能參數(shù)等，由模型自主學習并判別各個計算域最適宜的方法；再迭代給出鉆頭位置壓力波解析值。模型分網(wǎng)方法如圖3所示，該井井身結構如圖4所示。裸眼段鉆進完成后，4-1/2″鉆柱從井筒中起出。鉆井液性能如表1所示。圖4某井井身結構圖Fig.4Wellborestructurediagram表1流體流變學參數(shù)Tab.1Fluidrheologicalparametersyτ/Pa8.087黏性指數(shù)(viscosityindex)K/Pa·sn0.34流性指數(shù)(liquidityindex)m0.711密度(density)/g·cm-31.2710s12.92靜切力(gelstrength)/Pa10min15.8030min23.94通過計算機程序計算，得到不同操作條件(具體見表2)下，整個起鉆過程中井底壓力的變化。計算結果見圖5~圖7。各圖的水平軸表示起鉆時的鉆頭位置。表2測試矩陣Tab.2Testmatrix流量(flowrate)/L·s-1起鉆速度(trippingspeed)/m·min-1032.9265.8410.0832.9265.8420.1632.9265.84圖5以32.92m/min起鉆時泵入排量對井底壓力的影響Fig.5Influencesofpumpingonbottomholepressurewhiletrippingwith32.92m/min從圖5可以看出，當停止循環(huán)起鉆時，井底流體被鉆柱帶入環(huán)空并向上運動，導致井底出現(xiàn)壓力

【參考文獻】：
期刊論文
[1]微流量控制鉆井環(huán)空波動壓力反問題研究[J]. 沈建文.  應用力學學報. 2017(06)
[2]赫-巴流體在偏心環(huán)空中的波動壓力計算模型[J]. 李琪,王再興,李旭陽,沈黎陽.  石油學報. 2016(09)
[3]起下鉆過程中井筒穩(wěn)態(tài)波動壓力計算方法[J]. 彭齊,樊洪海,劉勁歌,韓付鑫,付隨藝.  石油鉆探技術. 2016(04)
[4]基于四參數(shù)流變模式的套管下放速度分析[J]. 韓付鑫,樊洪海,張治,彭齊,戴瑞,高原.  石油鉆采工藝. 2016(03)
[5]鶯歌海盆地中深層高溫高壓鉆井關鍵技術及其實踐效果[J]. 李炎軍,吳江,黃熠,羅鳴.  中國海上油氣. 2015(04)
[6]下鉆中氣液兩相激動壓力滯后時間研究[J]. 孔祥偉,林元華,邱伊婕.  應用力學學報. 2014(05)
[7]實現(xiàn)窄密度窗口安全鉆井的控壓鉆井系統(tǒng)工程[J]. 姜智博,周英操,王倩,蔣宏偉.  天然氣工業(yè). 2011(08)
[8]窄安全密度窗口條件下鉆井設計技術探討[J]. 蘇勤,侯緒田.  石油鉆探技術. 2011(03)



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