環(huán)空井底壓力和巖屑濃度影響因素分析技術研究

張昕冉

摘 要：井底壓力和井底巖屑濃度對鉆井具有非常重要的意義，它們不僅是鉆井安全的重要控制指標，同時也是進行鉆井水力參數(shù)優(yōu)化的重要依據(jù)。根據(jù)泡沫欠平衡鉆井水力參數(shù)優(yōu)化要求：優(yōu)選合適的注氣、注液流量和井口回壓等施工參數(shù)，在滿足鉆井攜巖要求的前提下使井底壓力最小。對于利用泡沫鉆井液進行地熱鉆井得情況，由于溫度、流變性等因素的影響，其攜巖返排過程要比常規(guī)鉆井復雜的多，因此有必要對泡沫地熱井中環(huán)空底部壓力和巖屑濃度進行研究。

關鍵詞：井底壓力;巖屑濃度;泡沫欠平衡鉆井

1 前言

泡沫是由大量氣泡聚集而成的集合體，這種特殊結構使其具有許多不同于常規(guī)流體的特點，如低摩阻、低密度、低濾失、強返排和強攜巖能力以及低儲層傷害等，并被廣泛應用于欠平衡鉆井以及易漏、水敏地層的作業(yè)中。泡沫性質(zhì)是研究泡沫在井筒中流動特征的基礎，同時也是設計和優(yōu)化現(xiàn)場水力參數(shù)的重要依據(jù)。目前，國內(nèi)外對于水基泡沫流變性的研究主要在油氣領域，但由于地熱鉆井環(huán)境不同于常規(guī)油氣鉆井，且目前高溫對泡沫的流變性、攜巖能力的影響尚無成熟的認識，因此對高溫地熱鉆井中泡沫流變性的研究顯得至關重要。泡沫鉆井屬于欠平衡鉆井，根據(jù)泡沫欠平衡鉆井水力參數(shù)優(yōu)化要求，優(yōu)選合適的注氣、注液流量和井口回壓等施工參數(shù)，在滿足鉆井攜巖要求的前提下使井底壓力最小。

2 注氣流量與環(huán)空底部壓力和巖屑濃度之間的關系

下圖1給出了注氣流量與環(huán)空底部壓力和巖屑濃度之間的關系。由圖1可知，注氣流量對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度具有很大的影響。隨著注氣流量的增加，井底巖屑濃度逐漸減小，且減小的幅度越來越小，而環(huán)空井底壓力先減小后增加。這說明增加注氣流量有利于降低井底巖屑濃度，改善井底壓力，但這種效果隨注氣流量的增加而減弱，因此在現(xiàn)場施工時，需根據(jù)具體的鉆井要求選擇合適的注氣流量。

3 注液流量對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度的影響

由圖2可知，注液流量對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度影響較大。隨著注液流量的增加，環(huán)空底部壓力先減小后增大，巖屑濃度逐漸減小，且減小的幅度逐漸減小。這說明，增加注液流量有利于降低井底巖屑濃度，但是注液流量過大或過小都會導致井底壓力的增大，因此需根據(jù)具體鉆井要求選擇合適的注液流量，將井底壓力和巖屑濃度控制在一個合理的范圍。

4 環(huán)空底部壓力和巖屑濃度與井口回壓的關系

圖3為環(huán)空底部壓力和巖屑濃度與井口回壓的關系曲線。由圖3可知，井口回壓對環(huán)空底部壓力具有很大的影響，對環(huán)空底部巖屑濃度影響不大，且環(huán)空底部壓力和巖屑濃度均隨井口回壓的增加而增大。因此在實際鉆井中需要將井口回壓控制在一定范圍內(nèi)，以免出現(xiàn)井底壓力過大的情況。井口回壓對巖屑濃度影響較小是由于其對環(huán)空中壓力的分布影響不大，當注氣、注液流量不變時，泡沫流體的速度變化較小，導致泡沫流體的攜巖能力變化較小，最終表現(xiàn)為井底巖屑濃度隨井口回壓的增加而略微增大。

5 機械鉆速對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度影響

由圖4可知，機械鉆速對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度具有顯著的影響，環(huán)空底部壓力和巖屑濃度隨著機械鉆速的增加而增大。當注氣流量、注液流量不變時，泡沫流體的攜巖能力一定，增加機械鉆速會導致環(huán)空內(nèi)巖屑濃度增加，進而導致環(huán)空底部壓力升高。因此，在鉆井過程需根據(jù)實際的排量制定合理的鉆進速度。

6 環(huán)空底部壓力和巖屑濃度與巖屑粒徑之間的關系研究

圖5為環(huán)空底部壓力和巖屑濃度與巖屑粒徑之間的關系曲線。由圖5可知，巖屑粒徑對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度具有顯著的影響，環(huán)空底部壓力和巖屑濃度隨著巖屑粒徑的增加而增大。分析認為，巖屑的粒徑越大，其在流體中的浮重便越大，在流體中具有更大的沉降速度，進而導致環(huán)空中巖屑濃度增大，并進一步增大環(huán)空底部壓力。

7 小結

綜合上述分析，環(huán)空井底壓力和巖屑濃度影響因素具有以下特點：

（1）隨著注氣流量的增加，井底巖屑濃度逐漸減小，且減小的幅度越來越小，而環(huán)空井底壓力先減小后增加。

（2）隨著注液流量的增加，環(huán)空底部壓力先減小后增大，巖屑濃度逐漸減小，且減小的幅度逐漸減小。

（3）井口回壓對環(huán)空底部壓力具有很大的影響，對環(huán)空底部巖屑濃度影響不大，且環(huán)空底部壓力和巖屑濃度均隨井口回壓的增加而增大。

（4）機械鉆速對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度具有顯著的影響，環(huán)空底部壓力和巖屑濃度隨著機械鉆速的增加而增大。

（5）巖屑粒徑對環(huán)空底部壓力和巖屑濃度具有顯著的影響，環(huán)空底部壓力和巖屑濃度隨著巖屑粒徑的增加而增大。

參考文獻：

[1]空氣鉆井攜巖及防燃爆最小注氣量計算方法[J].龐東豪，袁騏驥.天然氣工業(yè). 2009（03）.

[2]節(jié)流器內(nèi)液-固兩相流固體顆粒沖蝕數(shù)值模擬[J].李國美，王躍社，孫虎，亢力強，王燕令，何仁洋. 石油學報. 2009（01）.

[3]穩(wěn)定泡沫鉆水平井井筒穩(wěn)態(tài)流動的解析模型[J].王利國，楊虎，許期聰，蘭祥華，沈青. 天然氣工業(yè). 2008（06）.