隔水管充氣雙梯度鉆井充氣水深和充氣速率研究

祝效華， 冉 亮， 敬 俊， 孫漢文， 王成濤， 張一鵬

（1.西南石油大學機電工程學院，四川成都 610500；2.四川寶石機械石油鉆頭有限責任公司，四川成都 610051）

隨著我國海洋油氣資源開發步伐的加快，深水油氣和淺層天然氣水合物開發面臨的產層易漏、表層疏松和安全密度窗口窄等難題愈發凸顯，給井身結構設計、水下鉆進、井控等帶來了諸多難題，嚴重制約了海洋油氣資源的勘探開發[1]。雙梯度鉆井技術能夠較好地解決上述問題。事實上，國外已實現雙梯度鉆井的工業化應用：Conoco公司研發的SMD雙梯度鉆井系統，于2001年在墨西哥灣綠峽136個區塊進行了測試，如今已正式投入使用；挪威AGR公司在2005年研發的鉆井液回收系統，已經在黑海某油田投入使用，并已取得較好的經濟收益。我國雙梯度鉆井方面的研究和應用尚處于起步階段，關鍵技術還未取得突破。為了實現我國海洋油氣資源安全自主有效開發，需要掌握雙梯度鉆井的核心技術。明確環空氣液兩相流流動規律是研制隔水管充氣雙梯度鉆井設備的關鍵。目前，已有大量計算氣液兩相流管內和環空動靜態流變參數的模型：Poettman模型可用于管內氣液兩相流相關參數的計算，不足之處是忽略了氣體摩擦力和滑脫造成的影響[2]；Woods計算模型適用于環空流型為純氣泡流的計算，在氣液比比較低的情況下，其計算結果比較準確，但隨著氣液比增大，環空中的氣體將出現不同的流態，并非單一流態[3]；HK模型將流態分為氣泡流、段塞流、過渡流和環霧流，井深較淺時，該模型的計算結果與實際偏差較小，但用于深海鉆井時，計算存在一定誤差，且實際上環空中主要是氣泡流和段塞流[4–10]。……