一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣開發(fā)術領域，具體涉及一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測 方法。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀后，我國的油氣勘探已經(jīng)開始從陸上向海上轉(zhuǎn)移，深水油氣勘探開發(fā) 已經(jīng)成為當前的熱點。海洋油氣鉆井鉆遇異常高壓油氣層的風險大，發(fā)生溢流的概率大。由 于深水井筒環(huán)空中流體壓力溫度變化規(guī)律與陸上有較大的區(qū)別，油基鉆井液條件下的溢流 規(guī)律識別有其自身的特點，侵入氣體在適當?shù)臈l件下有可能完全溶解于油基鉆井液中，井 筒中流體為液相；隨著壓力、溫度的降低，氣體又會析出，形成游離氣，井筒中流體表現(xiàn)為氣 液兩相。油基鉆井液相態(tài)特征復雜，不利于溢流早期溢流情況的監(jiān)測。
[0003] 同時溢流多發(fā)生在井筒環(huán)空中，目前描述深水溢流過程的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流模 型多是在圓管氣液兩相流經(jīng)驗公式的基礎上采用水力學當量直徑的方法建立起來的，這種 方法在較低氣液流速時不適用，誤差較大。同時這種方法不能體現(xiàn)環(huán)空及管道在結(jié)構上的 差異性，通常忽略流型對參數(shù)分布的影響，將兩相流看成是擬單相流，其適用性受到實驗條 件的限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在的溢流情況的監(jiān)測結(jié)果誤差較大同時適用性受到實驗條件 的限制的缺陷，本發(fā)明提供了一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法。
[0005] -方面，本發(fā)明提供的一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法，包括：
[0006] 獲取深水油基鉆井液鉆井井筒環(huán)空內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0007] 根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)以及預先建立的相平衡模型，判斷井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)是否為氣 液兩相；
[0008] 若為氣液兩相，則確定井筒環(huán)空中氣液兩相流的流型；
[0009] 根據(jù)預先建立的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動模型以及該流型對應的環(huán)空流體穩(wěn)態(tài)傳 熱模型和穩(wěn)態(tài)水動力學模型計算得到井筒環(huán)空流體的瞬態(tài)溫度、含氣率以及壓力沿井深的 分布；
[0010] 根據(jù)所述瞬態(tài)溫度、含氣率以及壓力沿井深的分布確定井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參 數(shù)沿井深的分布；
[0011] 根據(jù)所述井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參數(shù)沿井深的分布確定鉆井溢流情況。
[0012] 進一步地，所述根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)以及預先建立的相平衡模型，判斷井筒環(huán)空內(nèi) 的相態(tài)是否為氣液兩相的步驟包括：
[0013] 將井筒環(huán)空沿井深方向離散形成網(wǎng)格形式；
[0014] 根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)估算當前網(wǎng)格的井筒環(huán)空流體壓力P ;
[0015] 根據(jù)所述相平衡模型求解當前壓力下的流體泡點壓力Pb;
[0016] 若p〈pb，則井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)為氣液兩相。
[0017] 進一步地，所述井筒環(huán)空中氣液兩相流的流型包括分散泡狀流、泡狀流、環(huán)狀流和 段塞流。
[0018] 進一步地，所述預先建立的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動模型包括質(zhì)量守恒方程、動量 守恒方程和能量守恒方程。
[0019] 進一步地，所述質(zhì)量守恒方程包括：
[0020] 自由氣質(zhì)量守恒方程：
[0021]
【主權項】
1. 一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法，其特征在于，所述方法包括： 獲取深水油基鉆井液鉆井井筒環(huán)空內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)W及預先建立的相平衡模型，判斷井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)是否為氣液兩 相； 若為氣液兩相，則確定井筒環(huán)空中氣液兩相流的流型； 根據(jù)預先建立的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動模型W及該流型對應的環(huán)空流體穩(wěn)態(tài)傳熱模 型和穩(wěn)態(tài)水動力學模型計算得到井筒環(huán)空流體的瞬態(tài)溫度、含氣率W及壓力沿井深的分 布； 根據(jù)所述瞬態(tài)溫度、含氣率W及壓力沿井深的分布確定井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參數(shù)沿 井深的分布； 根據(jù)所述井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參數(shù)沿井深的分布確定鉆井溢流情況。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)W及預先建立的 相平衡模型，判斷井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)是否為氣液兩相的步驟包括： 將井筒環(huán)空沿井深方向離散形成網(wǎng)格形式； 根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)估算當前網(wǎng)格的井筒環(huán)空流體壓力P ; 根據(jù)所述相平衡模型求解當前壓力下的流體泡點壓力Pb; 若P處b，則井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)為氣液兩相。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述井筒環(huán)空中氣液兩相流的流型包括 分散泡狀流、泡狀流、環(huán)狀流和段塞流。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預先建立的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動 模型包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述質(zhì)量守恒方程包括： 自由氣質(zhì)量守恒方程：
其中，t為溢流時間，A。為環(huán)空截面積，Hg為自由氣含氣率，P g為環(huán)空中氣相密度，Vg 為環(huán)空中的氣相速度，Z為垂向深度，為自由氣與溶解氣之間的傳質(zhì)速度； 溶解氣質(zhì)量守恒方程：
其中，P m為油基鉆井液密度，V m為油基鉆井液的速度，X是溶解氣在油基鉆井液中的質(zhì) 量分數(shù)； 液相質(zhì)量守恒方程：
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述自由氣與溶解氣之間的傳質(zhì)速度
為：
其中，Mg為物質(zhì)的量，p為環(huán)空壓力，kg為傳質(zhì)系數(shù)，y為當前系統(tǒng)中的氣體摩爾分數(shù)， y。為系統(tǒng)壓力、溫度下氣液平衡時的氣體摩爾分數(shù)，由狀態(tài)方程求解得出，a為氣液接觸 界面積，泡狀流情況下： 6化， a =-- 年 其中，屯為氣泡直徑，管流中，傳質(zhì)系數(shù)可W通過化erwood數(shù)來求解； Sh -化 如-D.. * 其中，化為環(huán)空的當量直徑，Dg為甲燒與柴油的分子擴散系數(shù)； 當雷諾數(shù)Reg<2100時，流動屬于層流；
當雷諾數(shù)Re,>2100時，流動屬于端流；
其中，Scg為氣相施密特數(shù)。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述動量守恒方程包括： 氣相動量守擔方程：
其中，t為溢流時間，A。為環(huán)空截面積，Hg為自由氣含氣率，P g為環(huán)空中氣相密度，Vg 為環(huán)空中的氣相速度，Z為垂向深度，P為環(huán)空壓力，是氣相與液相界面的摩擦因子，f g是 氣相與管壁的摩擦因子，Si是氣相與液相接觸面的周長，S g是氣相與管壁接觸面的周長，V t 是氣相與液相的相對速度，V。是傳質(zhì)相的速度，g為重力加速度常數(shù)，w'ly為自由氣與溶解氣 之間的傳質(zhì)速度； 液相動量守擔方程：
其中，p，為環(huán)空中液相密度，V ^為環(huán)空中的液相速度，f，為液相與管壁的摩擦因子，S t 為液相與管壁接觸面的周長； 總動量守恒方程：
8.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述能量守恒方程包括： 井筒環(huán)空中的熱量守恒方程：
其中，t為溢流時間，A。為環(huán)空截面積，Hg為自由氣含氣率，P S為環(huán)空中氣相密度，Vg 為環(huán)空中的氣相速度，Z為垂向深度，P為環(huán)空壓力，Cpg為氣相比熱容，T。為環(huán)空中的流體 溫度，n,為氣相焦耳湯姆遜效應系數(shù)，g為重力加速度常數(shù)，P L為環(huán)空中液相密度，為 持液率，為環(huán)空中的液相速度，n L為液相焦耳湯姆遜效應系數(shù)，CpL為液相比熱容，AQe 為微元體內(nèi)氣相的熱量變化量，A Ql為微元體內(nèi)液相的熱量變化量，Tdp為鉆桿中鉆井液溫 度，Tgi為周圍地層溫度，
Adp。為鉆桿到環(huán)空傳熱的局部無量綱常數(shù)，Cpdp為鉆桿中流體的比熱容，wup為鉆桿中流 體的單位質(zhì)量流速，Wup= A dpP lAdp，Adp為鉆桿截面積，V Up為鉆桿內(nèi)的液相速度，C P。為環(huán) 空中流體的比熱容，為環(huán)空中流體的單位質(zhì)量流速，Vk為環(huán)空中的流體 速度，A"為環(huán)空與地層傳熱的局部無量綱常數(shù)，Cpdp為鉆桿中流體的比熱容； 鉆桿內(nèi)的熱量守恒方程：
其中，Pup為鉆桿內(nèi)的液相密度，cpup為環(huán)空內(nèi)的液相比熱容，n Up為鉆桿內(nèi)的液相焦 耳湯姆遜效應系數(shù)，Pdp為鉆桿內(nèi)液相壓力。
9. 一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括： 獲取模塊，用于獲取深水油基鉆井液鉆井井筒環(huán)空內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)； 判斷模塊，用于根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)W及預先建立的相平衡模型，判斷井筒環(huán)空內(nèi)的相 態(tài)是否為氣液兩相； 第一確定模塊，用于若為氣液兩相，則確定井筒環(huán)空中氣液兩相流的流型； 計算模塊，用于根據(jù)預先建立的井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動模型W及該流型對應的環(huán)空流 體穩(wěn)態(tài)傳熱模型和穩(wěn)態(tài)水動力學模型計算得到井筒環(huán)空流體的瞬態(tài)溫度、含氣率W及壓力 沿井深的分布；根據(jù)所述瞬態(tài)溫度、含氣率W及壓力沿井深的分布確定井筒環(huán)空瞬態(tài)多相 流動參數(shù)沿井深的分布； 第二確定模塊，用于根據(jù)所述井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參數(shù)沿井深的分布確定鉆井溢流 情況。
10. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述判斷模塊具體用于： 將井筒環(huán)空沿井深方向離散形成網(wǎng)格形式； 根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)估算當前網(wǎng)格的井筒環(huán)空流體壓力P ; 根據(jù)所述相平衡模型求解當前壓力下的流體泡點壓力Pb; 若P處b，則井筒環(huán)空內(nèi)的相態(tài)為氣液兩相。
【專利摘要】本發(fā)明涉及油氣開發(fā)術領域，具體涉及一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法。本發(fā)明提供的一種深水油基鉆井液鉆井溢流情況的監(jiān)測方法基于井筒環(huán)空多相流動理論、閃蒸理論和井筒環(huán)空油基鉆井液的相態(tài)變化特征，考慮環(huán)空結(jié)構內(nèi)液膜、外液膜、傾角及氣芯中含有液滴的影響，考慮流型對水動力學參數(shù)的影響和環(huán)空結(jié)構及流型對傳質(zhì)傳熱及動量傳遞方式的影響，建立了深水溢流壓井期間井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動模型，以確定井筒環(huán)空瞬態(tài)多相流動參數(shù)沿井深的分布，為深水油氣井早期溢流情況提供精確的監(jiān)測結(jié)果，以及為后續(xù)的壓井施工方式等提供理論基礎。
【IPC分類】E21B47-10, E21B21-08
【公開號】CN104594834
【申請?zhí)枴緾N201410718849
【發(fā)明人】尹邦堂, 劉剛, 劉闖, 徐加興, 李伯堯, 夏向陽
【申請人】中國石油大學(華東)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月1日