[发明专利]一种确定深水隔水管气举钻井注气量的方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋油气开发领域，具体地，涉及一种确定深水隔水管气举钻井注气量的方法。

背景技术

深水油气资源是解决目前世界油气资源紧缺的一个重要途径。与陆地和浅海钻井相比，深海钻井情况更加复杂，具有常规钻井装备和方法难以克服的技术难题，特别是钻井液安全密度窗口(孔隙压力和破裂压力压差)狭窄，易造成井漏和井涌等复杂事故，给深水钻井带来巨大的挑战。隔水管气举钻井方式为该问题的解决提供了有效的途径，该技术是通过在海底隔水管底部连接一注气管线，由钻井平台上的高压气泵通过注气管线向隔水管内注气体，注入气体与隔水管内上返的钻井液混合形成气液两相流，降低隔水管内流体的密度。海底以下井筒环空内为钻井液，在海底以上隔水管环空内为钻井液与气体的混合流体，在整个井筒内形成不同的压力梯度，从而提供了深水钻井工艺应对窄安全密度窗口的能力。注气量的计算是深水隔水管气举钻井成功实施的关键参数之一，只有选择适当的注气量才能最大限度发挥隔水管气举钻井的优势。但是，隔水管气举钻井系统的水力参数计算涉及到气液固多相流动理论，不同注气量下气体相对液相的滑脱以及在不同压力环境下的膨胀特性，使得注气过程中隔水管不同位置处的压力梯度并非恒定值，给注气量的设计带来困难。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提出一种确定深水隔水管气举钻井注气量的方法，该方法针对深水隔水管气举钻井的工艺特点，将多相流动理论与深水隔水管气举钻井工艺过程相结合，建立多相流动方程组及其定解条件和求解算法，确定深水隔水管气举钻井注气量，为现场应用提供依据。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种确定深水隔水管气举钻井注气量的方法，具体步骤如下：

(1)、获取钻井的基本参数

(2)、计算泥线以下井筒环空内的水力参数

(3)、确定隔水管底部所需的压力

(4)、建立隔水管内气液固三相流动方程

(5)、建立隔水管内气液固三相流动辅助方程

(6)、建立隔水管内气液固三相流动方程组求解的定解条件

(7)、建立隔水管内气液固三相流动方程组的求解算法

(8)、采用试算法求解注气量

优选地，获取钻井的基本参数的具体步骤如下：通过钻井设计资料，获取钻井的基本参数，基本参数包括钻井液密度、钻井液排量、钻井液粘度、井身结构、钻具组合、待钻地层三压力剖面数值、机械钻速、待钻地层的岩性、海水密度、井口设计回压、注入气体类型及注入气体相对密度；

优选地，计算泥线以下井筒环空内的水力参数的具体步骤如下：根据钻井的基本参数计算泥线以下井筒内的岩屑浓度；根据钻井的基本参数计算泥线以下井筒内的循环摩阻；根据钻井的基本参数计算泥线以下井筒内流体产生的压力；

优选地，确定隔水管底部所需的压力的具体步骤如下：根据地层的三压力剖面数值及安全余量，确定所需的井底压力；根据所需井底压力及泥线以下井筒环空内流体产生的压力，确定隔水管底部所需的压力；

优选地，建立隔水管内气液固三相流动方程的具体步骤如下：针对隔水管内的气液固流动工艺过程，建立气液固三相的连续性方程、动量方程及隔水管环空温度场方程；

优选地，建立隔水管内气液固三相流动辅助方程的具体步骤如下：所建立的辅助方程包括气体的滑脱速度方程、岩屑下沉速度方程、体积分数方程、气体的状态方程、流型判别方程、摩阻计算方程；

优选地，建立隔水管内气液固三相流动方程组求解的定解条件的具体步骤如下：所建立的定解条件主要指边界条件，包括井口处的压力、隔水管底部的环空压力、隔水管底部环空的气体流量、隔水管底部环空的岩屑密度、隔水管底部环空的钻井液流量、隔水管周围的海水温度场；

优选地，建立隔水管内气液固三相流动方程组的求解算法的具体步骤如下：采用有限差分方式对隔水管内气液固三相流动方程组进行求解，包括两个步骤：首先由下往上对隔水管内的计算区域进行非等间距网格划分；然后建立气液固三相多相流动方程的离散方程形式；

优选地，采用试算法求解注气量的具体步骤如下：

(81)、估计注气量Q_g；

(82)、对于隔水管最底部的环空节点，由温度场方程计算该节点的温度；

(83)、由辅助方程及边界条件，确定隔水管最底部的环空节点处的气体密度、各相速度、各相体积分数，并作为紧邻隔水管最底部的环空节点的隔水管内环空节点的边界条件；