[发明专利]一种基于雷诺数的环空压力计算方法

权利要求书

1.一种基于雷诺数的环空压力计算方法，其特征在于：

步骤一：通过现场测试或实验收集注采井的基本参数，包括：地层的温度压力、水泥环孔隙度、水泥环渗透率、井口和井筒温度、环空保护液的相关物性参数和窜流气体的相关物性参数；

步骤二：计算注采井环空保护液下部泄露流量q_g：

式中：K为水泥环渗透率，m²；A为环空截面积，m²；T_sc为标况温度，K；μ_g为气相粘度，Pa·s；T_f为地层温度，K；L_f为水泥环长度，m；P_sc为标况压力，Pa；P_f为地层压力，Pa；P_c为环空保护液下部面压力，Pa；

步骤三：计算窜流气体脱离水泥环表面时的初生气泡半径r_b：

式中：ρ_l为环空保护液密度，kg/m³；ρ_g为窜流气体密度，kg/m³；g为重力加速度，9.8m/s²；μ_l为环空保护液粘度，Pa·s；σ为环空保护液与气体的表面张力系数，N/m；φ为水泥环孔隙度，无量纲；为水泥颗粒直径，m；

步骤四：判断气泡雷诺数，根据雷诺数的大小选用不同气泡上升速度模型；气泡雷诺数公式为：

①当气泡雷诺数Re＜1时，选用小雷诺数气泡上升速度计算公式：

式中：C_D为阻力系数，其值为24/Re；

②当气泡雷诺数Re＞1时，选用大雷诺数气泡上升速度计算公式：

步骤五：计算环空保护液中气体上升速度v_t,w：

其中：

a₃＝-(a₁+a₂+a₄)

式中：α为含气率，无量纲；n为流性指数，无量纲；

步骤六：计算环空带压值P_t：

式中：V_m为环空保护液体积，m³；V_t为气顶体积，m³；C_m为环空保护液压缩系数，Pa^-1；T_wh为井口温度，K；A为环空截面积，m²；T_wb为井筒温度，K；L_f为环空保护液高度，m；

环空压力的计算是一个迭代过程，在得知某一时间气泡上升速度后，求解此时环空压力；在求得初始时刻i＝1时的环空压力P_t¹后，若P_f＝P_c，则计算结束；若P_f≠P_c，则i＝i+1，返回步骤二重新计算，直至地层压力P_f与环空保护液下部压力P_c相等。