[发明专利]一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法

权利要求书

1.一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设目标井井筒内气液两相流动为一维流动且地温梯度恒定，在不考虑气侵对温度场的影响、钻井液压缩、气侵过程中岩屑对井筒流动影响的基础上，获得所述目标井内气液两相流的气相连续性方程、液相连续性方程和动量方程；

S2：联立气相连续性方程、液相连续性方程和动量方程，得到所述目标井井筒内两相流流体的数值模型；

S3：根据钻杆与海水之间的传热特性，建立所述目标井的钻杆内传热模型和环空传热模型；

S4：将所述目标井的井身分为若干区域，设定所述目标井的初始条件和边界条件，带入钻杆内传热模型和环空传热模型，离散求解每一所述区域内两相流流体的数值模型，得到所述目标井井筒内的气液两相流流动参数。

2.根据权利要求1所述的无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，所述气相连续性方程为：

所述液相连续性方程为：

所述动量方程为：

其中，ρ_g和ρ_l分别是气体和液体密度，kg/m³；v_g和v_l分别是气体和液体速度，m/s；E_g是含气率；E_l是持液率；A是截面积，m²；q_g是井底气侵速率，m³/min；是摩阻压降，MPa/m；P是压力。

3.根据权利要求1所述的无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，所述钻杆内传热模型为：

其中，x为在垂直方向上的坐标；m为地温梯度；t₀为海水表面温度；t_i为钻井液的注入温度；q_m1为钻杆内钻井液的质量流量；c_p为钻井液的比热容；k₁为钻杆中的钻井液和海水的传热系；d₁为钻杆的内径；T_d、T_a分别为钻杆内钻井液温度、环空内钻井液温度，℃。

4.根据权利要求1所述的无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，环空传热模型为：

其中，x为在垂直方向上的坐标；m为地温梯度；t_u为井底的钻井液温度；q_m2为环空的钻井液的质量流量，kg/s；c_p为钻井液的比热容；k₂、k₃分别为地层和钻井液的传热系数以及环空中的钻井液和钻杆中的钻井液之间的传热系数；d₂、d₃分别是钻杆的外径和环空直径。

5.根据权利要求1所述的无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，所述目标井井筒内两相流流体的数值模型为：

其中，ρ_g和ρ_l分别是气体和液体密度，kg/m³；v_g和v_l分别是气体和液体速度，m/s；E_g是含气率；E_l是持液率；A是截面积，m²；q_g是井底气侵速率，m³/min；是摩阻压降，MPa/m；ρ_gs是标况下的气体密度；R_sc是局部溶解气液比；B_l是井液局部体积系数；P是压力。

6.根据权利要求1所述的无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，其特征在于，所述目标井的初始条件为所述目标井在气体未侵入井眼时所述目标井的条件；所述目标井的初始条件为：

其中，P_b是井底压力，Mpa；h是井深，m；Q_l是泥浆排量，L/s；Q(h，0)为指井底位置初始时刻的液体进入的排量，恒等于泥浆排量。