[发明专利]一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法

说明书

本发明公开了一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，涉及油气开发技术领域，包括：S1：建立气相连续性方程、液相连续性方程和动量方程；S2：建立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，建立目标井的钻杆内传热模型和环空传热模型；S4：设定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，离散求解每一区域内两相流流体的数值模型。本发明建立钻井内气液两相流的数值模型，并通过传热模型计算得到钻井液的温度，进而得到钻井内气相的流体参数，代入数值模型中进行离散迭代求解，得到无隔水管钻井气侵后井筒内气液两相流流动的特点，适用于无隔水管钻井的现场操作的技术参考。

技术领域

本发明涉及石油和天然气开发技术领域，特别涉及一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法。

背景技术

双梯度钻井技术是近年来为解决深水钻井过程中压力窗窄带来的安全难题而出现的技术。双梯度钻井主要有海底泵举升钻井、双密度钻井、无隔水管钻井。其中，在深水钻井中，无隔水管钻井相比其他钻井方式，由于没有使用隔水管，具有钻井成本低，无水深限制，使泥浆用量少，钻井平台升级容易等优点。虽然无隔水管钻井在深水钻井中有许多潜在的优势，但也有许多未解决的问题：如钻井过程中气侵产生的井控安全问题。

目前，许多研究机构及学者对钻井气侵的研究主要集中在常规深水钻井方面，对于无隔水管钻井气侵的研究则少之又少；且无隔水管钻井与常规钻井相比，由于其没有隔水管，钻杆直接暴露在海水中，深水无隔水管双梯度钻井发生气侵后，其井筒流动特点与常规钻井不同。因此现有的用于预测常规钻井井筒气侵模型也并不适合无隔水管钻井，无法直接套用于无隔水管钻井的气侵分析。

发明内容

本申请的目的在于现有技术中缺少适用于无隔水管钻井气侵分析的方法的问题，提供一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，根据无隔水管钻井与常规钻井在传热上的不同，建立适用于无隔水管钻井的数值模型。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种无隔水管钻井气侵特性动态分析方法，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。

进一步地，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；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。

进一步地，所述钻杆内传热模型为：