【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，PaD? ：?jiǎn)蝹€(gè)氣體上升的極限速度，m/s ：泰勒氣體氣泡上升速度，m/st? Tt? ：氣相真實(shí)密度，g/cm3 ：液相真實(shí)密度，g/cm3g?l?：混合物真實(shí)密度，g/cm3 ：液相真實(shí)粘度，mPa /s M l?：含氣率，無(wú)因次 ：氣體表觀相速度，m/sgEsgv ：液體表觀相速度，m/s ：混合物速度，m/sslv M段塞流判別準(zhǔn)則： （25） ??如果 ，則：5slv? （26）?????如果 ，則：0slv （27）?過(guò)渡流判別準(zhǔn)則： （28）??????????如果 ，則：250ls?? （29）??如果 ，則：2ls? （210）?????環(huán)霧流判別準(zhǔn)則： （211）??????遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 88 欠平衡鉆井氣液兩相流數(shù)學(xué)模型建立在整個(gè)欠平衡鉆井過(guò)程中，我們關(guān)注的井內(nèi)各是井底、井口及套管鞋處的壓力主要受氣體、液體的流量、分布狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，理論研究時(shí)排除了一些次要因素，突出主要影響因素的影響，因此先將研究對(duì)象模型化。在本模型的建立中，應(yīng)用了以下假設(shè)：在本文的研究中，假設(shè)井眼截面為圓形且與井內(nèi)鉆柱同心。忽略氣體在泥漿中的溶解，且兩相間無(wú)化學(xué)反應(yīng)。本文只討論沿流動(dòng)方向的一維非定常流動(dòng)問(wèn)題，用截面的平均特性和分布系數(shù)修正方法來(lái)表征過(guò)流斷面的流動(dòng)參數(shù)分布。環(huán)空內(nèi)兩相段在同一位置處氣液兩相溫度相同，無(wú)熱量交換。兩相流體動(dòng)力學(xué)研究提供了描述一元兩相流動(dòng)基本方程，既保證能夠計(jì)算求解，又保證了兩相流的重要特點(diǎn)。 三相攜屑研究井眼凈化能力是否滿(mǎn)足正常鉆井需要，取決于鉆井環(huán)空流體的有效上返速度，只要有效上返速度 大于巖屑的沉降速度 和巖屑的最低上返速度 ，巖屑就可以被攜mvtvcv帶到地面上來(lái)。 欠平衡鉆井井下爆燃基礎(chǔ)理論根據(jù)燃燒學(xué)理論，氣體燃燒的可以分為擴(kuò)散性燃燒預(yù)混氣體燃燒兩大類(lèi)。擴(kuò)散性燃燒是指燃料與空氣在著火前不互相混合，燃燒速度主要受擴(kuò)散速度控制，相對(duì)預(yù)混氣體燃燒，其燃燒速度較低。而預(yù)混氣體燃燒則是在著火前燃料與空氣已經(jīng)混合，一旦著火，其燃燒速度很快，通常表現(xiàn)為失火爆炸形式。在井下條件下，多數(shù)情況都表現(xiàn)為空氣與可燃?xì)怏w混合后失火爆炸的形式，其危害性較大，主要介紹預(yù)混氣體的失火爆炸問(wèn)題。任何可燃混合物（燃料與空氣或其他氧化劑的混合物）的燃燒都必須著火后才能產(chǎn)生快速的燃燒爆炸。著火前可燃?xì)馓幱诰徛难趸^(guò)程，化學(xué)反應(yīng)速度很低，而一旦著火后，初期對(duì)著火點(diǎn)的燃燒使可燃混合物的溫度升高，化學(xué)反應(yīng)加速。反應(yīng)的加速又近一步使反應(yīng)熱增大，使可燃混合物的溫度進(jìn)一步增高，如此反應(yīng)，在很短的時(shí)間內(nèi)致使反應(yīng)速度急劇升高，從而由緩慢的氧化過(guò)程轉(zhuǎn)化為燃燒過(guò)程直至爆炸。使可燃混合物著火的方法一般有兩種：自燃與點(diǎn)燃。前者是自發(fā)的，后者是人為的，可燃遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 99混合物由于化學(xué)反應(yīng)使自身溫度升高而引起反應(yīng)速度急劇升高形成的燃爆稱(chēng)為熱自燃，反之由外界加入能量。點(diǎn)燃時(shí)，由于點(diǎn)火物體的形狀與能量傳遞途徑的不同，也可以分為不同的種類(lèi)。以下將介紹引起井下失火的可能方式，即熱自燃、平板點(diǎn)火、熱球點(diǎn)火、火花點(diǎn)火的燃燒分析。 裂縫性?xún)?chǔ)層欠平衡鉆井流動(dòng)規(guī)律 嚴(yán)重裂縫性?xún)?chǔ)層的最大問(wèn)題是井漏所有碳酸鹽巖儲(chǔ)層探區(qū)均存在不同程度的井漏問(wèn)題。井漏嚴(yán)重制約著勘探開(kāi)發(fā)速度和鉆井成功率。對(duì)于嚴(yán)重井漏、惡性井漏和漏噴同層，不但堵漏成本與時(shí)效很高，有時(shí)無(wú)法堵漏。尤其是探井打開(kāi)產(chǎn)層，產(chǎn)層同時(shí)又是漏層。產(chǎn)層漏失除了造成時(shí)效成本損失外，漏入產(chǎn)層的工作液還造成了嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害。井漏是鉆井工程中最復(fù)雜的問(wèn)題之一，它不僅大大增加了鉆井液的費(fèi)用，而且還會(huì)導(dǎo)致循環(huán)喪失，施工中斷，無(wú)法進(jìn)行巖屑錄井，甚至引起井塌、井噴和卡鉆等惡性事故。 漏層漏失的原因分析 漏失性地層中鉆井液漏失一般具備以下條件：①地層中有孔隙、裂縫或溶洞；②地層孔隙中的流體壓力(通常稱(chēng)之為地層壓力)小于鉆井液的液柱壓力；③地層破裂壓力小于井底壓力（包括液柱壓力、循環(huán)回壓和激動(dòng)壓力） ，因地層破裂而發(fā)生鉆井液漏失。地層中的孔隙、裂縫或溶洞以及地層壓力和破裂壓力，是在地層沉積、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或地下水溶蝕過(guò)程中天然形成的，因其成因不同又分為滲透性漏失和裂縫(溶洞)性漏失。滲透性漏失多發(fā)生在膠結(jié)不好的孔隙性地層，其巖性以砂、礫巖為主。在鉆進(jìn)滲透率大于 14μm2 或砂、礫巖的平均粒徑大于鉆井液固相顆粒直徑三倍的孔隙性地層時(shí)，若井底壓力超過(guò)地層壓力就會(huì)發(fā)生滲透性漏失。在鉆進(jìn)石灰?guī)r、白云巖的裂縫、溶洞及不整和侵蝕面、斷層、地應(yīng)力破碎帶，火成巖侵入體的裂縫和孔洞時(shí)，若井底壓力大于地層壓力就會(huì)發(fā)生裂縫(溶洞)性漏失。而且漏失量大，漏失速度快。鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏，除了地層本身存在孔隙、裂縫或溶洞，具有鉆井液通行的條件外。井底壓力大于地層壓力是導(dǎo)致鉆井液漏失的重要原因。 漏層的漏失規(guī)律與地質(zhì)特征對(duì)川東地區(qū)的井漏進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：川東地區(qū)所有構(gòu)造上均發(fā)生井漏。漏失的層位則從沙溪苗到志留系，從地表到 5000 米以下，幾乎每個(gè)層位都發(fā)生過(guò)井漏，遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 1010但不同層位其漏失的嚴(yán)重程度和普遍程度有很大差異。嘉陵江、飛仙關(guān)、茅口組三個(gè)漏層，地層裂縫非常發(fā)育，尤其是高角度大裂縫發(fā)育（常發(fā)現(xiàn)裂縫寬度大于 10mm、傾角大于 30176。、延伸很遠(yuǎn)的非填充裂縫） ，同時(shí)地下溶洞發(fā)育，故經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重漏失和惡性漏失。而惡性漏失有時(shí)與鉆井中的放空現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)，個(gè)別情況下的某些漏失通道甚至同地表連通。雷口坡、二疊系、石炭系三個(gè)漏層，裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，也有高角度裂縫發(fā)育，但裂縫規(guī)模比嘉陵江、飛仙關(guān)、茅口組要小，溶洞不太發(fā)育。這些層位經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重井漏，但惡性井漏較為少見(jiàn)。須家河、自流井、沙溪苗三個(gè)層位，屬于孔隙性氣層，孔隙壓力偏低，常發(fā)生滲透性漏失。有時(shí)在強(qiáng)構(gòu)造作用下，地層破碎，產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重井漏。第 3 章欠平衡鉆井關(guān)鍵技術(shù) 欠平衡負(fù)壓值的確定及控制 確定井底負(fù)壓值應(yīng)考慮的因素及分析產(chǎn)油、氣量 負(fù)壓井段不同壓力體系的地層壓力 水平段的長(zhǎng)度 井口設(shè)備性能 井眼穩(wěn)定性 地層傷害 壓力波動(dòng) 負(fù)壓差設(shè)計(jì)流程欠平衡鉆井負(fù)壓差的設(shè)計(jì)流程在設(shè)計(jì)時(shí)，油藏地質(zhì)部門(mén)必須提供該井不同負(fù)壓差下的油、氣和水的產(chǎn)量以及地層的堅(jiān)固程度判別式，并有必要對(duì)井壁穩(wěn)儲(chǔ)層傷害進(jìn)行評(píng)價(jià)。 井底負(fù)壓差的控制研制出欠平衡鉆井地面數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的鉆井作業(yè)參數(shù)和產(chǎn)出流體的量，以及立管壓力和套管壓力與實(shí)際井底壓力間的數(shù)學(xué)關(guān)系及軟件計(jì)算，調(diào)節(jié)鉆井液密度和井口回壓來(lái)控制井底負(fù)壓差。 欠平衡鉆井液技術(shù)欠平衡鉆井液技術(shù)是能否實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)施欠平衡鉆井的主要內(nèi)容。采用流鉆時(shí)不需要向鉆井液中加入時(shí)密度降低的外加劑，也不需要由此而必備的的輔助設(shè)備和外圍輔助設(shè)備，因而鉆井成本較低。采用人工誘導(dǎo)方式產(chǎn)生欠平衡條件，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。第一種是直接用低密度的空氣、霧化、泡沫等鉆井液；另一種是往鉆井液基液中注入一種或多種不凝氣，以降低鉆井液密度，實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井的目遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 1111的。采用這種方式，需要在在鉆井液中加入減輕劑和使用減輕劑制備與充入設(shè)備，以及對(duì)返出鉆井液進(jìn)行處理的外圍設(shè)備，鉆井成本較高。 選擇欠平衡鉆井液體系應(yīng)考慮的問(wèn)題選擇欠平衡鉆井液十分重要，選擇鉆井液時(shí)要根據(jù)所鉆欠平衡井的類(lèi)型、井身結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層物性、孔隙壓力等來(lái)綜合考慮選擇合適的欠平衡鉆井液。還要考慮鉆井液基液本身的物理性質(zhì)，比如粘度效應(yīng)低、無(wú)腐蝕性、毒性低等。鉆井液可實(shí)現(xiàn)的最低密度鉆井液穩(wěn)定井壁的能力欠平衡鉆井液的攜屑能力欠平衡液與地層產(chǎn)出物的相容性防腐問(wèn)題對(duì)流自吸作用對(duì)測(cè)井和錄井的影響鉆井液的經(jīng)濟(jì)性和安全性 欠平衡鉆井液密度的確定 鉆井液密度的計(jì)算過(guò)程是：先確定地層孔隙壓力、環(huán)空壓耗，然后求出鉆井液密度。 地層孔隙壓力油藏地質(zhì)工程提供的地層孔隙壓力主要是試油靜壓、鉆桿測(cè)試壓力及 RFT（MFT）測(cè)試壓力，所鉆井的壓力可根據(jù)油層深度校正。另外，經(jīng)研究，作者建議在探井中可以根據(jù)隨鉆過(guò)程中試井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析,得出地層孔隙壓力。關(guān)于各種地層壓力的監(jiān)測(cè)方法（dc 指數(shù)法、聲波時(shí)差法、C 指數(shù)法等）的計(jì)算結(jié)果誤差很大,深井中誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了負(fù)壓差值。因此,這些監(jiān)測(cè)方法對(duì)于鉆井液密度確定意義不大。環(huán)空壓耗環(huán)空壓耗與鉆井液密度的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系，常規(guī)過(guò)平衡及近平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)泵排量是按噴射鉆井最大鉆頭水功率或沖擊力原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，鉆井液循環(huán)足以達(dá)到紊流狀態(tài)。但是，對(duì)于欠平衡鉆井而言，為了降低泵、井口旋轉(zhuǎn)防噴器及節(jié)流管匯等設(shè)備的負(fù)荷，增加井控的可靠性,并且避免紊流對(duì)裸眼油氣層的沖刷作用，我們一般以滿(mǎn)足鉆井液攜巖要求為原則，認(rèn)為欠平衡鉆井鉆井液排量不宜太大，流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)以層流為主。因此按式可以計(jì)算層流時(shí)鉆井液的環(huán)空壓耗。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 1212 （312）???? hhhLQYLPDD?????式中 ：環(huán)空壓耗 kPa ：鉆井液塑性黏度 mPasfr ?：鉆井液排量 L/s ：鉆柱直徑 mmmQP：井眼直徑或套管直徑 mm ：鉆桿長(zhǎng)度 mhDL：屈服值 PaPY鉆井液密度的確定鉆井液密度的計(jì)算應(yīng)在井口回壓為零、正常鉆進(jìn)中負(fù)壓差達(dá)到設(shè)計(jì)值的情況下進(jìn)行。鉆井液密度的計(jì)算式為 （3??102PnfrmH???13）式中 ：預(yù)測(cè)地層孔隙壓力 KPa ：井底負(fù)壓設(shè)計(jì)值 KPaP nP ：井深 m ：鉆井液密度 g/cm3Hm?欠平衡鉆井中鉆井液密度的設(shè)計(jì)以地層孔隙壓力的預(yù)測(cè)技術(shù)為前提，預(yù)測(cè)的精確程度直接關(guān)系到鉆井液密度設(shè)計(jì)及鉆井作業(yè)的成敗。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)詳細(xì)研究、評(píng)估所測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，以確保安全鉆進(jìn)。對(duì)于一口欠平衡井來(lái)說(shuō)，井底負(fù)壓差確定之后，如何確定鉆井液密度是實(shí)現(xiàn)井底的負(fù)壓差范圍重要手段。經(jīng)過(guò)研究實(shí)踐，得出一套完整的欠平衡鉆井液密度的確定方法如圖（32）所示。 預(yù)測(cè)地層空隙壓力 鉆具組合數(shù)據(jù)井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)井身負(fù)壓值設(shè)計(jì)值計(jì)算環(huán)空壓耗值合理鉆井