水平井井控井筒压力分布规律研究

确的预测 。水平井发生溢流后 ， 通常采用直井计算
模 型， 但是 由于水 平井 其 特殊 的井 身结 构 ， 井筒 流 动 情 况 与直 井存 在较 大 差别 。导 致压 井作 业 过程 中存
在较大的误差 ， 现场施工存在较大的安全风险。
本文 对水 平井 井 筒 流 动规 律 进 行 了研 究 ， 结 合 以往 学者 的研 究 成 果 ， 确 定 了水 平 井 压 井 作 业 过程
钻井 过 程 中压力 控制 一直 是 钻井 安全 的核心 问 题 。发 生溢 流之 后 ， 采 用井 底 恒压 法 ， 利用 “ ｕ ” 型管 原 理将 溢流 排 除 。整 个 过 程 ， 需 要 不 断 调 节 节 流 压 力， 来 保证 循 环压 力 为一定 值 ， 确保 井底 压 力 大于 地 层压 力 ， 防止 气体 进一 步 侵人 Ｊ 。 因此 ， 压 井作 业 开 始 之 后 需 要 对 套 管 压 力 作 精
建 立水 平井井控多相流模 型。模 型能 够模 拟水 平井压 井作 业过 程 中气体在 环空 的运 移规律 ， 以及气 侵 时间 、 造斜
率、 井斜角等 因素对 节流压力的影响 。结果显 示 ， 气体在 水平段 运移对 井底压 力无 明显影 响 ， 造 斜率越 大压井 初始
时刻节 流压力越小 ， 排 除溢流时间延迟 ， 最大节流压力偏大 。 关 键词 ： 水平井 ；溢流 ；压井 ； 井控 中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ３ １ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ４ ７— ０ ４
第１ ５卷 第 ４期
重庆 科技 学 院学报 （ 自然科 学版 ）
２ ０ １ ３年 ８月
水 平 井 井控 井 筒压 力 分 布 规 律研 究
白方 方 徐 剑 明 郑璐 璐 何 虎
（ 中国石化 中原油田普光分公 司采气厂， 四川 达州 ６ ３ ５ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 水平井发 生溢流之后 ， 其井筒流动情况与直井存在较 大差 别 ， 针对此差别 确定水平 井压井作业 的循环压 力 ，
柱内， 循环压力开始下降。若在直井 ， 压井液到达钻
头， 即 到达 垂 深 位置 ， 循 环 压 力不 再 变 化 ； 而在 水 平
式（ ６ ） 最 后一项 为气 液 混合 物 和 壁 面之 间 的剪
切力 ， 可 以写为 三 ±
４
井中， 压井液到达水平段时 ， 循环压力不再 降低 ， 从
此处 到达 钻头 位置 处 ， 循 环压 力不 变 。因此 ， 水平 井 压井 之前 ， 需 要根 据 井 身 结 构 和压 井 排 量 确 定 到 达
终 了循 环压 力时 间 。 。
一
一
— ２ｄ
式中： ｐ 一 气体密度， ｇ ／ ｃ ｍ ；
气体 运动 速度 ， ｍ／ ｓ ；
终 了循 环压 力 ： ｐ ＝ ｐ
收 稿源自文库日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ２ ０
图 ２ 水平井循环压力变化趋势
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ ５ １ ２ ７ ４ １ ６ ８ ） 。
作者简 介： 白方方 （ １ ９ ８ ７一 ） ， 女， 河 南南 阳人 ， 工程师 ， 研究方 向为采 气设 备与采气工艺管理 。
Ｅ 一 气体截面含气率 ；
Ａ 一 环空截 面 积 ， ｉ ｎ ； ｇ 一 气 侵量 ， Ｉ ｎ ；
Ｐ 一 液相 密度 ， ｇ ／ ｃ ｍ ；
２ 压井节流压力 的确定
２ ． １ 建立 模型
水 平井 环空 发 生气 侵 之 后 ， 以一 定 的流 型 分 布 于井筒 之 中 ， 并 不 断 往 上 部井 段 运 移 。根 据 环 空 多 相 流体 的实 际 流动情 况 ， 作 如下 假 设 ： （ １ ） 气液 两 相 在 井筒 中的 流 动按 井 筒 轴 线 做 一 维 流 动 ； （ ２ ） 地 温 梯度为常数 ； （ ３ ） 在过 流断面 的任意位 置， 各 点 压 力、 温度相 等并 处于 热力 学 平衡 状 态 ； （ ４ ） 过 流断 面
・
４ ７・
白方 方 ， 等： 水 平 井井控 井筒压 力分 布规律 研 究 压井作 业 开始之 后 ， 第 一循 环周 ， 保证 立 管压 力 为初 始循环 压力 ， 排 除溢 流之后 ， 压井 液 开始 进入 钻
（ ｐ Ｅ 。 ＋ｐ Ｅ ） ｇ ｅ 。 ｓ ＋三 ＝０ （ ６ ）
中循环压力 ， 建立了水平井井筒多相流动模型 ， 并利
用 有 限差 分 法 中 积 分 插 值 法 对 建 立 的模 型 进 行 求 解， 分 析 了压井 作 业 过 程 中循 环 压 力 以及 套 管 压力
与直井 的差别 ， 揭示 了水平井溢流过程 中井筒流动
规律。
图 １ 直井循环压力变化趋势
１ 压 井循 环 压 力 的 确 定
在 压井 施 工开 始 之 前 ， 首 先 需 要 确 定 初 始 循 环
压 力 以保证 压 井 开 始之 后 ， 井 底 压 力 恒 定 大 于地 层 压 力 。 由于斜井 段 和水 平 段 的存 在 ， 压井液从井 口
到 钻头 处分 为 三段 ： 直井 段 、 斜井 段 、 水平 段 ｊ 。 初 始循 环压 力 ： ｐ ＝ ｐ ｄ ＋ ｐ ｆ ；
Ｅ一 液相截面含液率 ；
式 中： Ｐ 一 初 始循 环压 力 ， Ｍ Ｐ ａ ； ｐ ｄ 一 关 井 立管 压力 ， ＭＰ ａ ；
Ｐ 一 循 环压 耗 ， Ｍ Ｐ ａ ； Ｐ ｃ ｍ ｋ 一 终 了循 环压 力 ， ＭＰ ａ 。
下 面 以司钻 法为 例说 明水 平井 压井 作业 过程 中 循 环压 力变 化趋 势 以及 与 直 井 的差 别 ， 直井 和水 平 井 的循 环压 力变 化趋 势分 别如 图 １ 、 图 ２所示 。