深水油气钻探井多相流动与井控的研究.pdf

摘 要 深水油气钻探过程中的井控工艺技术是深水油气钻探的核心技术之一。井筒多相流 动规律是井控理论重要组成部分。由于深水井筒温度场复杂，易形成天然气水合物，使 得目前的多相流动模型无法满足工程计算的要求。研究深水油气钻探井简中的多相流动 问题很有必要，对深海油气钻探开发技术具有重要的意义。 本文通过对海水温度数据回归分析，得到了中国南海海水温度场随深度的分布规 律。在传热学、热力学基本理论的基础上，通过理论推导，得到了井筒温度场在循环及 停止循环条件下的温度场理论公式。计算结果表明，循环钻进期间，为了使隔水管内的 温度不能太低，应保证隔水管的保温层完好，并尽量增大循环排量。停止循环时，随着 关井时间的增加，井筒内流体温度逐渐接近外界环境温度。 通过实验与数据分析，得到了水合物分解时在不同温度及压力条件下的气体生成量 随时间的变化，得到了水合物分解速度模型。 考虑油气和水合物相变、岩屑以及地层产出等参数的影响，针对井筒、隔水管及节 流管线，建立了正常钻进、井涌、关井、压并条件下的多相流动控制方程组，方程组主 要由各相连续性方程、动量方程以及能量方程组成。并用数值方法对方程组进行了求解。 考虑粗糙度的影响，通过实验，修正了环空气液两相流在泡状流和段塞流流型条件下的 摩阻系数及其摩擦压降计算公式，给出了不同流型条件下，井筒、隔水管及节流管线的 沿程流动阻力计算方法。对建立的方程组进行求解，能够对深水钻井时从发生井涌到压 井完成进行全过程模拟，可以得到井控过程的如下参数：环空井筒及节流管线内任意一 点任意时刻的温度、压力、各相体积分数分布、流动速度，从井涌开始的地层流体产量， 从井涌直到压井结束过程中的立压、套压值，压耗等。 编制了深水井控软件，软件综合考虑了深水井控的特征，突出深水特点，建立了适 合深水井涌及压井的流动控帛4方程和计算模块，设计模块包括：井涌模拟、压井模拟、 水合物生成预测、水合物生成区域预测等。 利用所编制的深水并控软件对模拟深水并进行计算，分析了井筒气相体积分数及并 控参数随溢流时间的变化规律，讨论了地层渗透率、地层与井底初始压差、节流管线尺 寸、水深以及水合物生成与分解对井控水力参数的影响。结果表明，溢流时间越长、地 层渗透率越大、地层与井底初始压差越大，则泥浆池增量越大，井底压力降低越明显， 压井过程中需要节流压力的调整越灵敏，井控难度越大；循环摩阻同节流管线长度成正 比，而节流管线内径减小，循环摩阻值迅速增加；如果循环摩阻值太大，采用常规压井 方法无法有效压井，可采用动力压井法、附加流速法等适合深水的压井方法；水合物生 成与分解对井筒及节流管线的流动有影响，尤其对已存在的较多水合物采取措施促使其 分解时，对节流管线内的气相体积分数影响很大，进而影响压力分布及节流压力的调节。 关键词：深水，多相流动，井控，温度场，水合物，相变 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：二13站日期：≯．7年，L月佃日 学位论文使用授权书 本入完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印 刷版和电子版)，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门(机 构)送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 必威体育官网网址学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 日期：z。。7年，2．月／≯日 指导教师签名： 日期：扣7年r工月吖日 中国石油