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优化欠平衡钻井的钻井液循环流速 ?赵新瑞? 编译?姜敬华? 审校 　 摘要：一种新型计算机程序使欠平衡钻井系统的水力设计，能预测气体钻井液以至任何常规钻井液体系钻井液的最佳流速。本文讨论了所发表的确定各种钻井液体系流速的研究技术背景，以及早期用于研究最佳水力的缺点。这些早期研究工作的延续，从而发展了综合的水力动态模式，并诞生了一种新的模拟仪器。描述了新程序的特殊参数，所有计算都建立在一口7000英尺海上油井的基础上，这口井水平穿过了大段的砂岩，并说明了其应用效果。此研究的结论使得用于欠平衡作业的综合动态水力模式已经被开发出来。在这个新模型基础上，一个被称作欠平衡水力模拟器或称HUBS的计算机程序已经都开发出来，并用于欠平衡作业的辅助设计，尤其用在了优化欠平衡作业循环流速中。这种新模式可应用于任何一种钻井液，它包括气体钻井液、雾状钻井液、泡沫钻井液、充气钻井液，以及常规的钻井液。在设计欠平衡作业中，其钻井液部分应基于原始地层孔隙压力和所期望井眼的欠平衡状态。一旦恰当选择了钻井液体系后，则充分清洁井眼的最佳流速就可采用平衡水力模拟器来确定出来。以下本文讨论的确定最佳流速的方法，在减少水力能力和设备配置的同时，最佳的流速能提供充分的井眼清洁能力。 概? 述 在欠平衡钻井中水力设计中，最重要的是钻井液体系选择和循环流速的确定。这些将决定其是否处于欠平衡钻井作业状态，井眼液柱压力和地层压力间还存在多大差距，以及井眼的清洁效率。井眼清洁问题在欠平衡钻井工作效率中将起着重要作用。水力设计也为选择钻井泵、压缩机、钻井液处理设备和其它设备的提供了基础，水力设计是欠平衡钻井获得成功的关键。尽管由钻井液体系和流速所确定的井眼的欠平衡状态以及井眼清洁效率，它们每个在这两个必要条件中都起着不同程度的作用。显然钻井液密度是实现井眼欠平衡状态的最重要因素；同时，井眼清洁效率也是流速的主要参数。在大多数情况下，根据钻井液密度和地层孔隙压力来选择钻井液体系，要比确定合理的循环流速更简单一些。在确定循环流速时主要应考虑井眼的清洁效率。一般来说，高的循环流速会获得良好的井眼清洁效果。不充分的钻井液循环将引起井眼岩屑的聚积。这不仅降低了钻井效率，易引起井下事故，而且也将增加环空液柱的压力。高的液柱压力将引起高的井底压力，这将导致井眼的过平衡状态,这些聚积的岩屑沉到井底，将降低钻井效率，或在水平井段形成岩屑床。相反也需要循环更多的钻井液，从而增加了流道的摩阻压力损失，将需要更高的泵功率，增加钻井液的处理设备，消耗了不必要的额外泵功率，高速流动的钻屑也加大了对井眼和钻井设备的冲蚀。可以想象，欠平衡钻井优化了循环流速，清洁了井眼，保持了井眼的欠平衡状态，减少了水功率和钻井设备需求。实践证实，获得单方面的最佳循环流速是不存在的。最佳循环流速受许多因素的影响，如井眼、钻柱结构、机械钻速、钻屑尺寸和形状、岩石密度和钻井液特性。为实现最佳欠平衡设计,一个被称为欠平衡水力模拟器或叫平衡水力模拟器的Windos98/95版的程序已经被开发出来。其最大特点是它能为不同的钻井状态预测出最佳的循环流速。它被设计成可用于不同体系的钻井液，包括气体钻井液、雾状钻井液、泡沫钻井液、充气钻井液和常规的钻井液体系。 以前优化钻井液循环流速的尝试 许多尝试已被引证和用于气体钻井液、雾状钻井液、泡沫钻井液和充气钻井液的循环流速。这些研究的焦点是确定所需的最小流速，或临界流速,而不是优化循环流速，它是基于微粒极限速率的概念。正如Wolcott and Sharma声称，在达到临界循环流速时，钻屑将会被带出地面，低于临界循环流速,钻屑将不能被携带。所需的最小值为选择循环流速提供了一个下限和一个开放的上限。它不能用作一种设计工具，来作为优化欠平衡钻井的水力学。Ikoku et al.讨论了用于优化空气钻井的循环流速的概念。这些作者相信用于空气、雾状、泡沫钻井的优化条件是通过降低钻头的压力差，仍能获得充分携岩的最大钻速。没有提出任何有关模式能优化喷射流速的模式效力。取而代之，他们提出钻井现场用于确定最佳空气喷射流速的程序。这个程序包括调整喷射流速，测定立管的压力，判断井底压力，来获得地层压力与喷射流速的关系。这些程序不能用来设计，因为它只应用于钻井之后，其有待于进一步研究。Supon and Adewumi在直井环空中进行了微粒运移的试验。 他们的结果不仅证实了空气钻井中最优循环流速的存在，而且他们也发现不同尺寸微粒对气体动力学运移的影响。他们实验中一个重要发现是, 最佳循环流速似乎受系统中的粗糙颗粒的制约。但是，最佳循环流速不会特别受混合物中粗糙颗粒的量和比率的影响。这一发现与Tian and Adewumi 的模型结果是一致的。Hagar et al.发表了有关混合尺寸微粒运移