馬志勇 候滿峰（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834000）

由于小井眼窄環(huán)空中一般有流體進(jìn)行流動(dòng)，而流體壓降又受到鉆具的接頭、鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度以及環(huán)空幾何尺寸等影響，使壓降的計(jì)算與控制面臨極大的困難。對(duì)此引入水力設(shè)計(jì)學(xué)理論，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建心的數(shù)學(xué)模型，能夠使現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果基本保持一致。因此對(duì)小井眼鉆井水力學(xué)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用的研究具有十分重要的意義。

1 小井眼鉆井的基本概述

對(duì)小井眼的定義近年來(lái)仍存在很大的差異，但綜合分析其主要為能夠利用比較經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的最小井眼，在井段直徑與環(huán)空間隙等方面都規(guī)定在一定的范圍內(nèi)。區(qū)別于常規(guī)鉆井技術(shù)，小井眼鉆井以其自身成本節(jié)約以及適用于淺油氣藏開(kāi)發(fā)等優(yōu)勢(shì)成為油田開(kāi)發(fā)的重要手段。而在進(jìn)行水力參數(shù)計(jì)算過(guò)程中還需充分考慮流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律與流變模式。在規(guī)律方面主要表現(xiàn)在動(dòng)量守恒、能量守恒以及質(zhì)量守恒三方面的物理定律，而流變模式在我國(guó)鉆井領(lǐng)域中需根據(jù)相應(yīng)的流變方程得出，如賓漢流變模式、卡森流變模式、巴爾克萊流變模式以及冪律流變模式等。此外，利用水力設(shè)計(jì)學(xué)理論計(jì)算過(guò)程中往往也將不同流變模式下常規(guī)鉆頭尺寸所產(chǎn)生的壓耗進(jìn)行計(jì)算，以此通過(guò)其與小井眼鉆井的對(duì)比得出最優(yōu)的計(jì)算方式[1]。

2 小井眼鉆井管內(nèi)環(huán)空壓降模型的構(gòu)建

2.1 模型的構(gòu)建與試驗(yàn)分析

一般情況下，鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)的控制與井底的壓力是鉆井過(guò)程中需注意的關(guān)鍵問(wèn)題。其中控制在破裂與孔隙壓力間的井底壓力通常為常規(guī)鉆井的基本要求。尤其在面臨范圍較為狹窄的井底壓力情況下，很容易造成井涌的損失或循環(huán)壓力的損失，因此鉆井前需對(duì)ECD與井底壓力做出準(zhǔn)確測(cè)量。盡管在井眼幾何形狀、鉆柱旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的影響方面已存在許多解決策略，但實(shí)際分析環(huán)空壓耗受鉆柱接頭影響的研究仍不完善，因此需在以小井眼鉆井中的環(huán)空流動(dòng)問(wèn)題基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)空壓耗模型的構(gòu)建。其構(gòu)建過(guò)程中對(duì)井下的復(fù)雜情況應(yīng)充分考慮。若將條件設(shè)定在：水平結(jié)構(gòu)的鉆具接頭；流體不可壓縮；流動(dòng)保持穩(wěn)定且恒溫；鉆具接頭能夠?qū)崿F(xiàn)收縮或膨脹等情況下，能夠推出壓耗受鉆柱旋轉(zhuǎn)影響較小，而且環(huán)空壓耗會(huì)在鉆具接頭運(yùn)行時(shí)逐漸增加。

2.2 小井眼環(huán)空壓降受窄環(huán)空中鉆柱旋轉(zhuǎn)的影響分析

根據(jù)以往實(shí)踐表明，在構(gòu)建窄環(huán)空壓耗模型與完成其中的流動(dòng)試驗(yàn)后，能夠得出兩方面的結(jié)論。從同心環(huán)空角度，當(dāng)鉆柱不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的條件下，液壓模型計(jì)算值與測(cè)量值在冪律流體紊流時(shí)比較接近。而從窄環(huán)空角度，計(jì)算值很大程度上受環(huán)空縫隙變化、偏心距、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度的影響。通過(guò)計(jì)算的數(shù)據(jù)及各種因素的影響分析可為小井眼鉆井過(guò)程中提供重要的參考依據(jù)[2]。

3 小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

3.1 小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

小井眼鉆井水力參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要指鉆井前對(duì)相關(guān)的參數(shù)如鉆頭與射流水力參數(shù)、鉆井泵的運(yùn)行參數(shù)等做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，并將鉆井過(guò)程中可能收到的變量影響進(jìn)行分析。這樣可將嘴噴的直徑與鉆井液的實(shí)際排量進(jìn)行確定。但實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中還需充分考慮地面泵效率問(wèn)題以及井底壓力差的減少問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)壓耗的確定，以水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行實(shí)際壓耗與鉆頭壓降的確定，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)水力參數(shù)的優(yōu)選。對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程也可理解為對(duì)小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建。

3.2 小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化的系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

基于小井眼鉆井水力參數(shù)優(yōu)化模型下需進(jìn)行系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)工作。通常情況下，需利用數(shù)據(jù)庫(kù)的方式進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作，其中涉及的數(shù)據(jù)管理窗口也需講鉆具組合、井身結(jié)構(gòu)、井眼結(jié)構(gòu)以及井號(hào)等窗口囊括其中。為避免數(shù)據(jù)輸入過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，還需在窗口中增設(shè)相應(yīng)的文字或圖形提示。除此之外，在輸出參數(shù)方面可利用微軟軟件實(shí)現(xiàn)程序的輸出。常用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境主要包括微軟平臺(tái)下的操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)，其原因在于工具快捷菜單更利于實(shí)踐操作。實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中首先需進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理工作，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。最后可得出能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)要求的數(shù)據(jù)結(jié)果[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

小井眼鉆井水力學(xué)設(shè)計(jì)理論是未來(lái)鉆井技術(shù)需考慮的重要內(nèi)容。應(yīng)用過(guò)程中要求對(duì)小井眼鉆井的基本原理進(jìn)行掌握，通過(guò)其與常規(guī)鉆井技術(shù)的對(duì)比可構(gòu)建相應(yīng)的環(huán)空壓降模型，并利用相應(yīng)水力參數(shù)系統(tǒng)軟件能夠獲取更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以此使鉆井具有更多的參考信息。

[1]陳濤,喬?hào)|宇,鄭義平.塔河油田小井眼側(cè)鉆水平井鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2011,04:44-46+50+95.

[2]孫浩玉,溫林榮,李德慶.小井眼水力壓耗計(jì)算探討[J].石油機(jī)械,2011,10:49-52+197.

[3]陳朝偉,周英操,申瑞臣,趙慶,方世良,郭慶豐,王金茹.微小井眼鉆井技術(shù)概況、應(yīng)用前景和關(guān)鍵技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2010,01:5-9.