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        深水鉆井氣侵井控技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

        2019-08-15 01:26:45安海洋
        中國(guó)科技縱橫 2019年12期
        關(guān)鍵詞:現(xiàn)狀

        安海洋

        摘 要:深海油氣資源是十三五期間我國(guó)重點(diǎn)勘探開發(fā)、油氣資源接替的重要領(lǐng)域。深水鉆井氣侵監(jiān)測(cè)難度大、井控風(fēng)險(xiǎn)高,一直以來都是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文通過詳細(xì)調(diào)研國(guó)內(nèi)外海洋、深水鉆井氣侵井控技術(shù)的研究現(xiàn)狀,梳理了該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn),結(jié)合我國(guó)深水鉆井實(shí)際,給出了深水鉆井氣侵井控技術(shù)未來發(fā)展的建議。

        關(guān)鍵詞:深水鉆井氣侵井控技術(shù);現(xiàn)狀;技術(shù)難點(diǎn)

        中圖分類號(hào):TE245 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2019)12-0182-01

        0 引言

        自21世紀(jì)初,全球重點(diǎn)關(guān)注和勘探開發(fā)領(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)向深水油氣資源,中國(guó)南海70%油氣資源蘊(yùn)藏于深水海域。由于油氣資源勘探開發(fā)的上游就是鉆井工程,在整個(gè)油氣開發(fā)流程中占據(jù)很重要的地位。深水鉆井有很多難點(diǎn):深的海水、長(zhǎng)的隔水管、低溫的海底、安全鉆井液密度窗口窄等,給深水鉆井帶來了不少難題和潛在風(fēng)險(xiǎn)。影響深水鉆井安全的眾多因素,都有可能對(duì)生產(chǎn)和人員安全造成影響。氣侵會(huì)對(duì)鉆井施工、人員環(huán)境形成威脅。一旦水深增加,氣侵溢流問題就更難發(fā)現(xiàn)了,因此,在深水鉆井安全領(lǐng)域,要重點(diǎn)關(guān)注氣侵早期檢測(cè)以及井控這兩個(gè)問題。

        1 研究現(xiàn)狀

        氣侵是鉆井過程中地層氣體侵入井筒的環(huán)空并向上運(yùn)移和膨脹,在氣侵發(fā)展的情況下,井筒環(huán)空的氣體會(huì)快速積聚,這樣會(huì)造成流型發(fā)生變化,這時(shí)如果沒有及時(shí)采取科學(xué)的措施,井噴就可能會(huì)出現(xiàn)。在20世紀(jì)的50-60年代,有多位國(guó)外學(xué)者對(duì)氣侵后井筒環(huán)空的多相流進(jìn)行了建模等方式的研究和分析。

        Duns H Jr.和Ros N C J.等人在1963年,做了多個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了五種流型的兩相流型的分布圖。這各種流型按照速度劃分,可以分成沫狀流、段塞流、彈狀流、泡狀流和霧狀流。

        Orkiszewski J.在1967年專門撰文對(duì)垂直管氣液的兩相流壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析,而且針對(duì)流型不同還發(fā)明了不同的壓力下的梯度計(jì)算的方法。

        Lewis R.L.和LeBlanc J.L.等人專門寫文章對(duì)氣侵的數(shù)學(xué)模型問題進(jìn)行討論,在這篇文章中,兩相流體被作為均相流,摩阻和氣體滑落這兩個(gè)問題不考慮。

        Bomea D、Dukler A E和Taitel Y等在1980年專門研究了再垂直管氣液兩相流情況下的流型轉(zhuǎn)換,著重對(duì)流型轉(zhuǎn)變條件、機(jī)理進(jìn)行研究,并且進(jìn)行建模分析。

        Kabir C S和Hasan A R等在1988年專門對(duì)垂直井中的多相流的行為進(jìn)行研究,在氣液兩相流變的原理基礎(chǔ)上,對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行迭代,提出了壓降的理論。

        Sylvester N D和Ansari A M等一些專家學(xué)者在1994年專門撰文,提出了一個(gè)新的綜合機(jī)理模型,可以對(duì)環(huán)狀流、段塞流以及泡狀流的壓降進(jìn)行計(jì)算。

        Juvkam-wold H.C.和Jonggeun Choe于1997年,研究出了一種新型的經(jīng)過改進(jìn)的兩相流井控模型和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。這種模型可以保證精度,還可以做適度簡(jiǎn)化,另外,在一定程度上還解決了一個(gè)大難題:模型計(jì)算結(jié)果比較不好收斂。

        Gabor T于2001年在著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)文,注重研究了油井垂直多相流最優(yōu)模型選擇應(yīng)該注意的事項(xiàng),這篇文章還分析了壓降預(yù)測(cè)誤差引起的原因。

        2002年,Nunes J O L、Bannwart A C、Ribeiro P R等人[9]在SPE會(huì)議上發(fā)表文章探討了深水鉆井氣侵力學(xué)的模型,這一模型對(duì)前人模型的基礎(chǔ)進(jìn)行了總結(jié)和歸納,并進(jìn)行改進(jìn),采用了不斷升級(jí)的方法對(duì)對(duì)環(huán)空和節(jié)流管線的兩相流動(dòng)產(chǎn)生的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算,并歸納算出其壓力梯度。

        國(guó)內(nèi)方面,在這一領(lǐng)域的研究也有很多新的成果:陳光、范軍在2000年發(fā)表研究成果,體現(xiàn)了欠平衡鉆井理論的模型和應(yīng)用,并在此得出了更為完整的動(dòng)態(tài)井控的理論模型,在這一模型中還加入了固項(xiàng)、油相相關(guān)的運(yùn)動(dòng)方程。

        周英操在2005年撰文表述了再簽平衡鉆井中,環(huán)空多相流的井底壓力相關(guān)的計(jì)算模型,這一模型對(duì)巖屑以及多相加速度壓降進(jìn)行綜合考慮,實(shí)際證明,這一模型的形成的數(shù)據(jù),精度非常高。

        王志遠(yuǎn)在2008年利用深水司鉆法壓井并因此做了計(jì)算研究,通過研究得到了在油氣相變深水司的鉆法壓井的多相流控制的方程,并對(duì)這一方程進(jìn)行求解和計(jì)算。

        孫寶江和王志遠(yuǎn)等于2011年專門撰文對(duì)深水井控的多組多相流動(dòng)模型進(jìn)行分析,這一模型對(duì)多相介質(zhì)、地質(zhì)屬性以及天然氣水合物的相變等對(duì)多相流的影響都有考慮,在深水條件下溢流、壓井以及井噴時(shí)候井控環(huán)空的多相流動(dòng)的趨勢(shì)和規(guī)律進(jìn)行分析。

        孫連偉和管志川于2013年對(duì)井深結(jié)構(gòu)的變化、尾管回接對(duì)井控的影響進(jìn)行研究,深井的井筒氣液兩相模型和壓井模型被建立,由此基礎(chǔ)上還研究了井深結(jié)構(gòu)的變化對(duì)井控產(chǎn)生的影響。

        李相方、馬慶濤和任美鵬在2013年還得到了一個(gè)新方法,在下鉆過程中發(fā)生井噴后井液的密度進(jìn)行設(shè)計(jì)。這個(gè)方法是在氣液兩相流的理論基礎(chǔ)上形成的,Y型管的模型也在不接觸井底的條件下被建立,在這一模型影響下,井筒壓力的分布規(guī)律、壓井液密度設(shè)計(jì)方法也做了分析。

        徐朝陽(yáng)、孟英峰在2015年,對(duì)氣侵過程中井筒壓力演變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)和模型進(jìn)行研究,這一研究主要采用模擬的方式,利用大尺寸實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)井筒氣侵過程進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)合漂移流模型和非穩(wěn)態(tài)理論建立了井筒多相流的瞬態(tài)模型,得到更詳細(xì)更準(zhǔn)確的解決辦法。

        2017年,許玉強(qiáng)、管志川等分析了在隔水管處提前監(jiān)測(cè)氣侵進(jìn)行井控的可行性和優(yōu)勢(shì),提出了基于隔水管氣侵監(jiān)測(cè)的深水鉆井氣侵井控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

        2 現(xiàn)狀分析

        綜上所述,國(guó)內(nèi)外針對(duì)深水氣侵后井筒的多相流型以及井控的模型等進(jìn)行研究分析,模型的最初是經(jīng)驗(yàn)性和半經(jīng)驗(yàn)性的模型,經(jīng)過發(fā)展和延伸后形成在考慮眾多因素甚至于在相變的情況下的理論模型,在傳熱理論、相變理論參與后,讓模型在深井以及深水的鉆井的氣侵井控的計(jì)算更適用。很多的研究建立起的模型是在不同的工況和精度需求的基礎(chǔ)上形成的,在這種情況下,可以根據(jù)需要的實(shí)際情況選取模型或者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)就可以了。另外,深水鉆井在氣侵之后多相流動(dòng)模型已經(jīng)越來越成熟,但沒有對(duì)深水鉆井的氣侵風(fēng)向進(jìn)行深度分析和完善,更多還集中在井筒的多相流型建立以及規(guī)律的分析研究上,在這時(shí),深水氣侵的早期監(jiān)測(cè)方法還有井控設(shè)計(jì)參數(shù)等,并沒有在深水井筒多相流型的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展趨勢(shì)、深水鉆井施工的確定性有限等方面做充分利用,這就需要我們對(duì)這些問題進(jìn)行更多、更深入的分析研究。

        3 結(jié)語(yǔ)

        (1)對(duì)近一些年來,國(guó)內(nèi)外的深水鉆井的氣侵井控的現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析;(2)為深水鉆井氣侵井控技術(shù)今后的發(fā)展提出了建議:在井筒的多相流動(dòng)的模型不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上,對(duì)深水的鉆井施工不確定性進(jìn)行研究分析,進(jìn)一步完善深水氣侵的早期監(jiān)測(cè)方法和井控參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 范軍,陳光,等.欠平衡鉆井理論模型及應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2000,21(4):75-78.

        [2] 周英操,高德利,劉永貴.欠平衡鉆井環(huán)空多相流井底壓力計(jì)算模型[J].石油學(xué)報(bào),2005,26(2):96-99.

        [3] 王志遠(yuǎn),孫寶江,高永海,等.深水司鉆法壓井模擬計(jì)算[J].石油學(xué)報(bào),2008,29(5):786-790.

        [4] 孫寶江,王志遠(yuǎn),公培斌,等.深水井控的七組分多相流動(dòng)模型[J].石油學(xué)報(bào),2011,32(6):1042-1049.

        [5] 孫連偉,管志川,梁海明,等.井身結(jié)構(gòu)變化及尾管回接對(duì)井控的影響分析[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(6):34-39.

        [6] 任美鵬,李相方,馬慶濤,等.起下鉆過程中井噴壓井液密度設(shè)計(jì)新方法[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(1):25-30.

        [7] 徐朝陽(yáng),孟英峰,魏納,等.氣侵過程井筒壓力演變規(guī)律實(shí)驗(yàn)和模型[J].石油學(xué)報(bào),2015,36(1):120-126.

        [8] Xu Y, Guan Z, Jin Y, et al. Study of the ultrasonic propagation law in the gas–liquid two-phase flow of deepwater riser through numerical simulation[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering,2017,159.

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