欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

doi:10.7623/syxb201401021

石油学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (1): 166-171.DOI: 10.7623/syxb201401021

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

魏纳, 孟英峰, 李皋, 李永杰, 徐朝阳, 李红涛

西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都 610500

收稿日期:2013-07-26 修回日期:2013-10-26 出版日期:2014-01-25 发布日期:2013-12-09
通讯作者: 魏纳，男，1980年8月生，2003年获西南石油大学油气储运专业学士学位，2011年获西南石油大学油气井工程专业博士学位，现为西南石油大学石油工程学院流体热工教研室讲师，主要从事欠平衡及气体钻井多相流方面的研究工作。Email：weina8081@163.com
作者简介:魏纳，男，1980年8月生，2003年获西南石油大学油气储运专业学士学位，2011年获西南石油大学油气井工程专业博士学位，现为西南石油大学石油工程学院流体热工教研室讲师，主要从事欠平衡及气体钻井多相流方面的研究工作。Email：weina8081@163.com
基金资助:
国家重大科技专项（2011ZX05021-003）、国家重点基础研究发展计划（973）项目（2010CB226700）、国家自然科学基金项目（No.51204140、No.51104124、No.51334003、No.L1322021）、四川省教育厅科技项目（13ZB0189）、油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学）开放课题（PLN1309）资助。

Transient flow characteristics of gas lift in underbalanced drilling

Wei Na, Meng Yingfeng, Li Gao, Li Yongjie, Xu Zhaoyang, Li Hongtao

State key laboratory of oil & gas reservoirs geology and exploration, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China

Received:2013-07-26 Revised:2013-10-26 Online:2014-01-25 Published:2013-12-09

摘要/Abstract

摘要： 正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败，特别是气举过程中的井下压力动态演变，关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业，井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究，完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立，通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识，如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案，增强了该特殊流动规律的认识，为井控安全提供了理论保障。

关键词: 欠平衡钻井, 停止循环, 气举, 瞬态流动, 数值模拟

Abstract: The implementation of gas-lift operation directly determines the success or failure of the completion of construction in underbalanced drilling. In particular, dynamic changes in downhole pressure are related to the security of well control in the entire operation process. The essence of gas-lift operation is that under the initial downhole conditions after the stop of well circulation, gas-lift operations are continued by nitrogen; when the gas crosses downhole fluid in a static state, the fluid slips to the borehole and turns to a transient gas-liquid two-phase flow that is different from routine steady flow. A calculation method and a mathematical model are established for numerical simulation of characteristic parameter changes in the downhole transient gas-liquid two-phase flow during continuous gas lift after the stop of well circulation. Characteristic parameter changes in the downhole transient gas-liquid tow-phase flow during continuous gas lift are calculated from measured data of actual well, from which the following patterns are summarized: (1) The speed of nitrogen slipping upward along the borehole rises gradually; (2) The volume of drilling fluid ejected grows over time; and (3) The transient fluctuation in bottomhole flow pressure is greatest at the initial phase. The results contribute to the improvement of wellbore flow model system and pressure control program in gas lift operations after completion of construction in underbalanced nitrogen drilling, provides new insights to the characteristics of the special flow, and ensures the security of well control in gas-lift operations.

Key words: underbalanced drilling, circulation stop, gas lift, transient flow, numerical simulation

中图分类号:

TE21

魏纳, 孟英峰, 李皋, 李永杰, 徐朝阳, 李红涛. 欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟[J]. 石油学报, 2014, 35(1): 166-171.

Wei Na, Meng Yingfeng, Li Gao, Li Yongjie, Xu Zhaoyang, Li Hongtao. Transient flow characteristics of gas lift in underbalanced drilling[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2014, 35(1): 166-171.

参考文献

[1] 魏纳, 孟英峰, 李皋, 等.液基全过程欠平衡钻井停止循环连续气侵井筒瞬态流动[J].中国石油大学学报:自然科学版, 2012, 36(6):74-78.
Wei Na, Meng Yingfeng, Li Gao, et al.Transient flow in continuous gas invasion wellbore under condition of circulation cease in liquid-based whole process underbalance drilling[J].Journal of China University of Petroleum:Edition of Natural Sciences, 2012, 36(6):74-78.
[2] 范文元.非牛顿流体中的气泡行为及周围流场的研究[D].天津:天津大学, 2008.
Fan Wenyuan.Study of bubble behaviors and flow field around moving bubble in non-Newtonian fluid[D].Tianjin:Tianjin University, 2008.
[3] 姜韶堃, 马友光, 陶志勇.非牛顿流体中运动气泡的形变[J].舰船科学技术, 2010, 32(12):38-41.
Jiang Shaokun, Ma Youguang, Tao Zhiyong.Deformation of moving bubble in non-Newtonian fluid[J].Ship Science and Technology, 2010, 32(12):38-41.
[4] 姜韶堃, 范文元, 朱春英, 等.牛顿及非牛顿流体中的气泡生成与对比[J].化学工程, 2007, 35(10):20-22.
Jiang Shaokun, Fan Wenyuan, Zhu Chunying, et al.Comparison of bubble formation in Newtonian and non-Newtonian fluids[J].Chemical Engineering:China, 2007, 35(10):20-22.
[5] 倪明玖.浮力作用下上升气泡的变形和驻涡形成机理研究[J].工程热物理学报, 2009, 30(1):76-80.
Ni Mingjiu.Bubble rising driven by buoyancy with deformation and standing vortex[J].Journal of Engineering Thermophysics, 2009, 30(1):76-80.
[6] 郭容, 蔡子琦, 高正明.黏性流体中单气泡的运动特性[J].高校化学工程学报, 2009, 23(6):43-51.
Guo Rong, Cai Ziqi, Gao Zhengming.The motion characteristics of a single bubble in stagnant highly viscous liquids[J].Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2009, 23(6):43-51.
[7] Spoerker H F, Tuschl T.Behaviour and shape of gas kicks in well bores[R].SPE 128276, 2010.
[8] 唐贵, 程宏英, 孟英峰.气体钻井过程中的瞬态流动分析[J].钻采工艺, 2006, 29(2):5-6.
Tang Gui, Cheng Hongying, Meng Yingfeng.Analysis of transient flow during air drilling[J].Drilling & Production Technology, 2006, 29(2):5-6.
[9] 肖国益, 赵向阳, 孟英峰, 等.气体钻井携岩关键点多相流动规律研究[J].石油钻采工艺, 2011, 33(1):16-18.
Xiao Guoyi, Zhao Xiangyang, Meng Yingfeng, et al.Research on multiphase flowing law of cutting transportation key point in gas drilling[J].Oil Drilling & Production Technology, 2011, 33(1):16-18.
[10] 唐贵.欠平衡钻井过程中的随钻试井解释[D].成都:西南石油大学, 2004.
Tang Gui.Well test interpretation while underbalanced drilling[D].Chengdu:Southwest Petroleum University, 2004.
[11] 唐贵, 孟英峰, 王存新, 等.气体钻井过程中井内不稳定流动与现场试验研究[J].天然气工业, 2005, 25(2):75-77.
Tang Gui, Meng Yingfeng, Wang Cunxin, et al.Borehole gas unsteady flow in the process of gas drilling and its field test study[J].Natural Gas Industry, 2005, 25(2):75-77.
[12] Gringarten A C, Ramey H J.The use of source and Green's functions in solving unsteady-flow problems in reservoirs[J].Society of Petroleum Engineers Journal, 1973, 3(5):285-296.
[13] 刘汉宗.新编线性代数[M].北京:科学技术文献出版社, 1994:88-91.
Liu Hanzhong.New linear algebra[M].Beijing:Science Press, 1994:88-91.
[14] Kardolus C B, van Kruijsdijk C P J W.Formation testing while underbalanced drilling[R].SPE 38754, 1997.
[15] 苏铭德, 黄素逸.计算流体力学基础[M].北京:清华大学出版社, 1997:23-25.
Su Mingde, Huang Suyi.Computational fluid foundation[M].Beijing:Tsinghua University Press, 1997:23-25.

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Transient flow characteristics of gas lift in underbalanced drilling

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[1]	许林, 刘书杰, 许明标, 冯桓榰, 邢希金, 邓佳佳. 压差激活密封剂的微缺陷自适应修复行为及机理[J]. 石油学报, 2021, 42(5): 686-694.
[2]	邹玮, 余一欣, 刘金水, 蒋一鸣, 唐贤君, 陈石, 余浪. 东海盆地西湖凹陷中央反转构造带发育主控因素及宁波背斜形成过程[J]. 石油学报, 2021, 42(2): 176-185.
[3]	祝效华, 罗云旭, 刘伟吉, 高锐, 贾玉丹, 刘呈君. 等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法[J]. 石油学报, 2020, 41(9): 1146-1162.
[4]	李文婧, 姜源, 单保东, 禹晓珊, 王超. 盐穴储气库注采运行时温效应对腔体稳定性的影响[J]. 石油学报, 2020, 41(6): 762-776.
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[6]	计秉玉. 对油气藏工程研究方法发展趋势的几点认识[J]. 石油学报, 2020, 41(12): 1774-1778.
[7]	郭建春, 任冀川, 王世彬, 苟波, 赵俊生, 伍林. 裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用[J]. 石油学报, 2020, 41(10): 1219-1228.
[8]	韩强, 屈展, 叶正寅. 基于多尺度均匀化理论的页岩强度表征[J]. 石油学报, 2019, 40(7): 858-865.
[9]	苏皓, 雷征东, 李俊超, 龚斌, 赵文琪, 鞠斌山, 张荻萩, 秦鹤. 储集层多尺度裂缝高效数值模拟模型[J]. 石油学报, 2019, 40(5): 587-593,634.
[10]	解宁, 李文婧. 地下盐穴储气库盐岩热损伤机理[J]. 石油学报, 2019, 40(3): 357-369,382.
[11]	吴俊晨, 范宜仁, 曹军涛, 范卓颖, 王小龙, 吴飞. 基于大尺寸地层模型的砂岩储层油基钻井液侵入模拟[J]. 石油学报, 2019, 40(11): 1407-1414.
[12]	杨震, 马清明, 杨宁宁, 崔海波, 李运升. 基于正交天线的随钻方位电磁波电阻率成像响应特征模拟[J]. 石油学报, 2018, 39(9): 1063-1069.
[13]	徐保蕊, 蒋明虎, 赵立新, 王月文, 张晓光, 邓鑫. 螺旋分离器水流动特性的CFD模拟与PIV试验[J]. 石油学报, 2018, 39(2): 223-231.
[14]	张文彪, 段太忠, 刘彦锋, 徐睿, 杨志成, 张德民. 综合沉积正演与多点地质统计模拟碳酸盐岩台地——以巴西Jupiter油田为例[J]. 石油学报, 2017, 38(8): 925-934.
[15]	宋先知, 吕泽昊, 崔柳, 李根生, 刘昱, 胡晓东, 纪国栋. 高温射流反应腔结构设计与反应规律[J]. 石油学报, 2017, 38(5): 587-596.