基于实测环空压力的一种气侵量简易计算方法

基于井内实时水力学模型的环空压力计算及分析油气井的实时水力学模型是在油气开采时，以实时确定井空压力为基础，通过对表征油气流动的多个参数的实时跟踪，模拟油井空腔的温度和压力，将实验数据和多种模型计算技术相结合，为油气井的产能和注水控制提供有效依据。

简单地说，实时水力学模型是油气井中空间流动能力的精确反映以及产量预测的有效工具。

1. 环空压力计算原理环空压力计算是实时水力学模型的重要组成部分，其计算原理为：油气井内形成了一个复杂的水体和气体系统，空腔内部分注水压力即为环空压力，油气井的环空压力决定了油气的有效采收程度，它的高低在一定程度上还影响着油气的稳定性和产量。

2. 基于实时水力学模型的环空压力计算基于实时水力学模型，可以更好地分析油气流动，以精确地计算出井空压力，更加有效地模拟油气有效采收程度。

（1）对油气井空腔进行均等化分区，根据不同起犁点的温度和压力，计算出油气流量及时间；（2）根据水力模型解，计算油气排量量及分布变化，从而确定油气井空腔的温度和压力；（3）计算出空腔内的环空压力，进而更准确地预测油气有效采收程度；（4）对井空压力计算结果进行分析，探究环空压力变化情况，有助于更好地掌握油气井空腔中流体变化的规律，实现油气有效采收程度的有效控制。

3. 通过实时水力学模型计算环空压力的优势（1）精确可靠：它能精确地计算出油气井空腔中的温度和压力--即环空压力，可以更准确地预测油气有效采收程度；（2）节省人力：通过实时水力学模型计算环空压力，不仅能有效地替代传统的实验手段，大大节省了人工成本；（3）加强预测：实时水力学模型能够实时跟踪油气井密壁变化状况，对油气流动的多个参数进行实时跟踪，实现更有效的油气井有效采收程度预测。

综上所述，基于实时水力学模型的环空压力计算是实时水力学模型的重要组成部分，它能精确地计算出油气井空腔中的温度和压力--即环空压力，有助于更准确地预测油气有效采收程度，大大节省了人工成本并能更好地掌握油气流动的规律。

气侵早期检测新方法孟胡;周海峰;王雪;席岩;李文哲;蒋振新;杜琦元;张海波;刘锦江【摘要】在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题.针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法.通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低.根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)027【总页数】6页(P21-26)【关键词】气侵;瞬态传热;井筒温度;井筒压力;早期检测【作者】孟胡;周海峰;王雪;席岩;李文哲;蒋振新;杜琦元;张海波;刘锦江【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油西部钻探定向井技术服务公司,乌鲁木齐830011;中国石油西部钻探物资采购中心,乌鲁木齐830011;中国石油大学(北京),北京102249;西南油气田分公司,江油621700;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE21在钻井过程中，储层中的气体会以直接侵入、扩散侵入、置换侵入和负压侵入四种不同侵入方式[1]进入井筒，进而可能诱发溢流、井喷等一系列井下问题，因此在明晰气体侵入方式的基础上，研究气体早期侵入时所带来的变化并且提出预防措施具有重要的意义。

通过研究表明，负压侵入是钻井时气体侵入的主要方式[2]。

基于实测环空压力的一种气侵量简易计算方法基于实测环空压力的一种气侵量简易计算方法摘要：随着随钻测压（PWD）的应用，环空压力已逐渐成为钻井过程中的标准测量参数。

本文根据实时测量的井底压力，应用井筒两相流规律，对稳态线性气侵量进行了计算。

本方法运算量小，计算简单，计算的实时气侵量可作为判断气侵程度的一个参考。

关键词：环空压力气侵气液两相流一、引言随着PWD的研制成功，井底环空压力实时测量成为现实。

井涌过程中侵入井眼气体流量与井底流压、打开气层厚度及时间等变量有关，并不是一个常数，但目前还未见到对气侵量进行定量描述的研究。

鉴于地层气侵时间难以准确确定，以及井涌的“漫长”过程[1]，袁智等提出，若假设岩石空隙均匀分布，各相性质均匀，钻速稳定，且破碎的岩屑足够小，则其直接侵入气侵量的计算公式可近似为[2]。

式中：dq为气侵量，m3；dt为单位时间；r为井眼半径，m；为孔隙率；v为钻速，m/s； k为影响因子。

对于不用的岩性，k有所不同，且0<k<1。

二、进气量计算公式推导1.计算条件假设本文使用的理论公式是在侯绪田论文《多相流井筒压力分布规律探讨》基础上的逆向计算[3]。

1.1井涌规律：井眼内气体流量的变化与时间呈线性一次函数。

1.2多相流以液体为分散介质，每微分井段的气体以大小相等的气泡均匀分散在分散介质中，气液相速度相等；分散相颗粒之间无相互作用。

每个微分段内其内部压力、温度等参数不变，微分段之间变化。

2.微分段内多相流基本参数描述2.1气液比α：2.2气相（天然气）压缩因子z和气相密度2.3气体体积分数（与截面含气率相等）2.4多相流密度2.5多相流塑性粘度2.6多相流流动时的流量Q3.井底压力迭代计算及气侵量求解设迭代微分井段步长为，单位时间内地层气侵在标准状态下的气量初值为零。

气侵后，首先从最下部的微分井段进行静液柱压力和环空摩阻计算，然后根据计算结果，再对临近的上部微分井段进行同样的计算，自下而上迭代计算到井口，直至满足井口压力，从而应用截距法求解每一个环空压力对应的井底气侵流量。

页岩气井环空带压临界控制值计算方法张智; 丁剑; 赵苑瑾; 邓虎; 卢齐【期刊名称】《《西南石油大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(041)006【总页数】10页(P155-164)【关键词】环空带压; 磨损; 环空带压管控; 页岩气井; 安全图版【作者】张智; 丁剑; 赵苑瑾; 邓虎; 卢齐【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学四川成都610500; 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院四川广汉618300【正文语种】中文【中图分类】TE38引言自美国页岩气革命以来，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度。

中国“十三五”规划明确提出，要在2020 年之前使天然气消费比重达到中国一次能源消费比重的10%以上。

因此，大力开发页岩气是中国能源发展的大趋势[1-2]。

目前，中国页岩气可采储量居世界第一，但由于其储层致密、孔隙度低等特点，页岩气的商业化开采只能通过水平井技术和水力压裂技术实现，而水力压裂过程易造成水泥环及套管损坏，导致井筒屏障单元失效，严重威胁页岩气井的井筒完整性[3]。

截至2017 年12 月的统计数据显示，涪陵页岩气区块投产的223 口井中共有169口井出现了不同程度的环空带压问题，环空带压井的占比高达75.8%；同时，压裂施工作业对页岩气井环空带压情况的统计结果显示，表层套管环空带压井数在压裂前占比为27.80%，而压裂后环空带压井数占比达到39.58%，增加了11.78%；技术套管环空带压井数在压裂前占比为10.42%，而压裂后环空带压井数占比升高到45.83%，增加了35.41%[4-5]。

虽然放喷作业可以缓解环空带压，但进行环空放压操作时，需要明确放压值大小，以保证环空压力在安全可靠范围内，因此，需要通过环空带压控制值及环空带压管控图版指导现场操作，保证安全生产。

2006 年，美国石油协会发布了API RP90《海上油田环空压力管理推荐做法》，给出了海洋油气井的环空压力控制范围。

1非井涌条件环空压力计算模型1.1 小眼井环空压力损耗计算一、数学模型在常规井眼环空压力损耗计算模型基础上，根据小眼钻井特点提出小井眼环空压力损耗的理论模型，探讨了以钻井液流变性、钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压力损耗计算问题，同时给出了模型中各因子的确定方法。

常规井眼环空压力损耗计算模型主要适用于大尺寸钻具、低转速大眼钻井法。

其压力损耗模型如下：其中，P为压力损耗；f为摩阻系数，取决于钻井液流变性、环空尺寸及环空流态，L为井段全程长度；V为平均流速；D o为井筒内径；D p为钻柱外径；ρ为钻井液密度。

在小井眼中，环空间隙小，钻柱的偏心、旋转和钻柱接头对环空压力损耗有显著影响(在常规井眼中可以忽略不计)。

在常规井眼环空压力损耗计算模型的基础上，充分考虑小眼钻井特点，可建立小井眼环空压力损耗计算模型如下：其中，k”为旋转因子，考虑钻柱的转动；R为偏心因子，考虑钻柱在井眼中的偏心度。

二、系数确定环空压力损耗的大小与钻井液流变性、环空流态和环空几何形状密切相关。

（1）井眼几何假设变偏心度井眼几何形状见图1。

当环空间隙与平均井径相比很小时，环空流动可用槽近似法去模拟。

即把环空近似为一个方位方向与轴向有厚度变化的槽。

如图1示，槽高可表示为：其中，分别为沿轴向和方位方向的距离；R o为井眼半径；R i为钻柱半径，d av为平均井径；当使用稳定器或外加厚接头时，λmax=(R o-R c)/(R o-R i),这里R c为稳定器或外加厚接头的半径。

函数表明偏心度沿轴向变化的情况。

对于正弦弯曲环空，有：对于线性弯曲环空，有：其中，为所讨论井段的长度。

（2）偏心因子确定研究环空弯曲度对压力损耗的全面影响可用参变量R表达：其中，为沿整个弯曲环空的平均压力梯度；为同心环空压力梯度。

根据文献【Bourne D E. laminar and turbulent flow phenomena in eccentric annular ducts Canadian. J Chemical Engineering, 1990, 46 (1): 289】结论，取其中，对应层流情况;；对应紊流情况；n为流型指数。

专利名称：一种气侵早期监测方法专利类型：发明专利
发明人：李志刚
申请号：CN201510869374.1申请日：20151202
公开号：CN105298472A
公开日：
20160203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于监测方法技术领域，涉及一种气侵早期监测方法，采用气侵早期监测装置实施，在井下钻杆按照设定间距装设下部压力测量器与上部压力测量器，分别测量所处位置的环空流体压力并计算环空流体密度，下部压力测量器与上部压力测量器的装设距离能够调整，解决了因井下流体密度低无法测量两个近距离点间环空流体压力的问题，不依赖随钻测井设备，降低生产成本，增加适用性，利用常规的MWD、EMWD或ATWD在石油与天然气钻探过程中，监测井下气侵的发生，实现早期发现，及时应对，避免财产和人员损失的目的；其工艺过程简单，原理科学合理，操作便利，实用性好，使用环境友好，通用性强，安全可靠，易于推广使用。

申请人：中国石油大学(华东)
地址：266580 山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号
国籍：CN
代理机构：青岛高晓专利事务所
代理人：张世功
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