空气钻水平井注入参数优化的探究

　　摘要：空气钻井的具体内容是将压缩的空气作为一种介质，也能将空气作为破碎岩石的一种能量。空气钻井的优势是成本比较低、较高的钻速、具备良好的环保性能。在我国，空气钻井应用十分的广泛，与以往传统的空气钻井比较而言，现如今的钻井技术在一定程度上得到了很大的提升。通过对现有的空气钻井特性进行仔细研究，进一步提出空气钻井工艺参数的选择研究，以期为我国空气钻井工艺做出一定的贡献。

　　关键词 空气钻水平井;参数优化;探究

　　前言

　　空气钻井指的是将空气当作一种循环介质，空气钻井具备很多的优势，趋于这些优势，空气钻井在我国国内外的应用更加的广泛。就现阶段的情况来说，我国国内的钻井技术并不成熟，还存在着各种各样的问题。比如说，在实际工作中，空气钻井理论并不是非常的适用，现阶段我国的大部分关于钻井的相关资料还停留在 angle混合流 体均匀流的模型。此外，空气钻井钻头钻速和最小气量这方面还不够完善。流体温度也不是呈现线性的分布，这就导致实际情况和相关的计算结果是不一样的，本文将就这几个问题进行讨论。

　　空气钻井工作特性分析研究

　　对空气钻井和相关的水平井技术进行有效结合可以在一定程度上降低对空气钻井内的污染，这样可以有效的增大储层的具体暴露面积，为开发出低产油、低压以及低渗开辟了一个非常重要的途径。并且，由于空气钻井内的情况比较复杂，再加上摩檫力以及重力的因素，会出现很多的麻烦。因此，对水平井进行安全钻井的参数设计是非常重要的。现阶段，由于水平、倾斜和接近水平的空气固两相流的研究是比较有限的，但是还存在一些技术性的问题需要解决，比如注入参数、岩屑沉降以及井斜的问题。所以，本文对关于空气钻中不同半径的水平井时井筒内气固两相流场进行了数值模拟研究，这样可以得出相关的流场分布数值，并结合不同注入参数条件下的空气携带岩屑能力进行了进一步的分析，这样可以为工艺参数的设计提供相关的依据，这样能有效的提升空气钻井的工作效率，为企业创造处更多的经济利益。

　　空气钻井压力系统计算及流速分析

　　在空气钻井压力的计算过程中，高倒算法是其中非常重要的一个方法，具体指的是将钻井系统的环空出口作为压力计算的起始点，终点设置为井口，之后将空气钻井内的各个系统进行压降。其中，压降指的是钻头压降、钻内柱压降以及环空压降。本文对环空压力计算采用angle模型，主要对钻头压降内的声速流进行分析。

　　(1)钻柱内压力分布的计算

　　对于一些可压缩的气体或者其他的气体混合物可以使用angle模型来进行处理，之后再使用伯努利方程进行求解，这一模型对于高速运动以及低速运动气体的运动规律存在着很大的差异，所以，需要仔细的考虑气体热力学以及气体压缩性的过程。

　　流体的压缩性具体指的是，在一定温度差的条件下，其密度可以被改变的一种性质。压缩性流体一般遵守的是质量守恒定律，需要结合相关的因素，比如流体的温度、压力以及流速等，之后结合牛顿第二定律来推导出相应的压力控制方程，这样才能快速的求解出钻柱之内的压力分布。结合相关的经验，在求解压力分布时，使用压缩性的流体模型是更加准确的。对于钻井系统需要做出一系列的假设：首先，要假设流体是一种可以压缩、无粘性、易流动、等向的介质;其次，空气钻井系统中的阻力平方区域需要和钻井的钻柱是同心的，做出钻柱内压力分布的计算可以解决一部分关于空气钻井中存在的问题，为空气钻井的正常运行提供必要的条件。

　　(2)空气钻井循环系统的压力分布以及气体流速的研究分析

　　对环空以及钻柱内的压力分布特性分析如下，压力在钻柱内呈现出折线形式的分布，在空气井的深度为 2900m左右时，压力梯度会出现非常快速的变化，主要原因是，因为过流面积突然发生改变所引起的。

　　根据实际情况推导出来的气体流速公式为：

　　V=wRRT/(pS)

　　这一公式的具体含义是，在气流量一定时，流速与 T、P、s相关。气体的高压的状态下进入到钻柱之后，流速会慢慢的增加。在气体到达环空钻杆段后，随着过流面积的进一步增加，就会使得气体的流速慢慢降低，直到达到环空的最低点处。在经过这些计算之后，就可以得出这样的结论：空气井中的气体流速最低处并不是在井底，而是在钻挺和钻杆的交接处，钻井循环系统中单位体积的动能最低点也是在这一区域。

　　空气螺杆马达转速特性分析

　　通过仔细分析马达转速和马达压降曲线的相关资料可以得知，马达的压降和马达的转速之间呈现的是相反的关系，也就是说，随着马达压降的降低，转速会增大。马达的转速公式如下：n=60wRRTa/(paq)。根据这一公式我们可以知道，在马达转速计算点是一个固定点时，马达的内部温度就是一个定值。马达转速增大是因为马达内的平均压力降低。

　　马达的转速和排气量之间是呈现出正比例的关系，即排气量的增加是随着转速的增加而不断增加的。通过上文列出的马达公式我们可以知道，在马达内的排气量进一步增加之后，气体的质量也会随之增加，但是，需要注意的是，马达内的转速压力也随之增大了。这就说明了排气量和流量对马达的转速产生了相反的作用。此外，流体的温度模型运用在空气钻井的线性流体模型是这样假设的，空气的热容性比较差，但是热传递却是很充分的，这就出现了实际情况和假设相悖的情况。由于空气钻井中的空气流速比较快，但是热容性比较差，这就导致了热交换不是十分的充分。

　　空气钻井工艺参数的选择研究

　　在对空气钻井最小气量的选择中，需要特别关注的是空气钻井中的气量是不是充足的。在空气钻井的技术应用中，保持空气井中清洁的空气是非常关键的一环。需要结合实际情况利用井底的清洁程度标准来选择最小气量，还需要注意的一点是，随着空气井深的增加，最小气量也随之增加了。

　　钻速的选择也是一个非常重要的工作，钻速是由很多不同的因素共同决定的。比如说：转速、钻压、钻头的具体类型、钻井井底的压差等，需要结合实际情况选择合理的钻速。通过相关的研究表明，为了有效的提高排量，可以进一步的提高空气钻井的钻速，通过一些研究发现，出现最小单位体积动能点的地方仍然处于交接的地方，所以要结合具体的情况计算交接处的钻速，并选择最小值作为最终的钻速。

　　石油论文投稿刊物：《石油学报》(双月刊)创刊于1980年，是中国石油学会主办，国内外公开发行的石油及天然气科学技术方面的综合性学术期刊。主要刊载石油和天然气地质勘探、油气田开发技术与工艺、石油与天然气钻井、海洋油气工程、油气储运、石油矿场机械以及相关分支学科、交叉学科的基础和应用研究的创新性成果和高水平论文。

　　四、结束语：

　　综上所述，空气钻井一般是利用压缩空气作为井内的循环介质，研究空气钻井时采用的 angle模型只适用于低速运动的流体。对于空气钻井来说，气体具备一定的压缩性，因此，结合实际情况，采用流体模型是更加可靠的。钻速和最小排气量的选择需要更加的重视研究交接面处的具体情况。空气螺杆马达的转速特性计算有声速流和亚声速流这两种情况，在具体的计算过程中需要充分的考虑到。钻井的压力以及温度对马达的转速呈现出相反的作用，所以对马达转速的确定要结合实际情况，对参数进行具体分析才能确定。

　　参考文献：

　　[1]天然气钻水平井工艺技术[J]. 郭世侯,胡超,陈炜卿,白璟,邹强,张德军,张铎. 钻采工艺. 2008(06)

　　[2]气体钻井井筒冲蚀作用定量分析及控制方法[J]. 郭建华,佘朝毅,李黔,孙万里. 石油学报. 2007(06)

　　[3]气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究[J]. 袁兆广,周开吉,孟英峰,万永生,钟水清. 天然气工业. 2007(04)

　　作者：闫甫

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