空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法

第 2 7 卷 第 6 期 2 0 1 0年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LL I NG F L UI D & COM P LE TI ON F LUI D V_ o 1 ． 2 7 No ． 6 No v e ．2 0 1 0 文章编号 ：1 0 0 1 — 5 6 2 0( 2 0 1 0)0 6 — 0 0 2 0 — 0 3 空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法 庞东豪 ， 袁骐骥 ， 李勇政 ， 周开吉 ， 陈磊 ( 1 ． 中海油能源发展监督监理技术分公 司，天津 ； 2 ． “ 油气藏地质及开发工程” 国家重点实验室 · 西南石油大学 ， 成都 ； 3 ． 中石油川东钻探 公司，重庆 ) 摘要 针对空气钻井 中较难确定最小注气量的难题 ， 注入的空气既要能有效地携带岩屑， 又要 能防止井下燃爆。 基于修正 的 A n g e l 模 型，根 据井底和井 口 岩屑粒 径的变化，考 虑岩屑 多次碰撞 、重复破碎造成 的能量损耗 ，应用 最小动能法建立 了携带岩屑 的最小 注气量方程 ； 根据天然气进入井 内的速度 和 甲炕在井下 的燃爆极 限，通过控 制 甲 烷 的体积浓度，得出 了防止井下燃爆的注气量的计 算方法。 关键词 空气钻井 ； 注 气量 ；防止燃 爆 ； 压 力 ； 携 带岩屑 中图分类号 ：T E 2 4 2 ． 7 文献标识 码 ：A 空气钻井作为一种特殊的欠平衡钻井技术 ， 具 有钻速高 、成本低 、环保性能好等优势 ，在国内外 应用得越来越广泛 [ 1 - 3 1 ~在空气钻井 中，井筒环空 流体为气 、同两相流体 ，当地层出水时，井筒环空 为气 、液 、固_ _ 三相 流体，其计算十分复杂。A n g e l 在 2 0 世纪 5 0 年代末提出了气体钻井数值计算模型 ， 在相当长的时问内被钻井工程师们所应用 ] 。 1 空 气钻 井的修 正 A n g e l 模 型 A n g e l 模型适用于光滑的管壁 ，采用平均温度， 使结果不是很准确。要使结果更接近实际，必需使 用修正的摩阻系数和实际温度 [ 5 - 6 1 。 根据一维定常流体力学理论 ，建立 了井筒环空 内任意计算井深处的压力计算微分方程 ： f ， 2 1 ‰ x 1 1 + 2 g ( D h - D p j ’ 式 中 ： P为计算 井深处压力 ，P a； P i 为计算 井深 处混 合流体 的密度 ，g ／ c m 。 ； ......