水平井井筒压力计算研究

论文摘要

水平井钻井技术以其诸多优势早已得到迅速发展和推广,但是在井控方面的研究却不够深入,特别是有关水平井井控的一个重要方面,气侵问题。本文在直井井控理论、气液两相流动机理、工程流体力学的基础上,根据水平井的特点,运用漂移流动模型理论,并且综合分相流模型和均相流模型,考虑地层气体不断侵入、井筒压力为非稳态的情况下,建立了完整的描述气侵时水平井筒环空内气液两相流动的一维瞬态理论模型。重点研究了水平井筒环空气液两相流压力分布理论模型的建立,采用有限差分方法对模型进行了数值化处理,并借助计算机对环空两相流动理论模型进行了迭代校正逐步求解。通过数值模拟计算,分析了水平井在气侵发生过程中,井筒压力随时间沿井深的变化规律,讨论了溢流量、水平井造斜率、井斜角度、水平井段长度、钻井液排量等因素对水平井井筒压力的影响。计算实例表明本文所建立的描述气侵时水平井筒环空压力计算模型正确可靠,为水平井井控理论的研究和水平井井控设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水平井井控理论模型
• 1.2.2 环空管气液两相流研究现状
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 研究的主要内容
• 1.4 研究的方法及思路
• 第二章 井筒气液两相流理论
• 2.1 水平井环空两相流动物理模型
• 2.2 井筒气液两相流动的特性参数
• 2.3 环空气液两相流动的基本描述
• 2.3.1 垂直管中的流动形态
• 2.3.2 环空管中的流动形态
• 2.3.3 倾斜管中的流动形态
• 2.3.4 水平管中的流动形态
• 2.4 气侵期间环空气液两相流
• 2.4.1 气侵期间环空气液两相流流型分布
• 2.4.2 环空气液两相流流型判别
• 2.5 气液两相流基本数理模型
• 第三章 气液两相漂移流动模型
• 3.1 漂移模型基本表达式
• 3.2 漂移模型参数的确定
• 3.2.1 分布系数
• 3.2.2 气相滑脱速度
• 3.2.3 井斜角对漂移速度的影响
• 3.3 漂移流动数学模型的建立
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 数学模型的建立
• 第四章 水平井环空压力分布数学模型的建立
• 4.1 环空压力变化经验分析
• 4.2 描述一维两相流动的基本方程组
• 4.3 天然气—钻井液两相流参数的物理模型
• 4.3.1 钻井液密度
• 4.3.2 天然气PVT性质
• 4.3.3 井眼温度
• 4.3.4 环空摩阻压力梯度
• 4.3.5 天然气渗流模型
• 4.4 定解条件的确定
• 第五章 水平井井筒压力模型数值化及其求解
• 5.1 有限差分法
• 5.1.1 定解域的离散
• 5.1.2 差分方程的适定性
• 5.2 理论模型的数值化
• 5.2.1 理论模型的有限差分格式
• 5.2.2 差分方程的建立
• 5.2.3 定解条件的离散
• 5.3 数值化模型的求解
• 5.4 计算机模拟流程
• 第六章 水平井井筒压力模拟计算结果分析
• 6.1 溢流模拟相关参数
• 6.2 计算结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢