波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究

年第第期文章编号一

卷

石油大学学报

自然科学版,

殆

一

一

波动压力约束条件下套管与井眼之间环空间隙的研究管志川宋沟成,

石油大学石油工程系山东东营

摘要利用一维不稳定流动的基本方程对套管与井眼环空间隙不同时的波动压力进行了计算绘出了环空间,

,

隙与最大井底波动压力之间的关系曲线眼之间间隙的最小值。,

。

根据此曲线及地层破裂压力的最大极限值可以确定某种尺寸套管与井,

,

研究结果表明在套管与井眼间隙相同的条件下套管尺寸越大井底最大波动压力也越,,,

大

。

从控制井底最大波动压力的角度考虑在确定套管与井眼之间的环空间隙时大尺寸套管应采用较大的间隙,

。

从波动压力因素方面考虑由浅井条件所确定的套管与井眼之间的环空间隙同样适合于深井条件关键词钻井套管环空间隙波动压力计算

。

中图分类号

文献标识码

引

言套管与井眼之间合理的间隙值或间隙范围是钻。

图

中

,

,

和、

分别为下套管过程中套之

管柱以下井眼内流量套管与井眼间的环空流量和套管柱内流量坐标。

为下套管速度

为井眼轴向

井工程设计中确定套管与钻头系列的重要依据,

在

长期的钻井实践中人们已经总结出了一些常用的

套管与钻头系列以及一些套管与井眼之间间隙的经验值,

。

但在复杂地质条件下的深井和超深井钻井,

中由于钻遇的复杂层位和压力层系较多需要增添有多层套管的新的套管与钻头系列,

。

而目前不同尺。

寸的套管与钻头的匹配又缺乏必要的理论依据,

因。

而有必要进行套管与井眼之间合理间隙的研究,,

影响套管与井眼之间间隙的因素有多种如井眼质量的好坏下套管时的摩阻套管与井眼之间环空的

波动压力注水泥顶替效率水泥浆性能及使用不同,,

钻头钻进时的钻井成本等

。

其中环空波动压力是,

确定套管与井眼间隙时需要考虑的重要因素,

。

本文图

主要研究在环空波动压力和地层破裂压力约束条件下套管和井眼尺寸以及套管下入深度不同时套管

套管井眼系统水力学模型,

在充有钻井液的井眼内下人套管的过程中考

与井眼环空间

隙的确定方法和数值范围

。

虑到套管运行速度随时间的变化以及井壁套管柱的弹性和钻井液的压缩性此时所引起的钻井液流,

、

水力学模型和数学方程图

动必然是瞬变流‘方程〔,

。

因此可以利用在弹性管一可压缩,

给出下套管时井内水力系统的基本水力学

流体理论基础上建立起来的一维不稳定流动的基本〕井对

模型

。

该水力学模型所代表的井内水力流动系统由

内的瞬态波动压力进行分析,

个流道组成①套管底端到井口的环空流道②从套管底端到井口的套管内圆管流道③从套管底端到井底的圆形流道收藕日期一一

如些吵十亘埠刁

。

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作者简介管志川

一

,

男汉族

,

山东单县人教授博士从事石油工程和钻井工程力学方面的研究,

,

,

。

石油大学学报

自然科学版

年

月

其中七

和

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。

二示丽喻为流量

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式中

,

为波动压力为钻井液密度二。

为流道横截面为摩擦阻力,,

积是函数,

为轴向坐标。。

等的函数。

为套管下人速度是时间的为钻井液的压缩系数进行图环空间隙创

为压力传播速度

月为流道弹性系数,

采用特征线方法和有限差分法对方程求解初始和边界条件按开方式确定。

口

管关泵或堵口管关泵

套管和环空间隙与井底最大波动压力的关系

波动压力与井深和环空间隙的关系在不同井深条件下下人套管时产生的井底最,

计算结果及分析利用上述控制方程及解法对不同条件下套管,

大波动压力计算结果如图

所示

。

计算参数套管,

直径为和,

,

井深,

之

分别为

井眼间隙与井底最大波动压力之间的相互影响进行了计算分析各种计算均按套管柱为堵口管柱考

套管最大下人速度为。

时。

,

其他

参数同图,

图,

表明在相同套管井眼间隙条件但波动压力的。

虑

。

下入套管的速度分布分为加速段匀速段和减,

、

下套管柱越长井底波动压力越大

速段三部分且加速段和减速段的加速度绝对值相等。

增加幅度与套管柱长度变化相比并不显著

如当的,

外径为,

的套管下人直

径为,

波动压力与套管尺寸和环空间隙的关系利用公式

井眼中时套管与井眼之间的环空间隙为。

计算了

种套管在钻井液性能和,

从图中可以查出当井深分别为和,

下人套管速度相同的情况下套管与井眼环空间隙不同时井底的最大波动压力。< …… 此处隐藏：2252字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……