一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法技术

本发明专利技术涉及油气开发术领域，具体涉及一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法。本发明专利技术提供的一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法基于井筒环空多相流动理论、闪蒸理论和井筒环空油基钻井液的相态变化特征，考虑环空结构内液膜、外液膜、倾角及气芯中含有液滴的影响，考虑流型对水动力学参数的影响和环空结构及流型对传质传热及动量传递方式的影响，建立了深水溢流压井期间井筒环空瞬态多相流动模型，以确定井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布，为深水油气井早期溢流情况提供精确的监测结果，以及为后续的压井施工方式等提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法
本专利技术涉及油气开发术领域，具体涉及一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法。
技术介绍
进入21世纪后，我国的油气勘探已经开始从陆上向海上转移，深水油气勘探开发已经成为当前的热点。海洋油气钻井钻遇异常高压油气层的风险大，发生溢流的概率大。由于深水井筒环空中流体压力温度变化规律与陆上有较大的区别，油基钻井液条件下的溢流规律识别有其自身的特点，侵入气体在适当的条件下有可能完全溶解于油基钻井液中，井筒中流体为液相；随着压力、温度的降低，气体又会析出，形成游离气，井筒中流体表现为气液两相。油基钻井液相态特征复杂，不利于溢流早期溢流情况的监测。同时溢流多发生在井筒环空中，目前描述深水溢流过程的井筒环空瞬态多相流模型多是在圆管气液两相流经验公式的基础上采用水力学当量直径的方法建立起来的，这种方法在较低气液流速时不适用，误差较大。同时这种方法不能体现环空及管道在结构上的差异性，通常忽略流型对参数分布的影响，将两相流看成是拟单相流，其适用性受到实验条件的限制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的溢流情况的监测结果误差较大同时适用性受到实验条件的限制的缺陷，本专利技术提供了一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法。一方面，本专利技术提供的一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法，包括：获取深水油基钻井液钻井井筒环空内的监测数据；根据所述监测数据以及预先建立的相平衡模型，判断井筒环空内的相态是否为气液两相；若为气液两相，则确定井筒环空中气液两相流的流型；根据预先建立的井筒环空瞬态多相流动模型以及该流型对应的环空流体稳态传热模型和稳态水动力学模型计算得到井筒环空流体的瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布；根据所述瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布确定井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布；根据所述井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布确定钻井溢流情况。进一步地，所述根据所述监测数据以及预先建立的相平衡模型，判断井筒环空内的相态是否为气液两相的步骤包括：将井筒环空沿井深方向离散形成网格形式；根据所述监测数据估算当前网格的井筒环空流体压力p；根据所述相平衡模型求解当前压力下的流体泡点压力pb；若p<pb，则井筒环空内的相态为气液两相。进一步地，所述井筒环空中气液两相流的流型包括分散泡状流、泡状流、环状流和段塞流。进一步地，所述预先建立的井筒环空瞬态多相流动模型包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。进一步地，所述质量守恒方程包括：自由气质量守恒方程：其中，t为溢流时间，Ac为环空截面积，Hg为自由气含气率，ρg为环空中气相密度，vg为环空中的气相速度，z为垂向深度，为自由气与溶解气之间的传质速度；溶解气质量守恒方程：其中，ρm为油基钻井液密度，vm为油基钻井液的速度，x是溶解气在油基钻井液中的质量分数；液相质量守恒方程：进一步地，所述自由气与溶解气之间的传质速度为：其中，Mg为物质的量，p为环空压力，kg为传质系数，y为当前系统中的气体摩尔分数，ye为系统压力、温度下气液平衡时的气体摩尔分数，由PR状态方程求解得出，a为气液接触界面积，泡状流情况下：其中，dc为气泡直径，管流中，传质系数可以通过Sherwood数来求解：其中，Dr为环空的当量直径，Dg为甲烷与柴油的分子扩散系数；当雷诺数Reg<2100时，流动属于层流：当雷诺数Reg>2100时，流动属于湍流：其中，Scg为气相施密特数。进一步地，所述动量守恒方程包括：气相动量守恒方程：其中，t为溢流时间，Ac为环空截面积，Hg为自由气含气率，ρg为环空中气相密度，vg为环空中的气相速度，z为垂向深度，p为环空压力，fI是气相与液相界面的摩擦因子，fg是气相与管壁的摩擦因子，SI是气相与液相接触面的周长，Sg是气相与管壁接触面的周长，vr是气相与液相的相对速度，va是传质相的速度，g为重力加速度常数，为自由气与溶解气之间的传质速度；液相动量守恒方程：其中，ρL为环空中液相密度，vL为环空中的液相速度，fL为液相与管壁的摩擦因子，SL为液相与管壁接触面的周长；总动量守恒方程：进一步地，所述能量守恒方程包括：井筒环空中的热量守恒方程：...

【技术保护点】
一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取深水油基钻井液钻井井筒环空内的监测数据；根据所述监测数据以及预先建立的相平衡模型，判断井筒环空内的相态是否为气液两相；若为气液两相，则确定井筒环空中气液两相流的流型；根据预先建立的井筒环空瞬态多相流动模型以及该流型对应的环空流体稳态传热模型和稳态水动力学模型计算得到井筒环空流体的瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布；根据所述瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布确定井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布；根据所述井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布确定钻井溢流情况。

【技术特征摘要】
1.一种深水油基钻井液钻井溢流情况的监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取深水油基钻井液钻井井筒环空内的监测数据；根据所述监测数据以及预先建立的相平衡模型，判断井筒环空内的相态是否为气液两相；若为气液两相，则确定井筒环空中气液两相流的流型；根据预先建立的井筒环空瞬态多相流动模型以及该流型对应的环空流体稳态传热模型和稳态水动力学模型计算得到井筒环空流体的瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布；根据所述瞬态温度、含气率以及压力沿井深的分布确定井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布；根据所述井筒环空瞬态多相流动参数沿井深的分布确定钻井溢流情况。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述监测数据以及预先建立的相平衡模型，判断井筒环空内的相态是否为气液两相的步骤包括：将井筒环空沿井深方向离散形成网格形式；根据所述监测数据估算当前网格的井筒环空流体压力p；根据所述相平衡模型求解当前压力下的流体泡点压力pb；若p<pb，则井筒环空内的相态为气液两相。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井筒环空中气液两相流的流型包括泡状流、环状流和段塞流。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立的井筒环空瞬态多相流动模型包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述质量守恒方程包括：自由气质量守恒方程：其中，t为溢流时间，Ac为环空截面积，Hg为自由气含气率，ρg为环空中气相密度，vg为环空中的气相速度，z为垂向深度，为自由气与溶解气之间的传质速度；溶解气质量守恒方程：其中，ρm为油基钻井液密度，vm为油基钻井液的速度，x是溶解气在油基钻井液中的质量分数；液相质量守恒方程：6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述自由气与溶解气之间的传质速度为：其中，Mg为物质的量，p为环空压力，kg为传质系数，y为当前系统中的气体摩尔分数，ye为系统压力、温度下气液平衡时的气体摩尔分数，由PR状态方程求解得出，a为气液接触界面积，泡状流情况下：其中，dc为气泡直径，管流中，传质系数通过Sherwood数来求解：其中，Dr为环空的当量直径，Dg为甲烷与柴油的分子扩散系数；当雷诺数Reg<2100时，流动属于层流：当雷诺数Reg>2100时，流动属于湍流：其中，Scg为气相施密特数。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述动量守恒方程包括：气相动量守恒方程：其中，t为溢流时间，Ac为环空截面积，Hg为自由气含气率，ρg为环空中气相密度，vg为环空中的气相速度，z为垂向深度，p为环空压力，fI是气相与液相界面的摩擦因子，fg是气相与管壁的摩擦因子，SI是气相与液相接触面的周长，Sg是气相与管壁接触面的周长，vr是气相与液相的相对速度，va是传质相的速度，g为重力加速度常数，为自由气与溶解气之间的传质速度；液相动量守恒方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：尹邦堂，刘刚，刘闯，徐加兴，李伯尧，夏向阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37