深水鉆井氣侵井控技術研究現狀分析

安海洋

摘 要：深海油氣資源是十三五期間我國重點勘探開發、油氣資源接替的重要領域。深水鉆井氣侵監測難度大、井控風險高，一直以來都是該領域的研究熱點。本文通過詳細調研國內外海洋、深水鉆井氣侵井控技術的研究現狀，梳理了該項技術的關鍵技術和難點，結合我國深水鉆井實際，給出了深水鉆井氣侵井控技術未來發展的建議。

關鍵詞：深水鉆井氣侵井控技術;現狀;技術難點

中圖分類號：TE245 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0182-01

0 引言

自21世紀初，全球重點關注和勘探開發領域逐步轉向深水油氣資源，中國南海70%油氣資源蘊藏于深水海域。由于油氣資源勘探開發的上游就是鉆井工程，在整個油氣開發流程中占據很重要的地位。深水鉆井有很多難點：深的海水、長的隔水管、低溫的海底、安全鉆井液密度窗口窄等，給深水鉆井帶來了不少難題和潛在風險。影響深水鉆井安全的眾多因素，都有可能對生產和人員安全造成影響。氣侵會對鉆井施工、人員環境形成威脅。一旦水深增加，氣侵溢流問題就更難發現了，因此，在深水鉆井安全領域，要重點關注氣侵早期檢測以及井控這兩個問題。

1 研究現狀

氣侵是鉆井過程中地層氣體侵入井筒的環空并向上運移和膨脹，在氣侵發展的情況下，井筒環空的氣體會快速積聚，這樣會造成流型發生變化，這時如果沒有及時采取科學的措施，井噴就可能會出現。在20世紀的50-60年代，有多位國外學者對氣侵后井筒環空的多相流進行了建模等方式的研究和分析。

Duns H Jr.和Ros N C J.等人在1963年，做了多個實驗的基礎上，提出了五種流型的兩相流型的分布圖。這各種流型按照速度劃分，可以分成沫狀流、段塞流、彈狀流、泡狀流和霧狀流。

Orkiszewski J.在1967年專門撰文對垂直管氣液的兩相流壓力進行預測和分析，而且針對流型不同還發明了不同的壓力下的梯度計算的方法。

Lewis R.L.和LeBlanc J.L.等人專門寫文章對氣侵的數學模型問題進行討論，在這篇文章中，兩相流體被作為均相流，摩阻和氣體滑落這兩個問題不考慮。

Bomea D、Dukler A E和Taitel Y等在1980年專門研究了再垂直管氣液兩相流情況下的流型轉換，著重對流型轉變條件、機理進行研究，并且進行建模分析。

Kabir C S和Hasan A R等在1988年專門對垂直井中的多相流的行為進行研究，在氣液兩相流變的原理基礎上，對計算模型進行迭代，提出了壓降的理論。

Sylvester N D和Ansari A M等一些專家學者在1994年專門撰文，提出了一個新的綜合機理模型，可以對環狀流、段塞流以及泡狀流的壓降進行計算。

Juvkam-wold H.C.和Jonggeun Choe于1997年，研究出了一種新型的經過改進的兩相流井控模型和計算機的應用。這種模型可以保證精度，還可以做適度簡化，另外，在一定程度上還解決了一個大難題：模型計算結果比較不好收斂。

Gabor T于2001年在著名學術期刊上發文，注重研究了油井垂直多相流最優模型選擇應該注意的事項，這篇文章還分析了壓降預測誤差引起的原因。

2002年，Nunes J O L、Bannwart A C、Ribeiro P R等人[9]在SPE會議上發表文章探討了深水鉆井氣侵力學的模型，這一模型對前人模型的基礎進行了總結和歸納，并進行改進，采用了不斷升級的方法對對環空和節流管線的兩相流動產生的規律進行計算，并歸納算出其壓力梯度。

國內方面，在這一領域的研究也有很多新的成果：陳光、范軍在2000年發表研究成果，體現了欠平衡鉆井理論的模型和應用，并在此得出了更為完整的動態井控的理論模型，在這一模型中還加入了固項、油相相關的運動方程。

周英操在2005年撰文表述了再簽平衡鉆井中，環空多相流的井底壓力相關的計算模型，這一模型對巖屑以及多相加速度壓降進行綜合考慮，實際證明，這一模型的形成的數據，精度非常高。

王志遠在2008年利用深水司鉆法壓井并因此做了計算研究，通過研究得到了在油氣相變深水司的鉆法壓井的多相流控制的方程，并對這一方程進行求解和計算。

孫寶江和王志遠等于2011年專門撰文對深水井控的多組多相流動模型進行分析，這一模型對多相介質、地質屬性以及天然氣水合物的相變等對多相流的影響都有考慮，在深水條件下溢流、壓井以及井噴時候井控環空的多相流動的趨勢和規律進行分析。

孫連偉和管志川于2013年對井深結構的變化、尾管回接對井控的影響進行研究，深井的井筒氣液兩相模型和壓井模型被建立，由此基礎上還研究了井深結構的變化對井控產生的影響。

李相方、馬慶濤和任美鵬在2013年還得到了一個新方法，在下鉆過程中發生井噴后井液的密度進行設計。這個方法是在氣液兩相流的理論基礎上形成的，Y型管的模型也在不接觸井底的條件下被建立，在這一模型影響下，井筒壓力的分布規律、壓井液密度設計方法也做了分析。

徐朝陽、孟英峰在2015年，對氣侵過程中井筒壓力演變規律的實驗和模型進行研究，這一研究主要采用模擬的方式，利用大尺寸實驗裝置對井筒氣侵過程進行試驗，結合漂移流模型和非穩態理論建立了井筒多相流的瞬態模型，得到更詳細更準確的解決辦法。

2017年，許玉強、管志川等分析了在隔水管處提前監測氣侵進行井控的可行性和優勢，提出了基于隔水管氣侵監測的深水鉆井氣侵井控風險評價方法。

2 現狀分析

綜上所述，國內外針對深水氣侵后井筒的多相流型以及井控的模型等進行研究分析，模型的最初是經驗性和半經驗性的模型，經過發展和延伸后形成在考慮眾多因素甚至于在相變的情況下的理論模型，在傳熱理論、相變理論參與后，讓模型在深井以及深水的鉆井的氣侵井控的計算更適用。很多的研究建立起的模型是在不同的工況和精度需求的基礎上形成的，在這種情況下，可以根據需要的實際情況選取模型或者在此基礎上進行改進就可以了。另外，深水鉆井在氣侵之后多相流動模型已經越來越成熟，但沒有對深水鉆井的氣侵風向進行深度分析和完善，更多還集中在井筒的多相流型建立以及規律的分析研究上，在這時，深水氣侵的早期監測方法還有井控設計參數等，并沒有在深水井筒多相流型的優勢以及發展趨勢、深水鉆井施工的確定性有限等方面做充分利用，這就需要我們對這些問題進行更多、更深入的分析研究。

3 結語

（1）對近一些年來，國內外的深水鉆井的氣侵井控的現狀進行研究分析;（2）為深水鉆井氣侵井控技術今后的發展提出了建議：在井筒的多相流動的模型不斷發展的基礎上，對深水的鉆井施工不確定性進行研究分析，進一步完善深水氣侵的早期監測方法和井控參數設計方法。

參考文獻

[1] 范軍，陳光，等.欠平衡鉆井理論模型及應用[J].石油學報，2000，21（4）：75-78.

[2] 周英操，高德利，劉永貴.欠平衡鉆井環空多相流井底壓力計算模型[J].石油學報，2005，26（2）：96-99.

[3] 王志遠，孫寶江，高永海，等.深水司鉆法壓井模擬計算[J].石油學報，2008，29（5）：786-790.

[4] 孫寶江，王志遠，公培斌，等.深水井控的七組分多相流動模型[J].石油學報，2011，32（6）：1042-1049.

[5] 孫連偉，管志川，梁海明，等.井身結構變化及尾管回接對井控的影響分析[J].石油鉆探技術，2013，41（6）：34-39.

[6] 任美鵬，李相方，馬慶濤，等.起下鉆過程中井噴壓井液密度設計新方法[J].石油鉆探技術，2013，41（1）：25-30.

[7] 徐朝陽，孟英峰，魏納，等.氣侵過程井筒壓力演變規律實驗和模型[J].石油學報，2015，36（1）：120-126.

[8] Xu Y， Guan Z， Jin Y， et al. Study of the ultrasonic propagation law in the gas–liquid two-phase flow of deepwater riser through numerical simulation[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering，2017，159.