气体钻井设计)

1、欠平衡钻井欠平衡钻井（气体钻井设计）（气体钻井设计）中国石油勘探开发研究院中国石油勘探开发研究院 汪海阁汪海阁20052005年年9 9月月气体钻井气体钻井一、设计步骤一、设计步骤二、气量要求二、气量要求三、气压要求三、气压要求四、压缩机选择四、压缩机选择1) 确定待钻井眼几何形状（钻头直径、最大钻深、套管尺确定待钻井眼几何形状（钻头直径、最大钻深、套管尺寸及下深等）；寸及下深等）；2) 确定相应的钻具尺寸（钻铤与钻杆等）；确定相应的钻具尺寸（钻铤与钻杆等）；3) 根据所钻地层与所选择的钻头，估计钻速大小；根据所钻地层与所选择的钻头，估计钻速大小；4) 确定井场海拔、气候、温度、地温剃度等；确

2、定井场海拔、气候、温度、地温剃度等；5) 根据装备配备情况决定是否采用反循环的方法；根据装备配备情况决定是否采用反循环的方法；6) 计算钻进每一部分井眼所需要的最小气量；计算钻进每一部分井眼所需要的最小气量；7) 根据计算得到的最小气量，估算井底压力、地面注入压力和根据计算得到的最小气量，估算井底压力、地面注入压力和压缩机动力；压缩机动力；8) 预测产层段欠平衡程度；预测产层段欠平衡程度；9) 进行井眼稳定性分析；进行井眼稳定性分析；10)根据计算结果选择承包商。根据计算结果选择承包商。二、最小气量要求二、最小气量要求l 维持足够的气量对于成功的气体钻井作业至观重要。 l 气体注入量低通常会导

3、致岩屑携带能力差和压差卡钻，而气量过大意味着花钱多，井眼被冲蚀。二、最小气量要求二、最小气量要求1. 标准标准2. 分析方法分析方法3. 使用成熟的工程图分析使用成熟的工程图分析4. 使用相关关系使用相关关系5. 采用反循环方法采用反循环方法l 最小速度标准最小速度标准l 最小势能标准最小势能标准1、最小气量要求标准、最小气量要求标准最小速度标准最小速度标准 气体速度气体速度trslgvvvv vsl sl = = 最终沉降速度最终沉降速度v vtr tr = = 所需岩屑运移速度所需岩屑运移速度 岩屑最终沉降速度：岩屑最终沉降速度：HsDggssslDDCgDv/13)(4Ds = 当量岩屑

4、直径，英尺。 s = 岩屑密度， lbm/ft3g = 气体密度， lbm/ft3CD = 拖曳系数（对于扁平岩屑1.40 ） = 球度系数。DH = 当量水力直径， ft 最小速度标准最小速度标准最小势能标准最小势能标准l 最小势能标准假定气体钻井作业过程中要求清洗井眼需要同最小势能标准假定气体钻井作业过程中要求清洗井眼需要同样的能量样的能量。l 基于经验，携带岩屑的最小环空速度为15米/秒。l 为此空气势能可以用如下方法计算：l 使用反循环技术的好处在于减少了对气量的要求。使用反循环技术的好处在于减少了对气量的要求。l 上述推导的方程都适应于反循环计算。只有水力上述推导的方程都适应于反循环

5、计算。只有水力直径和流道横截面积需要注意更改，即应基于钻直径和流道横截面积需要注意更改，即应基于钻柱内径柱内径 而不是环空直径。而不是环空直径。l 但工程图表不能应用于反循环计算。但工程图表不能应用于反循环计算。l 环空压力计算环空压力计算l Pbot：井底压力，：井底压力，lb/ft2l Ptop：上部压力：上部压力,lb/ft2l Qgo：气体流量：气体流量,cfml 注入压力计算注入压力计算l Pinj：注入压力，：注入压力，lb/ft2l Pstd：立管压力：立管压力l Tstd：立管温度：立管温度l S：注入管线长度，：注入管线长度，ft 压力与温度校正压力与温度校正goaaaQpT

6、Q0283. 0pa = 井场实际大气压, psiaTa =井场实际温度， oRl 基于最小气量要求选择压缩机基于最小气量要求选择压缩机l 基于选择的压缩机气量计算注入压力基于选择的压缩机气量计算注入压力l 对比计算得到的注入压力与选择的压缩机工作压力对比计算得到的注入压力与选择的压缩机工作压力l 计算所需要的压缩功率，并进行对比。计算所需要的压缩功率，并进行对比。l 最终选择的压缩机气量要大于最小气量要求，工作压力要大最终选择的压缩机气量要大于最小气量要求，工作压力要大于最小注入压力，并有一定的安全系数。于最小注入压力，并有一定的安全系数。空气钻井条件下不同井眼尺寸时的气量要求空气钻井条件下

7、不同井眼尺寸时的气量要求井深300300m m600600m m12001200m m18001800m m24002400m m30003000m m36003600m m17-1/212712713113114014015015015915916816817617619119119719721121122522523823825125126426412-1/256565959656571717777838389898585898998981071071161161251251341348-1/2272731313535393943434848525241414646525259596565717177772.4 天然气欠平衡钻井技术天然气欠平衡钻井技术气体钻井的最优天然气排量气体钻井的最优天然气排量天然气排量对环空井底