[发明专利]一种定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法及装置

说明书

本发明提供了一种定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法及装置，涉及气体钻井技术。根据现场气体循环钻井井口设备确定气体循环钻井的最小井口回压；根据实际气体密度公式和质量流量相等关系，得到井下任一点处的气体流速公式；根据不可压缩流体动量守恒的运动方程，得到斜井眼的井筒环空压力公式；根据偏心时钻柱与井眼的几何关系，得到钻柱偏心时，偏心环空窄间隙处的气体平均流速；根据定向井的井眼轨迹，建立岩屑在气体推动下的力学模型；最终求解钻至不同井深处需要的最小注气量。

技术领域

本发明涉及气体钻井技术，尤其涉及一种定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法及装置。

背景技术

气体循环钻井是一种新型环保的气体钻井技术，同常规气体钻井工艺相比，气体循环钻井能够将井下返出的气体进行精细过滤净化，再次注入井内循环，极大的降低了气体钻井成本，同时对生态环境也具有一定的保护作用。

而在使用气体循环钻井技术进行定向井作业时，由于井口循环设备的存在以及井眼轨迹的复杂特点，井口压力的控制尤为重要，其是保障地面设备的稳定工作，监测井下状况的重要措施。根据实际井口压力确定气体循环钻井最小井口注气量能有效清除井下岩屑，保证钻井作业的效率及安全性。因此，研究定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法具有重要的现场意义。

发明内容

本发明的实施例提供一种定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法及装置，以能够准确确定定向井气体循环钻井最小注气量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种定向井气体循环钻井最小注气量的确定方法，包括：

根据现场气体循环钻井井口设备确定气体循环钻井的最小井口回压；

根据实际气体密度公式和质量流量相等关系，得到井下任一点处的气体流速公式；

根据不可压缩流体动量守恒的运动方程，得到斜井眼的井筒环空压力公式；

根据偏心时钻柱与井眼的几何关系，得到钻柱偏心时，偏心环空窄间隙处的气体平均流速；

根据定向井的井眼轨迹，建立岩屑在气体推动下的力学模型；

将井深以预设的固定段长为单位划分成若干单元，并根据所述最小井口回压、实际气体密度公式、气体流速公式、井筒环空压力公式、偏心环空窄间隙处的气体平均流速和所述力学模型进行计算，求解钻至不同井深处需要的最小注气量。

具体的，所述根据现场气体循环钻井井口设备确定气体循环钻井的最小井口回压，包括：

根据管线压降P_L和现场气体循环钻井井口设备压降P_e确定气体循环钻井的最小井口回压P_head；其中，P_head＝P_L+P_e。

具体的，所述根据实际气体密度公式和质量流量相等关系，得到井下任一点处的气体流速公式，包括：

根据实际气体状态方程和在井深H处的气体压缩因子Z_g，得到气体在气体压力P和气体温度T下的实际气体密度公式：其中，ρ_g表示井深H处的气体密度；M表示气体摩尔质量；R表示气体常量；T＝T_s+GD，T_s为地表温度，G为当地地温梯度，D为井深H对应的垂直深度。